Адіабатичні процеси в атмосфері

Термодинамічні процеси в атмосфері, що відбуваються без теплообміну з навколишнім середовищем називають адіабатичні.

При адіабатичному підйомі сухого і ненасиченого повітря, температура на кожні 100м падає на 1 ºС, а при адіабатичному опусканні на 100м вона відповідно підіймається. Сухоадіабатичний градієнт – падіння температури при адіабатичному підйомі сухого повітря на одиницю висоти. Адіабатичний процес у вологій насиченій повітряній масі називається волого адіабатичний. Падіння температури у насиченому повітрі при підйомі його на 100м називається вологоадіабатичним градієнтом.

Для порівняння теплового стану мас повітря, які знаходяться на різих висотах над рівнем моря, вводиться поняття потенціальної температури, це температура, яку буде мати повітряна частка, якщо її опустити або підняти сухоадіабатично до рівня, де тиск дорівнює 1000 Гпа. Зміна температури в атмосфері на одиницю висоти (100м) називається вертикальний градієнт температури:

В атмосфері він змінюється в широких межах (може бути як зі знаком «+», так і «-»). Коли температура піднімається з висотою (γ<0) це інверсія температур. Коли температура не змінюється з висотою, то це ізотерма. Розподіл температури та інших величин по висоті називається стратифікація атмосфери.

Для врахування особливостей вертикального розподілу температур вводяться поняття стійкої та нестійкої повітряної маси. У стійкій масі немає умов для розвитку конвективних рухів. У нестійкій – навпаки, а при достатньому зволоженні нижніх шарів – умови для утворення хмар, опадів, гроз. Для визначення стійкості чи нестійкості повітряної маси проводять порівняння вертикального температурного градієнта з величиною сухо- або волого адіабатичного градієнтів.

Вертикальний градієнт описує характер температурного розшарування повітряної маси над даним пунктом, внаслідок чого його називають вертикальним градієнтом стратифікації. Якщо він менше сухо адіабатичного градієнта, то вертикальні конвективні рухи ненасиченого повітря ускладнені, тоді говорять,що стратифікація повітряних мас сухостійка, сама маса є стійкою. Якщо ж градієнт більше суходіабатичного градієнта, то розвиваються вертикальні конвективні рухи повітря, тобто маса є абсолютно нестійкою. Якщо ці два градієнти дорівнюють один одному, то така маса є індиферентна. Подібно проводять порівняння вертикального температурного градієнта та волого адіабатичного градієнтів. При одній і тій самій величині вертикального градієнта, маса може бути сухостійкою і вологостійкою одночасно, тоді її називають умовно або відносно нестійкою.

ВИЗНАЧИТИ:

А) до якої висоти буде відбуватися конвективних підйом окремої повітряної маси після її нагрівання, якщо відомі: вертикальний температурний градієнт γ, ºС/100м, температура повітря біля земної поверхні t₁ , ºС, температура повітряної маси, t₂, ºС. повітря ненасичене, процес підйому сухо адіабатичний.

Дано: Розв’язок:

γ_В = 0,4 ºС/100м Спочатку виражаємо t_пов біля земної поверхні.

γ = 1,0 ºС/100м t_пов= t_пов1 – h/100 ·0,4

t₁ = 15,3 ºСДалі виражаємоt_{пов маси}: t_маси= t_2маси – h/100 ·1,0

t₂ = 20 ºС – h/100 ·0,4 + h/100 ·1,0 =t_маси – t_пов1

h/100 (1 – 0,4) = t_маси – t_пов1

h -? h/100 ·0,6 = 20 – 15,3

h = (20 – 15,3) ·100/0,6 =783,33 (м)

Відповідь: h = 783,33 м

Б) температуру t₂ вологої повітряної маси з початковою температурою t₁, після підйому на висоту h при висоті рівня конденсації h_к і вологоадіабатичному градієнті температури, який дорівнює 0,5º на 100м.

Дано: Розв'язок:

t₁ = 10 ºС Знаходимо температуру за формулою:

γ_В = 0,4 ºС/100м t_k = t₁ – (h_са·h_k/100) = 10 – (1·800/100)=2 (ºС)

h_к = 800 м ∆H = 1000-800=200 (м)

h = 1000 м t₂ = t_k- γ_В·∆H= 2-0,8·200 = 0,4(ºС)

t₂ -?

Відповідь: t₂ = 0,4 ºС

В)скільки грамів води виділиться із одного кг суміші повітря при змішуванні двох насичених мас повітря з температурами t₁ і t₂. Яка буде температура суміші при тиску р, гПа.

Дано: Розв'язок:

t₁ = 10 ºС Е₁ за t₁ = 10 ºС: Е₁ = 12,771 гПа

t₂ = 28 ºС Е₂ за t₂ = 28 ºС: Е₂ = 37,793 гПа

р = 900 гПа ; ºС

t_с-?, ∆S-? е_с = (Е₁+Е₂)/2 = (12,771 +37,793)/2 =25,282 гПа

Е_с при t_с = 19

Е_с = 21,962 гПа

∆е = е_с - Е_с =25,282 – 21,962 =3,32 гПа

∆S = (622 ·3,32)/900 ·100% = 2,294

Відповідь: t_с = 19ºС, ∆S = 2,294

Дата добавления: 2015-07-18