Термическая стратификация атмосферы

Термической стратификацией слоя атмосферы называют характер распределения в этом слое температуры воздуха с высотой.

Устойчивым равновесием слоя атмосферы называют такое его состояние при котором всякое вынужденное вертикальное или наклонное смещение отдельного объема воздуха внутри слоя вызывает возникновение сил, препятствующих смещению и стремящихся вернуть сместившийся объем обратно на исходный уровень (γ< γ_a) .

Безразличным равновесием слоя атмосферы называют такое его состояние, при котором вынужденное вертикальное смещение отдельного объема не вызывает появления сил, стремящихся продолжать поднимать или опускать этот объем (γ= γ_a).

Неустойчивым равновесием слоя атмосферы называют такое его состояние, при котором вынужденное смещение объема воздуха внутри слоя вызывает возникновение сил, заставляющих данный объем продолжать свое смещение в том же направлении, в каком оно началось (γ> γ_a).

Стратификация атмосферы определяется графически по аэрологической диаграмме. Для этого строится кривая стратификации в координатах высота-температура. Из начальной точки температуры строится сухая или влажная адиабата (в зависимости от того насыщен воздух водяным паром или нет). Если отдельный отрезок кривой стратификации поднимается круче сухой адиабаты, проходящей через ее начало, то данный слой устойчивый. Если совпадает – то слой безразличный. Если проходит более полого - то слой неустойчив.

Уровень конвекции

Уровнем конвекции называется высота, на которой прекращается восходящее конвективное движение воздуха.

Уровень конвекции Z:

,

где γ_а – сухоадиабатический вертикальный градиент температуры для объема адиабатически поднимающегося воздуха;

γ – вертикальный градиент температуры в нижнем слое для окружающего воздуха;

t₀^’ – температура отдельного объема воздуха;

t – температура окружающего воздуха.

Предположим, что некоторый объем воздуха в результате сильного прогрева от деятельной поверхности оказался на 5 ⁰С теплее окружающей среды. Температура поднимающегося воздуха на нижнем уровне принята равной 20 ⁰С, а окружающего воздуха 15 ⁰С. Проведем сухую адиабату из точки, соответствующей температуре 20 ⁰С. Кривую стратификации начнем из точки, соответствующей температуре 15 ⁰С и проведем ее в предположении, что градиент температуры равен 0,5 ⁰ /100 м.

Z, м

Сухая адиабата

Кривая стратификации

1000

0 15 20 t, ⁰C

Из графика видно, что в данном случае на высоте 1000 м эти линии пересекутся, т.к. температура окружающего воздуха понижалась с высотой медленнее, чем температура поднимающегося объема. Следовательно, на высоте 1000 м температура поднимающегося воздуха понизилась до температуры окружающего. Эта высота и является уровнем конвекции.