Файл: Океанография и морская метеорология учебник..pdf

относительной влажности обратен годовому ходу тем­ пературы, максимум наступает в самые холодные ме­ сяцы, а минимум приходится на самые теплые, только в областях с муссонным климатом годовой ход относи­ тельной влажности становится противоположным.

Изменения температуры и влажности воздуха с вы­ сотой в нижнем слое атмосферы определяются главным образом его теплообменом с земной поверхностью. Эти

изменение температуры воздуха с высотой графически изображается кривой стратификации (рис. 6 8 ).

Слои инверсии и изотермии играют большую роль в атмосферных процессах, они предопределяют условия распространения электромагнитных и звуковых волн в атмосфере. Над морями и океанами наблюдаются глав­ ным образом инверсии адвективного происхождения, возникающие при перемещении теплой воздушной мас­ сы в район холодных течений или льдов. Они часто сопровождаются туманами, имеющими большую гори­ зонтальную протяженность.

Изменение абсолютной влажности воздуха с высотой зависит от процессов испарения и конденсации, обра­ зования осадков, степени развития конвекции и турбу­ лентного обмена. Относительная влажность с высотой, по данным наблюдений, убывает неравномерно, в верх­ них слоях убывание ее замедляется. Наибольшая отно­ сительная влажность наблюдается на уровне конвекции.

Основы термодинамики атмосферы. Процессы, про­ текающие в атмосфере, связаны с постоянным перехо­

3 4 6

дом энергии из одного вида в другой. Такие переходы наблюдаются при нагревании и охлаждении воздуха, при поглощении и трансформации энергии Солнца, кон­ денсации водяных паров, испарении и т. д. При всех этих превращениях атмосферу можно рассматривать как определенную термодинамическую систему, к кото­ рой применимы основные положения физики, позволяю­ щие получать важные прогностические выводы.

Установим закономерности изменения температуры воздуха под влиянием различных факторов, приводящих к ее изменению. Для этого используем первое начало термодинамики, выражающее закон сохранения энер­ гии. Согласно этому закону можно утверждать, что ко­

Внутренняя энергия газа определяется кинетической энергией движения его молекул и для 1 г газа равна

Работа, совершаемая при расширении газа, когда давление не меняется, определится соотношением

где Р — давление, а V — объем.

Чтобы выразить эту работу в тепловых единицах, необходимо PA.V умножить на термический эквивалент

347

Далее возьмем уравнение Клапейрона — Менделеева, выражающее состояние газа в виде

Если процесс притока тепла происходит при ПОСТОЯН- ном давлении (Р = const), то dP —0, а

dQ = (сР— AP) dT + ARdT — AVdP =

= C p d T — ARdT + ARdT — AVdP = cPdT — AVdP, (8.39)

а так как из уравнения Клапейрона — Менделеева Ѵ=

RT

——р~, то окончательно

Из полученного уравнения следует, что изменение температуры воздуха обусловливается не только при­ током тепла, но и изменением внешнего давления. Дей­ ствительно, из (8.40)

рр

348

Если dQ = 0, то

T. e. если давление воздуха увеличивается (dP>0 ) , то увеличивается и АТ и, наоборот, при понижении давле­ ния понижается и температура воздуха.

Воздух обладает очень плохой теплопроводностью, поэтому в первом приближении все термодинамические процессы трансформации энергии в атмосфере можно считать происходящими без теплообмена с окружающей средой, т. е. по адиабатическому закону. Тогда в (8.40) левая часть равна нулю (dQ —0 ). Следовательно, для адиабатического процесса

Из полученного уравнения следует, что вследствие убывания давления воздуха с высотой поднимающийся воздух самопроизвольно охлаждается, а опускающийся нагревается.

Найдем значение вертикального градиента темпера­ туры в адиабатически поднимающейся частице сухого воздуха. Для этого воспользуемся уравнением (8.44) и основным уравнением статики, из которого следует, что

349

I