Тропосфера как сфера погода

В тропосфере находится 80% массы всей атмосферы, практически вся атмосферная вода, весь аэрозоль и вся углекислота. Эти факты обуславливают процессы атмосферы, приводящие к образованию продуктов конденсации: облаков, туманов, осадков. Фазовое превращение в атмосфере воды - испарение, конденсация является основным механизмом передачи тепла от океана в атмосферу.

В тропосфере протекают основные погодообразующие процессы, т.е. тропосфера - сфера погоды.

В вертикальном строении тропосферы выделяют три основных сдоя:

- приземный слой толщиной 50-100м,

- планетарный слой трения, толщиной от 500 м при устойчивой стратификации и до 2 км при развитой конвекции и турбулентности.

- свободная атмосфера, слой тропосферы выше слоя трения - до верхней границы тропосферы. Трением о подстилающую поверхность здесь можно пренебречь.

Основные метеорологические величины. Атмосферные явления.

К метеорологическим величинам относятся – температура, давление, влажность воздуха, скорость и направление ветра, облачность, количество осадков, метеорологическая дальность видимости.

Атмосферные явления – это физические процессы, которые сопровождаются резким качественным изменением состояния атмосферы (дождь, снег, иней, радуга, гроза, полярное сияние, мираж и т.д.)

Погода – это совокупность метеорологических величин и атмосферных явлений в данный момент или промежуток времени в данном месте.

Климат – это многолетний режим погоды в данном географическом районе.

Метеорологические величины.

Температура (воздуха, почвы, воды) – это характеристика теплового состояния тела, мера нагретости тела.

Воздух, как и всякое тело, всегда имеет температуру, отличную от абсолютного нуля. Температура воздуха в каждой точке атмосферы непрерывно изменяется; в разных местах Земли в одно и то же время она также различна. У земной поверхности температура воздуха варьирует в довольно широких пределах: крайние ее значения, наблюдавшиеся до сих пор, немного ниже +60 °С (в тропических пустынях) и около —90 °С (на материке Антарктиды).

С высотой температура воздуха изменяется в разных слоях и в разных случаях по-разному. В среднем она сначала понижается до высоты 10—15 км, затем растет до 50—60 км, потом снова падает и т. д.

Температура воздуха, а также почвы и воды в системе СИ выражается в градусах международной температурной шкалы, или шкалы Цельсия (°С), общепринятой в физических измерениях. Нуль этой шкалы приходится на температуру, при которой тает лед, а 100°С—на температуру кипения воды (то и другое при давлении 1013 гПа).

Наряду со шкалой Цельсия широко распространена (особенно в теории) абсолютная шкала температуры (шкала Кельвина). Нуль этой шкалы отвечает полному прекращению движения молекул, т.е. самой низкой температуре. По шкале Цельсия это будет –273,1°С. Единица абсолютной шкалы, называемая Кельвином, равна единице шкалы Цельсия: 1К = 1°С. По абсолютной шкале температура может быть только положительной, т.е. выше абсолютного нуля. В формулах температура по абсолютной шкале обозначается через Т, а температура по Цельсию – через t.

Еще одна температурная шкала, которая применяется, в частности, в США ,предложенная Г. Фаренгейтом в 1724, – шкала Фаренгейта, 1 градус которой (1 °F) равен ¹/₁₈₀ разности температур кипения воды и таяния льда, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением

t °С = ⁵/₉ (t °F-32),

Таким образом, градус Фаренгейта почти вдвое меньше градуса стоградусной шкалы и нули у этих шкал не совпадают. Нуль по шкале Фаренгейта соответствует температуре -17.8° по стоградусной шкале

Давление – сила гидростатического давления воздуха. приходящаяся на единицу площади.

Атмосферное давление измеряется весом вышерасположенного столба воздуха на единицу горизонтальной поверхности. Общая масса атмосферы, которой она давит на поверхность Земли, составляет 5,15*10¹⁵ т.

Со времен Торичелли (ХУ11) давление воздуха измеряют высотой ртутного столба в миллиметрах или дюймах, когда в практику стали вводиться различные расчетные методы анализа и прогноза состояния атмосферы, оказалось, что линейная мера – миллиметры. не связанная с физической сущностью давления как силы, крайне неудобна. Поэтому в 20-х гг. норвежским метеорологом В.Бьеркенсом была предложена новая единица для измерения атмосферного давления – миллибар (мбар). Миллибар – это единица атмосферного давления, равная 1000 дин на 1 см² (1 дин – сила, которая сообщает массе в 1 г ускорение движения в 1 см/с²).

В миллибарах нормальное давление (среднее давление на уровне моря на широте 45° при температуре воздуха 0°С) составляет 1013,25 мбар или 760 мм рт.ст., а за стандартное давление принимается 1000 мбар или 750 мм.рт.ст.

В настоящее время в системе единиц (СИ) давление измеряют в Паскалях (Па). Паскаль – давление, вызываемое силой в 1 Н, равномерно распределенное по площади 1 м², 100 Па = 1гПа. Один гектопаскаль численно равен одному миллибару.

Единицы измерения давления: гПа, мб, мм.рт.ст.

[P] = [H/m] = [Па],

1гПа = 100Па = 1мб

1мм.рт.ст. = 4/3 =1 ,333 гПа

1гПа = ¾ = 0,75мм.рт.ст

Влажность воздуха

Одной из составляющих воздуха атмосферы является пар. Его большее или меньшее количество в воздухе определяет влажность или сухость климата, условия жизни человека и роста растений.

Поглощая большую часть собственного излучения земли и передавая часть полученного тепла подстилающей поверхности, образуя встречное излучение, водяной пар уменьшает интенсивность охлаждения подстилающей поверхности, когда нет поступления солнечной радиации. Следовательно, чем больше содержится водяных паров в атмосфере, тем медленнее понижается температура подстилающей поверхности, а отсюда и окружающего воздуха после захода солнца. А так как повышенная влажность воздуха, как правило, наблюдается при приближении теплого фронта или циклона, то повышение температуры воздуха вечером является одним из признаков ухудшения погоды.

Конденсация водяного г ара на наземных предметах приводит к образованию росы, инея. изморози и т.п. Конденсация водяного пара в приземном слое атмосферы приводит к образованию туманов, которые значительно ухудшают видимость. Конденсация водяного пара в свободной атмосфере приводит к образованию различных форм облаков и осадков. Конденсация и испарение сопровождается выделением и поглощением большого количества тепла, и это еще увеличивает роль пара в энергетике и термодинамике атмосферы.

Атмосферный воздух, особенно в нижних слоях, всегда содержит некоторое количество водяного пара. При определенной температуре, которая зависит от количества водяного пара, водяной пар в воздухе может достичь насыщения. В этом случае воздух называют насыщенным.

Для характеристики влажности воздуха применяют несколько величин, отражающих:

Абсолютное содержание водяного пара в воздухе (упругость, абсолютная, удельная влажность),