Б.И. Извеков, Н.Е. Кочин - Динамическая метеорология (часть 1) (1115249), страница 28
Текст из файла (страница 28)
е. решить графически уравнение Пуассона, Если, например, исходим из первоначальных значений р,= 900 дкбр. 2',= 290; то, следуя по горизонтальной изэнтропе направо, йайдем, что при р=535 мбр, У=250О и т. д. Вторая система кривых, которые наносятся на тэфиграмме, суть д бьдгтввггв* ду* , э буду р *, д р уд д ю температуры поднимаются к большим значениям энтропии, т. е. следуют поднимаясь слева направо. В самом деле, легко понять, что влажную адиабату можно получить из сухой, если принять во внимание, что при конденсации выделяется скрытая теплота, которая притекает к данной массе влажного воздуха.
Таким образом, если мы будем рассматривать сухую массу воздуха, которая проходит те же изменения состояния, что и влажная масса, изменяющая свое состояние адиабатически, то эта сухая масса должна все время получать приток тепла бй= — б(га), и энтропия ее должна расти по закону бг=~ ф= — ~ ~'"'>0.
Точно влажные адиабаты могут быть получены, если в координатную сетку температуры и давления на тзфиграмме мы внесем парные значе"ния величин У и р, соответствующие дождевой стадии (9 7). При понижении температуры, когда удельная влажность падает> влажные адиабаты заметно приближаются к сухим и направляются параллельно оси абсцисс. Продвигаясь по влажной адиабате, мы можем решить задачу о нахождении температуры влажной массы воздуха при понижении ее давления. Так, например, исходя из начальных данных р,=900 дибр, Уе —— 290,5', найдем, что при р= 500 двбр, 2'=266ь. Наконец, третья.,йнстй(вй (((щвь(х начерченных на тзфиграмме, есть система линий, дающих максимальную удельную влажность насыщения е 1,60зр — О,ибе где е — упругость паров, насыщающих пространство, есть функция толька от температуры 2'.
Это суть линии слегка наклоняющиеся направо вверх от вертикали. На бланках тэфиграмм они нанесены пунктиром. Они могут быть проведены таким образом: определим точку росы Х, при постоянном давлении. Точку на тэфиграмме определяем, следуя изобаре до пересе-' чения с изотермой 2,. Место этих точек встречи для разных значений,: давления р даст искомую кривую. Тэфнграмма весьма удобно может служить для диагноза состояния м:;,'~ атмосферы в данный момент времени иад данным местом, а также и для целей прогноза погоды. Для этого данные аэрологических наблюдений, дающие параллельные значения температуры и давления, наносятся на бланк тэфиграммы.
Эта запись дает непрерывную кривую, характеризующую состояние атмосферы в данный момент времени над данным местом Ход втой йривой в различных участках дает возможность судить, насколько атмосфера является устойчивой или неустойчивой на различных высотах. Там, где к т кривая при понижающемся давлении, т. е. при увеличении высоты направлена на диаграмме „4 . ' '..-.~„' слева направо вниз (на рис. 9 участок ВС) равновесие будет во всяком случае неустойчивым, ибо в этой области, как легко понять, вертикальный температурный градиент оказывается больше сухого адиабатического. Там, где кривая направляется справа наг лево вверх, например, (как на участке ЮЕ), во Рнс 9. всяком случае имеет место устойчивое равно- весие, ибо температура в этом случае растет с убыванием давления, т.
е. имеет место инверсия. Наконец там, где кривая имеет направление слева направо вверх (как например на участках АВ и СВ) может иметь место устойчивое или неустойчивое равновесие, смотря потому, будет лн воздух насыщенным или нет. Если воздух насыщен, то устойчивое равновесие может получиться только в том случае, если кривая поднимается слева направо вверх круче, чем влажная адиабата (как например на участке СВ) и равновесие будет неустойчивым, если кривая спускается под влажную адиабату (на чертеже, ',::;:. участок АВ).
Как указал Шоу и позднее точно показал Россби (КозаЬу), тэфиграмма дает возможность графически определить количество энергии, которое может освободиться при нарушении неустойчивого равновесия атмосферы в тех ее участках, где неустойчивое равновесие имеет место, '.',:,".,': и таким образом может служить для целей прогноза погоды.
В самом деле элемент площади на тэфиграмме должен измеряться в таких еди-,:;!: ницаж (у~Оу) ~~эпО ОжОУль ~ ~ ОжО~Я~ нн т. е. он дает меру удельной энергии. 1 кв. г.я площади на рис. 9 представляет энергию в 2.10з эрга на грамм сухого воздуха. Можно задать вопрос, какова будет работа, необходимая для того, чтобы массу воздуха передвинуть скажем из точки А в точку В.
Эта работа будет очевидно зависеть от вида кривой, характеризующей,. р' состояние атмосферы между точками А и В. Ранее (66) нами было выведено выражение для элементарной работы, .": ':":.;, которую производят внешние силы при вертикальном поднятии единицы массы воздуха на элемент высоты Ох ЛУ = Д (У вЂ” 2) Ы 1я р. Следовательно полная работа перемещения единицы массы воздуха ",'::;;-:; выражается интегралом Рн И~= / )г(У вЂ” 2') Ф 1я р, Р~ где нижний предел р~ означает давление на нижнем уровне, при начале поднятия, а верхний предел рн †давлен на верхнем уровне. Так как, выражая ?р в тепловых единицах, г1йр — 1сй1я Т вЂ” ар1, 1 то — Гр — т>?рр — — ' Г<Т вЂ” Т> й1я Т. А,У А .р Если теперь обратимся к тэфиграмме (рис.
10) и рассмотрим работу на участке А1>В, то найдем, что первый член правой части нашего выражения есть ничто иное, как помноженная на постоянный множитель величина площади, заключенной между влажной адиабатой СЗВ и кривой состояния АОВ. На участке АХ> этот а интеграл имеет положительное значение, что соответствует затраченной работе поднятия воздушной массы, находящейся в положении г устойчивого равновесия, а на участке 0В этот л ир м, интеграл имеет знак минус, что соответствует в с освобождающейся энергии неустойчивого состояния.
г Легко показать, что второй интеграл обра- Рис. >ц щается в нуль. В самом деле интеграл ~~' — т>й1к Т= ~Т?р1я Т вЂ” ~Тй?| Т= ~ Тй>ят- ~ Т?р>ц Т. [лсов> <ьбв> ыйв> (воь> т. е. представляет собою интеграл по замкнутому контуру от полного дифференциала Т11к Т. Следовательно он равен нулю. Интеграл ~(Т вЂ” Т>?рр представляет величину площади, которая заключается между кривой состояния и кривой индивидуального изме. пения. Таким образом И/>0 при Т> Т и И~<0 при Т< Т. В первом случае это указывает на освобождающуюся энергию, а во втором случае на то, что нужно приложить работу, чтобы перевести частицу из 1-го во 2-ое положение.
В нашем примере Т > Т на участке ЖР и Т(Т на участке Е)В. При сдвиге воздушной массы от А до В очевидно И') О, ибо величина площади ОВ будет больше площади треугольника АСЮ; таким образом при сдвиге из положения А в положение В освобождается энергия, измеряемая разностью площади ВВ и плошади треугольника АСО. Если мы будем измерять ?р и 1Р в соответствующих единицах, а именно ?р в... а ив —,, то будем иметь, что джоуль джоуль Ю= ~'<Т вЂ” Т> Вр «ав Эта же самая формула будет иметь меето,если?р измерять в — —;„-Э-, ио «вл.
тогда и И~ получится в — '. Таким образом, имея иа диаграмме Шоу кривую состояния, т. е. кривую изменения метеорологических элементов с высотой над данным местом, можно по ходу этой кривой сделать заключение об устойчивости или неустойчивости отдельных слоев воздуха и даже подсчитать кс?личество энергии, которое необходимо затратить для поднятия мям,, -"-.'":.'..".:.',,!,"::;.-:"',::,.:.-:вФздухв в первом случае, или которое освобождается при поднятий' неустойчивых масс во втором случае, т. е.
иначе говоря, с помощью тэфиграммы можно составить диагноз состояния атмосферы и даже сделать некоторый возможный прогноз погоды на ближайшее время. Примеры таких диагнозов по тэфиграммам даны в конце книги. 01пез в Англии и А1чогд и Бш11п в САСШ изучили большое число тэфиграмм, построенных по зондовым под'емам в летние дни, характеризовавшиеся вообще неспокойным состоянием атмосферы и выпадением большого количества осадков. А!чогб и Бт11п приходят к заключению, что грозы, сопровождаемые бурными пертурбациями в атмосфере, могут быть предсказаны на основании анализа тэфиграмм примерно за б часов до их наступления.
Если на тэфиграммах утренних под'емов обозначались большие заштрихованные площади, соответствующие неустойчивому состоянию атмосферы и большим количествам энергии, которая при таком неустойчивом состоянии может освободиться, то с большой вероятностью можно было предсказать грозу и шторм в течение следующего дня. Они полагают, что фронтальные возмущения в атмосфере, связанные с перемещением поверхностей разрыва, также могут быть обнаружены на тэфиграммах, по крайней мере, за б часов до приближения фронта к станции наблюдения.
Однако, надо сказать, что в действительности вертикальные перемещения больших масс воздуха в атмосфере происходят гораздо сложнее. Большие воздушные массы не поднимаются как целое, а с другой стороны наряду с поднятием происходит вытеснение других воздушных масс и опускание их вниз. Создаются местные малые циклы и сложная система вихрей и весь процесс принимает в большой или в меньшей степени характер турбулентного перемешивания. Поэтому численные подсчеты освобождающейся энергии на эйграммах и тэфиграммах имеют условное значение, т.
е. просто дают некоторую общую характеристику неустойчивости атмосферы над данным местом. Эти подсчитанные по тэфи- граммам и эмаграммам количества освобождающейся энергии обычно являются несколько преувеличенными. С помощью тэфиграммы удобно решаются графически две рассмотренных уже ранее задачи: 1. На сколько градусов надо поднять температуру массы воздуха, находящегося у земной поверхности 1дав ление рм температура Т, и удельная влажность д) для того, чтобы эта масса сделавшись неустойчивой, поднялась до такой высоты, на которой находящиеся в ней пары ста л и-бы насыщать пространство? Рассматривая кривую состояния, изображающую действительное распределение температуры в вертикальной колонне атмосферы, найдем точку пересечения этой кривой с соответствующей кривой максимальной удельной влажности насыщения о. От этой точки следуем по сухой адиабате влево до пересечения с той изобарой, которая соответствует давлению у земной поверхности (р,).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
