Б.И. Извеков, Н.Е. Кочин - Динамическая метеорология (часть 1) (1115249), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Пусть по оси абсцисс отложены температуры (от — 45' до 35), а по оси ординат — логарифмы давления (от 1050 мбр. до 500 лмгр.). Такая ~~,:,"!':": шкала дает возможность наносить данные под'емов до высоты 7 — 8 ка '). Сплошные кривые, идущие под углом около 30', представляют сухие "'.-,. ' адиабаты. Эти кривые мало отличаются от прямых. Пунктирные кривые идущие в том же направлении под несколько большим углом представляют влажные адиабаты.
Сплошные линии, идущие почти вертикально и имеюоо,,",::,::шие индексы от 0,1 до 40 представляют собою удельную влажность о в гр :-,':,:!:;'-: из ко воздуха. Эта удельная влажность рассчитана для насыщенного '..;.'воздуха; другими словами, кривые удельной влажности проведены так, %=,. о(то нанося на диаграмму точку с координатами Т и р, мы по значению '~~",." Проходящей через эту точку кривой удельной влажности узнаем одно(("'::::::;::,Временно содержание водяных паров в 1 ко массы при 109Чо влажности. ,-;-:":-',:=',-':Такая диаграмма введена в практику Ревсдалем (1930 г.) и названа им „:-- Ийоаграимой (Епегя1е-Маэзеп-П(аягапип), так как она дает возможность -:.,";:„-".:Легко производить подсчеты энергии воздушных масс.
В $ б было дано выражение силы, действующей на единицу массы ':: ":цри движении по вертикали, если движение это квазистационарное, т. е. ",'-",':И-каждый момент давление частицы равно давлению окружающей среды оях Т вЂ” Т г".= — = й —.
око Таким образом работа силы на вертикальном перемещении о(х равна Т вЂ” Т Т вЂ” Т оГг Гйх = у = о(х = й — — др....,.... (65) Фр О! '' о.ооч' ~ 1 — 111— Вставляя сюда ттв ! ттл. ФР ва ат получим ~1в-= — 1Т ~~ — ' =-ФТ вЂ” У1 У ~д р, Р т. е. элементарная работа силы пропорциональна дифференциалу площади заключенной на эмаграмме между кривой состояния для атмосферы, кривой, ваа таа зав к ваа нЬ тв' а та аа' -го" Рис.
З. Эмаграмма количества аиергии иа елииииу массы. изображающей изменения состояния, рассматриваемой массы воздуха и:, двумя бесконечно близкими горизонталями. При под'еме вверх работа по-:: ложительна при Т> Т, т. е. в этом случае она производится внешними!: силами и отрицательна при Т(Т, т. е. в этом случае она производитСЯ-' за счет энергии воздушной массы. Полная же работа изображается иа-"' рамме площадью, заключеной между сухой и влажной адиабатс4':' ой стороны, кривой состояния с другой и ограниченной сверху а:";,.
снизу горизонталями, соответствующими начальному и конечному положению воздушной массы. На чертеже 8, площадь Р', заключенная между кривой соСтояния и кривыми сухой н влажной аднабаты дает меру работы, которую кадо затратить для поднятия массы воздуха, а площадь Р" между кривой состояния и влажной адиабатой дает меру энергии, освободившейся при' поднятии неустойчивой воздушной массы, насыщенной парами, Разность площадей Р" — Р' дает меру количества энергии, освобождающейся, если воздушная частица движется с уровня, соответствующего давлению р, до уровня, соответствующего давлению и. Эту энергию Ревсдаль называет энергией неустойчивости ((.аЫ!йаЬепегй(е). По эмаграмме можно решить ряд интересных практических задач и произвести подсчеты свободной энергии, освободившейся вследствие влажно неустойчивого состояния воздушных масс.
Так, например, чтобы узнать на сколько градусов надо нагреть воздушную массу, находившуюся вначале на уровне, отвечающем точке (р„У) кривой для того, чтобы иоднявшись и адиабатичесйи расширившись, она пришла, в равновесие с окружающей средой как раз в тот момент, когда пары в ней содержащиеся придут в состояние насыщения, надо очевидно поступить таким образом. Зная удельную влажность поднимающейся массы воздуха, найдем точку пересечения кривой состояния с кривой максимальной удельной влажности насыщения э=д. Следуя нз этой точки вниз по сухой адиабате до точки пересечения ее с горизонтальной кривой, соответствующей Пм непосредственно определим величину нагревания ЬТ,= Т,— Т,.
Чтобы узнать до какой высоты надо поднять массу воздуха из ее первоначального положения без притока энергии так, чтобы, изменяя свое состояние адиабатически, она пришла в равновесие с окружающей средой, надо очевидно, нз данной точкй кривой состоянии (рэ Т,) следовать сначала по сухой адиабате до пересечения с упомянутой кривой насыщения э. После этого поднимающаяся масса будет следовать по влажной адиабате и пусть влажная адиабата пересекает снова кривую состояния в точке(рп Т1). Это и будет уровень до которого надо поднять массу.
Если выше этого уровня атмосфера влажно-неустойчива, то насыщенная масса будет подниматься дальше, пока снова не прийдет в равновесие с окружающей средой на некоторой высоте, которая определяется точкой (рм Т,), в которой кривая состоянии снова пересекает влажную адиабату, направляясь вверх. Иногда бывает выгодно рассматривать энергию, отнесенную к единице об'ема. Для того, чтобы составить выражение элементарной работы поднятия в этом случае, надо полученное ранее выражение элементарной работы помножить на массу, занимаемую единицей об'ема, т.е. на плотность р. Тогда Ррах = — К (Т вЂ” Т) — 4~ = — 4>.
(т — ц у Если в известном ряде, сходящемся при ~х~ (1 л' х' 1п (( — л)= — х — -- —... г з положить у 1 — к=в х ° — 116— т т — т т т то т т — т 1т — 2)е !т — т)» + т т 22е т т — т Ошибка, которую мы сделаем, если напишем 1п - — вместо— т — т будет в процентах составлять приблизительно 100 . Во влажно неустойчивых массах Т вЂ” Т только в редких случаях достигает 10', и поэтому: '-::., т — т т ошибка, которая получится, если -: заменить через 1и = не будет т т превышать 2е1, т. е.
не будет иметь существенного значения в приближенных метеорологических подсчетах. Поэтому можно написать т Ерш = — ! д = Ир = — ~! и Т вЂ” 1я Т~ Ыр. т . (67) т. е. величиною площади между кривыми состояния воздушной массы и !'; атмосферы и двумя изобарами до и рм Положительные количества энергии на этой диаграммной бумаге выйдут несколько преувеличенными, а отрицательные — несколько преуменьшенными.
Но, как сказано, ошибка эта невелика и в приблизитель-:-':,',' ных метеорологических подсчетах ею можно пренебречь. Впрочем легко ввести нужную поправку, если желательно получить большую точ-::;":;.„" ность. Для наглядного представления условий устойчивости воздуха при данном распределении температуры весьма удобно также пользоваться .'-.',,::-',.:, индикаторными диаграммами, предложенными Ш о у и названными им, ",'-', „тэфиграммами" '). В тэфиграмме мы имеем коор!цц!ах!!у)о, сетку в которой по осн абсцисс, направленной в левую сторону, нанесены 'температуры Т, а по оси ординат значения энтропии сухого воздуха, которую Ш о у обозначает не через 5, как обычно принято, а через н. Из соотношения 7 †н э = с 1п — (~=с 1п 0-~- сопз1) следует, что горизонтальные линии, т. е. эо изэнтропы, одновременно являются изотермами потенциальной температуры, т.
е. соответствуют адиабатическому изменению состояния массы.'-.':.-';: воздуха. Вертикальные линии представляют собою изотермы Т= сопя!. Линейной шкале энтропии соответствует логарифмическая шкала потек» '.'=,:"",; циальной температуры. Обе шкалы нанесены по вертикали. ~) См. нрнложенне П н конце кннтн. На диаграммной бумаге с линейной шкалой давления и логарифмической шкалой температуры элементарная работа выражается площадью между двумя изобарами р и р-+-е!р и двумя изотермами Т и Т. т Величина этой площади равна численному значению!и -.= е1о.
Полт ная работа поднятия от уровня с давлением ре до уровня с давлением х!! р, выражается значением интеграла Р~ — 1п=4>, - - . °....... (68) Ре На тэфиграмме наносятся еще дополнительные системы кривых. Прежде всего наносятся изобары, уравнение которых имеет вид ь- д ддд~ р'= 2,318! ок 1оо — 0,660 !ок —, где р — давление в миллибарах. Изобары представляются впдсеткесемейством кривых, которые поднимаются с правой стороны снизу и иаиравляются налево кверху, ибо, как показывает уравнение, при постоянном р энтропия де растет с возрастанием температуры Х Пользуясь этой системой кривых„можно легко по тэфиграмме найти значение энтропии, отвечающее данным значениям давления и температуры..Цапример для 2'=250', р=400 ибр ( (9 джоулей ~р. ~рва. ' Далее, сеть изобар и изэнтроп дает возможность определить' температуру, как функцию давленТ(я "при'аднабатическом процессе, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
