ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.01.2025
Просмотров: 23
Скачиваний: 0
r = |
3r03cp |
= [3·(0,0912·10-6)3·1,2·10-9/1,2·10-9]1/2 |
= 0,65·10-6 |
м = 0,65 мкм. |
|
||||
max |
cr |
|
|
|
|
|
|
||
5. Вычислим необходимое пересыщение в атмосфере для роста |
||||
зародышевой капли до размеров облачной. |
|
|
fобл = [1+1,2·10-9/0,65·10-6-0,22·(0,0912/0,65)3]·100% = 100,12%.
При дальнейшем росте капли равновесная относительная влажность снижается.
Представим графически результаты расчета
110,0
f, %
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
r, мкм
50,0
0,00 |
0,20 |
0,40 |
0,60 |
0,80 |
1,00 |
График функции f = f(r)
При увеличении радиуса капли относительная влажность над ней приближается к 100%.
7
Задание 6 2. Рассчитать влагогенерирующий коэффициент (коэффициент
подтока) системы слоисто-дождевых облаков, если по данным самолетного зондирования мощность облаков составляла 3,89 км, средняя водность 0,31 г/м3, а среднее количество осадков, выпавших на четырех станциях района образования облачности, - 5,6 мм. В каком соотношении находится количество осадков, выпавших из облачной системы, и содержание воды в облаках?
Решение
Найдем содержание влаги в столбе облака высотой 3,89 км на площади 1м2: mВ = 0,31·3,89·1 = 1,2059 кг
Найдем массу осадков на той же площади mO = Q·S·ρ = 5,6·10-3·1·1000 = 5,6 кг.
Влагогенерирующий коэффициент (коэффициент подтока)
К = mВ/mO = 1,2059/5,6 = 0,215.
Содержание воды в облаках относится к количеству осадков, выпавших из облачной системы в пределах 0,2-0,4.
8
Задание 7 2. Объясните образование облачных следов при полете самолета.
Истекающий из сопла реактивного двигателя поток горячих газов охлаждается вследствие смешения с атмосферным воздухом и расширения струи. При этом в 30—50 м от среза сопла достигаются условия пересыщения паров серной кислоты и формируются мелкие (диаметром порядка 1 нм) жидкие частицы бинарных аэрозолей Н2О/Н28О4, а более чем в 100 м от среза сопла они «слипаются» в существенно (примерно в 10 раз) более крупные. На расстоянии 25—100 м от среза эти жидкие аэрозоли осаждаются на поверхности эмитируемых из двигателя частиц сажи. Совсем недавно сделаны расчеты, приведшие к важным выводам: в выходном сечении сопла 50—60%
этих частиц аккумулируют положительный заряд, 10—20% — |
отрицательный и |
|||
приблизительно |
30% |
нейтральны. |
Благодаря |
электростатическому |
взаимодействию на заряженных сажевых частицах возможно непосредственное осаждение молекул воды и серной кислоты. Интересно отметить, что, даже если сера в топливе отсутствует, серный ангидрид и пары серной кислоты образуются при горении углеводородов в воздухе, содержащем сернистые соединения. В струе возникают очень мелкие (диаметром порядка 0,4 нм) капли сульфатного аэрозоля, которые осаждаются на частицах сажи. Таким образом, и в этом случае на их поверхности может накапливаться раствор Н2О/Н2SО4.
Наличие его на поверхности сажевых частиц — один из определяющих факторов формирования видимого следа самолета. Ведь в чистом виде сажа гидрофобна (не смачивается) и не конденсирует влагу. Покрытые же раствором частицы собирают на себе воду и укрупняются, достигая в радиусе 1 мкм (этот процесс происходит на расстоянии 200 м от среза сопла). При понижении температуры до 230—240 К раствор замерзает, и при определенной концентрации они создают видимый след авиалайнера, могут играть роль облачных ядер конденсации, инициируя дополнительное образование перистых облаков.
На высоте от 15 до 35 км в атмосфере присутствуют сульфатные аэрозоли и частицы (с максимумом концентрации в 20 км от поверхности Земли), состоящие из тройных сверхохлажденных растворов Н2О/Н2$О4/НКОз размером от 0,01 до 1 мкм. Их количество в существенной степени зависит от вулканической деятельности. Пример тому — извержение Пинатубо (Филиппины) в июне 1991 г., инициировавшее формирование таких частиц. В результате площадь поверхности сульфатных аэрозолей увеличилась в 50 раз. Эволюция их состава и фазового состояния изучается с целью более глубокого понимания механизмов возникновения полярных стратосферных облаков. Они бывают двух типов. На высотах 14—24 км при температуре не выше 195 К наблюдаются облака первого типа из частичек кристаллического тригидрата азотной кислоты размером от 0,15 до 5 мкм. Облака второго типа формируются при еще более низкой температуре — 188 К (она отмечается в зимнее время над Антарктидой) из кристалликов льда размером 1—10 мкм, очень близких по свойствам к тем, из которых состоят высокие перистые облака в тропосфере.
9
Дополнительное образование облаков первого типа может быть одним из последствий эмиссии паров азотной кислоты и воды в высоких широтах. Увеличение же концентрации сульфатных аэрозолей из-за авиационных выбросов должно способствовать зарождению полярных стратосферных облаков обоих типов. Однако данный вопрос, к сожалению, еще мало исследован. Поэтому может оказаться, что имеющиеся оценки влияния полетов сверхзвуковых самолетов на стратосферный аэрозольный слой и формирование полярных стратосферных облаков несколько занижены. Наименее изученная в настоящее время проблема — климатические последствия полетов авиационной техники в верхней тропосфере (на высоте 10—12 км). Это объясняется сложностью анализа протекающих здесь взаимосвязанных процессов: тропосферно-стратосфер-ного обмена, формирования облаков, широтного и меридионального переноса воздушных масс, физико-химических превращений в газовой фазе, на поверхности аэрозолей и т.д.
Одно из серьезных последствий эмиссии самолетами паров воды — дополнительное образование перистых облаков. Так, оценки показали, что в январе в североатлантическом коридоре полетов облачность увеличивается на 2—3,5% ( усредненная величина для Европы — 0,5%). Воздействие этого явления на климат происходит через изменение радиационного баланса атмосферы и повышение температуры в приземном слое (с ростом облачности на 10% она увеличивается на 1,2-1,4 К).
Важную роль в формировании климата играет и тропосферный аэрозольный слой. Анализ показал наличие в нем элементов земной коры — кремния, кальция, частиц металлов (железа, алюминия, цинка, олова), а также сажи. И основной вклад в увеличение концентрации последней вносит авиация. Например, в следе дозвукового самолета зарегистрированы частицы сажи диаметром 0,15 мкм. Именно этот размер оптимален для образования облачных ядер конденсации и перистых облаков.
Негативное влияние полетов авиации в верхней тропосфере проявляется и в разрушении различных веществ на поверхности аэрозольных частиц. В частности, активно распадается озон, а диоксид азота и пары азотной кислоты преобразуются в оксид азота, что также вносит вклад в уменьшение содержания озона как в верхней тропосфере — области максимума сажевых аэрозолей, так и в нижней стратосфере, куда они могут подниматься.
Прогнозируемое удвоение потребления топлива авиацией в последующие 18—25 лет может привести к удвоению площади поверхности сажевых частиц в нижней стратосфере и десятикратному возрастанию их концентрации в коридорах полетов.
В настоящее время считается, что современная авиация не оказывает существенного влияния на атмосферу и климат. Однако уточнение многих параметров применяемых моделей и сценариев воздействия, ожидаемый рост интенсивности полетов дозвуковой коммерческой авиации и возможное применение сверхзвуковой для пассажирских перевозок могут в значительной мере изменить сложившуюся точку зрения.
10
Контрольная работа 2 Задание 1
2. При каком состоянии устойчивости атмосферы наблюдаются ложные солнца?
Паргелий (от др.-греч. παρα- и ηλιος «солнце» — ложное солнце) — один из видов гало, выглядит как светлое радужное пятно на уровне солнца. Возникает вследствие преломления солнечного света в анизотропно ориентированных кристалликах льда, парящих в атмосфере.
В«Слове о полку Игореве» упомянуто, что перед наступлением половцев
ипленением Игоря «четыре солнца засияли над русской землей». Воины восприняли это как знак надвигающейся большой беды.
Феномен упомянут Шекспиром в «Генрихе VI», а также описан в одной из песен (Die Nebensonnen) цикла Франца Шуберта «Зимний путь».
Очень редкой формой паргелия является ложный восход солнца, когда ложное изображение солнца поднимается над горизонтом в то время как само солнце еще находится под ним.
Гало возникает при прохождении солнечных лучей через тонкие перистослоистые облака или конденсационные следы за самолетом, состоящие из ледяных кристаллов. Явления гало многообразны. Наиболее часто вокруг Солнца появляется круг с угловым радиусом 22°, реже концентрический с ним круг с угловым радиусом 46° и совсем редко круг с угловым радиусом 90°. Иногда виден белый горизонтальный круг, проходящий через Солнце.На пересечении этого круга с кругами гало 22 и 46° появляются яркие радужные пятна — ложные (побочные) Солнца, а также ложные (побочные) Луны. Довольно часто наблюдаются касательные дуги к кругам 22 и 46°, чаще горизонтальные дуги (верхняя и нижняя) и реже боковые. Над Солнцем и под ним в моменты, близкие к восходу или заходу, появляются световые столбы. На белом горизонтальном круге диаметрально противоположно Солнцу или Луне иногда появляются противосолнце и противолуна. Светлое пятно в солнечном вертикале, расположенное под горизонтом на глубине, равной высоте Солнца над горизонтом, называется нижним Солнцем.
Появление гало может служить местным признаком изменения погоды. Поскольку гало наблюдаются при наличии Cs, а они, обычно, входят в систему облаков теплого фронта, то появление гало говорит о приближении теплого фронта и изменении погоды» обусловленной его прохождением.
Несмотря на то что с помощью законов геометрической оптики успешно объясняется возникновение многих наблюдаемых форм гало, тем не менее далеко не все явления гало находят объяснение не только на основе законов геометрической оптики, но и на основе более общей теории распространения и преобразования электромагнитных излучений.
11