Temperatura zraka na različitim visinama iznad tla. Promjena temperature zraka sa visinom. Zašto temperatura u planinama opada sa visinom?

inverzija

povećanje temperature zraka sa visinom umjesto uobičajenog pada

Alternativni opisi

Pobuđeno stanje materije u kojem je broj čestica na višoj energiji. nivo prelazi broj čestica na nižem nivou (fizika)

Obrnuti smjer Zemljinog magnetnog polja se opaža u vremenskim intervalima od 500 hiljada godina do 50 miliona godina

Promjena normalnog položaja elemenata, njihovo postavljanje obrnutim redoslijedom

Jezički termin za promjenu uobičajenog reda riječi u rečenici

Obrnuti redosled, obrnuti redosled

Logička operacija "ne"

Kromosomsko preuređenje povezano s rotacijom pojedinih dijelova hromozoma za 180

Konformna transformacija euklidske ravni ili prostora

Permutacija u matematici

Dramsko sredstvo koje pokazuje ishod sukoba na početku drame

U mjeriteljstvu, abnormalna promjena nekog parametra

Stanje materije u kojem su viši energetski nivoi njenih sastavnih čestica više "naseljeni" česticama od nižih

U organskoj hemiji, proces razgradnje saharida

Promjena redoslijeda riječi u rečenici

Promjena reda riječi za naglasak

bijeli trag iza aviona

Promjena reda riječi

Obrnuti redosled elemenata

Promjena normalnog reda riječi u rečenici kako bi se poboljšala ekspresivnost govora

U prvim odeljcima smo se uopšteno upoznali sa strukturom atmosfere po vertikali i sa promenama temperature sa visinom.

Ovdje razmatramo neke interesantne karakteristike temperaturnog režima u troposferi iu sferama iznad njih.

Temperatura i vlažnost u troposferi. Troposfera je najzanimljivije područje, jer se ovdje formiraju procesi stvaranja stijena. U troposferi, kao što je već pomenuto u poglavlju I, temperatura vazduha opada sa visinom u proseku za 6° po kilometru nadmorske visine, odnosno za 0,6° na 100 m. Ova vrijednost vertikalnog temperaturnog gradijenta se najčešće uočava i definira se kao prosjek mnogih mjerenja. Zapravo, vertikalni temperaturni gradijent u umjerenim geografskim širinama Zemlje je promjenjiv. Zavisi od godišnjih doba, doba dana, prirode atmosferskih procesa, au nižim slojevima troposfere - uglavnom od temperature donje površine.

U toploj sezoni, kada se sloj zraka uz površinu zemlje dovoljno zagrije, karakteristično je smanjenje temperature s visinom. S jakim zagrijavanjem površinskog sloja zraka, vrijednost vertikalnog temperaturnog gradijenta prelazi čak 1° na svakih 100 m uzdizanje.

Zimi, uz snažno hlađenje površine zemlje i površinskog sloja zraka, umjesto snižavanja, uočava se povećanje temperature s visinom, odnosno dolazi do temperaturne inverzije. Najjače i najsnažnije inverzije se uočavaju u Sibiru, posebno u Jakutiji zimi, gdje preovlađuje vedro i mirno vrijeme, doprinoseći zračenju i naknadnom hlađenju površinskog sloja zraka. Vrlo često se temperaturna inverzija ovdje proteže do visine od 2-3 km, a razlika između temperature vazduha na površini zemlje i gornje granice inverzije je često 20-25°. Inverzije su također karakteristične za centralne regije Antarktika. Zimi su u Evropi, posebno u njenom istočnom dijelu, Kanadi i drugim područjima. Veličina promene temperature sa visinom (vertikalni temperaturni gradijent) u velikoj meri određuje vremenske prilike i vrste kretanja vazduha u vertikalnom pravcu.

Stabilna i nestabilna atmosfera. Vazduh u troposferi zagreva se ispod površine. Temperatura vazduha se menja sa visinom i sa atmosferskim pritiskom. Kada se to dogodi bez razmjene topline sa okolinom, tada se takav proces naziva adijabatskim. Vazduh koji se diže radi na račun unutrašnje energije, koja se troši na savladavanje vanjskog otpora. Dakle, kada se diže, vazduh se hladi, a kada se spušta, zagreva se.

Adijabatske promjene temperature nastaju prema suvo adijabatsko i mokri adijabatski zakoni.

Shodno tome, razlikuju se i vertikalni gradijenti promjene temperature s visinom. Suhi adijabatski gradijent je promjena temperature suhog ili vlažnog nezasićenog zraka za svakih 100 m podići i spustiti za 1 °, a vlažni adijabatski gradijent je smanjenje temperature vlažnog zasićenog zraka za svakih 100 m nadmorska visina manja od 1°.

Kada je suv, ili nezasićen, zrak raste ili pada, njegova temperatura se mijenja prema zakonu suhe adijabate, odnosno pada ili raste za 1° na svakih 100 m. Ova vrijednost se ne mijenja sve dok zrak pri podizanju ne dostigne stanje zasićenja, tj. nivo kondenzacije vodena para. Iznad ovog nivoa, usled kondenzacije, počinje da se oslobađa latentna toplota isparavanja koja se koristi za zagrevanje vazduha. Ova dodatna toplota smanjuje količinu vazdušnog hlađenja dok se diže. Daljnji porast zasićenog zraka događa se već prema vlažnom adijabatskom zakonu, a njegova temperatura se ne smanjuje za 1° na 100 m, ali manje. Pošto sadržaj vlage u vazduhu zavisi od njegove temperature, što je temperatura vazduha viša, to se više toplote oslobađa prilikom kondenzacije, a što je niža temperatura, to je manje toplote. Zbog toga je vlažni adijabatski gradijent u toplom vazduhu manji nego u hladnom vazduhu. Na primjer, pri temperaturi rastućeg zasićenog zraka u blizini zemljine površine od +20°, vlažni adijabatski gradijent u donjoj troposferi je 0,33-0,43° na 100 m, a na temperaturi od minus 20° njegove vrijednosti se kreću od 0,78° do 0,87° na 100 m.

Vlažni adijabatski gradijent takođe zavisi od pritiska vazduha: što je niži vazdušni pritisak, manji je vlažni adijabatski gradijent pri istoj početnoj temperaturi. To je zbog činjenice da je pri niskom tlaku i gustina zraka manja, pa se oslobođena toplota kondenzacije koristi za zagrijavanje manje mase zraka.

U tabeli 15 prikazane su prosječne vrijednosti vlažnog adijabatskog gradijenta pri različitim temperaturama i vrijednostima

pritisak 1000, 750 i 500 mb,što približno odgovara površini zemlje i visinama od 2,5-5,5 km.

U toploj sezoni, vertikalni temperaturni gradijent je u prosjeku 0,6-0,7° na 100 m uzdizanje.

Poznavajući temperaturu na površini zemlje, moguće je izračunati približne vrijednosti temperature na različitim visinama. Ako je, na primjer, temperatura zraka na površini zemlje 28°, onda, uz pretpostavku da je vertikalni temperaturni gradijent u prosjeku 0,7° na 100 m ili 7° po kilometru, to dobijamo na visini od 4 km temperatura je 0°. Temperaturni gradijent zimi u srednjim geografskim širinama iznad kopna rijetko prelazi 0,4-0,5 ° na 100 m:Česti su slučajevi kada se u odvojenim slojevima vazduha temperatura skoro ne menja sa visinom, odnosno dolazi do izotermije.

Po veličini vertikalnog gradijenta temperature zraka može se suditi o prirodi ravnoteže atmosfere - stabilnoj ili nestabilnoj.

At stabilna ravnoteža atmosferske mase vazduha nemaju tendenciju da se kreću okomito. U tom slučaju, ako se određeni volumen zraka pomakne prema gore, on će se vratiti u prvobitni položaj.

Stabilna ravnoteža nastaje kada je vertikalni temperaturni gradijent nezasićenog zraka manji od suhog adijabatskog gradijenta, a vertikalni temperaturni gradijent zasićenog zraka manji od vlažnog adijabatskog. Ako se pod ovim uslovom mali volumen nezasićenog zraka vanjskim djelovanjem podigne na određenu visinu, tada će se, čim prestane djelovanje vanjske sile, ovaj volumen zraka vratiti u svoj prethodni položaj. To se događa zato što se povećani volumen zraka, potrošivši unutrašnju energiju na svoje širenje, ohladio za 1 ° na svakih 100 m(prema zakonu suve adijabate). Ali pošto je vertikalni temperaturni gradijent ambijentalnog vazduha bio manji od suvoadijabatskog, ispostavilo se da je zapremina vazduha podignuta na datu visinu imala nižu temperaturu od ambijentalnog vazduha. Imajući veću gustinu od okolnog vazduha, mora potonuti dok ne dostigne prvobitno stanje. Pokažimo to na primjeru.

Pretpostavimo da je temperatura vazduha blizu površine zemlje 20°, a vertikalni temperaturni gradijent u sloju koji se razmatra iznosi 0,7° na 100 m. Sa ovom vrijednošću gradijenta, temperatura zraka na visini od 2 km biće jednako 6° (Sl. 19, a). Pod uticajem spoljne sile, zapremina nezasićenog ili suvog vazduha podignuta sa zemljine površine na ovu visinu, hlađena prema suvom adijabatskom zakonu, odnosno za 1° na 100 m, ohladiće se za 20° i poprimiti temperaturu jednako 0°. Ovaj volumen zraka bit će 6° hladniji od okolnog zraka, a samim tim i teži zbog svoje veće gustine. Pa on počinje

spuštaju se, pokušavajući da dostignu početni nivo, odnosno površinu zemlje.

Sličan rezultat će se dobiti u slučaju dizanja zasićenog zraka, ako je vertikalni gradijent temperature okoline manji od vlažnog adijabatskog. Stoga, u stabilnom stanju atmosfere u homogenoj masi zraka, nema brzog stvaranja kumulusa i kumulonimbusa.

Najstabilnije stanje atmosfere uočava se pri malim vrijednostima vertikalnog temperaturnog gradijenta, a posebno pri inverzijama, jer se u ovom slučaju topliji i lakši zrak nalazi iznad donjeg hladnog, a samim tim i teškog zraka.

At nestabilna ravnoteža atmosfere zapremina vazduha podignuta sa zemljine površine ne vraća se u prvobitni položaj, već zadržava svoje kretanje prema gore do nivoa na kome se izjednačavaju temperature vazduha koji se diže i okolnog vazduha. Nestabilno stanje atmosfere karakteriziraju veliki vertikalni temperaturni gradijenti, što je uzrokovano zagrijavanjem nižih slojeva zraka. Istovremeno, zračne mase zagrijane odozdo, pošto lakše jure prema gore.

Pretpostavimo, na primjer, da je nezasićeni zrak u nižim slojevima do visine od 2 km stratifikovana nestabilna, odnosno njena temperatura

opada sa visinom za 1,2° na svakih 100 m, i iznad, zrak, koji je postao zasićen, ima stabilnu stratifikaciju, tj. njegova temperatura pada već za 0,6 ° na svakih 100 m uzdizanja (sl. 19, b). Jednom u takvom okruženju, zapremina suvog nezasićenog vazduha će početi da raste prema suvom adijabatskom zakonu, odnosno ohladiće se za 1° na 100 m. Zatim, ako je njegova temperatura blizu površine zemlje 20°, onda na visini od 1 km postat će 10°, dok je temperatura okoline 8°. Budući da je 2° topliji, a samim tim i lakši, ovaj volumen će se povećati. Na visini 2 km već će biti 4° toplije od okoline, jer će njegova temperatura dostići 0°, a temperatura okoline -4°. Budući da je ponovo lakša, razmatrana zapremina vazduha će nastaviti da raste do visine od 3 km, gdje njegova temperatura postaje jednaka temperaturi okoline (-10°). Nakon toga će prestati slobodno podizanje dodijeljenog volumena zraka.

Za određivanje stanja atmosfere koriste se aerološke karte. To su dijagrami sa pravokutnim koordinatnim osa, duž kojih su ucrtane karakteristike stanja zraka.

Porodice su ucrtane na dijagramima iznad zraka suho i mokri adijabati, tj. krivulje koje grafički predstavljaju promjenu stanja zraka tokom suvoadijabatskih i vlažnih adijabatskih procesa.

Slika 20 prikazuje takav dijagram. Ovde su izobare prikazane okomito, izoterme (linije jednakog vazdušnog pritiska) horizontalno, nagnute pune linije su suvi adijabati, nagnute isprekidane linije su vlažne adijabate, isprekidane linije su specifične vlažnosti Gornji dijagram prikazuje krivulje promjene temperature zraka sa visinom od dvije tačke za isti period posmatranja - 15:00 3. maja 1965. Na lijevoj strani - temperaturna kriva prema podacima radiosonde lansirane u Lenjingradu, dana desno - u Taškentu. Iz oblika leve krive promene temperature sa visinom sledi da je vazduh u Lenjingradu stabilan. U ovom slučaju, do izobarične površine od 500 mb vertikalni temperaturni gradijent je u prosjeku 0,55° na 100 m. U dva mala sloja (na površinama 900 i 700 mb) snimljena je izoterma. Ovo ukazuje da je iznad Lenjingrada na visinama od 1,5-4,5 km postoji atmosferski front koji odvaja hladne vazdušne mase u donjem kilometru i po od toplotnog vazduha koji se nalazi iznad. Visina nivoa kondenzacije, određena položajem krivulje temperature u odnosu na mokri adijabat, je oko 1 km(900 mb).

U Taškentu je vazduh imao nestabilnu slojevitost. Do visine 4 km vertikalni temperaturni gradijent je bio blizu adijabatskog, odnosno za svakih 100 m porasta, temperatura se smanjila za 1°, a više, do 12 km- više adijabatski. Zbog suhoće zraka nije došlo do stvaranja oblaka.

Iznad Lenjingrada, prelazak u stratosferu se dogodio na visini od 9 km(300 mb), a iznad Taškenta je mnogo veći - oko 12 km(200 mb).

Pri stabilnom stanju atmosfere i dovoljnoj vlažnosti mogu nastati slojeviti oblaci i magle, a kod nestabilnog stanja i visokog sadržaja vlage u atmosferi, termička konvekcija,što dovodi do stvaranja kumulusa i kumulonimbusa. Stanje nestabilnosti povezuje se sa nastankom pljuskova, grmljavine, grada, malih vihora, oluja itd.

Zbog nestabilnog stanja atmosfere uzrokovano je i tzv.

Ljeti je nestabilnost atmosfere uobičajena u popodnevnim satima, kada se zagriju slojevi zraka blizu zemljine površine. Zbog toga se obilne kiše, oluje i slične opasne vremenske pojave češće uočavaju u popodnevnim satima, kada nastaju jaka vertikalna strujanja zbog prolomne nestabilnosti - uzlazno i silazno kretanje vazduha. Iz tog razloga avioni lete tokom dana na visini od 2-5 km iznad zemljine površine, više su podložni "čavrljanju" nego tokom noćnog leta, kada se zbog hlađenja površinskog sloja vazduha povećava njegova stabilnost.

Vlažnost takođe opada sa visinom. Skoro polovina sve vlage je koncentrisana u prvih kilometar i po atmosfere, a prvih pet kilometara sadrži skoro 9/10 sve vodene pare.

Da bi se ilustrovala dnevna primećena priroda promene temperature sa visinom u troposferi i nižoj stratosferi u različitim delovima Zemlje, Slika 21 prikazuje tri krivulje stratifikacije do visine od 22-25 km. Ove krive su izgrađene na osnovu posmatranja radiosonde u 15 sati: dvije u januaru - Olekminsk (Jakutija) i Lenjingrad, i treća u julu - Takhta-Bazar (Centralna Azija). Prvu krivulju (Olekminsk) karakteriše prisustvo površinske inverzije, koju karakteriše porast temperature od -48° na površini zemlje do -25° na visini od oko 1 km. Tokom ovog perioda, tropopauza iznad Olekminska bila je na visini od 9 km(temperatura -62°). U stratosferi je uočeno povećanje temperature sa visinom, čija je vrijednost na nivou od 22 km približio -50°. Druga kriva, koja predstavlja promjenu temperature sa visinom u Lenjingradu, ukazuje na prisustvo male površinske inverzije, zatim izotermu u velikom sloju i smanjenje temperature u stratosferi. Na nivou 25 km temperatura je -75°. Treća kriva (Takhta-Bazar) se veoma razlikuje od sjeverne tačke - Olekminsk. Temperatura na površini zemlje je iznad 30°. Tropauza je u 16 km, i iznad 18 km dolazi do porasta temperature sa visinom, što je uobičajeno za južno ljeto.

Prethodno poglavlje::: Do sadržaja::: Sljedeće poglavlje

Sunčeve zrake koje padaju na površinu zemlje ga zagrijavaju. Zrak se zagrijava odozdo prema gore, odnosno sa površine zemlje.

Prijenos topline iz donjih slojeva zraka u gornje nastaje uglavnom zbog podizanja toplog, zagrijanog zraka prema gore i spuštanja hladnog zraka prema dolje. Ovaj proces zagrijavanja zraka naziva se konvekcija.

U drugim slučajevima, prijenos topline prema gore nastaje zbog dinamike turbulencija. Ovo je naziv haotičnih vrtloga koji nastaju u zraku kao rezultat njegovog trenja o zemljinu površinu tijekom horizontalnog kretanja ili prilikom trenja različitih slojeva zraka jedni o drugima.

Konvekcija se ponekad naziva termička turbulencija. Konvekcija i turbulencija se ponekad kombinuju zajedničkim imenom - razmjena.

Hlađenje nižih slojeva atmosfere odvija se drugačije od zagrijavanja. Zemljina površina kontinuirano gubi toplinu na okolnu atmosferu emitujući toplotne zrake koje nisu vidljive oku. Hlađenje postaje posebno snažno nakon zalaska sunca (noću). Zbog toplotne provodljivosti, vazdušne mase uz tlo takođe se postepeno hlade, prenoseći ovo hlađenje na slojeve vazduha iznad njih; istovremeno se najniži slojevi najintenzivnije hlade.

U zavisnosti od solarnog grijanja, temperatura nižih slojeva zraka mijenja se tokom godine i dana, dostižući maksimum oko 13-14 sati. Dnevni hod temperature zraka u različitim danima za isto mjesto nije konstantan; njegova vrijednost zavisi uglavnom od stanja vremena. Dakle, promjene temperature nižih slojeva zraka povezane su s promjenama temperature zemljine (donje) površine.

Promjene temperature zraka također nastaju zbog njegovih vertikalnih kretanja.

Poznato je da se vazduh kada se širi, hladi, a kada se kompresuje, zagreva. U atmosferi, tokom kretanja nagore, vazduh se, padajući u područja nižeg pritiska, širi i hladi, i obrnuto, tokom kretanja naniže, vazduh se, sabijajući, zagreva. Promjene temperature zraka tokom njegovih vertikalnih kretanja u velikoj mjeri određuju nastanak i uništavanje oblaka.

Temperatura zraka obično opada s visinom. Promjena prosječne temperature sa visinom nad Evropom ljeti i zimi data je u tabeli "Prosječne temperature zraka nad Evropom".

Smanjenje temperature s visinom karakterizira vertikala temperaturni gradijent. Ovo je promjena temperature za svakih 100 m nadmorske visine. Za tehničke i aeronautičke proračune, pretpostavlja se da je vertikalni temperaturni gradijent 0,6. Mora se imati na umu da ova vrijednost nije konstantna. Može se dogoditi da se ni u jednom sloju zraka temperatura neće mijenjati s visinom.

Takvi slojevi se nazivaju slojeva izoterme.

Vrlo često se u atmosferi opaža pojava kada se u određenom sloju temperatura čak i povećava s visinom. Ovi slojevi atmosfere se nazivaju inverzionih slojeva. Inverzije nastaju iz različitih razloga. Jedna od njih je hlađenje donje površine zračenjem noću ili zimi uz vedro nebo. Ponekad, u slučaju tihih ili slabih vjetrova, površinski slojevi zraka se također hlade i postaju hladniji od gornjih slojeva. Kao rezultat toga, zrak na nadmorskoj visini je topliji nego na dnu. Takve inverzije se nazivaju radijacije. Jake radijacijske inverzije se obično uočavaju preko snježnog pokrivača, a posebno u planinskim kotlinama, a i za vrijeme zatišja. Inverzioni slojevi se protežu do visine od nekoliko desetina ili stotina metara.

Inverzije nastaju i zbog kretanja (advekcije) toplog zraka na hladnu podlogu. To su tzv advektivne inverzije. Visina ovih inverzija je nekoliko stotina metara.

Osim ovih inverzija, uočavaju se frontalne inverzije i kompresijske inverzije. Frontalne inverzije nastaju kada tople vazdušne mase prelaze na hladnije vazdušne mase. Kompresijske inverzije nastaju kada se zrak spusti iz gornje atmosfere. Istovremeno, vazduh koji se spušta ponekad se toliko zagreva da se njegovi donji slojevi ispostavi da su hladniji.

Temperaturne inverzije se uočavaju na različitim visinama troposfere, najčešće na visinama od oko 1 km. Debljina inverzionog sloja može varirati od nekoliko desetina do nekoliko stotina metara. Temperaturna razlika tokom inverzije može doseći 15-20°.

Inverzioni slojevi igraju veliku ulogu u vremenu. Pošto je vazduh u inverzionom sloju topliji od donjeg sloja, vazduh iz nižih slojeva ne može da se podigne. Posljedično, slojevi inverzija usporavaju vertikalna kretanja u donjem sloju zraka. Kada se leti ispod sloja inverzije, obično se uočava rema ("kvrgavost"). Iznad sloja inverzije, let aviona se obično odvija normalno. Ispod slojeva inverzija razvijaju se takozvani valoviti oblaci.

Temperatura vazduha utiče na tehniku ​​pilotiranja i na rad materijala. Na temperaturama blizu tla ispod -20°, ulje se smrzava, pa se mora sipati u zagrijanom stanju. U letu, na niskim temperaturama, voda u sistemu za hlađenje motora se intenzivno hladi. Na povišenim temperaturama (iznad + 30 °), motor se može pregrijati. Temperatura vazduha takođe utiče na performanse posade aviona. Na niskim temperaturama, koje dosežu i do -56 ° u stratosferi, za posadu su potrebne posebne uniforme.

Temperatura vazduha je veoma važna za vremensku prognozu.

Mjerenje temperature vazduha tokom leta na avionu se vrši pomoću električnih termometara pričvršćenih na avion. Prilikom mjerenja temperature zraka mora se imati na umu da zbog velikih brzina modernih aviona termometri daju greške. Velike brzine aviona uzrokuju povećanje temperature samog termometra, zbog trenja njegovog rezervoara o vazduh i efekta zagrevanja usled kompresije vazduha. Zagrijavanje trenjem raste sa povećanjem brzine leta aviona i izražava se sljedećim veličinama:

Brzina u km/h …………. 100 200 Z00 400 500 600

Grijanje trenjem ……. 0°,34 1°,37 3°,1 5°,5 8°,6 12°,b

Zagrijavanje od kompresije izražava se sljedećim veličinama:

Brzina u km/h …………. 100 200 300 400 500 600

Grijanje kompresijom ……. 0°,39 1°,55 3°,5 5°,2 9°,7 14°,0

Izobličenja u očitavanju termometra instaliranog na avionu, prilikom letenja u oblacima, manja su za 30% od gore navedenih vrijednosti, zbog činjenice da se dio topline koja nastaje pri trenju i kompresiji troši na isparavanje vode kondenzovane u vazduh u obliku kapljica.

Temperatura vazduha. Jedinice mjere, promjena temperature s visinom. Inverzija, izotermija, Vrste inverzija, Adijabatski proces.

Temperatura vazduha je vrijednost koja karakterizira njegovo termičko stanje. Izražava se ili u stepenima Celzijusa (ºS na skali Celzijusa ili u Kelvinima (K) na apsolutnoj skali. Prelaz sa temperature u Kelvinima na temperaturu u stepenima Celzijusa vrši se po formuli

t=T-273º

Donji sloj atmosfere (troposfera) karakteriše smanjenje temperature sa visinom, koje iznosi 0,65ºS na 100m.

Ova promjena temperature s visinom na 100m naziva se vertikalni temperaturni gradijent. Poznavajući temperaturu blizu zemljine površine i koristeći vrijednost vertikalnog gradijenta, moguće je izračunati približnu temperaturu na bilo kojoj visini (na primjer, pri temperaturi blizu površine zemlje od +20ºS na visini od 5000m, temperatura će biti jednak:

20º- (0,65 * 50) \u003d - 12..5.

Vertikalni gradijent γ nije konstantna vrijednost i zavisi od vrste vazdušne mase, doba dana i godišnjeg doba, prirode podloge i drugih faktora. Kada se temperatura smanjuje s visinom, γ  se smatra pozitivnim, ako se temperatura ne mijenja s visinom, tada je γ = 0  slojevi se nazivaju izotermni. Slojevi atmosfere u kojima temperatura raste sa visinom (γ< 0), называются inverzija. U zavisnosti od veličine vertikalnog temperaturnog gradijenta, stanje atmosfere može biti stabilno, nestabilno ili indiferentno prema suvom (nezasićenom) ili zasićenom vazduhu.

Smanjenje temperature zraka kako raste adijabatski, odnosno bez razmene toplote čestica vazduha sa okolinom. Ako se čestica zraka diže, tada se njen volumen širi, dok se unutrašnja energija čestice smanjuje.

Kako se čestica spušta, ona se skuplja i njena unutrašnja energija raste. Iz ovoga proizilazi da sa kretanjem zapremine vazduha naviše njegova temperatura opada, a sa kretanjem naniže raste. Ovi procesi igraju važnu ulogu u formiranju i razvoju oblaka.

Horizontalni gradijent je temperatura izražena u stepenima na udaljenosti od 100 km. Prilikom prelaska sa hladnog na toplo VM i iz toplog u hladno, može premašiti 10º na 100 km.

Vrste inverzija.

Inverzije su slojevi odlaganja, prigušuju vertikalno kretanje zraka, ispod njih dolazi do nakupljanja vodene pare ili drugih čvrstih čestica koje narušavaju vidljivost, stvaranje magle i raznih oblika oblaka. Slojevi inverzija su slojevi koji usporavaju i za horizontalna kretanja zraka. U mnogim slučajevima, ovi slojevi su vjetrolomne površine. Inverzije u troposferi se mogu uočiti u blizini površine zemlje i na velikim visinama. Tropauza je snažan sloj inverzije.

Ovisno o uzrocima nastanka, razlikuju se sljedeće vrste inverzija:

1. Zračenje - rezultat hlađenja površinskog sloja zraka, obično noću.

2. Advektivna - kada se topli vazduh kreće na hladnu podlogu.

3. Kompresija ili slijeganje - formiraju se u centralnim dijelovima neaktivnih anticiklona.

Zadatak:

Poznato je da je na nadmorskoj visini od 750 metara temperatura +22 o C. Odredite temperaturu vazduha na visini:

a) 3500 metara nadmorske visine

b) 250 metara nadmorske visine

Odluka:

Znamo da kada se visina promijeni za 1000 metara (1 km), temperatura zraka se mijenja za 6 °C. Štaviše, s povećanjem nadmorske visine temperatura zraka opada, a sa smanjenjem raste.

a) 1. Odrediti visinsku razliku: 3500 m -750 m = 2750 m = 2,75 km

2. Odredite razliku u temperaturama zraka: 2,75 km × 6 o C = 16,5 o C

3. Odredite temperaturu zraka na visini od 3500 m: 22 ° C - 16,5 ° C \u003d 5,5 ° C

odgovor: na nadmorskoj visini od 3500 m temperatura vazduha je 5,5 o C.

b) 1. Odrediti visinsku razliku: 750 m -250 m = 500 m = 0,5 km

2. Odredite razliku u temperaturama zraka: 0,5 km × 6 o C = 3 o C

3. Odrediti temperaturu vazduha na visini od 250 m: 22 o C + 3 o C = 25 o C

odgovor: na visini od 250 m temperatura vazduha je 25°C.

2. Određivanje atmosferskog pritiska u zavisnosti od nadmorske visine

Zadatak:

Poznato je da na nadmorskoj visini od 2205 metara, atmosferski pritisak iznosi 550 mm Hg. Odredite atmosferski pritisak na nadmorskoj visini:

a) 3255 metara nadmorske visine

b) 0 metara nadmorske visine

Odluka:

Znamo da se s promjenom nadmorske visine od 10,5 metara, atmosferski pritisak mijenja za 1 mmHg. Art. Štoviše, s povećanjem nadmorske visine, atmosferski tlak opada, a sa smanjenjem se povećava.

a) 1. Odrediti visinsku razliku: 3255 m - 2205 m = 1050 m

2. Odredite razliku u atmosferskom pritisku: 1050 m: 10,5 m = 100 mm Hg.

3. Odrediti atmosferski pritisak na visini od 3255 m: 550 mm Hg. - 100 mm Hg = 450 mmHg

odgovor: Na nadmorskoj visini od 3255 m, atmosferski pritisak je 450 mmHg.

b) 1. Odrediti visinsku razliku: 2205 m - 0 m = 2205 m

2. Odredite razliku u atmosferskom pritisku: 2205 m: 10,5 m = 210 mm Hg. Art.

3. Odrediti atmosferski pritisak na visini od 0 m: 550 mm Hg. + 210 mmHg Art. = 760 mmHg Art.

odgovor: Na visini od 0 m atmosferski pritisak je 760 mm Hg.

3. Beaufortova skala

(skala brzine vjetra)

Praktični materijal za čas geografije u 6. razredu - UMK: O.A. Klimanov, V.V. Klimanov, E.V. Kim. Za razmatranje se predlažu zadaci na tu temu "Temperatura vazduha".

Rješenje geografskih problema doprinosi aktivnoj asimilaciji kursa geografije, formira općeobrazovne i posebne geografske vještine.

Ciljevi:

Razvijanje vještina za izračunavanje temperature zraka na različitim visinama, izračunavanje visine;

Razvijanje sposobnosti analiziranja, donošenja zaključaka.

Kako se temperatura mijenja sa visinom?

Kada se visina promijeni za 1000 metara (1 km), temperatura zraka se mijenja za 6 °C (sa povećanjem nadmorske visine temperatura zraka opada, a sa smanjenjem raste).

Geografski zadaci:

1. Na vrhu planine temperatura je -5 stepeni, visina planine 4500 m Odredite temperaturu u podnožju planine?

Odluka:

Za svaki kilometar gore temperatura vazduha pada za 6 stepeni, odnosno ako je visina planine 4500 ili 4,5 km, ispada da:

1) 4,5 x 6 = 27 stepeni. To znači da je temperatura pala za 27 stepeni, a ako je na vrhu 5 stepeni, onda će u podnožju planine biti:

2) - 5 + 27 = 22 stepena u podnožju planine

odgovor: 22 stepena u podnožju planine

2. Odrediti temperaturu vazduha na vrhu planine 3 km, ako je u podnožju planine bila +12 stepeni.

Odluka:

Ako nakon 1 km temperatura padne za 6 stepeni, onda

odgovor:- 6 stepeni na vrhu planine

3. Na koju visinu se popeo avion ako je temperatura van njega -30°C, a na površini Zemlje +12°C?

Odluka:

2) 42: 6 = 7 km

odgovor: avion se popeo na visinu od 7 km

4. Kolika je temperatura zraka na vrhu Pamira, ako je u julu u podnožju +36°C? Visina Pamira je 6 km.

Odluka:

odgovor: 0 stepeni na vrhu planine

5. Odredite temperaturu vazduha iznad aviona, ako je temperatura vazduha na površini zemlje 31 stepen, a visina leta 5 km?

Odluka:

Odgovori: 1 stepen vanjske temperature

Plava planeta...

Ova tema je trebala da se pojavi na sajtu kao jedna od prvih. Uostalom, helikopteri su atmosferski avioni. Zemljina atmosfera- njihovo, da tako kažem, stanište :-). ALI fizičke osobine vazduha samo odredite kvalitet ovog staništa :-). Dakle, to je jedna od osnova. A osnova je uvijek prva napisana. Ali tek sada sam to shvatio. Ipak, bolje je, kao što znate, kasno nego nikad... Hajdemo da se dotaknemo ovog pitanja, ali bez upuštanja u divljinu i nepotrebne poteškoće :-).

Dakle… Zemljina atmosfera. Ovo je plinovita ljuska naše plave planete. Svi znaju ovo ime. Zašto plava? Jednostavno zato što se "plava" (kao i plava i ljubičasta) komponenta sunčeve svjetlosti (spektra) najbolje raspršuje u atmosferi, bojeći je u plavičasto-plavkasto, ponekad s primjesom ljubičaste (po sunčanom danu, naravno :-)) .

Sastav Zemljine atmosfere.

Sastav atmosfere je prilično širok. Neću navoditi sve komponente u tekstu, postoji dobra ilustracija za to.Sastav svih ovih gasova je skoro konstantan, sa izuzetkom ugljen-dioksida (CO 2 ). Osim toga, atmosfera nužno sadrži vodu u obliku para, suspendiranih kapljica ili kristala leda. Količina vode nije konstantna i zavisi od temperature i, u manjoj meri, od pritiska vazduha. Uz to, Zemljina atmosfera (naročito sadašnja) sadrži i određenu količinu, rekao bih "svakakvih prljavština" :-). To su SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, osim toga tu su i živine pare Hg. Istina, svega toga ima u malim količinama, hvala Bogu :-).

Zemljina atmosfera Uobičajeno je podijeliti u nekoliko zona koje slijede jedna drugu po visini iznad površine.

Prva, najbliža zemlji, je troposfera. Ovo je najniži i, da tako kažem, glavni sloj za život različitih tipova. Sadrži 80% mase cjelokupnog atmosferskog zraka (iako po zapremini čini samo oko 1% cjelokupne atmosfere) i oko 90% sve atmosferske vode. Glavnina svih vjetrova, oblaka, kiša i snijega 🙂 dolazi odatle. Troposfera se proteže do visine od oko 18 km u tropskim širinama i do 10 km u polarnim širinama. Temperatura vazduha u njemu opada uz porast od oko 0,65º na svakih 100 m.

atmosferske zone.

Druga zona je stratosfera. Moram reći da se između troposfere i stratosfere razlikuje još jedna uska zona - tropopauza. Zaustavlja pad temperature sa visinom. Tropopauza ima prosječnu debljinu od 1,5-2 km, ali njene granice su nejasne i troposfera se često preklapa sa stratosferom.

Dakle, stratosfera ima prosječnu visinu od 12 km do 50 km. Temperatura u njemu do 25 km ostaje nepromijenjena (oko -57ºS), zatim negdje do 40 km raste do oko 0ºS i dalje do 50 km ostaje nepromijenjena. Stratosfera je relativno miran dio Zemljine atmosfere. U njemu praktično nema nepovoljnih vremenskih uslova. Čuveni ozonski omotač nalazi se u stratosferi na visinama od 15-20 km do 55-60 km.

Nakon toga slijedi mala stratopauza graničnog sloja, u kojoj temperatura ostaje oko 0ºS, a zatim je sljedeća zona mezosfera. Prostire se na nadmorskoj visini od 80-90 km, a u njemu temperatura pada na oko 80ºS. U mezosferi obično postaju vidljivi mali meteori, koji počinju da sijaju u njoj i tamo izgore.

Sljedeći uski jaz je mezopauza i iza nje zona termosfere. Njegova visina je do 700-800 km. Ovdje temperatura ponovo počinje rasti i na visinama od oko 300 km može dostići vrijednosti reda veličine 1200ºS. Nakon toga ostaje konstantan. Jonosfera se nalazi unutar termosfere do visine od oko 400 km. Ovdje je zrak jako joniziran zbog izloženosti sunčevom zračenju i ima visoku električnu provodljivost.

Sljedeća i, općenito, posljednja zona je egzosfera. Ovo je takozvana zona raspršivanja. Ovdje su uglavnom prisutni vrlo razrijeđeni vodonik i helijum (sa prevlašću vodonika). Na visinama od oko 3000 km, egzosfera prelazi u bliski svemirski vakuum.

Tako je negde. Zašto oko? Zato što su ovi slojevi prilično uslovni. Moguće su različite promjene nadmorske visine, sastava plinova, vode, temperature, jonizacije i tako dalje. Osim toga, postoji još mnogo pojmova koji definiraju strukturu i stanje Zemljine atmosfere.

Na primjer homosfera i heterosfera. U prvom, atmosferski gasovi su dobro pomešani i njihov sastav je prilično homogen. Drugi se nalazi iznad prvog i tamo praktično nema takvog miješanja. Gasovi se odvajaju gravitacijom. Granica između ovih slojeva nalazi se na nadmorskoj visini od 120 km i naziva se turbopauza.

Možda ćemo završiti sa terminima, ali svakako ću dodati da se konvencionalno pretpostavlja da se granica atmosfere nalazi na nadmorskoj visini od 100 km. Ova granica se zove Karmanova linija.

Dodaću još dvije slike da ilustrujem strukturu atmosfere. Prvi je, međutim, na njemačkom, ali je potpun i lako razumljiv :-). Može se uvećati i dobro razmotriti. Drugi prikazuje promjenu atmosferske temperature s visinom.

Struktura Zemljine atmosfere.

Promjena temperature zraka sa visinom.

Moderne orbitalne svemirske letjelice s ljudskom posadom lete na visinama od oko 300-400 km. Međutim, ovo više nije avijacija, iako je to područje, naravno, u određenom smislu blisko povezano, o čemu ćemo sigurno opet :-).

Zona avijacije je troposfera. Moderni atmosferski avioni mogu letjeti i u nižim slojevima stratosfere. Na primjer, praktičan plafon MIG-25RB je 23000 m.

Let u stratosferi.

I tačno fizičke osobine vazduha troposfere određuju kako će biti let, koliko će biti efikasan sistem upravljanja avionom, kako će turbulencija u atmosferi uticati na to, kako će motori raditi.

Prva glavna imovina je temperatura vazduha. U plinskoj dinamici, može se odrediti na Celzijusovoj skali ili na Kelvinovoj skali.

Temperatura t1 na datoj visini H na Celzijusovoj skali određuje se:

t 1 \u003d t - 6,5N, gdje t je temperatura vazduha pri tlu.

Temperatura na Kelvinovoj skali se naziva apsolutna temperatura Nula na ovoj skali je apsolutna nula. Na apsolutnoj nuli, termičko kretanje molekula prestaje. Apsolutna nula na Kelvinovoj skali odgovara -273º na Celzijusovoj skali.

Shodno tome, temperatura T na visokom H na Kelvinovoj skali se određuje:

T \u003d 273K + t - 6,5H

Zračni pritisak. Atmosferski pritisak se meri u Paskalima (N/m 2), u starom sistemu merenja u atmosferama (atm.). Postoji i barometarski pritisak. Ovo je pritisak izmjeren u milimetrima žive pomoću živinog barometra. Barometarski pritisak (pritisak na nivou mora) jednak 760 mm Hg. Art. naziva se standardnim. U fizici 1 atm. samo jednako 760 mm Hg.

Gustina zraka. U aerodinamici, najčešće korišten koncept je masena gustina zraka. Ovo je masa vazduha u 1 m3 zapremine. Gustina vazduha se menja sa visinom, vazduh postaje sve razređeniji.

Vlažnost vazduha. Pokazuje količinu vode u zraku. Postoji koncept " relativna vlažnost". Ovo je omjer mase vodene pare i maksimuma mogućeg na datoj temperaturi. Koncept 0%, odnosno kada je vazduh potpuno suv, generalno može postojati samo u laboratoriji. S druge strane, 100% vlažnost je sasvim realna. To znači da je vazduh apsorbovao svu vodu koju je mogao apsorbovati. Nešto kao apsolutno "pun sunđer". Visoka relativna vlažnost smanjuje gustinu vazduha, dok je niska relativna vlažnost u skladu s tim povećava.

Zbog činjenice da se letovi aviona odvijaju u različitim atmosferskim uslovima, njihovi letni i aerodinamički parametri u jednom režimu leta mogu biti različiti. Stoga smo za pravilnu procjenu ovih parametara uveli Međunarodna standardna atmosfera (ISA). Pokazuje promjenu stanja zraka s porastom visine.

Glavni parametri stanja zraka pri nultoj vlažnosti uzimaju se kao:

pritisak P = 760 mm Hg. Art. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

masena gustina ρ = 1,225 kg / m 3;

Za ISA se pretpostavlja (kao što je gore spomenuto :-)) da temperatura u troposferi pada za 0,65º na svakih 100 metara visine.

Standardna atmosfera (primjer do 10000 m).

ISA tablice se koriste za kalibraciju instrumenata, kao i za navigacijske i inženjerske proračune.

Fizička svojstva vazduha također uključuju koncepte kao što su inertnost, viskoznost i kompresibilnost.

Inercija je svojstvo zraka koje karakterizira njegovu sposobnost da se odupre promjenama u stanju mirovanja ili ravnomjernom pravolinijskom kretanju. . Mjera inercije je masena gustina zraka. Što je veća, veća je inercija i sila otpora medija kada se avion kreće u njemu.

Viskoznost. Određuje otpor trenja prema zraku dok se avion kreće.

Kompresibilnost mjeri promjenu gustine zraka kako se mijenja pritisak. Pri malim brzinama aviona (do 450 km/h) nema promjene tlaka kada struja zraka struji oko njega, ali pri velikim brzinama počinje da se javlja efekat kompresibilnosti. Posebno je izražen njegov uticaj na supersonic. Ovo je posebna oblast ​​aerodinamike i tema za poseban članak :-).

Pa, čini se da je to sve za sada... Vrijeme je da završimo s ovim pomalo zamornim nabrajanjem, koje se, međutim, ne može mimoići :-). Zemljina atmosfera, njegovi parametri, fizičke osobine vazduha Za avion su važni koliko i parametri samog aparata i bilo ih je nemoguće ne spomenuti.

Za sada, do narednih susreta i još zanimljivih tema 🙂…

P.S. Za desert predlažem da pogledate video snimljen iz kokpita blizanca MIG-25PU tokom leta u stratosferu. Snimio, po svemu sudeći, turista koji ima para za takve letove :-). Snimano uglavnom kroz vjetrobransko staklo. Obratite pažnju na boju neba...

Svi koji su letjeli avionom navikli su na ovakvu poruku: "naš let je na visini od 10.000 m, temperatura iznad palube je 50°C." Čini se ništa posebno. Što je dalje od površine Zemlje koju grije Sunce, to je hladnije. Mnogi ljudi misle da opadanje temperature sa visinom ide kontinuirano i postepeno temperatura opada, približavajući se temperaturi prostora. Inače, naučnici su tako mislili sve do kraja 19. veka.

Pogledajmo pobliže raspodjelu temperature zraka na Zemlji. Atmosfera je podijeljena na nekoliko slojeva, koji prvenstveno odražavaju prirodu promjena temperature.

Donji sloj atmosfere naziva se troposfera, što znači "sfera rotacije". Sve promjene vremena i klime su rezultat fizičkih procesa koji se odvijaju upravo u ovom sloju. Gornja granica ovog sloja se nalazi gdje se smanjenje temperature sa visinom zamjenjuje njenim povećanjem - otprilike na nadmorskoj visini od 15-16 km iznad ekvatora i 7-8 km iznad polova.Kao i sama Zemlja, atmosfera je pod uticajem rotacije naše planete takođe donekle spljoštena iznad polova i nadima se nad ekvatorom. ovaj efekat je mnogo jači u atmosferi nego u čvrstom omotaču Zemlje.U pravcu od površine Zemlje ka gornjoj granici troposfere temperatura vazduha opada.Iznad ekvatora minimalna temperatura vazduha je oko -62° C, a iznad polova oko -45°C. U umjerenim geografskim širinama više od 75% mase atmosfere nalazi se u troposferi.U tropima, oko 90% je unutar masa troposfere atmosfere.

Godine 1899. pronađen je minimum u vertikalnom temperaturnom profilu na određenoj nadmorskoj visini, a zatim je temperatura blago porasla. Početak ovog povećanja znači prelazak na sljedeći sloj atmosfere - na stratosfera, što znači "slojna sfera". Termin stratosfera označava i odražava nekadašnju ideju ​​jedinstvenosti sloja koji leži iznad troposfere. Stratosfera se prostire do visine od oko 50 km iznad površine Zemlje. Njena karakteristika je , posebno, nagli porast temperature zraka.Ovo povećanje temperature se objašnjava reakcijom stvaranja ozona - jedne od glavnih kemijskih reakcija koje se odvijaju u atmosferi.

Najveći dio ozona koncentrisan je na visinama od oko 25 km, ali općenito ozonski omotač je školjka koja je jako rastegnuta po visini, koja pokriva gotovo cijelu stratosferu. Interakcija kiseonika sa ultraljubičastim zracima jedan je od povoljnih procesa u zemljinoj atmosferi koji doprinose održavanju života na Zemlji. Apsorpcija ove energije ozonom onemogućava njeno prekomjerno oticanje na površinu zemlje, gdje se stvara upravo takav nivo energije koji je pogodan za postojanje zemaljskih oblika života. Ozonosfera apsorbira dio energije zračenja koja prolazi kroz atmosferu. Kao rezultat, u ozonosferi se uspostavlja vertikalni gradijent temperature vazduha od približno 0,62 °C na 100 m, odnosno temperatura raste sa visinom do gornje granice stratosfere - stratopauze (50 km), dostižući, prema neki podaci, 0°C.

Na visinama od 50 do 80 km nalazi se sloj atmosfere tzv mezosfera. Reč "mezosfera" znači "srednja sfera", ovde temperatura vazduha nastavlja da opada sa visinom. Iznad mezosfere, u sloju tzv termosfera, temperatura ponovo raste sa visinom do oko 1000°C, a zatim vrlo brzo pada na -96°C. Međutim, ne pada u nedogled, onda temperatura ponovo raste.

Termosfera je prvi sloj jonosfera. Za razliku od prethodno navedenih slojeva, jonosfera se ne razlikuje po temperaturi. Jonosfera je područje električne prirode koje omogućava mnoge vrste radio komunikacija. Jonosfera je podijeljena na nekoliko slojeva, označavajući ih slovima D, E, F1 i F2. Ovi slojevi također imaju posebna imena. Podjela na slojeve uzrokovana je više razloga, među kojima je najvažniji nejednak utjecaj slojeva na prolazak radio valova. Najniži sloj, D, uglavnom apsorbuje radio talase i na taj način sprečava njihovo dalje širenje. Najbolje proučavan sloj E nalazi se na nadmorskoj visini od oko 100 km iznad površine zemlje. Naziva se i Kennelly-Heaviside sloj po imenima američkih i engleskih naučnika koji su ga istovremeno i nezavisno otkrili. Sloj E, poput ogromnog ogledala, reflektuje radio talase. Zahvaljujući ovom sloju, dugi radio talasi putuju dalje udaljenosti nego što bi se očekivalo da se šire samo pravolinijski, a da se ne reflektuju od sloja E. F sloj takođe ima slična svojstva. Naziva se i Appletonov sloj. Zajedno sa slojem Kennelly-Heaviside, reflektuje radio talase do zemaljskih radio stanica.Takva refleksija se može desiti pod različitim uglovima. Appletonov sloj se nalazi na nadmorskoj visini od oko 240 km.

Najudaljeniji dio atmosfere, drugi sloj jonosfere, često se naziva egzosfera. Ovaj izraz ukazuje na postojanje periferije svemira u blizini Zemlje. Teško je tačno odrediti gdje završava atmosfera i počinje prostor, budući da se gustoća atmosferskih plinova postepeno smanjuje s visinom, a sama atmosfera postepeno se pretvara u gotovo vakuum, u kojem se susreću samo pojedinačni molekuli. Već na visini od oko 320 km, gustina atmosfere je toliko niska da molekuli mogu putovati više od 1 km bez sudara. Kao njena gornja granica služi najudaljeniji dio atmosfere, koji se nalazi na visinama od 480 do 960 km.

Više informacija o procesima u atmosferi možete pronaći na web stranici "Klima Zemlje"