ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Устойчивость и неустойчивость из "Полеты в облаках " Во всем разделе, посвященном метеорологии, мы будем часто употреблять слова устойчивость и неустойчивость , а время от времени будет упоминаться температурный градиент . Поэтому очень важно, чтобы вы хорошо поняли, что означают эти термины. [c.23] Температура насыщенного влагой воздуха называется точкой росы . Если воздух не насыщен, то его точкой росы будет та температзфа, до которой надо охладить его, чтобы он оказался насыщенным. Точка росы имеет важное значение, так как разница между температурой воздуха и точкой росы дает нам прямое указание, насколько воздух должен охладиться, чтобы дойти до насыщения и конденсации. Точка росы всегда указывается в полных метеорологических бюллетенях. Если разница в температурах воздуха и точки росы невелика, то для насыщения воздуха достаточно незначительного его охлаждения, тогда как при большой разнице в температурах воздуха и точки росы потребуется очень сильное охлаждение, чтобы получить насыщение. [c.24] Возвращаемся к устойчивости и неустойчивости , температурным градиентам и т. д. Рассмотрим скорость, с которой изменяется температура воздуха при подъеме. [c.25] Но из наших предыдущих рассуждений вы помните, что, когда поднимающаяся масса воздуха дойдет путем адиабатического охлаждения до насыщения, скорость охлаждения уменьшится благодаря выделению теплоты при конденсации, как указано на рис. 22. Поэтому градиент становится равным примерно половине сухоадиабатического градиента, т. е. около 0,5° С на каждые 100 м подъема. Эта величина охлаждения воздуха после насыщения изменяется в зависимости от содержания влаги, а следовательно, и от температуры насыщенного воздуха. [c.29] На рис. 14 мы видели, что чем вьппе температура воздуха, тем больше влаги (по весу) он может содержать. [c.29] Линия А вдк рис. 23 представляет наблюдаемый вертикальный температурный градиент, который меньше сухоадиабатического градиента. Отрезок АВ представляет адиабатический градиент — скорость, с которой охлаждается при подъеме ненасыщенный воздух. Линия ВСНОЕ (кривая адиабатического температурного градиента насыщенного воздуха — так называемого влажноадиабатичеекого градиента) указывает скорость охлаждения поднимающейся массы воздуха после насыщения. [c.30] От В до С охлаждение происходит при влажноадиабатическом градиенте для насыщенного воздуха (около 0,5° на 100 м). До точки С поднимающийся воздух все время остается холоднее окружающего воздуха, следовательно, воздух будет находиться в состоянии устойчивого равновесия, как показано на рис. 19. От С до 2 кривая, изображающая скорость охлаждения поднимающегося воздуха, проходит вправо от кривой наблюдаемого температурного градиента атмосферы (Л ) это показывает, что поднимающийся воздух теплее окружающего воздуха. А вы знаете (рис. 20), что это состояние является состоянием неустойчивого равновесия. [c.30] Вы видите на диаграмме, что по мере уменьшения содержания влаги в воздухе скорость охлаждения насыщенного воздуха увеличивается происходит это просто потому, что конденсируется все меньшее и меньшее количество водяного пара, а значит, поднимающаяся воздушная масса получает все меньшее количество тепла. С уменьшением содержания влаги кривая все больше приближается к кривой сухоадиабатического градиента, который установится снова после того, как сконденсируется вся влага, содержащаяся в поднимающемся воздухе. [c.30] Прежде чем продолжать, я укажу, что атмосферное давление измеряется не только в миллиметрах или дюймах ртутного столба, но и в миллибарах, причем 1 мм рт. ст. равен 1,333 миллибара (мб) при 0° С К При объяснении последующих диаграмм мы будем брать для сравнения высоту, соответствующую атмосферному давлению в 1000 мб (750 мм рт. ст.). На практике целый ряд величин принято относить к уровню, соответствующему давлению в 1000 мб. [c.31] Если атмосферное давление в точке, для которой вы хотите определить потенциальную температуру, выше 1 ООО мб, как, например, в точке Ъ, в которой давление равно 1050 мб, то процесс также протекает адиабатически, но не вниз, а вверх, по адиабатической кривой. Вы увидите, что от 2/ до В температура уменьшается и воздушная масса будет иметь в точке В меньшую фактическую температуру, чем в точке Ъ, хотя потенциальная температура не изменилась. Потенциальная температура воздушной массы не изменяется, пока перемещения этой массы вызывают сухоадиабатические изменения. Во время сухоадиабатического процесса изменяются температура, давление, относительная и абсолютная влажность, но потенциальная температура не изменяется. Поэтому вы поймете, что потенциальная температура имеет важное значение, так как по ней можно, во-первых, характеризовать воздушную массу, а затем определить такие важные факторы, как устойчивость и неустойчивость. [c.32] Проследим теперь за подъемом воздуха и соответствующей ему кривой температуры. В точке А воздух содержит влагу, но не насыщен. По мере его подъема он охлаждается при сухоадиабатическом градиенте до точки, в которой достигается насыщение. От этой точки вверх (считая, что точка насыщения выше точки замерзания) насыщенный воздух будет охлаждаться при влажноадиабатическом градиенте, сохраняя всю конденсированную воду, как показано в середине рисунка слева. Непрерывное падение температуры при дальнейшем подъеме воздуха охладит воздух с содержащейся в нем водой до температуры замерзания. Вода в воздухе должна замерзнуть предположим, что, пока вода замерзает, температура будет постоянной и равной 0° С в течение подъема, как было объяснено выше и как показано в середине рисунка справа. После того как вся вода, содержащаяся в воздухе, замерзнет, температура снова начнет непрерывно падать при влажноадиабатическом градиенте, пока весь содержащийся в воздухе водяной пар не сконденсируется в точке В. При этом процессе можно, как вы видите, пройти через все стадии в обратном направлении по кривой от В до А, так что, теоретически, воздушная масса вернется в точку А при той же температуре и с тем же содержанием влаги, как до конвекции. Конечно, состояние, подобное только что описанному, не существует мы рассуждали чисто теоретически. Бестолковый Джо может подумать, что воздушные массы поднимаются и опускаются с кусками льда, заключенными в них Но мы с вами разбираемся в этом лучше. [c.34] Температура в точке С называется эквивалентной температурой. Это название происходит от того, что эта температура равна той, которая получилась бы, если бы вся заключаюш аяся в воздухе скрытая теплота конденсации пошла на повышение температуры воздуха. При процессе с потерей всей влаги эта теплота сообш ается воздуху благодаря конденсации при конвекции, и, когда воздух приходит в точку В, он потенциально теплее, чем был в точке А. Поэтому, если потенциально более теплый воздух опустится адиабатически на прежний уровень, он, естественно, будет иметь более высокую температуру, которая в данном случае и будет эквивалентной температурой. Запомните эквивалентной температурой называется та температура, которая получается, как указано выше, для первоначального уровня воздуха, причем этот уровень может соответствовать любому уровню атмосферного давления. [c.36] Советую вам несколько раз перечитать эти положения, чтобы хорошо попять их, так как они составляют суш ественную часть прикладной метеорологии, и вы должны основательно освоиться с ними, прелюде чем приступить к дальнейшему изучению предмета. [c.37] Вы уже знаете о местных незначительных перемещениях воздушных масс и о динамике их подъема и опускания в свободном воздухе. При перемещении крупных воздушных масс на большие расстояния масштаб всех явлений значительно возрастает. Крупные воздушные массы часто поднимаются и опускаются в виде обширных слоев. Часто наблюдается также, что, пока слой воздуха пе насыщен влагой и находится в покое, оп устойчив (как бы дремлет). Падение температуры внутри этого слоя в направлении снизу наверх меньше адиабатического. Однако, если относительная влажность внутри слоя уменьшается по направлению к его верху, нижние части слоя при подъеме насыщаются (благодаря охлаждению при расши рении) раньше, чем верхние. После насыщения охлаждение нижних частей слоя идет при влажноадиабатическом температурном градиенте, т. е. медленнее, чем охлаждение при сухоадиабатическом градиенте между тем верхние слои, в которых насыщения еще не произошло, будут продолжать расширяться с большим сухоадиабатическим градиентом, пока в свою очередь, так же не достигнут насыщения. [c.37] От С до Л скорость охлаждения равна скорости охлаждения насыщенного воздуха. Нижпяя граница слоя, находившаяся в А, останавливается в А. Рассмотрим теперь точку В. В точке В более низкая относительная влажность заставляет поднимать эту точку на более значительную высоту, чтобы получить достаточно низкую температуру для насыщения. На рисунке точкой насыщения будет С. От С до В, точки остановки воздуха, находившегося первоначально в В, охлаждение происходит со скоростью охлаждения насыщенного воздуха. Теперь отметим вертикальный температурный градиент от А до В . Он больше адиабатического, так как воздух насыщен и стал неустойчивым. До подъема вертикальные движения (турбулентность) внутри слоя были ограничены, так как он был устойчивым. Но после подъема переход в состояние неустойчивого равновесия значительно усиливает вертикальные движения внутри слоя. Умение распознавать это свойство конвективной неустойчивости , особенно присущее воздушным слоям, чрезвычайно важно для вас и для метеоролога при опре-делепии того, какую погоду принесет подъем крупных масс исследуемого вами воздуха. Воздух может подниматься от различных причин под влиянием местности и при взаимодействии различных по своим свойствам воздушных масс. [c.38] соответствующих давлениям 500 и 600 мб, больше разности высот, соответствующ их давлениям 600 и 700 мб. Поэтому С нагреется больше, чем В, так что слой ВС, находившийся в состоянии устойчивого равновесия, станет ещ е более устойчивым, опустившись в положение В,С,. [c.39] Вторая температурная кривая ВЕ относится к слою, находящемуся в состоянии неустойчивого равновесия. I) опускается в точку Во,дкЕ—в точку Еа, нагреваясь адиабатически. Как сказано выше, вертикальное расстояние от Е до Ео больше, чем от до 2 о- Е нагревается больше, чем В, так что получившаяся кривая В Е соответствует менее неустойчивому равновесию воздуха. [c.39] Из этого рассуждения запомним, что опускающиеся слои воздуха ста повятся более устойчивыми. [c.39] Может быть, вы заметили в одном из своих полетов, наблюдая за термометром для наружного воздуха, что температура вместо того, чтобы понизиться, увеличилась при наборе высоты. Это явление называется инверсией . Инверсии имеют большое значение для прогноза погоды, и вы должны ознакомиться с условиями их образования и сохранения. А сейчас отметим, что инверсия усиливается при опускании воздуха. [c.39] На рисунке кривая АЕ изображает наблюдаемый температурный градиент до возникновения турбулентпости. После продолжительного обмена воздуха между нижней и верхней границами слоя турбулентпости температурный градиент изменяется, как показано на рисунке прерывистой линией ВС. Этот температурный градиент равен или почти равен адиабатическому. Воздух над точкой С, не затронутый турбулентностью, сохраняет прежний температурный градиент ВЕ. Район от С] р В,ъ котором наблюдается повышение температуры, называется инверсией . [c.40] Вернуться к основной статье