Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Мосновская область (по В. А. Дсвятовой) Первоисточником суточных колебаний температуры является солнечная радиация, поглощаемая земной поверхностью. Летом приток солнечной радиации к земной поверхности в околополуденные часы значительно больше, чем зимой. Вследствие этого и амплитуда суточного хода температуры воздуха вблизи земной поверхности летом почти в 2 раза больше, чем зимой. Турбулентный обмен летом более интенсивен, чем во все другие сезоны года. Следствием этого является более медленное убывание амплитуды с высотой летом и весной по сравнению с зимой и осенью: летом и весной амплитуда на высоте 700 м примерно в 5 раз меньше, чем вблизи земной поверхности, зимой и осенью — соответственно в7и8раз.
Суточные колебания испытывает не только температура, но и ее вертикальный градиент у. В табл. 10,3 приведены средние значения у летом и зимой в различных слоях. Летом вертикальный градиент температуры в трех нижних слоях положителен днем и отрицателен ночью. Амплитуда суточного хода у с высотой уменьшается.
Согласно данным табл. 10.3, выше 200 м у ) 0 во все часы суток, но значения его изменяются в достаточно широких пределах (в слое 200 — 400 м от 0,94 — 0,96'С/100 м в околополуденные часы до 0,36 — 0,44 'С/100 м в ночные). (О Суточиыа ход темпервт>ры воздуха в пограничном слое атмосферы 237 х й Таблица 10.3. Средние значения вертикального градиента температуры и' у (*С/100 м) в различные часы суток. Московская область о-ю 1 00-гоо ~ 1оо-000 )800-тоа(40>-ою о-зо ! >о-:оо ! ню-800 (яоо-тоо ! 4оо — ею Зимой вертикальный градиент в слое 0 — 200 и также изменяет знак в течение суток, но промежуток времени, в течение которого у ) О, зимой значительно меньше, чем летом (в слоях 50 — 100 и !5 4 вв !072!4!в!вгоггог 4 вв» Восход Заход 100 — 200 м лишь за один срок наблюдений у ~ 0).
Выше 200 м вертикальный градиент температуры зимой во все часы суток отрицателен: температура растет с высотой. Однако н в этих слоях значения у изменяются в течение суток в 3 — 4 раза. Рисунок !О.З, построенный по данным наблюдений в течение 6 сут, позволяет подметить еще одну характерную особенность су- 238 Тепловое состоииие атмосфеРы Высота, м Великииз -9,898 А/Аа (5+6) !мокс Ч Мнн (5+6) А/Ао (все) !мокс ч мин (все) 0,9! !3 00 0,9! 13 00 1,0 1,0 0,565 !3 50 0,640 !4 00 0,460 14 20 0,543 15 00 0,432 14 42 0,5!2 !5 08 Высота, м Величина !б !00 А/Ао (5+ 6) )мокс ч мин (5 + 6) А/Ао (все) Гилис ч мнн (все) 0,420 14 50 0,500 15 10 0,405 14 55 0,493 15 20 0,380 15 00 0,450 !5 25 0,340 !5 !О 0,360 !5 30 0,270 15 30 0,250 15 40 Ь 40 08 0,8 О,Ф 0,2 О -0,2 -0,4 -Об -ОВ -7,0 Высота и Сезон 2бб 289 2«! 2!7 !б9 0,4 1,8 2,8 2,6 0,4 1,6 2,8 2,5 0,5 1,6 2,7 2,3 0,6 1,9 2,9 2,5 0,8 2,3 3,2 3,0 1,3 1,0 4,7 3,8 4,7 4,3 5,8 4,5 1,7 4,4 5,4 6,4 2,1 4,8 8,0 8,5 Зима Весна Лето Осень Восход Таблица !0.4.
Относительная амплитуда А/Ао и время наступления Г„,к, (фаза) максимума температуры П р н м е ч а н н е. Здесь 5+6 означает, что осреднение произведено по пятой н шестой сернам наблюдений, осуществленных 24 — 25 августа и 31 азгуста — ! сентября при малооблачной погоде. Слово «все» указывает на то, что осреднение произведено по всеи шести суточным сериям наблюдений. Рис. !0.4. Суточный ход температуры Т, поверхностного слоя почвы (на глубине 0,5 см) в безразл!ерном виде. О'Нейл (США). 10 сутокиыа ход температуры иоздухз в иосраиичиом слое л ф Р тмосфе ы 22Р точного хода температуры воздуха.
Видно, что с увеличением вы- соты амплитуда суточного хода уменьшается, а максимум темпе- ратуры запаздывает. Однако существенное запаздывание наблю- дается лишь в нижней части пограничного слоя. Сведения об относительной амплитуде А/Ао и фазе максимума температуры по данным наблюдений в О'Нейле приведены в табл. 10.4. Максимум температуры на высоте 4 м наступает на 1 ч 42 мин позже, чем на глубине 0,5 см (зта глубина взята вме- сто поверхности земли, температура которой определяется с боль- шой погрешностью). В то же время на 200 м максимум наступает всего лишь на 28 мин позже, чем иа 4 м.
На рис. 10.4 представлен суточный ход температуры Т! поверх- ностного слоя почвы (на глубине 0,5 см) в безразмерном виде. По оси ординат отложено безразмерное отношение Ь = (Т! — Т!),! Ь = (Т вЂ” Т )гЬТ где Т! = (Тмакс+ Тмин)12, глТ=Тмаис Тмин. Согласно атому гра- фику, крн ф, нвые суточного хода температуры во всех сериях наблюбез аз- лений практически совпадают, если привести этот ход к езраз- мерному виду. Вертикальные профили температуры воздуха в различные мо- менты времени приведены на рис. 10.5.
Общие закономерности таковы. В дневное время температура падает с высотой, очень бы- стро вблизи земной поверхности (у ) у,) и более медленно (у= ж,) выше 50 — 100 м. В ночную половину суток в нижней части слоя (до высоты 300 — 400 м) температура растет с высотой, а выше падает. Обратим внимание на то, что в слое 1000— температура воздуха в ранние утренние часы (6 ч 35 мпн) выше, чем в околополуденные часы (14 ч 35 мин). В последние десятилетия уникальные наблюдения проведены на высотной метеорологической мачте в Обнинске (Калужская область) и на телевизионных башнях Москвы, Ленинграда, Горь- кого, , Киева и других городов Советского Союза. Таблица 10.5 соат ы воз- держит сведения об амплитудах суточного хода температур духа по наблюдениям в Обнинске за 1962 — 1963 гг., которые про- водились систематически по двое суток через каждые две недели.
Наибольшие амплитуды наблюдаются летом и осенью, наимень- Таблица 105 Средние амплитуды 2А ('С) суточного хода температуры воздуха в различные сезонь! года тенаовое состояние атмосФеры гм 7500 7000 500 100 0 гы 500 200 100 Высота, м Ясно Облачно 8 169 30! 37 9,6 4,! 3,4 !0,6 5,4 3,8 6 !1,8 8,8 46 ~( 69 27 7! 44 2 ( 3 8,6 5,0 4,2 9 5,9- 3,9 3,4 шие — зимой. С увеличением высоты амплитуды суточного хода во все сезоны падают (исключение составляют два последних уровня). По наблюдениям 1968 †19 гг. приводятся сведения об амплитудах суточного хода тсмпературы воздуха в Обнинске в ясную и Рис.
!0.5. Вертикальные профили температуры воздуха 3! августа— ! сентября !953 г. О'Нейл (СШЛ). Цифры у вриаых — иоясное время. облачную погоду (табл. 10.6). В выборку «облачно» вошли случаи с переменной (не сплошной) облачностью. Поэтому различие между амплитудами в ясную и облачную погоду по этим данным не очень велико. Вблизи земной поверхности (8 и) амплитуда суточного хода больше в ясную, чем в облачную погоду. На высоте 301 м наблюдается обратная картина: амплитуда во все сезоны в облачную погоду больше, чем в ясную.
Таблица 70,6. Средние амплитуды 2А ('С) суточного хода температуры воздуха в ясную и облачную погоду (7у — число случаев) Весна Лето Осень ~ Весна Лето Осень !0 Суточныа ход температуры воздуха в пограничном саое атмосеыры 241 Непрерывная регистрация величин иа высотной мачте в Обнинске за 1968 — 1970 гг. использована для определения времени наступления максимума и минимума температуры (табл.
!0.7). й Таблица !0.7. Среднее время (ч нин) наступления вкстреыальмых температур. Обнинск (7т' — число случаев) На рис. 10.6 показан хорошо выраженный, не искаженный адвекцией и облачностью суточный ход температуры 5 — 6 августа 1970 г., когда только с 13 до 17 ч наблюдалась кучевая облачность 1 — 2 балла, а в остальное время было ясно. На этом пространственно-временном разрезе приведены термоизоплеты; кривые, 0 9 72 75 73 27 2ч ' б б ч Рнс. 70.6. Пространственно-временной разрез поля температуры ('С) 5 — 6 августа 7970 г, Обнинск. соединяющие точки с одними и теми же значениями температуры. Знаком «плюс» отмечены области нарастания температуры во времени; область с инверсионной стратификацией заштрихована.
На всех высотах суточный ход температуры при таких погодных условиях имеет вид волны: на высоте 8 м с максимумом (24,4'С) в 15 ч 30 мин и минимумом (13,4'С) в 4 ч 30 мин, на высоте 169 м — соответственно в 17 ч 30 мин (22,7'С) и в 5 ч 30 мин (20,4'С), на высоте 301 м — в 18 ч (21,2'С) и в 7 ч 30 мин (20 'С) . 16 заиаз ьт 24! 243 тепловое состовнне атмосферы Высота. м 2 ' Распределение температуры воздуха по высоте в пограничном слое атмосферы Р0 Суточвыа ход температуры воздуха в пограничном слое атмосферы Таблица !0.8. Средине значения температуры воздуха ('С) на различных высотах (М вЂ” число случаев) Близость исключительно неоднородной по своим физическим свойствам земной поверхности, большие колебания (во времени и пространстве) содержания поглощающих радиацию газов (прежде всего водяного пара), наличие облаков, туманов и твердых примесей и другие факторы обусловливают исключительно большое разнообразие профилей температуры воздуха, равно как и других величин (скорости ветра, характеристик влажности воздуха и турбулентного обмена), в пограничном слое атмосферы.
При этом имеет место тесное взаимодействие и взаимообусловленность полей различных метеорологических параметров атмосферы. Так, распределение температуры оказывает решающее влияние на распределение характеристик влажности воздуха и турбулентного обмена. Но водяной пар и особенно облака и туманы как продукты конденсации водяного пара в свою очередь весьма существенно влияют на поле температуры. То же самое можно сказать о распределении температуры и скорости ветра: здесь посредником выступает турбулентный обмен, оказывающий большое влияние на профили температуры и скорости ветра (но одновременно и зависящий от них).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
