17.Расчет турбулентного потока тепла от земной поверхности к атмосфере.

При отсутствии ветра теплообмен между почвой и воздухом осуществляется путем свободной конвенции.

1)Куталадзе, Борешанский. Формуля для определения теплообмена при свободной конвенции: P =άt₂(t_n – t₂) (без ветра), где t₂ – t на высоте 2 метра, t_{n –} t на поверхности почвы. ά -коэффициент теплоотдачи и функции t воздуха.

Несколько моделей описания турбулентных потоков тепла при наличии ветра.

2)P = - ρC_p * k = dt/dz (Будыко, Обухов)

ρ- плотность воздуха (1,923 * 10^-3 г/см³), С_з — удельная теплоемкость воздуха (0,24 кал/г*град), k -коэффициент турбулентной диффузии, dt/dz – вертикальный градиент t воздуха.

Коэффициент турбулентной диффузии определяется двумя способами: По методу теплового баланса рассчитывается при условии, если (R-A)≥0,2 кал/см² в мин, ∆t≥0,3, ∆e≥млБар. А – поток тепла в почву, ∆t = t на 50 см – t на 2 м, ∆е = абсолютная влажность воздуха в млБар (е₅₀ – е₂₀₀).

3) k =[ ln (z₁/z₂)/ρ_cp] * [R-A/∆t + (b/Cp)∆e] * z’

Формула для определения коэффициента турбулентности на высоте 1 метр по методу теплового баланса. Где z₁ – высота 0,5 м, z₂ – высота 2 м, z^, - высота над поверхностью, b – безразмерный коэффициент равный 0,373 (b = 0,622 * L/P, Р – атм давление = 0,001 млБар, L – скрытая теплота парообразования = 600 кал/гр)

4) k = 0,74 (R-A/∆t – 1,56∆e)

Если коэффициент получить не удается, то используют:

5) k = 0,104∆um, ∆u – разность скоростей на высотах 0,5 и 2 м, m – множитель, который зависит от характера стратификации атмосферы.

6) Число Ричерсона:

R_i = g(T/dz)/(T∆u/∆z)², g - ускорение свободного падения, Т – темп в кельвинах.

7) R_i = - 0,48∆t/∆u², если R_i >0, то устойчивая стратификация атм, если Ri < 0, то неустойчивая.

Для определения потока тепла от земной поверхности в атмосферу используют формулу Будыко: P = ρC_pD(t_n – t₂), D – интегральный коэффициент внешней диффузии, t_n – температура деят поверх. Позволяет определять затраты тепла на турбулентный обмен с атмосферой за различные периоды (сутки, декады, месяцы).

Параметры шероховатости поверхности (z₀): 1) гладкая поверхность уплотненного снега или льда – 0,001-0,1 см, 2) снежный покров с редким кустарником – 0,01 – 1, 3) луг с невысоким травостоем – 0,1-1, 4) паровое поле оголенная почва – 0,5-2, 5) скошенная трава, сухая степь, мохово-лишайниковая тундра – 1-2, 7) луг с высоким травостоем, зерновые культуры – 1-10, 8) водная поверх озер и водоемов – 0,01-3, 9) кустарники – 10-30, 10) лес – до 500.

18. Испарение, испаряемость, затраты тепла на испарение. Методы определения испарения.

Испарение воды -переход воды из жидкого состояния в газообразное (водяной пар).  Испарение происходит с поверхности воды, почвы, растительности, льда, снега и т.д. за счет энергии, получаемой Землей от Солнца. Испарение идет тем интенсивнее, чем больше разница между количеством пара, которое может содержаться в воздухе при данной температуре, и его фактическим содержанием в воздухе. Испарению способствует ветер. Методы определения испарения в природе: весовой, водно-балансовый, градиентный, тепло-балансовый, расчетный (по данным метеонаблюдений). 1)Метод водного баланса. Основан на формуле X = E + Z (осадки равны испарение плюс сток). Отсюда: E = X Z. Этот метод удобен потому, что на земном шаре существует более 1000 гидрометпостов, на которых фиксируется сток рек и осадки (в многолетнем режиме). Но определить испарение за промежуток времени, меньше годового цикла достаточно сложно. Главный недостаток с позиций ландшафтоведения заключается в том, что этот способ можно использовать для ПТК ранга местности, ландшафта и выше, но не для фаций и урочищ. 2)Весовой метод. Этот метод заключается в периодическом (раз в 3 часа) взвешивании почвенных монолитов, помещенных в специальный испаритель и закопанных на прежнем месте. В испарителе есть отверстия, чтобы шла фильтрация влаги. Величина испарения рассчитывается по разности веса (с учетом измеренного количества осадков). Этот метод удобен тем, что можно определить испарение за любой промежуток времени. Однако применение весового метода в лесу сопряжено с большими сложностями. Для этого под участком леса помещают огромные весы (как, например, на Валдайской экспериментальной базе Гидрологического института). 3)Третий метод используется для определения испарения с поверхности водоемов или с поверхности снежного покрова. 4)Градиентный теплобалансовый метод. Этот метод самый важный в ландшафтоведении. Он был разработан М.И.Будыко. Этот метод основан на определении в конкретном ПТК по вертикали 2-3-х температур воздуха, температуры поверхности почвы и температур на глубине 5, 10, 15, 20 см (косвенно определяется поток тепла в почву), абсолютной влажности воздуха и скорости ветра, радиационного баланса. Измерения принято проводить каждые 3 часа. Испаряемость – это потенциальное количество влаги, которое теоретически может испариться, если все радиационное тепло будет использоваться на испарение.