Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 62
Текст из файла (страница 62)
В мае в области стратопаузы происходит смена на. правления горизонтального градиента температуры и завершается формирование очага тепла (275 К) в приполюсном районе. В от же период в мезосфере высоких широт наблюдается обратный процесс — формирование области холода с температура эт — ми !80 — 190 К. От января к июлю вертикальный градиент температуры в слое 50 — 80 км увеличивается от 1,1 до 3,6 К!км. Представление о годовом ходе температуры на разных высотах позволяют составить графики термоизоплет (рис. 12.10). Отчет- к низким). В нижней стратосфере (начииая с 200 гПа на широтах 60 — 80' и 50 гПа на широтах 30 — 50') коэффициенты корреляция особенно велики: онн колеблются в пределах 0,80 — 1,00. Только вблизи уровня 100 гПа в широтной зоне 30 — 40' связь между температурой н суммарной радиацией низкая (коэффициенты корреляции — 0,07 и 0,24). Это объясняется, по-видимому, тем, что именно здесь наблюдается двойная тропопауза и сложный характер горизонтального н вертикального распределения температуры.
12 Тепловое состопнпе атмосферы Пароол наблюдений 2511 — 5,'11 195б г. 2015г — 5101 1950 г. 1Π— 201"и' 1955 г. — 6,0 — 0,1 — 0,9 — 1,3 — 1,2 +0,2 +0,6 — О,б — 1,2 — 0,3 — 6,4 — 0,7 — 1,2 — 1,5 — 1,4 — 2,0 — 2,! — 1,8 — 2,0 — 1,4 — 2,0 — 5,2 — 1,4 — 1,3 — 1,3 — 1,6 — 0,9 — 0,8 — 0,4 +0,1 — 1,4 — О,б 0,19 Π— 1 2 — 4 5 — 7 8 — 1О 11 — 13 14 — 16 17 — 19 20 — 22 2 — !О 1! — 19 л, им О' с, пн 40 50 50 20 25 80 60 50 30 32 34 20 !3 31 34 22 12 34 34 24 9 34 29 23 8 31 20 !9 7 28 15 12 7 23 1! 9 7 !4 21 18 !О 20 34 27 !О 34 49 38 !! 43 55 45 15 52 56 60 8,4 7,4 9,8 13,6 12,3 !2,1 40 44 48 1,4 3,6 5,5 14,4 17,3 15,3 л кы 2А 'С.
!м ч .. 5 Непериодические изменения температуры в различных слоях атмосферы ливо видно образование области тепла вблизи стратопаузы летом и исчезновение ее зимой. В высоких широтах область тепла более обширна (очерчивается изотермой 260 К на высотах от 37 до 60 км) и сохраняется с апреля до середины октября. В умеренных широтах область тепла несколько меньше по толщине (очерчивается изотермой 260 К на высотах от 38 до 56 км), но существует она почти весь год.
В мезосфере в летнюю половину года формируется область холода, расположенная над стратосферной областью тепла. В табл. 12.7 приведены сведения об амплитудах годового хода температуры в слое 30 — 80 км. Наибольшие амплитуды на всех широтах наблюдаются в верхней мезосфере, наименьшие — в слое 55 — 65 км. Таблица 12.7. Амплитуда (К) годового хода температуры в верхней стратосфере и мезосфере Суточные колебания температуры воздуха. Наиболее значительные суточные колебания температуры наблюдаются в пограничном слое атмосферы (этот вопрос детально обсуждался в главе 10). Однако, как показали измерения, выполненные с помощью радиозондов и ракет, периодические изменения температуры имеют место и в свободной атмосфере.
По наблюдениям в Ленинграде, амплитуда суточного хода температуры воздуха (2А), достигнув минимума на высоте около 1 км, выше вновь возрастает и в верхней тропосфере (7 — 10 км) составляет 4 — 5'С. Такие большие амплитуды с учетом полученных в последние годы данных о погрешностях радиозондов, обусловленных нагреванием прибора солнечной радиацией, следует признать завышенными.
В табл. 12.8 приведено изменение температуры только за ночные часы, чтобы исключить влияние радиационной погрешности радиозонда (использованы данные учащенного 2-часового зой)!!ирования в Подмосковье). Поскольку на такие (а возможно, и несколько большие) значения температура понижается от полудня до захода солнца, то амплитуда суточного хода примерно в 2 раза больше приведенных в табл. 12.8 изменений температуры за ночь, т.
е. амплитуда в свободной атмосфере (выше 2 км) составляет примерно 1 — 3 С. термпчесннй ремни тропосферы, стратосферы и меаосфсры Таблица 12.8. Изменение температуры (иС) зв ночь По данным 16 ракетных зондирований атмосферы, проведенных с 16 июня по 2 июля 1965 г. на полигоне Уайт-Сэнт (32' с. ш.), получены следующие значения амплитуды (2А) и времени (! ) наступления максимума температуры в ее суточном ходе: Выполненные Л.
А. Бирюковой и В. Г. Кастровым количественные оценки показали, что одним поглощением радиации озоном и водяным паром нельзя объяснить наблюдаемый суточный ход температуры (амплитуда, обусловленная этим фактором, составляет 0,3'С на высоте 3 — 5 км, 0,2'С на 10 — 15 км, 0,8'С на 25 км, 1,6'С на 30 км и 2,2'С на 35 км). По расчетам Ф. Джонсона, амплитуда суточного хода под влиянием поглощения солнечной радиации составляет: меньше 1'С до высоты 30 км, 4,4'С на высоте 42 км, 5,3'С на высоте 48 км и 0,97'С на 70 км, Повседневные наблюдения показывают, что наряду с рассмотренными в предыдущих параграфах сезонными (годовыми) и суточными колебаниями температуры воздуха во всех слоях атмосферы наблюдаются ее непериодические изменения.
За сравнительно небольшие промежутки времени (от нескольких часов до 297 43 23 9 29 1б 6 17 33 13 7 !7 47 !9 !О 24 48 24 !8 !О )О )О <О <О )О <О (О )О 1 32 !б !2 7 Уровень, гПа (ЬТг 'С/сут, ! Ьт ! 'С/сут . Земля 3,! 3,2 3,! 4,5 700 500 3,3 З,З 5,7 5,7 Уровень, гпа ГРуппы ьт, ьг, ьго ьт ьт ато ьг, 3,2 — 2,9 — 2,5 1,5 2,0 — 2,! 0,6 — 2,8 2.3 — 2,6 2,0 — 3,3 2,4 — 3,5 — 1,9 2,4 2,8 — 3,8 — 2,! 1,6 )О <О <О )О 2,5 — 2,9 2,3 — 2,1 )о >О (О 296 Тепловое состояние атмосееры нескольких суток) температура значительно изменяется на разных уровнях.
Межсуточная изменчивость температуры (ЬТ( представляет собой абсолютную величину разности между температурой в некоторый момент текущих суток и температурой в тот же момент (срок) предыдущих суток. Она характеризует непериодические изменения температуры, поскольку суточный ход при этом исключен. Конкретные значения ~!ЬТ( колеблются в широких пределах: от десятых долей до 10 — 15'С в тропосфере и до 20 — 30'С в стратосфере и мезосфере.
Многолетние средние значения ~!ЬТ'! в тропосфере не превышают 3 — 5'С, при этом зимой 1ЬТ( больше, чем летом. Так, по данным наблюдений на территории СССР (выборка включает около 600 случаев) получены следующие средние значения )!ЬТ( и междусуточной изменчивости точки росы !Ьт): При этом у земли )!ЬТ*! не превышает 1,5'С в 38% случаев, 2,5'С в 54%, 4,5'С в 75% 7,5'С в 90% и 10,5'С в 97%. Из анализа уравнения притока тепла, полученного в главе 9, следует, что изменение температуры в фиксированной точке пространства происходит под влиянием трех факторов: 1) адвекции, т. е. горизонтального переноса; 2) вертикальных движений; 3) притока тепла.
Опытные данные и результаты расчетов указывают иа то, что все три фактора играют существенную роль в изменении температуры в атмосфере. Так, Е. М. Орлова и автор показали, что наряду с адвекцией на непериодические изменения температуры большое влияние оказывают вертикальные движения. Нередко (примерно в 'гз случаев) вертикальные движения определяют знак локальных изменений температуры; при адвекции тепла возможно локальное похолодание, а при адвекции холода— потепление.
В табл. 12.9 приведены средние значения фактического (ЬТо) и адвективного (ЬТ,) изменения температуры за 12 ч на разных!99 уровнях и повторяемость различных сочетаний ЬТо и ЬТ,. Из этой таблицы следует, что знаки фактического и адвективного изменения температуры противоположны на уровне 900 гПа в 28 % случаев, на уровнях 700 и 500 гПа в 34 % случаев.
При этом знак фактического изменения температуры обусловливается вертикальными движениями или притоном тепла. Анализ материалов зондирования атмосферы показал, что температура воздуха в стратосфере может изменяться во времени так же резко, как и в тропосфере (до !Π— 20'С за сутки), Например, в период с 23 января по 1 февраля 1958 г.в Арктике на 12 термичесино режим троиасберы, стратос$еры н мезосееры Таблица !2.9. Повторяемость н средние аричрметнчесцие виаченив ЬТо и ЬТ, ва период ! — 5 марта !949 г.
(ч. сл.— число случаев) ооо ~ тоо ~ ооо Средние арнеметнческне значения, 'С высоте 15 — 30 км произошло повышение температуры на 15— 35'С (на уровне 100 гПа на 15'С, на 30 гПа на 35'С). Такое же резкое повышение температуры в Арктике произошло в период с 3 по 7 февраля !957 г. На высоте 20 км температура повысилась от — 70 до — 28'С; 6 февраля на высоте 26,5 км был отмечен абсолютный для зимы максимум температуры в Центральной Арктике ( — 22,4'С) . Большой интерес представляют данные, характеризующие из' менение (эволюцию) поля температуры в развивающихся циклонах и антициклонах.
Прежде всего температура воздуха в антициклонах на одном и том же уровне в тропосфере выше, а в стратосфере ниже, чем в циклонах. По мере развития (углубления) циклон становится все более холодным в тропосфере и более теплым в нижней стратосфере. В табл. 12.10 приведены сведения о температуре, которая наблюдалась в циклоне, перемещавшемся теиловое светониев втивс4герь Стелин развития Рт гпв УРовень, гпв Честь цинлонв Рт гпз 200 и! 1 000 — !7... — 21 — 22... — 28 — 56... — 6! — 48... — 55 — 50...
— 52 — 56... — 60 Передняя Тылозая Передняя Тыловая Передняя Тылояая — 22... — 24 — 36... — 37 — 58... — 60 — 44... — 45 — 60... — 62 — 54... — 55 — 30... — 32 — 36... — 38 — 50... — 54 — 46... — 48 — 62... — 64 — 60... — 6! — О,!4 — 0,45 — 0,29 — 0,70 — 0,70 — 0,46 0,5! 1,00 — 0,27 — 0,45 — 0,31 — О, 55 — 0,55 — 0,02 1,00 0,26 0,34 0,29 0,28 0,53 0,67 1,00 — 0,08 — 0,65 0,45 0,57 0,43 0,94 1,00 0,86 — 0,23 0,47 0,68 0,48 1,00 0,99 0,75 — 0,23 — 0,66 0,36 0,47 1,00 0,72 0,68 0,54 — 0,14 — 0,64 0,67 1,00 0,74 0,55 0,53 0,43 — 0,11 — 0,49 1,00 0,67 0,56 0,51 0,49 0,41 — 0,21 1000 850 700 500 400 300 200 100 30 6 Стратосферные потепления гп = Т;Т!1п;о . Таблица 12.10.
Температура (*С) и разных частях циклона иа разных урозиях (по А. А. Павловской) из района Уральска сначала на север, а затем на запад 21— 24 февраля 1962 г. Передняя (по направлению движения) часть циклона в тропосфере более теплая, а в нижней стратосфере (200 гПа) более холодная, чем тыловая, По мере развития циклона температура на уровне 500 гПа понижается как в передней, так и в тыловой его части; на уровне 200 гПа наблюдается, хотя и менее значительныи, рост температуры. В процессе эволюции циклона поле температуры изменяется и на верхних уровнях (в приведенном примере 30 гПа), при этом выявляется тенденция к понижению температуры по мере развития циклона.
Приведем данные о связи непериодических изменений температуры на различных уровнях. Для установления таких связей можно использовать отклонения температуры Т' от ее среднего значения Т на фиксированном уровне (или изобарической поверхности). Количественной мерой связи между отклонениями температуры Т', и Т' на изобарических поверхностях р; и р; служит коэффициент корреляции Здесь 00 = (Т;) и ог = (Т!) — дисперсия температуры на по- 2 '2 2 '2 верхностях р, и р;; черта означает осреднение по многим случаям (реализациям).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
