Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои




Скачать 42.13 Kb.
НазваниеКурс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои
Дата конвертации10.02.2016
Размер42.13 Kb.
ТипЛекция
Курс «Физика и химия атмосферы»

Лекция №3.


Деление атмосферы на слои

СТРУКТУРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АТМОСФЕРЫ


Для количественной характеристики термодинамического состояния атмосферы Земли используют набор различных параметров такой сложной системы как «атмосфера -земная поверхность»: температура, давление, плотность воздуха, содержание различных газов (например водяного пара); скорость и направление ветра; характеристика облаков – балльность (количество), высота и толщина облаков; интенсивность осадков; метерологическая дальность видимости; водность туманов и облаков и т.д. Для климатологов важны также характеристики подстилающей поверхности – температура суши и поверхности океана, влажность почв и др.

К структурным параметрам атмосферы относят, как правило, давление, температуру и плотность воздуха. Эти физические величины связаны двумя соотношениями.


1. Уравнение состояния идеального газа:


(1)


где р – давление; Т – температура; m – масса; - молекулярная масса воздуха.

R – универсальная газовая постоянная. Если разделить обе части уравнения (1) на объем V, получим первое соотношение связи структурных параметров


(2)


где - плотность воздуха.


2. Уравнение гидростатики:


(3)


Где - ускорение свободного падения; z – высота. Из уравнения гидростатики (3) плотность воздуха определяется соотношением:


(4)


Уравнение состояния для идеального газа можно записать в виде


(5)


Где n – число молекул в единице объема; k – постоянная Больцмана.


Параметры, определяющие деление атмосферы на слои


Деление атмосферы на слои осуществляется по разным признакам:


  1. Распределение температуры с высотой.

  2. Газовый состав и наличие заряженных частиц.

  3. Характер взаимодействия с земной поверхностью.

  4. Влияние атмосферы на летательные аппараты.

  5. Влияние магнитного поля на состояние атмосферы.



ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ АТМОСФЕРЫ


Слой Высота Переходный слой


Слой перемешивания 300-500 м

Тропосфера 0 – 11 км Тропопауза

Стратосфера 11 – 50 км Стратопауза

Мезосфера 50 – 90 км Мезопауза

Термосфера Выше 90 км Термопауза

Экзосфера Выше 450 км


ДЕЛЕНИЕ АТМОСФЕРЫ НА СЛОИ ПО ДРУГИМ ПРИЗНАКАМ


По составу воздуха атмосферу подразделяют на гомосферу и гетеросферу. В гомосфере (0-95 км) относительное содержание основных атмосферных газов (азот, кислород, аргон) и молекулярная масса воздуха ( г/моль) очень мало меняется с высотой.

В гетеросфере, выше 95 км, наряду с N2 и O2 появляется в заметных количествах атомарный кислород О за счет процессов диссоциации молекул О2 коротковолновым солнечным излучением. В связи с этим молекулярная масса воздуха в гетеросфере уменьшается с высотой.

По признаку газового состава атмосферы принято также выделять отдельно выделять озоносферу (15 – 55 км), в которой сосредоточена основная масса такого важного атмосферного газа, как озон.

Начиная с 60 км в атмосфере значительно возрастает содержание заряженных частиц (ионов и электронов). Поэтому слои атмосферы выше 60 км называют ионосферой.


БАРОМЕТРИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ


Подставляя плотность в уравнение гидростатики, получим:










Интегрирование этого дифференциального уравнения дает барометрическую формулу.


}


где p(0) – давление при z=0.


В более простом виде эту формулу можно переписать как





Обозначив , получим барометрическую формулу.





Для усредненной атмосферы Земли H ~ 8 км. Однако, из-за зависимости величины Н от температуры, она различна для разных широт и сезонов года.


Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты.


Термодинамический процесс называется адиабатическим, если он протекает без теплообмена с окружающей средой. Примером адиабатического процесса в атмосфере может служить расширение газа при его поднятии. При адиабатическом процессе работа против внешних сил давления совершается только за счет внутренней энергии. Для идеальных газов (как сухая, так и влажная атмосфера вдали от насыщения хорошо описывается уравнениями состояния идеального газа) адиабата имеет простейший вид и определяется уравнением Пуассона:




Где - давление газа, - его объем, - показатель адиабаты. Для идеального газа . Где - число степеней свободы молекулы.

,- теплоемкости газа соответственно при постоянном давлении и постоянном объеме.

С учетом уравнения состояния идеального газа уравнение адиабаты может быть преобразовано к виду:





Где - абсолютная температура газа.


Для двух разных высот тропосферы с давлениями > получается:





С учетом того, что давления в атмосфере с высотой падает в соответствии с барометрической формулой, адиабатическое расширение газа при подъеме в атмосфере приводит к падению его температуры с высотой. Это один из механизмов, дающий вклад в наблюдаемое в тропосфере уменьшение температуры с высотой.

Похожие:

Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои icon«физика атмосферы, океана и вод суши»
Методические указания по дисциплине «Физика, атмосферы, океана и вод суши». Раздел «Физика атмосферы». ч. III «Синоптическая метеорология»...
Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои icon«физика атмосферы, океана и вод суши»
Методические указания по дисциплине «Физика атмосферы, океана и вод суши». Раздел «Физика атмосферы». Ч. I «Общая метеорология» для...
Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои iconТема «Атмосфера, ее строение и состав» Цели урока
Образовательные: сформировать у учащихся знания об атмосфере, познакомить со строением и значением атмосферы охарактеризовать слои...
Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои iconВзаимодействие океана и атмосферы. Роль волн Россби Мирового океана в термодинамике его вод и атмосферы, погоде и климате Земли
Туры и скорости течений океана, а также этих же параметров атмосферы. Прослеживается хорошая связь течений волн Россби с температурой...
Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои iconСтроение атмосферы. Основные понятия
Земной шар окружен воздушной оболочкой – атмосферой, которая вращается вместе с ним. Физические свойства атмосферы – ее температура,...
Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои iconХимия атмосферы
Тем не менее, в земной атмосфере молекулярный азот является главным компонентом и уже только поэтому не может не оказывать экологического...
Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои iconНовые поступления в библиотеку физического факультета
Лидарный мониторинг атмосферы / Р. Р. Агишев. М. Физматлит, 2009. 313 с ил. (Фундаментальная и прикладная физика). Библиогр.: с....
Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои icon«Химия және адам ағзасы» Химия пәнінен 8-сыныпқа арналған қолданбалы курс бағдарламасы
«Химия және адам ағзасы» бағдарлы курс бағдарламасы Қазақстан Республикасы жалпы орта білім берудің мемлекеттік жалпыға міндетті...
Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои iconБилет №25. Воздух, его состав. Основные загрязнители атмосферы и способы их устранения

Курс «Физика и химия атмосферы» Лекция №3. Деление атмосферы на слои iconУказатель статеЙ
...
Разместите кнопку на своём сайте:
kaz.docdat.com


База данных защищена авторским правом ©kaz.docdat.com 2013
обратиться к администрации
kaz.docdat.com
Главная страница