 |
Адвективно-радиационные туманы
|
|
|
|
Тропосфера (0-10 км)
• 4/5 всей массы атмосферы
• (0-100) м – приземный слой, (1-1,5) км – пограничный слой, где заметно влияние трения.
• Падение температуры с высотой (~6,5 ̊ С/км)
• Преобладает западный перенос, скорость ветра растет с высотой
• Струйные течения (v=100-800 км/ч)
• Наиболее разнообразные и переменные метеоусловия
• Тропопауза – граница со стратосферой (h=10 км), начинается рост Т с высотой или изотермия (0,2 /100 м)
Стратосфера (10-55 км)
• Большая устойчивость атмосферы (изотермия до ~25 км, рост температуры до высоты ~55 км)
• В стратосфере максимально содержание озона (на 15-25 км)
• Крайне низкое содержание Н2О
• На высотах 22-24 км образуются перламутровые облака
• Летняя смена направления ветра с западного на восточный
• Стратосферные зимние потепления
• Струйные течения
• Верхняя граница (между стратосферой и мезосферой) называется мезопаузой.
Средняя атмосфера (мезосфера) 50-80 км
• Температура с высотой уменьшается до минимального ее значения (около 180 К) на верхней границе мезосферы, называемой мезопауза, высота около 80 км
• На мезопаузе - серебристые облака
• Сильная турбулентность
• «игноросфера» (неудобна для ВС и ИСЗ, менее изучена)
Термосфера (h = 80-1000 км)
• Рост температуры с высотой (до 1800 0С на h= 400 км в года активного Солнца)
• Сильная ионизация воздуха
• В термосфере поглощается корпускулярная и рентгеновская радиация Солнца, сгорают метеоры
• Полярные сияния
• ИСЗ
Экзосфера (h > 1000 км)
• - сфера ускользания газов (водород и гелий): отдельные частицы могут приобрести скорости теплового движения, превосходящие вторую комическую (11000 м/с), потери которых пополняются частицами солнечного ветра
|
|
|
• h>1500 км в годы активного Солнца атмосфера состоит из Не, в годы пониженной активности – из Н
Ионосфера (60-1000 км)
• Слой D – 60-90 км, концентрация ионов n=102-104 cм-3
• Слой F – 105-160 км, n=102-104 cм-3
• Слой F - >180 км, n=105 -106 cм-3 (на 300 км)
• Плазма с концентрацией 106 см-3 отражает радиоволны λ> 20 м.
3. Стандартная атмосфера (определение, как получают, где используется).
Стандартная атмосфера (ГОСТ 4401-81)
-средние числовые значения основных параметров атмосферы на широте 45032’33”
для высот от -2 до 120 км относительно уровня моря.
Используется
• при расчетах и проектировании летательных аппаратов;
• при обработке результатов метеонаблюдений;
• для приведения результатов технических испытаний ВС к одинаковым условиям для возможности их сравнения
 |
4. Уравнение статики. Понятие барической ступени (вывод формулы).
 | |||
 |
Уравнение статики выражает условие равновесия между силой вертикального барического градиента и силой тяжести.
Уравнение состояния идеального газа: (здесь μ = μв= 0,0289∙кг/м3)
 | |||||
 | |||||
 | |||||
Обозначим удельный объем v
 | |||
 |
Барическая ступень.
Из уравнения статики:
 |
Барическая ступень – приращение высоты, в пределах которой давление падает на единицу (в метеорологии принято [p]=1 гПа=100 Па= 1 мб)
 |
Барическая ступень увеличивается с высотой (уменьшением давления) и с ростом температуры.
| Условия | dz/dp |
| Т=00 С и р=1000 гПа (высота h = 0 км) | 8 м/гПа |
| Т=00 С и р = 500 гПа (высота h = 5 км) | 16 /гПа |
5. Барометрическая формула и формула Лапласа (вывод).
Барометрическая формула
Рассмотрим изотермическую атмосферу Т = Т0 = const
 | |||||||
 | |||||||
 | |||||||
 |
|
|
|
Где H= RвT0/g = 8 км (для нормальных условий) носит название высота изотермической (однородной) атмосферы
Формула Лапласа
 |  | ||||||
 | |||||||
 | |||||||
 |
Согласно барометрической формуле, формулам Бабине (для небольшого перепада высот) и Лапласа, высоту можно определять как функцию атмосферного давления, которое на высоте полета измеряется с помощью барометра – анероида. Основная шкала барометра градуируется в единицах высоты для определенных стандартных условий (стандартная атмосфера)
6. Сухоадиабатический градиент (знать значение и смысл, определение адиабатического процесса). Влажноадиабатические процессы.
Сухоадиабатический градиент - Адиабатическое изменение температуры —dt/dz в вертикально движущейся индивидуальной частице сухого воздуха на единицу изменения высоты
Где Τi — абсолютная температура данной частицы воздуха и Та — абсолютная температура окружающей атмосферы. Принимая отношение Τi/Τa равным единице при температуре 0° и стандартном значении g, получим Гd=0,98°/100 м, т. Е. Почти 17100 м.
| Адиабатический процесс |
| В атмосфере — изменение термодинамического состояния воздуха, протекающее адиабатически (изэнтропически), т. Е. Без обмена теплом между ним и средой (земной поверхностью, космосом, другими массами воздуха). |
| Влажноадиабатический процесс |
| Адиабатический процесс во влажном насыщенном воздухе. Если давление насыщенного воздуха падает (вследствие его расширения, напр., при подъеме), то падает и температура, и происходит конденсация водяного пара. Выделяющаяся при этом теплота конденсации (скрытая теплота парообразования) идет на нагревание воздуха, что замедляет падение температуры; поэтому убывание температуры на единицу подъема оказывается меньше, чем при сухоадиабатическом процессе, и тем меньше, чем больше упругость насыщения. Если давление воздуха растет (напр., при опускании и, следовательно, при сжатии воздуха), а воздух поддерживается в состоянии насыщения за счет испарения находящихся в нем продуктов конденсации, то вследствие затраты тепла на испарение рост температуры в нисходящем воздухе также уменьшается по сравнению с сухоадиабатическим процессом. |
|
|
|
7. Аэрологическая диаграмма (основные кривые – кривые стратификации, точки росы, депеграммы, изобары, изотермы, сухие и влажные адиабаты). Кривая состояния. Уровень конвекции, уровень конденсации.
На бланках аэрологической диаграммы по данным зондирования атмосферы строятся кривые стратификации, точки росы и состояния. Кривая распределения фактической температуры воздуха по высотам называется кривой стратификации (на диаграммах она красная). При ее построении на горизонтальной оси находят значение температуры, соответствующее начальному уровню подъема, а на вертикальной — давление для того же уровня. На пересечении изотермы и изобары ставят точку и проставляют значение высоты в км. Остальные точки подъема наносятся 'по температуре и давлению аналогично. Кривая точки росы (прерывистая черная линия) строится подобно кривой стратификации и характеризует изменение удельной влажности с высотой.
• Изотермы – прямые линии (обычно, коричневые), наклонённые влево, шкала изотерм
расположена на нижнем обрезе АД.
• Изобары – горизонтальные линии (обычно, коричневые), проведённые через 10 гПа.
Формы АКДТ и АКДХ позволяют отражать результаты зондирования в слое от 1050 до 100
гПа, форма АДП – от 1050 до 10 гПа. Шкала давления расположена на правом обрезе
диаграммы.
• Сухие и влажные адиабаты – кривые состояния, показывающие адиабатические
изменения состояния вертикально смещающейся воздушной частицы.
Сухие адиабаты – прямые линии (обычно, коричневые), наклонённые влево.
Показывают адиабатическое изменение температуры частицы сухого или влажного
ненасыщенного воздуха при его опускании или подъёме.
Влажные адиабаты – штриховые линии (обычно, зелёные). Показывают
адиабатическое изменение температуры частицы влажного воздуха при его опускании или
подъёме.
• Изограммы – прямые линии (обычно, зелёные), наклонённые вправо. Обозначения
|
|
|
даны выше изобары 650 гПа.
• Депеграмма - Кривая на аэрологической диаграмме, представляющая распределение точки росы
в зависимости от атмосферного давления по данным аэрологического зондирования.
Кривая состояния
Кривая на адиабатной (аэрологической) диаграмме, графически представляющая адиабатические изменения состояния вертикально смещающейся воздушной частицы. Если воздух сухой, кривая состояния является сухой адиабатой, проходящей через точку, координатами которой являются характеристики состояния воздуха на исходной высоте; если воздух влажный, кривая состояния до уровня конденсации является сухой адиабатой, а начиная с этого уровня совпадает с влажной адиабатой.
Уровень конвекции - Уровень, на котором температура восходящего воздуха выравнивается с температурой окружающей воздушной среды и восходящие токи конвекции затухают.
Уровень конденсации - Уровень, до которого нужно подняться воздуху, чтобы содержащийся в нем водяной пар при адиабатическом подъеме достиг состояния насыщения (относительная влажность воздуха равна 100%). У. К. определяется с помощью аэрологической диаграммы или по формуле
где t0 и τ0 — температура воздуха и точка росы у земной поверхности, zκ — в метрах.
|
8. Устойчивая и неустойчивая стратификация атмосферы.
(Вопрос: Теплая устойчивая ВМ характерна для а) тыловой части циклона, б)передней части ц, теплых секторов?)
ОТВЕТ НА ВОПРОС: Б
Если температура с высотой быстро падает (более 1°С на 100 м высоты), а это наблюдается когда подстилающая поверхность теплая, а воздух холодный, в атмосфере развиваются вертикальные движения. Такая стратификация (распределение температуры с высотой) называется неустойчивой
Теплый воздух поднимается вверх, возникает термическая конвекция. Возможно образование и развитие конвективной облачности со всеми сопутствующими явлениями (ливневыми осадками, грозами, градом и др.).
Неустойчиво стратифицирован воздух в экваториальных широтах. В умеренных широтах неустойчивая стратификация наблюдается в тыловых частях циклонов и граничащих с ними перифериях антициклонов. Видимость там хорошая за исключением зоны выпадающих осадко
Стратификация атмосферы будет устойчивой и при изотермии, то есть при постоянстве температуры с высотой, и даже при падении температуры с высотой, если это падение меньше, чем 1°С на 100 м. Устойчивая стратификация препятствует развитию вертикальных движений. В таких условиях невозможно образование и развитие конвективной облачности. В холодное время года при устойчивой стратификации образуются туманы. Во все времена года с такой стратификацией связано ухудшение видимости, увеличение концентрации примесей в атмосфере.
|
|
|
9. Видимость. Вертикальная, горизонтальная и наклонная(посадочная) видимость. Метеорологическая дальность видимости.
Видимость – это максимальное расстояние, с которого видны и распознаются неосвещенные объекты днем и световые ориентиры ночью.
Вертикальная видимость – максимальная высота, с которой экипаж, находящийся в полете, видит вертикально вниз землю в тумане, подоблачном слое и т.п.
Преобладающая видимость (RVR) - наибольшее значение видимости, которое достигается в пределах по крайней мере половины линии горизонта или половины поверхности аэродрома.
Посадочная (наклонная) видимость – предельно большое расстояние вдоль глиссады снижения, на котором при ухудшенной видимости пилот из кабины приземляющегося самолета может обнаружить начало ВПП или связанную с ней систему начальных сигнальных огней.
Метеорологическая дальность видимости (МДВ) – наибольшее расстояние, на котором становится невидимым в светлое время суток черный объект угловых размеров не менее 15’, проектирующийся на фоне неба у горизонта.
10. Инверсии в атмосфере (определение, виды и условия образования). Условия для авиации.
Инверсия – слой в атмосфере, где температуры увеличивается с высотой.
Создаёт особые условия для возникновения облаков (явление верх. Границей облачности), для распределения света и звука.
Характеризуются:
• Высотой нижней границы;
• Толщиной слоя;
• Величиной скачка Температуры (разностью температур на верхней и нижней границах
инверсионного слоя)
По высоте все инверсии можно разделить на:
• Радиационные (приземные)
• Приподнятые (в свободной атмосфере)
ü Инверсия оседания
ü Фронтальные инверсии
Радиационные приземные инверсии. До высоты 1 км:
Для образования приземных инверсий особенно благоприятны ясные ночи со слабым ветром. Такие условия погоды характерны для антициклонов и весной и осенью могут привести к ночным заморозкам. Явление заморозков, как правило, связано с образованием приземной инверсии.
Способствуют образованию туманов
Усиливаются рельефом местности
Приподнятая инверсия (в свободной атмосфере) (1-8км)
Приподнятые инверсии возникают преимущественно в устойчивых антициклонах как над сушей, так и над морем, и наблюдаются над большими территориями на протяжении длительных периодов.
1. Инверсии оседания.
- Возникают вследствие адиабатического нагрева нисходящего воздуха (в устойчивых воздушных массах антициклонов, где воздух обладает нисходящими составляющими движения)
- Занимают обширные территории (размер антициклона), особенно велики в зимнем установившимся антициклоном над материками умеренных широт.
С инверсией оседания связано резкое падение относительной влажности по вертикали
Фронтальные инверсии
Фронты, разделяющие теплую и холодную воздушные массы, в тропосфере становятся узкими фронтальными зонами перехода от холодной к теплой воздушной массе. При этом клин холодного воздуха лежит под теплой воздушной массой.
11. Туманы и дымки, их классификация (слабый, умеренный, сильный, очень сильный). Условия образования, условия для авиации.
Туман - скопления капель воды или кристаллов льда вблизи поверхности земли, ухудшающие видимость до значений менее 1 км.
• Дымка – видимость 1-10 км
• Слабые – 500-1000 м
• Умеренные – 200-500 м
• Сильные – 50-200 м
• Очень сильные – видимость < 50 м
Условия образования:
Радиационные туманы возникают вследствие радиационного выхолаживания почвы и нижних слоев воздуха в условиях повышенной влажности (легко рассеиваются).
Адвективные туманы -возникают в при адвекции теплых ВМ на холодную поверхность (простираются на сотни м в высоту, могут существовать при сильном ветре, опасны для авиации)
Адвективно-радиационные туманы
Туманы испарения - возникают в холодном воздухе над теплой поверхностью (у полыньи зимой)
Туманы склонов - при восходящем движении по горным склонам в результате адиабатич. Охлаждений.
12. Облака, классификация, названия и обозначения (латинские). Метеорологические условия полетов в облаках разного типа.
Облака - системы капель воды, кристаллов льда, взвешенных в атмосфере на некоторой высоте.
Облака различают
По составу: Водяные (при температурах до – 100 С),
Смешанные (-10-400 С) и Ледяные (< - 300 С).
По водности: Массе капель в единице объема.
Водяные облака - (0,1-1,8) г/м3; Ледяные – около 0,01 г/м3.
По высоте: Их расположения в атмосфере.
Облака верхнего яруса (ледяные)
(3-8 км – пол.ш.; 6-13 км – ум.ш., 6-18 км – тр. ш.)
• Перистые (Cirrus, Ci)
• Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc)
• Перисто-слоистые (Cirrоstratus, Cs)
Условия для ГА: полет безопасный, слабая болтанка (кроме СТ), электризация, видимость – 100-1000 м
Средний ярус (смешанные)
(2-4 км в пол.ш., 2-7 км – ум.ш., 2-8 км – троп.ш.)
• Высококучевые (Altocumulus, Ac)
Образуются в слое инверсии; верт. мощность – несколько сотен метров.
Условия для ГА: слабая болтанка.
• Высокослоистые (Altostratus, As)
Образуются в районе теплого фронта.
Условия для ГА: слабая болтанка, электризация.
Нижний ярус
(Носн< 2 км; обр-ся в областях инверсий, атм. фронтов)
• Слоистые(Stratus, St)и
Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns) – капельные и смешанные.
ВНГО – 50-300 м
Условия для ГА: видимость менее 10-300 м, обледенение, болтанка редко.
• Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc)
Условия для ГА: видимость 10-100 м, обледенение, слабая и ум. болтанка.
Вертикального развития
• Кучевые (Cumulus, Cu), летний период
Конвективные облака «хорошей погоды», водные.
ВНГО – 600-1000 м, верт. мощность – 100 м, w < 5-7 м/c
Условия для ГА: видимость 10-100 м, болтанка.
• Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb)
Конвективные, фронтальные;смешанные, ΔН≈10 км – до ТП,
НГО=200-500 м, ливни, град, грозы, неупорядоченные w ~ 30-50 м/с
Условия для ГА: сильная болтанка, заход ВС запрещен.
Шкваловый ворот (ХФ) – падение давления и температуры, резкое изменение направления и скорости ветра в передней части Cb
13. Силы, действующие в атмосфере Земли. (Сила барического градиента. Сила Кориолиса., сила трения, центробежная сила)
Силы действующие на воздушную частитцу
Сила барического градиента
 | |||
 |
Сила Кориолиса
 |  |
Сила трения
Центробежная сила (в расчете на единицу массы)
 |
Где ω – угловая скорость суточного вращения Земли, v - скорость движения частицы, φ – широта местности.
14. Единицы измерения геопотенциала. Карты абсолютной и относительной барической топографии. Как определить среднюю температуру слоя по картам ОТ 1000-500?
Абсолютным геопотенциалом называется потенциальная энергия единицы массы в поле силы тяжести. Единица измерения [Ф]= 1 кг м2/с2.
Картой абсолютной барической топографии (АТ) называют карту высот этой поверхности над уровнем моря. Изогипсы АТ - линии равных высот над уровнем моря.
Картой относительной барической топографии (ОТ) данной изобарической поверхности называется высота этой изобарической поверхности относительно другой нижележащей поверхности. (Часто используют карты ОТ 1000/500 гПа)
Как определить среднюю температуру слоя по картам ОТ 1000-500.
|
|
|
