Состав и строение атмосферы. Стандартная атмосфера
Атмосфера – воздушная оболочка Земли, принимающая участие в ее суточном и годовом вращении. Атмосфера состоит из смеси ряда газов воздуха, в котором взвешены коллоидные примеси – пыль, капельки, кристаллы, и пр. С высотой состав атмосферы меняется мало.
Давление и плотность атмосферы убывают с высотой; около половины всей массы атмосферы сосредоточено в нижнем 5км-слое, 9/10 – нижних 20км и 99,5% - в нижних 80км. Резкой верхней границы атмосфера не имеет; плотность составляющих ее газов постепенно приближается к плотности межпланетного пространства.
Строение атмосферы исследуется прямыми и косвенными методами.
По распределению температуры с высотой выделяются следующие основные слои: тропосфера (до 9-17км), стратосфера (до 50-55км), мезосфера (до 80-85км), термосфера (до 400 или 800км), экзосфера (выше 400 или 800км с выходом в открытый космос) (рис.1).
Переходные слои или границы между основными атмосферными слоями носят название: между тропосферой и стратосферой – тропопауза, между стратосферой и мезосферой – стратопауза, между мезосферой и термосферой – мезопауза.
Тропосфера – ближайший к Земле слой. Он простирается до высоты 8-10км в полярных районах, до 10-12км в умеренных широтах и до 16-18км в тропиках. В тропосфере выделяют пограничный слой – слой трения, располагающийся до высоты 1000-1500м от земной поверхности. В нем наибольшее влияние на воздушные потоки оказывает сила трения, обусловленная шероховатостью земной поверхности. Выше слоя трения находится свободная атмосфера, где влияние силы трения незначительно и им можно пренебречь.
|
|
|
В тропосфере температура с высотой понижается, составляя в среднем О.65гр С на 100м высоты. Это понижение связано с тем, что воздух в тропосфере нагревается и охлаждается от земной поверхности.
Большинство метеорологических явлений, в том числе опасных для авиации, формируются в тропосфере. Здесь наблюдаются облака, туманы, развиваются грозы, смерчи, ураганы и др. Ветер с высотой усиливается, его скорость достигает максимальных значений на высоте 8-10км ( в умеренных широтах), составляя иногда 100км/час и более ( струйные течения), Преобладающее направление ветра – западное, В тропосфере образуются атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны. Тропосфера – самая запыленная часть атмосферы.
Тропопауза находится между тропосферой и стратосферой, ее толщина – от нескольких сотен метров до 1-3 км. Нижняя граница тропопаузы располагается там, где находится уровень устойчивого перехода к постоянной температуре или незначительному ее изменению. Высота тропопаузы увеличивается от полюсов к экватору, а температура понижается. Над теплыми воздушными массами температура тропопаузы понижена, высота повышена; над холодными воздушными массами температура повышается, а высота понижается.
|
|
|
Состав атмосферы: азот 78%, кислород 21%, аргон 0,9%, остальное – углекислый газ, неон, гелий, водород, криптон, ксенон, озон, радон и др.
В реальных условиях в атмосферных условиях в воздухе всегда содержится водяной пар, углекислый газ и озон.
Водяной пар играет важнейшую роль в атмосферных процессах, с ним связано образование облачности, осадков, туманов, а также таких опасных для авиации явлений, как гроза и обледенение.
Углекислый газ является одним из отеплителей атмосферы, он также поглощает тепловую инфракрасную радиацию, излучаемую Землей.
Озон обладает исключительно важным свойством – поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца. Он прослеживается до высот 50-60км с максимальной концентрацией в слое 20-25км, где он служит экраном для проникновения солнечной радиации к Земле, очень губительной для живых организмов. Он приводит к нагреванию атмосферы на высотах 40-55км.
Слой атмосферы до высоты 90-100км называется гомосферой, выше 100км – гетеросферой.
|
|
|
Стандартная атмосфера.
Состояние реальной атмосферы довольно изменчиво. Такие характеристики, как температура, давление и плотность воздуха, оказывающие влияние на полет самолета, могут значительно меняться в течение суток, года, а также отличаться между собой над различными географическими районами. Все это затрудняет использование указанных данных для расчетов аэродинамических характеристик самолетов, сравнения этих характеристик, производить градуировку самолетных приборов и т.д.
Для облегчения этой задачи применяется стандартная атмосфера (СА),она рассчитана по среднегодовым характеристикам основных метеорологических элементов атмосферы. При расчете взяты летние среднегодовые метеорологические условия средних широт (40-50˚с.ш.) без учета их возможных изменений. Исходными данными взяты следующие условия:
За нулевую высоту принят уровень Балтийского моря (нуль Кронштадтского футштока). Барометрическое давление на нулевом уровне Земли принимается равным Р = 1013,25гПа (гектопаскалей), 760 мм рт ст (миллиметров ртутного столба); температура на этом же уровне t=15 градусов Цельсия или T=288,15˚Кельвина; изменение температуры с высотой составляет 0,65˚ на каждые 100м; влажность в пределах всей атмосферы равна нулю; скорость звука на нулевом уровне 340,28 м/сек.
|
|
|
Стандартная атмосфера – это условная постоянная атмосфера, независимая от широты места, времени года и синоптических условий.
В стандартной атмосфере зафиксированы значения характеристик атмосферы до 2000м ниже уровня моря и до 50000м выше уровня моря.
Таблицы стандартной атмосферы используются для руководства по летной эксплуатации (РЛЭ). Для реальной атмосферы вводятся поправки к значениям, сложившимся к моменту события – поправки на стандартную атмосферу.
==
Рис. 1. Схема вертикального строения атмосферы
Контрольные вопросы:
1. Что такое атмосфера.
2.Из каких газов состоит атмосфера.
3.На какие основные и переходные слои подразделяется атмосфера.
4.Что такое «стандартная атмосфера». Основные характеристики.
Температура воздуха
Температура воздуха - это величина, характеризующая тепловое состояние воздуха, прямопропорционально зависит от скорости движения молекул. Она выражается или в градусах Цельсия (ºС) по стоградусной шкале или в Кельвинах (К) по абсолютной шкале. Переход от температуры в Кельвинах к температуре в градусах Цельсия выполняется по формуле
t = T -273º (1)
где t- температура в градусах Цельсия, Т – температура Кельвина.
Температура воздуха имеет суточный и годовой ход. Максимальная температура воздуха бывает между 13 и 15 часами, минимальная –перед восходом Солнца. Годовой ход зависит от широты места и высоты над уровнем моря, в Северном полушарии максимум наблюдается в июле, минимум – в январе.
Суточные и годовые изменения температуры называются периодическими изменениями. Непериодические изменения температуры обусловливаются атмосферной циркуляцией, прохождением циклонов и антициклонов, приводящих к постоянной смене воздушных масс. Периодические зависят от времени года.
Температура измеряется термометрами, установленными в метеорологической будке на метеоплощадке на аэродроме.
Для нижнего слоя атмосферы (тропосферы) характерно понижение температуры с высотой, составляющее 0,65ºС на 100м . Это изменение температуры с высотой на 100м называется вертикальным градиентом температуры. Зная температуру у поверхности земли и используя значение вертикального градиента можно вычислить приблизительную температуру на любой высоте, например, при температуре у поверхности земли +20ºС на высоте 5000м температура будет равна:
20º- (0,65*50) = - 12,5.
Вертикальный градиент γ не является постоянной величиной и зависит от типа воздушной массы, времени суток и сезона года, характера подстилающей поверхности и других причин. При понижении температуры с высотой γ считается положительным, если температура с высотой не изменяется, то γ= 0, Эти слои называются изотермическими. Слои атмосферы, где происходит повышение температуры с высотой (γ < 0), называются инверсионными. В зависимости от величины вертикального градиента температуры состояние атмосферы может быть устойчивым, неустойчивым или безразличным по отношению к сухому (не насыщенному) или насыщенному воздуху. Инверсии могут наблюдаться в приземном слое и в свободной атмосфере.
Понижение температуры воздуха при его подъёме происходит адиабатически, то есть без теплообмена воздушных частиц с окружающей средой. Если воздушная частица поднимается вверх, то имеет место расширение её объёма, при этом внутренняя энергия частицы уменьшается. Если частица опускается, при этом она сжимается и её внутренняя энергия увеличивается. Из этого следует, что при восходящем движении объёма воздуха температура его понижается, а при нисходящем - повышается. Эти процессы играют важную роль в образовании и развитии облаков.
Горизонтальный градиент - это температура, выраженная в градусах на расстоянии 100км. При переходе из холодной воздушной массы и из теплой в холодную он может превышать 10гр на 100км.
Виды инверсий.
Инверсии являются задерживающими слоями. Они гасят вертикальные движения воздуха, под ними происходит скопление водяного пара или других твердых частиц, ухудшающих видимость, образование тумана и различных форм облаков. Слои инверсий являются тормозящими слоями и для горизонтальных движений воздуха. Во многих случаях эти слои являются поверхностями
разрыва ветра.
В зависимости от причин возникновения различают следующие типы инверсий:
1. Радиационные – результат охлаждения приземного слоя воздуха, обычно в ночное время.
2. Адвективные – при перемещении теплого воздуха на холодную подстилающую поверхность.
3. Сжатия или оседания – формируются в центральных частях малоподвижных антициклонов.
4. Фронтальные - при прохождении атмосферных фронтов.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 2152; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!