Состав_и_строение_атмосферы_Тепловой_режим_атмосферы_

1. Общие сведения об атмосфере

Основные физические характеристики воздуха.
Состав и строение атмосферы.
Тепловые режимы атмосферы.
Измерение температуры на судах.

2. Основные физические характеристики воздуха.

Для количественной характеристики состояния
атмосферы используются метео элементы и атмосферные
явления.
К метео элементам относятся:
1.
Температура воздуха (С ۫۫ , К,F)
2.
Давление воздуха (Па, гПа=10²Па, мм.рт.ст., бар)
1 мм.тр.ст.=1.3332 мбар, 1мбар=0.75мм.рт.ст
Нормальное атмосферное давление 760мм.рт.ст это
атмосферное давление равное весу ртутного столба высотой
760мм, находящийся на широте 45 ۫ и температуре воздуха 0 ۫
на уровне моря на площади в 1см²
1 Па это давление вызываемое силой в 1Н распределённое по
поверхности площадью в 1м²

3.

3. Плотность воздуха кг/м² (в среднем 1.025 кг/м²)
4. Влажность воздуха(абсолютная, относительная)
5. Ветер – горизонтальная составляющая движения
атмосферного воздуха
Характеризуется направлением и скоростью (м/с)
6. Облачность – система взвешенных в атмосфере на
некоторой высоте от подстилающей поверхности
продуктов конденсации водяного пара, в результате
восходящих движений воздуха
7. Видимость – зависит от прозрачности атмосферы

4.

К метеорологическим явлениям относят:
1. Осадки
2. Туманы
3. Грозы
4. Оптические явления
5. Электрические явления
6. Пыльные и песчаные бури
7. Смерчи
8. Метели и т.п.
Совокупность значений метео элементов и явлений,
называется ПОГОДОЙ.

5. Состав и строение атмосферы

Атмосфера - воздушная оболочка земли,
принимающая участие в её суточных и годовых
вращениях.
По составу воздуха атмосферу делят на:
1.
2.
Гомосферу
Гетеросферу
Гомосфера – слой атмосферы от поверхности земли до
100км.
Гетеросфера – выше 100км.

6.

В гомосфере состав воздуха остаётся практически
постоянным: N =78.084%, О =20.946%, Аr=0.934 %
Атмосфера земли по физическим свойствам не
однородна как по высоте, так и в горизонтальном
направлении.
Вертикальная неоднородность наиболее отчётливо
проявляется в характере изменения температуры с высотой.
По этому признаку атмосферу принято делить на 5 основных
слоёв и 4 переходных слоя:
2
1.
2.
3.
4.
5.
2
Тропосфера - 11км от поверхности земли. Переходный слой тропопауза. С увеличением высоты ρ↓, t↓, Р↓.
Стратосфера – 11-50км. Переходный слой – стратопауза.
Постепенное повышение t с высотой, иногда могут быть и «+»
значения.
Мезосфера – 50-80км. Переходный слой – мезопауза.
серебристые облака, понижение t до -70 ۫.
Термосфера – 80-800км. Переходный слой – термопауза. С
увеличением высоты Т↑ до 750-1200 ۫ К.
Экзосфера – 800 и более км. Повышение t с высотой.

7.

8.

В плане взаимодействия атмосферы и земной
поверхности, атмосферу делят на :
•Планетарно-пограничный слой
•Свободная атмосфера
По электронному состоянию атмосферу делят на:
•Нейтросферу (h=до 40км)
•Ионосферу (h=более 80км)
Еще более неоднородна атмосфера (особенно ее нижняя
часть тропосфера) в горизонтальном направлении.
Неоднородноcть обусловливается главным образом
неравномерным нагревом атмосферного воздуха, вызывающим
неравномерное распределение атмосферного давления.
Приземная атмосфера расчленена отдельные объемы
воздуха, имеющие более или менее однородные свойства,—
воздушные массы.
Воздушные массы, обладающие различными
термодинамическими свойствами, разделяются переходными
зонами — атмосферными фронтами.
На особо обостренных атмосферных фронтах могут
зарождаться мезомасштабные вихри — циклоны и антициклоны,
способствующие широтному воздухообмену на планете.

9. Тепловой режим атмосферы

Солнечная радиация и её ослабление в атмосфере.
Солнечный спектр состоит из 3х частей:
Ультрафиолетовое излучение. – 5%
B. Инфракрасное излучение. – 43%
C. Видимая часть спектра – 52%
Результирующее влияние атмосферы на солнечную радиацию
называется ослаблением лучевой энергии.
В конечном итоге, поверхности земли достигает:
A. Ультрафиолетовое излучение. – 1%
B. Инфракрасное излучение. – 59%
C. Видимая часть спектра – 40%
A.

10.

Атмосферный воздух – оптически неоднородная
среда, рассеивающая лучистую энергия Солнца.
Электромагнитное коротковолновое излучение
Солнца поступает к земной поверхности в виде:
1. Прямой радиации
2. Рассеянной радиации
3. Суммарной радиации
Прямая радиация – лучистая энергия, поступающая к ПП
непосредственно от солнечного диска в виде пучка
параллельных прямых лучей.
Рассеянная радиация – радиация, поступающая к ПП от
различных участков небесной сферы и от облаков.
Суммарная радиация – суммарный поток лучистой энергии,
поступающий к горизонтальной поверхности при
незатенённом солнечном диске.

11.

Адиабатические процессы
Когда в силу каких-либо причин происходит подъем некоторого
объема воздуха, то вследствие уменьшения давления с высотой он будет
расширяться. На расширение и на преодоление сопротивления окружающей
среды поднимающийся воздух затрачивает определенную работу.
Эта работа производится за счет внутренней тепловой энергии данной
массы воздуха, в результате чего воздух охлаждается.
При опускании происходит обратный процесс — воздух сжимается и
нагревается.
Ввиду плохой молекулярной теплопроводности воздуха потеря
тепла при его подъеме ничем не компенсируется т.е. процесс проходит без
обмена тепла с внешней средой. Такие процессы называются
адиабатическими.
Если происходит подъем сухого или не насыщенного влагой воздуха, то на
каждые 100 м высоты он охлаждается на 1˚. Если же происходит опускание воздуха, то
при этом он нагревается на ту же величину. Такой процесс называется
сухоадиабатическим, а величина изменения температуры поднимающегося или
опускающегося воздуха (1 ۫ на 100 м высоты) - сухоадиaбатическим градиентом.

12.

Тепловой процесс, происходящий внутри поднимающегося
воздуха, насыщенного водяным паром, без обмена тепла с окружающей
средой, называется влажноадиабатическим, падение температуры в
поднимающемся воздухе при влажноадиабатическом процессе составляет
0,6º на 100 м высоты.
Эта величина называется влажноадиабатическим градиентом.
Значение влажноадиабатического градиента будет тем меньше, чем
больше будет конденсироваться влаги при подъёме воздуха, и наоборот,
градиент увеличивается, приближаясь к сухоадиабатическому, если
количество конденсирующейся влаги будет незначительным.

13.

Температурный градиент.
Пространственное распределение метеорологических
элементов называют полями этих элементов.
Метеорологические поля (как и всякое физическое поле)
проще всего характеризовать эквискалярными поверхностями, т.
е. такими поверхностями, в каждой точке которых метеоэлемент
сохраняет свою величину.
Так, поле температуры характеризуется изотермическими
поверхностями.

14.

Для практических целей нецелесообразно оперировать
пространственными градиентами метеорологических элементов,
а находят их проекции на горизонтальную поверхность —
горизонтальный градиент и вертикальную ось —
вертикальный градиент.
Вертикальный температурный градиент обозначается
буквой «γ» и единицей измерения для него является градус
температуры на 100 м высоты.
Горизонтальный температурный градиент измеряется в
градусах на градус дуги меридиана (примерно 100 км).

15.

Стратификация атмосферы и критерии
неустойчивости.
Те или иные значения вертикальных градиентов
температуры определяют в конечном счёте характер состояния
(стратификацию) атмосферы на определённый момент времени.
В зависимости от распределения t по
вертикали, воздух может быть в одном из 3х
состояний:
1. Устойчивое состояние. Характеризуется
отсутствием благоприятных условий для
вертикального движения воздуха.
Устанавливается в тех случаях, когда
фактический градиент температуры γ<1
2. Неустойчивое состояние. Характеризуется наличием благоприятных условий для
вертикального движения воздуха. Устанавливается в случае когда γ>1
3. Безразличное состояние. Не препятствует, но и не способствует развитию
вертикальных движений воздуха. Устанавливается в случае когда γ=1

16.

Температурные инверсии.
Слой в котором γ=0 т.е. температура воздуха с высотой
не изменяется, называется изотермическим.
Слой в котором γ>0 т.е. температура воздуха с высотой
растёт, называется инверсионным.
По причине
образования
инверсии делятся
на
Радиационные
Адвективные

17.

Радиационные инверсии чаще образуются на
суше и над ледяными полями в море, и связаны с
антициклонами и с тыловыми частями циклонов.
Адвективные инверсии не редки в районах
холодных океанских течений и обуславливаются
тёплыми фронтами циклонов.
Зачастую радиационные и адвективные инверсии
сопровождаются одноимёнными туманами.

18.

Суточные и годовые колебания температуры.
Суточные и годовые колебания температуры над
морем значительно отличаются от изменений над
сушей вследствие следующих причин:
1. Коротковолновая радиация Солнца проникает в воду
до нескольких десятков метров, а на суше она
поглощается тонким (несколько микрон)
поверхностным слоем.
2. Турбулентный характер морских течений
многократно увеличивает поток воздуха на глубину.
3. Различия в теплоёмкости воды и суши.

19.

Годовой ход температуры воздуха над морем в
целом параллелен годовому ходу температуры
поверхности моря.
В зависимости от широты выделяют 4 типа годового
хода температуры воздуха.
1.
2.
3.
4.
Экваториальный
Тропический
Тип умеренного пояса
Полярный

20. Измерение температуры на судах

На судне для измерения температуры воздуха
используется жидкостной метеорологический
термометр, помещенный в конусовидную оправу.
На судне необходимо иметь всегда два
термометра с конусовидными защитами - по бортам на
мостике.

21.

Измерение температуры воздуха на судне может
производится также с помощью аспирационного
психрометра по сухому термометру.

22.

Для непрерывной записи измерений
температуры воздуха предназначен термограф.

23.

Измерение температуры воздуха производится в точно
установленные сроки по видной оправе на кронштейне тому
термометру, который находится на наветренном борту судна.
Отсчет по термометру производится с точностью до
0°,1; сначала отсчитываются десятые доли градусов, а затем
целые градусы.
Необходимо помнить, что при отсчетах:
1.
Глаз должен занимать такое положение, чтобы луч зрения
был перпендикулярен шкале в точке отсчета;
2.
Нельзя касаться руками защитных конусов и резервуаров
термометров;
3.
Заслонять своим телом термометр от ветра;
4.
Держать голову слишком близко к термометру во
избежание нагрева его дыханием.
В отсчеты термометра вводится поправка, взятая из
поверочного свидетельства (аттестата), придаваемого к
каждому термометру.
При введении поправки необходимо учитывать знак отсчета
температуры и поправки.

24.

Измерение температуры поверхностного слоя воды.
Замеры температуры воды производятся при помощи
термометра ТМ-10 в оправе ОТ-51.

25.

При измерении ТПСВ с помощью термометра в оправе путем
погружения его в море необходимо:
— один конец линя привязать к скобе оправы, другой закрепить
на наветренном борту в носовой части судна;
— опустить термометр на лине на глубину 0,5—1,0 м и
выдержать термометр на этой глубине в течение 2—3 мин; затем
быстро, но осторожно поднять на палубу, удерживая в стаканчике
оправы зачерпнутую воду;
— повернуть внешнюю трубку оправы таким образом, чтобы стала
видна шкала термометра; поднять термометр так, чтобы глаза наблюдателя и
мениск столбика ртути находились на одном уровне (рисунок 6);
— произвести отсчет по шкале с точностью до О,1 °С (сначала десятые
доли, затем целые градусы).
После окончания измерения вылить из стаканчика оправы термометра
морскую воду, тщательно промыть термометр и стаканчик (предварительно
отвинтив его) пресной водой, протереть, привинтить стаканчик и поместить
термометр на свое штатное место в штурманской рубке.

26.

Обработка результатов измерений ТПСВ сводится:
— к введению поправок из свидетельства о поверке в
результаты измерений;
— к занесению исправленного отсчета в журнал;
— к включению значений ТПСВ в синоптическую
радиограмму.
Если на судне нет термометра для измерения ТПВС, то
данную информацию, с достаточной точностью, можно
получить у вахтенного механика, который снимет её с
термометра, установленного на входе системы охлаждения
главных и вспомогательных двигателей.