Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Метод радиозонда мозсно применять ао всех условиях погоды, он дает результаты исследования .немедлеяно после выпуска прибора П. А. Молчанов (г988 г.) Узсе е первом десятилетии после Великой Октябрьской социаяистиче. ской революции соеегсхими специалистами ло динамической метеорологии был выполнен ряд первоклассных исгхгдоаании, выдвинувших их иа пгреыг позиции о мировой науке.
Вд И. А. Кабель (7987 г.) сферы. Геопотенцнал. Абсолютная и относительная вмсота нзобарических поверхностей. Суточный ход давления Глава 1. Состав и уравнение состояния атмосферного воздуха Состав воздуха вблизи земной по- верхности. Состав воздуха в более высоких слоях атмосферы. Уравнение составная сухого воздуха. Уравнение состояния влажного воздуха. Харак- теристики влажности воздуха и связь между ннмн Глава 2. Строение атмосферы Основные сведении о Земле как планете. Принципы деления атмосферы на слои. Краткие сведения о методах исследеваиия атмосферы. Тропосфера, стратосфера и мезосфера. Понвтие о воздушных массах и фронтах.
Атмосферный озон ) Глава 3. Статика атмосферы Силы, действующие в атмосфере в состоянии равновесия. Основное уравнение статики атмосферы. Барометрические формулм. Барическая ступень. Вертикаяьный масштаб атмо- ферии антициклонов — гребней. Седловина представляет собой область, заключенную между двумя накрест расположенными циклонами и антициклонами. В некоторых районах нзобары имеют форму, близкую к прямолинейной.
Подчеркнем, что под низким и высоким давлением понимается относительное значение давления (по сравнению с давлением в соседних областях). Из приведенных рассуждений следует, что изобарические поверхности над циклоном вогнуты по направлению к земной поверхности, а над антициклоном выпуклы. Горизонтальные размеры барических систем (цнклонов и антициклонов в первую очередь) колеблются между несколькими сотнями и несколькими тысячами километров.
Их вертикальная протяженность составляет несколько километров. Различают низкие и высокие циклоны и антициклоны. Первые распространяются вверх на 2 — 3 км, вторые, как правило,— на всю трапосферу. В принципе можно рассчитать значение давления и построить карту его распределения не только иа уровне моря, но и на других уровнях (например, 1, 3, б, 9, !3, 16 км). Однако для характеристики полей давления выше уровня моря используется другой метод — метод барической топографии (см.
п. 6 главы 3), Раздел 1 Общие сведения о воздушной оболочке Земли Глава 4. Термодинамика атмосферы Первое начало термодинамики применительно к атмосфере. Адиабатическнй процесс. Сухоаднабатнческнй градиент. Потенциальная температура. Критерии устойчивости атмосферы на основе метода частицы. Изменение потенциальной температуры с высотой прн различяых видах стратификации атмосферы. Адиабатическне процессы во влажном ненасыщенном воздухе. Влажнваднабатнческие ироцессм. Уравнение первого начала термодинамики для влажмоадиабатнческого процесса.
Термодинамические графики. Анализ состояния атмосферы с помощью термодннамических графиков. Стратифнкацив атмосферы по отношению к влажноадиабатическому и сухоаднабатическому движению частицы. Метод слоя Общие сведения о воздушное оболочке Земля 38 1 Состав воздуха вблизи земной поверхности Объемное салержзиис, К Обьемиае содержание, я Гяз Отнасительиея молекуляриея мяс. ся !иа углералиаа шкале) Гзз Объемное. ', к„ солержяиие Плотность иа атка~всиию к воздуху Гяз 5 10з отОдо2 !Ое Закись азота (н О) Двуокись азота (МОт) Радон (!!и) Иод (1т) 1,5 10"' от 0 до следов Метан (СНт) Окись углерода (СО) Сернистый газ (50з) Азот (Нз) Кислород (Оз) Аргон (Аг) Угленнслый газ (СОз) Неон (Хе) Гелий (Не) Криптон (Кг) водород (Ня) Ксенон (Хе) Озон (Оз) Сухой воздух 28,0134 31,9988 39,948 44,00995 20,183 4,0026 83,800 2,01594 131,300 47,9982 28,9645 0,967 1, 105 1,379 1,529 0,695 0,138 2,868 0,070 4,524 1,624 1,000 78,084 20, 946 0,934 0,033 1,818 10 ' 5,239 .
!О ' 1,14 ° 10 ' 5 10з 8,7 ° !О ' РЗ вЂ” 10 ' от 0 до 1О-' 6.10 ш от 0 до 10 е Глава ! Состав и уравнение состояния атмосферного воздуха Атмосфера представляет собой механическую смесь нескольких газов. Назовем сухим воздухом такую смесь, в состав которой не входит водяной пар. Состав сухого воздуха вблизи поверхности Земли характеризуется данными, приведенными в табл. 1.1. На долю основных газов (Хз, Ога Аг), как показывает таблица, приходится около 99,96%, а на долю остальных — всего лишь около 0,04 %. Таблица 1Л. Состав сухого воздуха вблнан земной поверхности ' Объемное содержание — это выраженное в процентах отношение объема оь занимаемого 1-й газовой составляющей, к общему объему смеси прн условии приведения нх к одинаковым давлению н температуре.
В состав атмосферы всегда входят три переменные, крайне важные составные части — водяной пар, озон и углекислый газ. Значение этих газов определяется прежде всего тем, что они Состав в уравнемне состояния атмосферного воздуха очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказы вают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы. Углекислый газ является одной из важнейших составных частей питания растений. Он поступает в атмосферу в процессе горения, дыхания и гниения, расходуется же в процессе усвоения его растениями. Современный состав воздуха атмосферы Земли установился по крайней мере несколько сотен миллионов лет назад.
Сформировавшийся в природе круговорот атмосферных газов способствовал тому, что газовый состав атмосферы оставался неизменным до тех пор, пока резко не возросла проснзводственная деятельность человека, в первую очередь добыча н последующее сжигание основных видов топлива (каменного угля, нефти и природного газа). В текушем столетии отмечается увеличение содержания СОт по всему земному шару. За последние 70 — 80 лет количество углекислого газа в атмосфере, по оценкам многих ученых, увеличилось примерно на 10 — 12 % — от 0,029 % в 1900 г. до О,ОЗЗ % в 1980 г. Помимо СО, под влиянием деятельности человека увеличивается в глобальном масштабе содержание других газообразных примесей, сведения о которых приведены в табл.
1.2. Таблица 1.2. Средние данные о газовых прнмесах Пока не отмечено изменение содержания в атмосфере основных газов — Ом )ь)т, Аг. Однако на сжигание топлива расходуется значительная масса кислорода (по состоянию на 1969 г, около 13 млрд, т в год). Если наметившиеся в последние десятилетия темпы роста добычи топлива (10 % ) сохранятся, то за 50 лет (с 1971 по 2020 г.) будет израсходовано около 0,77% того количества свободного кислорода, который содержится в атмосфере н гндросфере в настоящее время. В состав атмосферного воздуха входят также многочисленные взвешенные в нем твердые и жидкие примеси — так — та называемые аэрозоли. Они имеют естественное и искусственное (антропогенное) происхождение. Обзкне сведение о воздушное оболочке Земли С 1910 г.
по настоящее время масса твердых примесей в атмосфере северного полушария увеличилась примерно в 1,5 раза. Эти данные справедливы и для атмосферы в целом. В крупных городах (прежде всего Японии, США, Западной Европы) содержание газообразных и твердых примесей значительно больше, чем в среднем по атмосфере. Оно нередко превышает допустимую норму. Загрязнение окружающей среды твердыми н газообразными примесями вредно сказывается на растительности, урожае сельскохозяйственных культур, продуктивности животных, на здоровье людей и на деятельности промышленных предприятийтаких отраслей, как полупроводниковая, оптическая, фотохимическая. Наблюдения в Лондоне показали, что существует довольно тесная связь между уровнем загрязнения воздушного бассейна и количеством заболевших и умирающих в этот период людей. Содержание водяного пара в атмосфере колеблется в широких пределах; оно близко к нулю при очень низких температурах и может достигать 4 о7е при высоких температурах.
С учетом различного содержания водяного пара в воздухе в нем несколько изменяется содержание других газов. 2 Состав воздуха в более высоких слоях атмосферы Изучение состава воздуха на различных высотах начато свыше 180 лет назад, когда Дальтоном был сформулирован (в !802 г.) закон, согласно которому каждый газ распределяется в пространство независимо от присутствия других газов. Если перемешивание воздуха по вертикали отсутствует, то распределение давления г-го газа может быть рассчитано с помощью барометрической формулы, согласно которой давление более тяжелых газов должно убывать с высотой быстрее, чем более легких газов.
Следовательно, на больших высотах должны преобладать легкие газы. В этом состоит идея гравитационного разделения газов, обнаружению которого посвящено большое количество исследований. Однако чем тщательнее проводился эксперимент, тем все более очевидным становился факт отсутствия разделения газов в пределах нижних 90 — 95 км (гомоефера). Новый период в изучении строения верхних слоев наступил около 25 лет назад, когда для исследования свойств атмосферы (в том числе состава воздуха) были применены ракеты, а затем искусственные спутники Земли. В табл.
1.3 приведены данные о содержании основных газов (Ху, Оз и Аг) по результатам взятия проб воздуха (на ракетах) в средних широтах Европейской части СССР преимущественно весной и летом в утренние часы. Эта таб- Состав н уравоенне состоаннн атмосферного воздука таблица 1.3. содержание (о)з) основных газов в воздухе ио нзмеренивм на ракетах Газ Газ Высота, км Высо~а, км о. аг о, 0,82 0,88 0,76 82-85 85 95 21,3 21,0 21,5 19,0 21,0 21,4 0,91 0,93 0,88 65 75-80 80 77 78 77 лица показывает, что систематического (в одну сторону) изменения состава воздуха с высотой не наблюдается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
