ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Радиация в атмосфере из "Воздействие ветра на здания и сооружения " Для сухого воздуха Р/Ср= 0,288. Известным примером влияния изменения давления на температуру служит нагревание сжатого воздуха в накачиваемой шине. [c.11] Если частица воздуха в атмосфере движется достаточно быстро, то можно считать, что тепловой обмен частицы с окружающей средой будет пренебрежимо малым, и допущение с1д О — приближенно корректным. Тогда из уравнения Пуассона следует, что поскольку восходящий воздух испытывает уменьшение давления, его температура также будет уменьшаться. Падение температуры адиабатически восходящего сухого воздуха на единицу изменения высоты известно как сухоадиабатический градиент температуры и равно примерно 1° С/100 м земной атмосферы. [c.11] Рассмотрим небольшую массу сухого воздуха в положении 1 (рис. [c.11] Простой пример устойчивой стратификации жидкостей — слой воды, подстилающий слой нефти противоположный пример (неустойчивой стратификации) — слой воды над нефтью. [c.12] Можно показать, что элементарный объем восходящего ненасыщенного влажного воздуха (т.е. для которого е Е 1) будет испытывать падение температуры, по существу равное сухоадиабатическому градиенту температуры. Так как частица воздуха поднимается и ее температура уменьшается, то давление насыщенного пара будет также уменьшаться. И если рассматриваемый элементарный объем достигнет уровня, для которого отношение е Е становится равным единице, то в нормальных условиях произойдет конденсация. Выше этого уровня водяной пар, содержащийся в элементарном объеме воздуха, будет продолжать конденсироваться и начнет выделяться теплота конденсации. Она равна количеству тепла, которое было первоначально необходимо для изменения фазы воды от жидкой к парообразной, т.е. скрытой теплоте испарения. Накопленной паром. [c.13] Теплота конденсации участвует в механической работе, заключающейся в расширении поднимающейся частицы, которое перед насыщением происходило только за счет затраты внутренней энергии. Падение температуры насыщенного паром, адиабатически восходящего элементарного объема воздуха поэтому ниже, чем у сухого или влажного ненасыщенного воздуха (рис. 1.5). Передавая энергию, которая увеличивает температуру частицы относительно той, которую она имела бы при адиабатическом режиме для сухого воздуха, теплота конденсации помогает поддерживать конвекцию воздуха к верхним слоям атмосферы. Этот фактор играет важную роль в возникновении некоторых типов ветров. [c.13] В данном разделе приводится краткое описание сил Р и их влияние на движение воздуха. [c.13] Воздушная масса под действием только сил барического градиента будет двигаться из районов высокого давления в районы низкого давления. Направление силы барического градиента показано на рис. 1.7, на котором также нанесены изобары (линии, проведенные иа некотором горизонтальном плане и соединяющие точки одинакового давления). [c.14] Сила Fp перпендикулярна w и v, направлена в соответствии с правилом умножения векторов (правилом правой руки) и имеет значение, равное 2т /ы, V/ sina, где а — угат между ы и v. [c.15] Пусть точка С (рис. 1.8) будет Северным полюсом. Рассмотрим некоторый элемент воздушной массы, движущейся в пространстве по прямой в направлении СР. Если движение начинается из точки С в момент времени = О, то в момент времени частица достигнет точки Р, а меридиан, вдоль которого началось движение, займет положение СР. Для наблюдателя, находящегося на земле, покажется, что рассматриваемый элемент воздушной массы отклоняется к западу на величину Р Р. [c.15] Поэтому можно наблюдать, как в Северном иолушарии вследствие вращения Земли ветер, имеющий первоначальное направление вдоль меридиана, изменяет его вправо от первоначального, т.е. если он был направлен к северу, то изменяет направление к востоку (становится западным ветром). Если был направлен на юг, то изменяет направление к западу (становится восточным ветром). Для Южного полушария верны противоположные утверждения. [c.15] Значения / даны в табл. 1.1 в виде функции широты. [c.15] Действие этих сил, приложенных к элементарной массе воздуха (предполагается, что она находится в Северном полушарии), показано на рис. 1.10. Если рассматриваемая частица начнет двигаться по направлению силы горизонтального барического градиента (обозначаемой Р), то под действием силы Кориолиса она отклонится от этого направления (рис. 1.10,а). Таким образом, частица будет двигаться в направлении 11 результирующего вектора сил Р и (см. рис. 1.10,6). Теперь отклоняющей силой станет которой соответствует новое направление движения (направление III на рис. 1.10,6). Когда же достигается установившееся состояние, то ветер направлен по изобарам, как показано на рис. 1.10,б. [c.16] Изобары на рис. 1.10 нанесены в виде прямых линий. Это означает, что в данном случае отсутствует центробежная сила. Однако в более общем случае (при искривленных изобарах) центробежная сила будет включена в рассмотрение. Такой случай приводится ниже. [c.16] Знак радикала задается из условия, что V== О, когда йр йп = 0. Из выражений для У г следует, что для одинаковых значений г, / и йр/с1п ветры в антициклоне сильнее, чем ветры в циклоне [1]. [c.17] Приведенное выше обсуждение объясняет закон Бейс—Балло, который гласит, если в Северном полушарии стоять спиной к ветру, то высокое давление будет с правой стороны, а низкое — с левой (для Южного полушария наоборот). [c.17] Именно ветровой режим внутри пограничного слоя атмосферы представляет непосредственный интерес для проектировщика гражданских инженерных сооружений. Поэтому вопросы о толщине пограничного слоя, изменении скорости ветра и его направления с высотой над поверхностью земли, структуре турбулентности в пограничном слое атмосферы более подробно рассматриваются в гл. 2. [c.18] Здесь же отметим, что в отличие от градиентной скорости ветра вектор скорости устойчивого ветра в пограничном слое пересекает изобары. Рассмотрим геострофическое течение (т. е. течение, при котором изобары можно считать прямыми) и равновесие сил, действующих на частицы и В, которые движутся горизонтально внутри пограничного слоя (рис. 1.13). Если А (рис. 1.13,а) находится выше, чем В (рис. 1.13,6), то ее скорость и и (в силу соотношения — т/у) сила Кориолиса Р(. будут больше таких же величин для В. Поэтому угол отклонения а направления ветра от изобар будет меньше для вышерас-положенной (более быстрой) частицы. Угол а будет равен нулю на уровне градиентного ветра (уровне трения) и достигнет максимального значения около поверхности земли. В Северном полушарии вектор скорости ветра в пограничном слое можно представить в виде спирали, показанной на рис. 1.14. [c.18] В случае антициклона ветер около поверхности земли будет пересекать изобары по направлению от центра высокого давления. Если дивергенция в приземном слое превысит конвергенцию в верхних слоях, тогда воздух в нижних слоях будет стремиться расшириться и осесть и, таким образом, начнется рассеяние центра антициклона. [c.19] Большинство процессов, происходящих в атмосфере, можно описать как функцию величин, кратко рассмотренных в предыдущих разделах скорости ветра (т. е. горизонтальной и вертикальной составляющих), давления, температуры, плотности и влаж юсти. Поведение этих шести величин определяется шестью уравнениями уравнением состояния, первым законом термодинамики, уравнениями неразрывности (непрерывности) массы и влажности и уравнениями движения в горизонтальном и вертикальном направлениях. [c.19] Вернуться к основной статье