- •1. Состав воздуха у земной поверхности, водяной пар в воздухе, давление водяного пара и относительная влажность, изменение состава воздуха с высотой, распределение озона в атмосфере.
- •2. Распределение озона в атмосфере. Стратосферный озон.
- •3. Водяной пар в воздухе и характеристики влажности воздуха. Изменение влажности с высотой.
- •4. Жидкие и твёрдые примеси в атмосферном воздухе, диоксид углерода, парниковый эффект.
- •6.Температура, шкалы измерений температуры, суточный и годовой ход температуры в воздухе, на поверхности почвы и поверхности воды.
- •7. Плотность сухого, влажного воздуха и водяного пара. Виртуальная температура.
- •8. Строение атмосферы: основные слои и их характеристики.
- •10. Адиабатические изменения состояния воздуха, сухоадиабатические изменения температуры, в том числе при вертикальных движениях.
- •16. Суммарная радиация, радиационный баланс, географическое распределение суммарной радиации и радиационного баланса на земном шаре в течение года, декабря и июня.
- •22. Силы, действующие в атмосфере. Геострофический ветер.
- •23. Градиентный ветер в циклоне и антициклоне. Термический ветер.
- •26. Тепловой баланс земной поверхности
- •27. Различия в тепловом режиме почвы и водоёмов. Влияние почвенного покрова на температуру поверхности почвы.
- •28. Распространение тепла вглубь почвы, законы Фурье.
- •29. Годовая амплитуда температуры воздуха, континентальность климата, индекс континентальности с.П,Хромова
- •30. Конвекция, ускорение конвекции. Стратификация атмосферы и вертикальное равновесие для сухого и насыщенного воздуха.
- •31. Инверсии температуры, их типы и происхождение.
- •32. Испарение и насыщение, формула Магнуса, скорость испарения (закон Дальтона). Географическое распределение испарения.
- •33. Конденсация в атмосфере, облака, микроструктура и водность облаков, генетические типы облаков.
- •34. Характеристики влажности воздуха. Суточный и годовой ход давления и влажности.
- •35. Географическое распределение влажности воздуха, изменение влажности с высотой.
- •36.Международная классификация облаков
- •39. Туманы, общие условия их образования, генетические типы. Смог
- •40. Осадки, выпадающие из облаков (классификация осадков)
- •41. Типы годовго хода осадков, географическое распр. Осадков
- •42. Снежный покров, его климатическое значение. Снеговая линия.
- •43. Оца, географическое распределение давления, Центры действия атмосфер
- •44. Зоны давления и ветра в верхней тропосфере и нижней стратосфере.
- •45. Зоны давления и ветра у земной поверхности и нижней тропосфере.
- •46. Внетропические циклоны. Стадии развития. Циклонические серии
- •47. Климатологические фронты
- •48. Внутритропическая зона конвергенции
- •49.Пассаты
- •51. Местные ветры: бризы, горно-долинные, фен, бора и другие
- •56. Климат Арктики и Антарктиды.Климат Антарктиды
- •57. Тропические климаты (Алисов)
- •4.3.2. Континентальный тропический климат.
- •58. Климат тропических муссонов (субэкваториальный)
- •59. Экваториальный климат
- •60. Микроклимат пересеченной местности, леса, большого города
- •61. Климатическая классификация л.Берга
- •62. Классификация климатов Кеппена
- •63. Изменения климата в историческое время
30. Конвекция, ускорение конвекции. Стратификация атмосферы и вертикальное равновесие для сухого и насыщенного воздуха.
В тропосфере в среднем температура падает с высотой, градиент колеблется от 0,4-0,5С/100 м у поверхности до 0,7-0,8С/100 м у тропопаузы. В тропопаузе вертикальный градиент становится близок к нулю, в стратосфере он отрицателен, однако абсолютные значения не велики.
Поскольку высота тропопаузы различна в разных широтах и сезонах, температура тропопаузы и нижней стратосферы также различается. В тропиках стратосфера холодна круглый год, в полярных областях – только зимой.
Температура и высота тропопаузы меняются ежесуточно. Эти изменения связаны с прохождением циклонов и антициклонов. В циклонах тропопауза снижается, ее температура повышается; в антициклонах – наоборот. Иногда наблюдается отсутствие тропопаузы (постепенный переход значений градиента через 0) или наличие нескольких тропопауз.
Распределение температуры воздуха с высотой в тропосфере связано отчасти с изменением с высотой концентрации водяного пара и, следовательно, температуры лучистого равновесия (водяной пар больше всего поглощает и излучает радиацию). Градиент изменения температуры лучистого равновесия составляет 2С/100 м у поверхности и десятые доли у тропопаузы.
В результате подъема одних элементов турбулентности и опускания других в процессе перемешивания устанавливается такое распределение температуры, при котором вертикальные градиенты в атмосферном столбе заключаются между величинами сухо- и влажноадиабатического градиентов температуры. В нижних слоях атмосферы градиенты будут меньше, а в верхних больше, чем при лучистом равновесии. Такое тепловое состояние атмосферы называется конвективным равновесием. В стратосфере уменьшается содержание водяного пара, но и вертикальное перемешивание гораздо менее интенсивно. Распределение температуры определяется содержанием озона (растет с высотой), поглощающего большое количество радиации. В результате в стратосфере устанавливается по вертикали температура лучистого равновесия.
При вертикальных градиентах температуры, близких к адиабатическим, конвекция (турбулентный перенос тепла) становится упорядоченной, превращается в мощные вертикальные токи воздуха. В вертикальные токи конвекции все время вовлекается окружающий воздух. Если пренебречь этим, можно вывести уравнение для ускорения 1 кг адиабатически поднимающегося или опускающегося воздуха.
На движущийся вертикально 1 кг воздуха действуют сила тяжести и сила вертикального барического градиента. Ускорение движения воздуха d2z/dt2 или ускорение конвекции есть сумма этих двух сил: .
В то же время в окружающей атмосфере выполняется уравнение статики: ,
г де а – плотность окружающего воздуха, отличная от плотности данного 1 кг. Отсюда: ,
или, заменив плотности на температуры по уравнению состояния газов,.
Таким образом, ускорение конвекции зависит от разности абсолютных температур движущегося воздуха и окружающей среды. При температурах близких к 273 К и разности 1 ускорение конвекции равно 3 см/с2. Если движущаяся частица холоднее окружающего воздуха, ускорение отрицательно, и она опускается; если теплее – поднимается.
Таким образом, для развития конвекции необходимо такое распределение температуры в атмосфере, при котором разность температур сохранялась бы или (еще лучше) увеличивалась при смещении частицы. Для развития конвекции в сухом или ненасыщенном воздухе необходимо, чтобы вертикальные градиенты температуры в воздушном столбе были больше сухоадиабатического, тогда разность температур будет возрастать с высотой. В этом случае говорят, что атмосфера обладает неустойчивой стратификацией. Аналогично определяются устойчивая и безразличная стратификация а также стратификация для влажного насыщенного воздуха (сравнением с влажноадиабатическим градиентом).
В случае неустойчивой стратификации потенциальная температура падает с высотой, в случае устойчивой растет.