3. Строение атмосферы

Атмосфера очень быстро меняется по своим свойствам по вертикали(по составу, по температуре, плотности, электрическим и др. параметрам) Поэтому выделяют несколько слоев с различными свойствами: нижний слой до 10-15км называется тропосферой. Здесь температура уменьшается с высотой ≈ на 0,6⁰С на 100м. Здесь происходят погодообразующие процессы. В свою очередь этот слой подразделяется на приземный (до 50-100м), пограничный(до 1-1,5км) и свободной атмосферы (>1,5 км).

Выше 15-20 км до высот 50км простирается стратосфера. Здесь температура, наоборот увеличивается с высотой, т.к. механизм нагревания воздуха иной (связан с озоном). Здесь могут наблюдаться перламутровые облака.

Выше 50-55км расположена мезосфера, где снова меняется знак вертикального градиента температуры. Температура на верхней границе (80 км) может опускаться до -110⁰С. Иногда здесь наблюдаются серебристые облака.

Выше 85км расположен слой термосферы, где температура резко увеличивается с высотой. Уже на высоте 200-250км она может иногда достигать 1000-1500⁰С, что связано с большими скоростями движения молекул. Слой 85-800км называется ионосферой (здесь ионов намного больше, чем внизу).

4. Неоднородность атмосферы по горизонтали

Неоднородность атмосферы наблюдается не только по вертикали, но и по горизонтали. Правда изменчивость по горизонтали выражена меньше, кроме того , состав основных газов по горизонтали не меняется. Неоднородность связана с неоднородностью подстилающей поверхности, различием свойств суши и моря, с меридиональным и зональным движением воздуха. В результате воздух расчленяется на воздушные массы, которые относительно стабильны по своим физическим свойствам. В то же время воздушные массы постоянно перемещаются, изменяя режим погоды.

По району формирования выделяют 4 основные воздушные массы:

- арктическая (антарктическая)

- полярная (умеренных широт)

- тропическая

- экваториальная

Каждая воздушная масса имеет свои пределы изменения метеовеличин. По температуре воздуха воздушные массы подразделяются на теплые и холодные. В холодных воздушных массах условия для конвекции лучше, поэтому они, как правило, связаны с образованием облаков Св и выпадением ливневых осадков. В теплой воздушной массе, наоборот, конвекция не развита, поэтому образуются слоистые облака и туманы.

Зоны между двумя смежными воздушными массами называются атмосферными фронтами. С ними связаны восходящие движения воздуха, образование облаков и выпадение осадков. По обе стороны от атмосферного фронта возникают волны (завихрения), которые приводят к образованию циклонов и антициклонов.

5. Уравнение состояние газов

Связь между давлением Р и температурой Т и плотностью для идеальных газов (условный газ, между молекулами которого отсутствуют силы сцепления, а сами молекулы представляют собой материальные точки, лишенные объема), к которым можно отнести воздух, выражается уравнением Клаузиса-Клайперона:

где = Р – е – давление сухого воздуха,

- плотность,V- объем,R– удельная газовая постоянная, Т – температура.

Или = Р_c/RT,R= 287 м²/ (с²·⁰К).

Если воздух влажный (реальный), то нужно учитывать давление водяного пара е. После несложных выводов можно получить уравнение состояние для влажного воздуха:

Таким образом различие между исостоит в скобке. Другими словами плотность влажного воздуха описывается уравнением состояния сухого воздуха, но только с заменой истинной температурой Т на так называемую «виртуальную»:

Т_v= Т

Видно, что плотность влажного воздуха ниже, чем плотность сухого, т.к. T_V>T. СледовательноT_V - это температура, которую должен иметь сухой воздух (несколько выше), чтобы его плотность равнялась плотности влажного воздуха при том же давлении Р.