Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 52
Текст из файла (страница 52)
При получении опытных данных о распределении метеорологических величин в пограничном слое встречаются большие трудности; с одной стороны, с помощью радиозондов вследствие большой скорости их подъема удается получить в пределах пограничного слоя значения величин лишь на двух-трех высотах (чсго явно недостаточно для построения кривых распределения); с другой стороны, с помощью градиентных наблюдений представляется возможным изучить слой атмосферы до высоты в несколько десятков (в отдельных пунктах — сотен) метров.
Поэтому основными средствами зондирования пограничного слоя служит самолет и аэростат. Однако эти средства не являются массовыми и применение их ограничено условиями погоды. Распределение средней за сезон температуры воздуха по данным аэростатного зондирования в Московской области изображено на рпс. 10.7. Зимой во всем слое (до высоты 700 м) стратификация инверсионная; температура растет с высотой сначала быстро (примерно на 1,5 — 2'С/100 и), а затем все медленнее. Летом инверсия температуры наблюдается лишь до высоты 100 м, выше температура падает (градиеит температуры составляет 0,5 — 0,8'С/ 100 м).
Весной и осенью до высоты 150 †2 м наблюдается рост температуры, выше в падение (более медленное, чем летом). По данным измерений температуры воздуха на аэростатах под Ленинградом П. А. Воронцов выделил четыре типа стратификации. В качестве критерия взят параметр КТ/Рз (здесь ХТ вЂ” разность атас 2 ) 25 ! кп ! кп ! пп ! зш Зина )0,06 От 0,06 до 0,02 От 0,02 до — 0,02 ( — 0,02 13 30 48 !5 — 3,3 — 3,3 — 1,9 — 6,8 — 5,0 — 5,8 — 4,8 — 5,9 — 1,8 — 1,6 — 3,4 — 4,1 — 3,8 — 3,6 — 1,9 — 6,2 — 4,0 — 4,4 — 3,8 — 4,3 — 2,0 — 2,0 — 5,6 — 4,3 Лето )0,06 От 0,06 до 0,02 От 0,02 до — 0,02 ч, — 0,02 19,0 !7,! 15,0 13,0 18,3 16,4 14,8 13,6 17,8 !6,1 14,7 !4,2 17,2 15,4 !4,7 15,0 13,7 12,3 !2,8 13,6 16,3 !4,6 !4,5 !5,3 50 43 24 20 км 3 4 800 400 Рнс.
!0.7. Средние верти. калъные профили температуры воздуха. Московская область. 200 1 г 4 8 !б!8207 с т — зниа, у — осень, 3 — весна. С вЂ” лето. Р -ж -м лгло-в типе температура также падает с высотой во всем слое, но более медленно, чем при первом. Третий тип характеризуется практически изотермической стратификацией во всем слое, а четвертый тип — инверсионной стратификацией: температура растет с высотой леток! и зимой до высоты около 300 м.
Летом преобладает первый и второй типы стратификации, зимой — третий и четвертый. Обратим внимание на то, что наиболее низкая температура воздуха у земли наблюдается как зимой, так и летом при инверсионном типе стратификации. С высотой различия в температурах уменьшаются. 16* температур воздуха на высотах 2 и 100 м, с — скорость ветра иа высоте 100 м). Средние значения температуры воздуха для каждого из четырех типов приведены в табл. 10.8. При первом типе температура падает с высотой во всем 500-метровом слое; в этом случае градиент температуры превышает уа в слое 0 — 100 м и близок к нему выше 100 м.
При втором 245 теолоаое состоаиие атмасбюры Сроки иаблюдеиий, ч Слой, м Весна Зина — 0,6 ! — 0,4 ~ 0,6 О,З ~ 0,1 ~ 0,5 0,2 — 0,2 0,4 2 — 100 100 — 200 200 — ЗОО Осень Лето — 2,4 ~ 1,5 ) — 2,! — 1,3 ~ 0,6 ~ 0,3 О,З 10,5 О,З 2 — 1ОО 100 — 200 200 — ЗОΠ— = — 72 — +е'(г, 1). дТ д дТ д1 дг дг (ЗЛ) Высота, м Количе- ство облаков, бел ты форма облаков Лето 9,3 11,2 12,0 13,2 14,0 13,3 10,9 13,7 14,9 15,4 16,7 15,0 11,4 13,7 15,8 15,8 17,7 16,0 11,7 12.8 16 5 16,0 18,3 16,2 12,7 13,2 17,8 16,5 19,3 17,0 12,2 12,? !7,0 16,2 18,7 16,5 10 7 — 9 7 — 8 3 — 6 3 — 6 Π— 2 Ьс, 5! Бс Сп 50 Сп Зима — 5.! — 3,5 — 9,8 — 2,0 — 3,3 — 2,3 — 8,1 — 1,3 — 2,0 — 3,5 — 2,7 — 8,5 — 2,2 — 1,7 — 3,1 — 1,6 — 8,2 — 0,7 — 2,1 — З,Π— 1,4 — 8,1 — 0,5 — 2,2 — 2,7 — 1,Π— 7,9 — 0,2 — 2,4 10 7 — 9 3 — 6 3 — 6 Π— 2 50, 3! Яс Сп В табл.
10.9 приведены средние значения у по наблюдениям в разные сроки в Обнинске за 1962 — 1963 гг. Наибольшие изменения у наблюдаются в нижнем 100-метровом слое, особенно летом и осенью, когда днем градиенты сверхадиабатпческие (у- у,), а ночью — отрицательные (у (О). В 13 ч сверхадиабатические градиенты наблюдаются летом во всем 300-метровом слое, осенью и весной — лишь до высоты 100 м. Таблица 10.9. Средние значения у ('С/100 и) 15 ) и ", ~ ! т ! ~з ( м 2 ! — 0,3 ' — 2,2 02' 0,1 -О',1 ) О',3 ~ $!,'=::~~ Существенное влияние на распределение температуры оказывает облачность.
Опытные данные о распределении температуры при разных формах н количестве облаков приведены в табл. 10.10. Таблица 10.!О. Средняя температура воздуха ('С) при разных формах и количестве облаков нижнего яруса. Ленннгряд 2 ~ 25 ~ 50 ! !00 ! 200 ~ 500 10 Суточный ход темоературы воздуха в оотраиичиом слав атмосферы Особенно велико различие в температурах воздуха при большом и малом количестве облаков летом: разность между температурами прн сплошной облачности и при облачности 3 — 6 баллов составляет на всех высотах 5 — 6 'С.
Рассмотрим экстремальные значения градиента температуры в пограничном слое. По данным измерений в Подмосковье за 1950 †19 гг., в слое 0 — 50 м градиент температуры изменялся от 5,6 до — 15,4 'С(100 м (речь идет о градиентах, рассчитанных для всего указанного слоя). Чем выше расположен слой, тем меньше диапазон колебаний градиента температуры. Градиенты температуры, во всяком случае его положительяые значения, выше 100— 150 м уже не так сильно отличаются от сухоадиабатического. Так, в слое 200 — 400 м экстремальные значения изменяются от 1,20 до — 4,55'С!'100 м, в слое 400 — 600 м — от 1,75 до — 3,00'С!'100 и.
3 Теория суточного хода температуры воздуха в пограничном слое атмосферы Первые работы по теории суточного хода температуры воздуха были выполнены В. Шмидтом и Дж. Тейлором свыше 50 лет тому назад. Исходным уравнением служит уравнение притока тепла, полученное в главе 9: В этом уравнении через е'(г, 1) обозначен приток тепла, обусловленный всеми факторами (радиационными, конденсационными, адвективными, коивективнымп) „кроме турбу.лентного обмена. Потенциальная температура в правой части (3.1) заменена кинетической по той причине, что вертикальные градиенты температуры в приземном слое существенно больше сухоадиабатического, вследствие чего — и — = — й (у,+ — ) ж — Ф вЂ”. д дО д у дТ х д дТ дг дг дг (, ' дг ) дг дг Выше приземного слоя у сравнимо с у,, Однако здесь й — практически постоянная (с высотой) величина. Поэтому Теория суточного хода температуры воздуха наиболее полно развита для случая, когда учитывается один турбулентный приток тепла.
Эта теория объясняет целый ряд особенностей суточного хода температуры, прежде всего в пограничном слое атмосферы. 247 П1 10 Сутсчнып ход температуры воздуха в пограпнчнсм слОе атмосферы тепловое состопнне атмосферы 246 Т(г, 1) =Т(г)+т(г, 1), (3.2) в которой первое слагаемое У(г) представляет собой среднее суточное значение температуры и зависит только от высоты,а второе слагаемое т(г, 1) — отклонение температуры от средней суточной. Если подставить сумму (3,2) в уравнение (3.1), то получим два уравнения: д дà — й —.+е'(г) = О, дг дг (3.3) (3.4) — — й— ду дг дг первое из которых позволяет исследовать вопрос о распределении средних суточных значений температуры по высоте, а второе— ее суточный ход. В уравнении (3.4) нестационарная часть притока тепла е' опущена.
Граничные условия для отклонения температуры задаются в следующем виде: а) на достаточно большой высоте (теоретически на бесконечности) суточные колебания температуры отсутствуют, т. е. т- 0 при г- сп; (3.5) б) температуру земной поверхности будем считать известной. Ее колебание во времени обусловлено изменением притока солнечной радиации к земной поверхности. Хотя зависимость притока от времени в общем случае может быть аппроксимирована кривой достаточно сложного вида, ограничимся анализом наиболее простого случая, когда радиационный баланс является периодической функцией времени: (3.6) Я (1) = Я, + 1г, соз (ьт1 — гр) Здесь гго †средн суточное значение баланса земной поверхности, уст — его суточная амплитуда, ы =2л/П вЂ” угловая 'скорость суточного вращения Земли, П вЂ” период колебаний (сут), <р — начальная фаза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
