31. Инверсии температуры, их типы и происхождение.

Инверсии температуры представляют собой отклонения от нормального распределения температуры. Инверсию температуры обычно характеризуют высотой нижней границы, толщиной слоя и скачком температуры. В качестве переходного слоя между нормальным (для тропосферы) падением температуры и инверсией можно выделить явление вертикальной изотермии.

По высоте все тропосферные инверсии делят на инверсии приземные и инверсии в свободной атмосфере или приподнятые. Приземная инверсия начинается от самой подстилающей поверхности. Над водой такие инверсии наблюдаются редко и не так значительны. У подстилающей поверхности температура самая низкая, с высотой она растет до некоторой высоты (иногда несколько сот метров). Приземные инверсии обычно возникают вследствие ночного радиационного охлаждения земной поверхности и называются радиационными. Такие условия погоды характерны для антициклонов и могут привести к ночным заморозкам. С приземными инверсиями также связаны поземные туманы. Рельеф местности может усиливать инверсию. Весной часть тепла приземного слоя расходуется на таяние снега, наблюдается снежная или весенняя инверсия.

Инверсия в свободной атмосфере наблюдается в некотором слое воздуха, лежащем на той или иной высоте над земной поверхностью. В тропосфере инверсии наиболее часты на высоте ниже 2 км. Толщина инверсионного слоя может быть самой различной – от немногих десятков до сотен метров. Скачок температуры может колебаться от 1 до 15С и больше. Иногда приземные и приподнятые инверсии сливаются.

Приподнятые инверсии обычно возникают в устойчивых антициклонах как над сушей, так и над морем. Наиболее часты они зимой во время максимальной устойчивости и интенсивности антициклонов. Круглый год они наблюдаются в субтропических антициклонах и называются пассатными.

Большинство инверсий в свободной атмосфере являются инверсиями оседания. Они возникают вследствие нисходящего движения воздуха и его адиабатического нагревания. Атмосферный слой при опускании сжимается. Частички в верхней части слоя, таким образом, проделывают больший путь и нагреваются сильнее. Инверсия оседания связана с падением относительной влажности. Относительная влажность наибольшая у основания инверсии, где накапливается водяной пар, переносимый турбулентностью снизу. Воздух здесь близок к насыщению, поэтому возникают облака. Из-за очень устойчивой стратификации, сводящей турбулентность к минимуму, водяной пар не проникает вверх.

Кроме инверсий оседания в тропосфере наблюдаются фронтальные инверсии. Они возникают на фронтах, где клин холодного воздуха лежит под теплой воздушной массой.

32. Испарение и насыщение, формула Магнуса, скорость испарения (закон Дальтона). Географическое распределение испарения

Испарение является одной из важнейших составляющих влагооборота. В отличие от транспирации испарение еще называют физическим испарением, а испарение и транспирацию вместе – суммарным. Суть процесса испарения заключается в отрыве молекул воды от водной поверхности и распространении их в воздухе путем молекулярной диффузии и вместе с общим переносом воздуха. Одновременно часть молекул возвращается в воду или в почву.

Насыщение – состояние подвижного равновесия между процессами отдачи молекул и их возвращения. Водяной пар в состоянии насыщения называют насыщающим, воздух, содержащий насыщающий водяной пар – насыщенным. Парциальное давление водяного пара в состоянии насыщения называют давлением насыщенного водяного пара. Оно растет с температурой. При более высокой температуре воздух может содержать больше водяного пара.

Давление насыщенного водяного пара различно над водой и надо льдом. Это объясняется большими силами сцепления между молекулами льда, нежели между молекулами воды. Поэтому состояние насыщения наступает для льда при меньшем содержании водяного пара в воздухе и, следовательно, меньшем давлении. Давление насыщенного водяного пара понижается по тем же причинам при увеличении размера капли и при увеличении концентрации солей в воде.

Содержание водяного пара в воздухе называют влажностью воздуха. Мерой влажности является парциальное давление водяного пара и относительная влажность. Давление водяного пара пропорционально его плотности и абсолютной температуре. Давление водяного пара в состоянии насыщения называют давлением насыщенного водяного пара Е. Это максимальное давление водяного пара, возможное при данной температуре. Оно определяется эмпирической формулой Магнуса:

,

где Е₀ – давление насыщенного пара при температуре 0С. Давление насыщенного пара над чистой водой и надо льдом различно, поэтому различны и коэффициенты в формуле Магнуса.

Скорость испарения V выражается в мм слоя воды, испарившейся за единицу времени (например, за сутки) с данной поверхности. Согласно закону Дальтона, скорость испарения пропорциональна разности между давлением насыщенного пара при температуре испаряющей поверхности и фактическим давлением водяного пара в воздухе (чем меньше разность E_s – e, тем медленнее идет испарение), обратно пропорциональна атмосферному давлению р и зависит определенным образом от скорости ветра (ветер и связанная с ним турбулентность относят водяной пар от испаряющей поверхности, поддерживая необходимый дефицит насыщения вблизи от нее):

.

Испаряемость – максимально возможное испарение, не ограниченное запасами влаги. Испарение с поверхности водоема или избыточно увлажненной почвы совпадает с испаряемостью. Однако фактическое испарение не всегда совпадает с испаряемость с поверхности почвы (не хватает влаги, которая могла бы испаряться). Максимальные значения фактического испарения характерны для влажных тропических и субтропических областей (1000 мм) и для некоторых районов Мирового океана (3000), минимальные – для полярных районов (в Антарктиде – меньше 100 мм). Испаряемость максимальна в пустынях Аравии и Колорадо, минимальна в приэкваториальных районах с малым дефицитом насыщения.