Файл: Колодочка А.С. Метеорологические условия стрельбы артиллерии учебное пособие.pdf

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ОСНОВНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

§ 11. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СТРЕЛЬБУ АРТИЛЛЕРИИ

Метеорологическими элементами называются характеристики,

определяющие физическое состояние атмосферы.

К основным метеорологическим элементам, характеризующий физическое состояние атмосферы с точки зрения ее влияния на стрельбу артиллерии, относятся:

1)температура воздуха;

2)давление атмосферы;

3)влажность воздуха;

4)плотность воздуха;

5)скорость звука в атмосфере;

6)ветер.

Состояние атмосферы в тот или иной момент времени опреде­ ляется комплексом метеорологических элементов, т.. е. совокуп­ ностью определенных значений этих элементов. Изменение физиче­ ского состояния атмосферы всегда ведет к изменению всех или большей части метеоэлементов, что свидетельствует о ихтесной взаимной связи между собой. Вследствие такой взаимосвязи метео­ рологические элементы можно рассматривать раздельно лишь' на первом этапе их изучения.

В артиллерии различают наземные значения метеорологических элементов и распределение метеоэлементов по высоте, т. е. их зна­ чения на различных высотах над поверхностью земли.

Наземные значения метеорологических элементов определяют­ ся обычно на высоте двух-четырех метров над поверхностью земли. Это объясняется тем, что значения метеоэлементов в самом нижнем слое атмосферы в сильной степени зависят от характера рельефа и подстилающей поверхности земли. Особенно эта зависи­ мость сказывается на величину измеряемых вблизи земли темпера­ туры воздуха, скорости и направления ветра. Чем выше от поверх­ ности земли производятся измерения этих метеоэлементов, тем меньше сказывается влияние последней. Метеорологические наблю-

дения показывают, что вследствие перемешивания воздуха) в гори­ зонтальном и вертикальном направлениях на высоте двух метров влияние характера микроструктуры поверхности земли уже значи­ тельно ослабляется. Исходя из этого, и принято наземные наблю­ дения над температурой и ветром производить на высоте порядка двух-четырех метров. Такая высота позволяет относить измерен­ ное значение метеорологического элемента в каком-либо пункте на значительную площадь в окрестностях этого пункта, а также срав­ нивать результаты наземных метеорологических наблюдений в раз­ личных пунктах между собой.

Наземные значения метеоэлементов для артиллерии определя­ ют при помощи метеорологических приборов, устанавливаемых на метеопостах в районе боевых порядков артиллерии.

Для получения данных о распределении метеорологических элементов по высоте (выше двух метров и до заданных артилле­ рийским штабом высот) производят зондирование атмосферы, т. е. определение на ряде высот1или в последовательных слоях атмосфе­ ры значений метеоэлементов при помощи специальных приборов, поднимаемых в атмосферу.

В настоящей главе дается определение основных метеорологи­ ческих элементов, единицы их измерения, приводится краткая ха­ рактеристика их пространственного распределения и выясняются общие закономерности изменчивости (неустойчивости) метеороло­ гических элементов в пространстве и времени.

§ 12. ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА

Температура воздуха является основным метеорологическим элементом. От распределения температуры воздуха в значительной степени зависит распределение давления атмосферы, возникнове­ ние воздушных течений, изменение влажности воздуха, и другие физические характеристики атмосферы. Однако каждая из этих ха­ рактеристик в свою очередь оказывает влияние на температуру воздуха.

Под температурой воздуха понимают степень его нагретости, характеризующуюся интенсивностью (средней скоростью) беспоря­ дочного молекулярного движения. Чем больше средняя скорость движения молекул, составляющих воздух газов, тем выше темпера­ тура воздуха. Следовательно, температура атмосферного воздуха является суммарной характеристикой кинетической энергии движе­ ния молекул.

Для количественной характеристики температуры в настоящее время пользуются обычно тремя шкалами: стоградусной (Цельсия), Фаренгейта и абсолютной (Кельвина).

Стоградусная шкала (ГС). За основные точки в этой шкале приняты: (ГС — точка плавления льда и 100°С — точка кипения воды при давлении 760 мм рт. ст. Промежуток между этими точ­ ками разбит на 100 равных частей — градусов. Этой шкалой поль­

52

зуются для измерения температур в Советском Союзе и большин­ стве других стран мира.

Шкала Фаренгейта (f°F). Точка плавления льда, принята за 32° F, точка кипения воды — за 212° F. Промежуток между этими точками разбит на 180 равных частей, каждая из которых принята за 1°F. Шкалой Фаренгейта пользуются в США, Англии и некото­ рых других странах. Формула для перевода температуры из шкалы Фаренгейта в стоградусную шкалу имеет следующий вид:

Абсолютная шкала (^ К ). Этой шкалой пользуются обычно при теоретических расчетах. В качестве нуля абсолютной шкалы приня­ та температура, равная —273,1 б^С. Поэтому абсолютная темпера­ тура приближенно выражается формулой

Температура по абсолютной шкале не может принимать отри­ цательных значений, она всегда выше абсолютного нуля. Это объ­ ясняется тем, что теоретически при температуре—273,16°С тепловое движение молекул должно полностью прекращаться.

За' нормальное наземное значение температуры воздуха в ар­ тиллерии принято +15°'С (288°К).

Распределение температуры воздуха вдоль ремной (поверхности.

Температура воздуха в данном пункте зависит в’ основном от сле­ дующих факторов: географической широты расположения пункта, характера подстилающей поверхности и рельефа местности, пере­ носа тепла воздушными и морскими течениями, времени1года и суток.

Основным источником тепла в атмосфере является нагретая солнцем земная поверхность. При этом широта пункта наблюдения определяет высоту солнца и продолжительность облучения земной поверхности. Так как количество поглощаемой солнечной радиации уменьшается в среднем от экватора к полюсам, то в этом же на­ правлении наблюдается прежде всего и понижение температуры воздуха. Это понижение больше зимой, чем летом. Объясняется это тем, что зимой полярная область не получает солнечной радиации, в то же время приток солнечной радиации в экваториальной обла­ сти в течение года почти не изменяется. Разность приземных тем­ ператур между экватором и полюсами в среднем составляет: в се­ верном полушарии летом — около 27°, зимой — 60°, в южном полу­ шарии летом — около 29°, зимой — 75°.

В пределах тропосферы температура воздуха, как и у поверхно­ сти земли, в среднем понижается в направлении от экватора к по­ люсам. В тропопаузе и в нижней стратосфере (с высоты 11—13 км

53

и до 25—30 км) наблюдается обратный ход, т. е. повышение темпе­ ратуры с увеличением широты.

Поверхность земли состоит из суши и водных пространств. Раз­ личие в нагревании и охлаждении суши и водной поверхности при том же притоке тепла сказывается на температуре прилегающих воздушных слоев и создает горизонтальные разности температур прежде всего между материками и океанами. На суше тепло прони­ кает на сравнительно малую глубину (в пределах до 20 ж), а в оке­ анах тепло распространяется путем перемешивания до большей глубины (около 300—400 м) . По этой причине летом суша и приле­ гающий воздух сильно нагреваются, а зимой — охлаждаются. Ле­ том обычно теплее над сушей, а зимой — над океаном.

Разнообразие характера подстилающей поверхности и рельефа местности материков также в значительной степени обусловливает особенности в распределении температуры и других метеоэлемен­ тов вдоль земной поверхности. Поэтому при отсутствии в нижних слоях атмосферы заметного перемешивания воздуха в горизонталь­ ном направлении температура его в различных пунктах, удаленных друг от друга даже на небольшие расстояния, может значительно различаться по своей величине. Только при наличии ветра, турбу­ лентного перемешивания воздуха и облачной погоды можно счи­ тать, что измеренная температура воздуха в нижних слоях атмо­ сферы будет иметь одно и то же значение на сравнительно большой территории.

Наличие воздушных масс с различной температурой и их пере­ мещение, происходящее иногда с большой скоростью и на большие расстояния, вызывают обычно резкие изменения температуры в тех районах, куда устремляются эти массы. Особенно резкие изменения температуры наблюдаются при прохождении атмосферных фрон­ тов. Скачки температуры в таких случаях могут достигать несколь­ ких градусов в течение очень незначительного промежутка времени и на небольших расстояниях.

Теплые и холодные морские течения, обусловливая в ряде слу­ чаев климатические условия отдельных районов, также в значи­ тельной степени сказываются на распределении температуры вдоль земной поверхности.

Для характеристики распределения температуры воздуха в го­ ризонтальном направлении на большой территории введено поня­ тие изотерм и горизонтального градиента температуры.

Изотермами называются линии, соединяющие точки с одинако­ выми значениями температуры. Изотермы проводятся на картах по результатам измерения температуры в различных пунктах. Карты изотерм могут составляться как для какого-нибудь определенного момента, так и для различных интервалов времени: одних или не­ скольких суток, месяца, года или многих лет. Для исключения влияния высоты при построении изотерм значения температуры во всех пунктах приводят обычно к одному общему уровню (напри­ мер к уровню моря).

54

Горизонтальным градиентом температуры (Г) называется вели­ чина уменьшения температуры по нормали к изотермам на единицу расстояния.'За единицу расстояния принимается градус меридиана, равный 111 км. Иногда для удобства расчета Г определяют на 100 км. Горизонтальный градиент температуры служит для количе­ ственной характеристики изменений температуры в горизонтальном направлении, он направлен по нормали к изотермам в сторону бо­ лее низких значений температуры.

Подробный анализ распределения температуры вдоль земной поверхности приводится в соответствующих курсах климатолога». Здесь отметим лишь важнейшие особенности распределения темпе­ ратуры для зимних и летних условий.

Наиболее низкие температуры как зимой, так и летом наблюда­ ются в Антарктике, т. е. в южном полушарии. Так, в районе Южно­ го геомагнитного полюса среднегодовая температура составляет

—57°С, а в отдельных случаях понижается до —85—90°С. В север­ ном полушарии зимой область наиболее низких температур нахо­ дится на территории СССР вблизи Верхоянска и Оймякона (Якут­ ская АССР). Средняя многолетняя температура января в районе Верхоянска — ниже —48°С, а во всей Якутской АССР — ниже —4СРС. Вторая область холода находится над Гренландией. Сред­ няя температура января здесь ниже —40°С. Самая низкая зареги­ стрированная температура воздуха на высоте 2 ж в северном полу­ шарии наблюдалась в Оймяконе и составляла около —71°’С. Самая высокая температура +58°С на такой же высоте 2 ж наблюдалась в Африке близ Триполи и в Южном Иране. В Сахаре, Аравии, Ира­ не, Южной Калифорнии средние июльские температуры превышают + 30°С, а наибольшие температуры превышают +50°С. Температу­ ра около +50°С наблюдается и на территории СССР в среднеази­ атских пустынях.

Необходимо отметить, что непосредственно на поверхности поч­ вы наблюдаются более низкие (зимой) и более высокие (летом) значения температуры, чем отмеченные выше. Так, например, летом максимальные значения температуры на поверхности почвы в сред­ них широтах доходят до 603, в южных — до 75°, а в пустынях — до 85—955С.

Характерной особенностью распределения температур в средних и высоких широтах северного полушария является то, что зимой материки значительно холоднее океанов. Поэтому, например, в Ев­ ропейской части СССР температуры понижаются не только к севе­ ру, но и к востоку.

Распределение температуры воздуха по высоте. Многочисленные измерения температуры воздуха на различных высотах показывают, что в пределах тропосферы температура, как правило, с высотой понижается. На рис. 14 показано среднее распределение темпера­ туры по высоте зимой и летом над Европой. Основными причинами понижения температуры с высотой являются удаление от источии-

55