Составители:
Рубрика:
протяженный по горизонтали, чтобы в пределах этого слоя наблюдались восходящие и нисходящие
движения воздуха (рис. 5.2).
Рисунок 5.2.
Предположим, во-первых, что все изменения внутри выделенного слоя происходят
адиабатически; во-вторых, что масса выделенного слоя постоянна; в-третьих, что горизонтальные
движения в нем отсутствуют; в-четвертых, что метеорологические элементы в пределах выделенных
ячеек восходящих и нисходящих потоков не меняются по горизонтали. Рассмотрим случай, когда
γ
va
<γ<γ
a
, (γ— градиент температуры воздуха в выделенном слое). Будем считать, что
поднимающийся воздух насыщен водяным паром (облако), а опускающийся — ненасыщен
(безоблачный промежуток).
Выпишем выражение для локального изменения температуры воздуха вне и внутри облака:
(5.17)
где T, T
′
— температура воздуха вне и внутри облака соответственно. Тогда количество теплоты,
выделяющейся в слое толщиной ∆z в единицу времени, равно
где M=ρS
⋅
∆z — масса сухого воздуха в рассматриваемом слое; M
′
=ρ
′
S
′⋅
∆z — масса влажного воздуха
в слое, ρ, ρ
′
— плотность сухого и влажного воздуха соответственно; S, S
′
— площадь безоблачных
промежутков и облаков; ∆z — мощность выделенного слоя. В правой части этого уравнения первое
слагаемое описывает однородное нагревание слоя в целом, а второе представляет избыток теплоты,
получаемой поднимающимся облачным воздухом, по сравнению с опускающимся. Выпишем его
отдельно:
(5.18)
Эта избыточная теплота является источником кинетической энергии вертикальных движений,
под ее влиянием происходит изменение наклона изотермических поверхностей, поэтому такое
слагаемое называется соленоидальным. При (∂Q/∂t)
1
>0 поднимающийся воздух становится теплее
окружающего его опускающегося воздуха, в этом случае равновесие неустойчиво. При (∂Q/∂t)
1
<0
поднимающийся воздух становится холоднее окружающего его спускающегося воздуха, и
равновесие устойчиво. При (∂Q/∂t)
1
=0 имеем случай безразличного равновесия.
Рассмотрим подробнее уравнение (5.18), используя (5.17) и условие неразрывности в виде M
′
w
′
+Mw=0, где w, w
′
— средние (по площади сечения) вертикальные скорости в восходящем и
нисходящем потоках соответственно. Пусть w
′
>0, w<0, тогда, обозначая γ
a
-γ=α, γ-γ
va
=β, записываем
(5.19)
Отсюда следует, что равновесие (стратификация) атмосферы устойчиво, если β<α M
′
/M;
безразлично, если β=α M
′
/M; неустойчиво, если β>α M
′
/M. Так как в рассматриваемом случае β>0 и
α>0, то неустойчивыми являются те частицы воздуха, масса которых (M
′
) удовлетворяет неравенству
(5.20)
т.е. условия устойчивости атмосферы при учете компенсирующих нисходящих потоков оказываются
зависящими не только от градиентов температур, но и от размера всплывающих «частиц».
Действительно, как видно из (5.20), если внутри слоя имеются «частицы» разной горизонтальной
протяженности, то при малых значениях отношения β/α (γблизко к γ
va
) атмосфера неустойчива лишь
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 85
- 86
- 87
- 88
- 89
- …
- следующая ›
- последняя »
