Б.И. Извеков, Н.Е. Кочин - Динамическая метеорология (часть 1) (1115249), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Пусть далее опускание сопровождается горизонтальным растеканием воздуха, так что отдельные слои уменьшаются в толщине и распространяются на бяльшие горизонтальные площади. Возьмем слой, прилежащий к изобарической поверхностир, площади поперечного сечения ф, в котором вертикальный температурный гра- Следовательно Ряс. 35. са са р' г.о' а р' т.о' а Ис' ~Ь ' р. Т' 0=T(та Т)р.т' . о=у (Та Т) или (Та Т) р .
7~ .д ут(Т1 Т)» р .г.о Т'=Т. — —,— —.~ (Т,— Т). р' ° Ю' Если, как обычно, Д~~„, то при --,— -)1, Т станет меньше Т, т. е. Я р' падение температуры с ' высотой уменьшится, в некоторых случаях, когда - — — = — может наступить изотермия, а при значениях Ю .р' тс Ю.р т,— т 9 'р тз Р р т.— т — ) — даже инверсия. откуда Так, например, если положить Т,=1'С~100 м, то получимследующую таблицу: Наоборот при — с" 1 мы имеем Т')Т.
Ю' р' 9 и Обычно условие — — Р )1 отвечает опусканию и нисходящему по- 9.р току воздуха, а условие — ( 1 отвечает поднятию и восходящему Ю' .р' Ю р потоку. диент — — — =Т (рис. 35)'. Пусть после опускания этот слой имеет давлеит Фх ние р, площадь поперечного сечения Д и вертикальный температурный градиент †вЂ'.
Тогда; вводя в рассмотрение потенциальную темпера- ИТ' Йс' туру Ь слоя, которая остается неизменной, можем написать (см. гл. 1П) иэ 9 нэ ь =г (Т Т) у(Т ТЪ ИЭ да сс Но — — = — —,. Далее, так как сс' юМ Ж' масса слоя сохраняется неизмен- . ной, то р Д с(н'= р' ° Д' ° ~1а', откуда у.( р ТЮ л =р.о р т о* ибо р При опускании обычно происходит растекание и — >1 и, равным Ю' образом, ' — > 1. При поднятии — (1 и обычно — (1.
Однако следует Р' Р' Ю' ! Р Р Ю отметить один случай, когда при поднятии может получиться горизонтальное растекание масс, а именно, когда восходящий ток достигает нижней границы стратосферы, устойчивое распределение температуры в которой препятствует дальнейшему вертикальному поднятию. Тогда восходящие воздушные массы 'растекаются под нижней границей стратосферы. Поэтому при больших значениях —, даже при поднятии, величина — ' 9' Ю' Р' Ю', может сильно войрасти' и может получиться инверсия.
Это, повидимому, имеет место на'самом деле, н такимн восходящими токами с сильным горизонтальным растеканием можно объяснить существование слабых инверсий у верхней границы тропосферы. Существование могучих восходящих токов у нижней границы стратосферы очень отчетливо наблюдалось во время вулканических извержений, когда восходящий столб теплого воздуха, окрашенный в темный цвет присутствием мелкого вулканического пепла, поднимался до больших высот, соответствующих нижней границе стратосферы, и там расплывался, принимая столообразпую форму. Возвращаясь к случаям инверсий заметим, что такое опускание, сопровождаемое растеканием, вполне характерно для устойчивых антициклонов средних широт. При этом опускающийся воздух адиабатически нагревается и осушается и, таким образом, тело антициклона'является теплым и сухим.
В соответствии с этим, как известно, антициклоны характеризуются сухой и ясной погодой. Однако в' ясные зимние дни происходит интенсивное лучеиспускание с поверхности земли и сильное охлаждение как самой земной поверхности, так и непосредственно прилегающего к ней слоя; образуется как бы холодная шапка воздуха, отличающаяся большой устойчивостью. Теплые массы, опускаясь сверху и встречая этот охлажденный нижний слой, растекаются уже не над самой земной поверхностью, а над верхней границей охлажденного слоя.
Инверсия усиливается, и так как опускающиеся теплые массы имеют большую абсолютную влажность, то при соприкосновения с холодными приземнымя массами происходит интенсивная конденсация и развитие облачного слоя на поверхности раздела. Этот тип погоды очень характерен для некоторых продолжительных зимних антициклонов. Внизу господствует очень низкая температура и сплошная облачность. Но стоит, например, воздухоплавателю подняться на небольшую высоту, он проходит облачный слой с сильной температурной инверсией, выше которой простирается теплое тело антициклона с нисходящими токами воздуха высокой температуры и малой относительной влажности, что дает наверху теплую, ясную и сухую погоду. Изложенные здесь теоретические соображения были даны Магды!еэ'ом.
1) Опускание воздушных масс в антициклонах имеет часто весьма большие размеры. Шоу утверждает, на основании некоторых подсчетов, что на большой площади высокого давления со слабыми горизонтальными течениями опускание воздушных масс составляет около 80 м в сутки. Относительная влажность над антициклональной инверсией обыкновенно ниже 30е!е, а инегда доходит до 10е1е. Если принять, как это чаще всего бывает, среднюю высоту антициклональной инверсии в 1,5 км, то воздух, который вначале был насыщен, а потом стал опускаться до уровня 1,5 км, причем относительная его влажность стала 25',1„ должен был бы опуститься вниз на 2 км.
Если принять относительную влажность в конце 10%, то потребовалось бы опускание на 3,5 км, причем на этом !),Л!е!ее!о!од!есое Хе!Моиг!П" 1906. пути адиабатическое нагревание составило бы около 34' С. Редко наблюдающаяся относительная влажность в 1'1', указывает на опускание воздуха с границы стратосферы. Инверсии этого типа не,ограннчиваются областью антициклона, а могут образоваться во всякой: массе воздуха, которая почему-либо продолжительно опускается; Обыкновенно антициклональные инверсии горизонтальны, в то время как ннвереин фронтальные имеют наклон, меньший '/, .
Некоторые инверсии, связанные с фронтами, но лежащие ниже настоящих .фронтальных инверсий, также имеют малые наклоны, хотя весьма возможно, что они происходят от опускания воздушных масс. Как на возможную причину образования инверсий можно еше указать на разную степень нагревания сухих и облачных масс воздуха. Предположим, например, что происходит медленное опускание большой воздушной массы, в верхней части которой имеется облачный слой, а нижняя часть свободна от облаков. Пусть вначале вершина облака находилась на высоте 3 км при температуре — Уо С и давлении 700 мбр, причем не существовало инверсии в промежуточном слое между сухой и влажной массой. Пусть происходит опускание, в результате чего получается снижение верхнего уровня облака до высоты 1,5 клс. При таком снижении температура облачной массы поднимается до +3' С, а температура лежащей непосредственно над ней сухой массы — до +9'С, что дает инверсию около б'.
Если облачный слой не сплошной, а прерывистый, то инверсия уменьшается. Здесь мы имеем случай, когда наличие облачного слоя является причиной инверсии. Связь между облаками и инверсиями вообше очень тесна. а Правда, при опускании больших облачных масс происходит испарение и удаление от состояния насыщения.
Облако должно рассеиваться и постепенно исчезать. В упомянутом примере, когда насыщенный воздух нагревается при спускании с — ч' С до +3' С, для того чтобы поддержать состояние насыщения, надо было бы добавить около 2,2 г влаги на 1 аа воздуха. Но такое обога1цение может иметь место на самом деле, если, например, опускание происходит над поверхностью океана. . Дж,и блат (О)ЫеЫ) показал,') что воздух, пройдя 1000км надокеаном со скоростью 5 м)гак, т. е. в течение 55 часов, обогащается водяным паром в количестве, соответствующем 4 мм выпадающих осадков. При сильных ветрах и болыпой турбулентности такое обогащение может произойти в более короткий промежуток времени. Опускание на 1,5 км в течение 55 часов представляет конечно очень медленный процесс, но мощные облачные слои и мощные инверсии развиваются именно при таком медленном опускании.
Ночные инверсии. Инверсии иного типа обязаны своим происхождением охлаждению слоев воздуха вместе с земной поверхностью вследствие потери тепла излучением. Такие инверсии развиваются у земной поверхности и усиливаясь постепенно распространяется кверху. В ясные холодные ночи земная поверхность сильно охлаждается вследствие излучения, и от нее охлаждение распространяется на прилегающие слои воздуха. Так возникают ночные инверсии. Условиями благоприятными для них очевидно являются: ясная погода и достаточная сухость воздуха, отсутствие ветра и турбулентного перемешивания, открытый характер земной поверхности, †в что создает благоприятные условия для сильного ночного охлаждения. Наоборот зашита земной поверхности растительностью 1лес, трава, кустарники), облака низких ярусов, влажность почвы и прилегающих к ней воздушных слоев и, наконец, турбулентное перемешивание препятствуют развитию ночных инверсий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
