Пояснения к работе. Атмосфера – это газообразная оболочка Земли, нижней границей которой являтся сама поверхность планеты

Атмосфера – это газообразная оболочка Земли, нижней границей которой являтся сама поверхность планеты. Именно здесь, на границе раздела фаз, литосферы и атмосферы идет интенсивный обмен вещества и энергии, определяющий существование биосферы. По сравнению с другими компонентами биосферы атмосфера обладает присущими только ей особенностями: высокая подвижность, изменчивость составляющих ее элементов, своеобразие молекулярных реакций.

Неравномерность распределения по планете суши и водных про-странств, а также различие в степени нагрева их отдельных участков приводят к различным значениям атмосферного давления над разными районами, возник-новению воздушных течений, приводящих к общей циркуляции атмосферы.

Различные соотношения тепла и влаги в воздухе – основная причина существования различных географических зон на Земле, определяющих особенности режима рек, почвенно–растительного покрова и важные процессы формирования рельефа.

Температура – физическая величина, характеризующая состояние термо-

динамического равновесия макроскопической системы. В равновесных усло-виях температура пропорциональна средней кинетической энергии частиц тела. Непосредственное измерение температуры невозможно. Существующие мето-ды измерения температуры основаны на использовании однозначной взаи-мосвязи между температурой и другой физической величиной, замеряемой непосредственно (объем, давление, сопротивление, э.д.с. и т.п.).

Для приведения в соответствие значений температуры, измеренной

различными аппаратными средствами в различных точках земного шара, была

создана международная практическая температурная шкала (МПТШ). МПТШ

зснована на 11 постоянных точках – температурах, присвоенных воспроизво-димым состоянием равновесия (точки фазового перехода различных веществ), и на специально аттестованных интерполяционных приборах. За единицу тем-

пературы принят Кельвин (К). Допускается применение в качестве единицы

температуры градус Цельсия (°С).

Основньми средствами измерения температуры являются:

- термометры расширения (стеклянные, манометрические, биметалл-лические);

- термопреобразователи сопротивления (медные, никелевые, платиновые,

полупроводниковые);

- термоэлектрические термометры (возникновение термо–э.д.с. в цепи, со-

стоящей из двух разнородных проводников, например, платина–платинородий,

медь – константан и др.);

- пирометры излучения (измерение температуры по излучению в опти-ческом диапазоне).

Разность температур и давлений в различных районах приводит к пере-мещению воздушных масс – ветрам. Ветры имеют большое значение в форми-ровании физических и химических свойств самого воздуха и других компонен-тов биосферы – гидросферы и литосферы. В атмосфере ветры влияют на интен-сивность теплообмена, влажность, давление, химический состав воздуха сни-жая или увеличивая количество загрязнений.

Измерение скорости воздушных потоков может осуществляться кон-тактными и бесконтактными способами. В метеорологии наибольшее распро-странение получили крыльчатые и чашечные анемометры (приборы для изме-рения скорости). Принцип действия данных приборов основан на преобра-зовании кинетической энергии воздушных потоков во вращательное движение механизмов. Широко используется принцип измерения скорости на основании измерения полного (давление торможения) и статического давления при помо-щи воздухоотборных трубок разной конфигурации (например, трубка Пито–Прандтля).

Еще одним контактным методом измерения скорости воздуха является

термоанемометрический метод, основанный на зависимости теплообмена на-гретого тела от скорости набегающего потока. В качестве чувствительного эле-

мента используют тела различной формы. Ниточные или проволочные анемо-метры используют тонкую (диаметр от сотых долей миллиметра до нескольких

микрометров) вольфрамовую или платиновую проволоку, натянутую между двумя электродами. Пленочные анемометры имеют датчики в форме цилиндра, клина, шара и др. с напылённой металлической пленкой на этих поверхностях.

Сложная конструкция датчиков (например, 3-нитевые с расположением в трех взаимно перпендикулярных поверхностях или шаровые с разделенными по всей сферической поверхности участками металлической пленки) позволяют не только измерять скорость воздушных потоков, но их направление. Это дости-гается тем, интенсивность теплообмена, например, поверхности шара на различных его частях существенным образом зависит от направления потока (в лобовой части он максимален, а на тыльной стороне шара теплообмен меньше).

К бесконтактным методам измерения скорости отноятся кинематические и лазерные. Кинематический метод основан на прямом измерении скорости «меченых» объектов по измеренному времени прохождения известного рас-стояния. В метеорологии скорость воздушных потоков на больших и средних высотах измеряется при помощи радиозондов (считается, что скорость воздушного шара мало отличается от скорости воздушных масс). В качестве «меток» используют задымление или тепловой импульс (импульсные термоанемометры).

Лазерные анемометры используют для измерения скорости эффект Доплера, согласно которому частота отраженного сигнала от движущегося объекта зависит от скорости перемещения объекта по отношению к излуча-телю–приемнику. Такого рода объектами в воздушных потоках являются всегда присутствующие в них мельчайшие частицы пыли, аэрозоли, движущиеся с той же скоростью, что и воздух.

Влажность воздуха – это содержание в воздухе водяного пара, которую принято характеризовать следующим образом: абсолютная влажность, характе-ризующаяся массой водяного пара в единице объема (кг/м³) или парциальным

давлением водяного пара (Па), и относительная влажность – отношение дейст-

вительной абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влаж-

ности при данной температуре (измеряется в долях или процентах). При этом

температура, при которой пар в воздухе является насыщенным, обладает макси-

мально возможной концентрацией при данных условиях, называется точкой ро-

сы. Охлаждение воздуха ниже температуры точки росы приводит к выпадению

влаги из воздуха. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 1,5–2 км), где концентрируется, примерно, 50% всей влаги.

Приборы для измерения влажности воздуха называются психрометрами. Существует несколько принципов измерения влажности:

- на основании изменения свойств некоторых материалов (волос, бычий пузырь);

- на зависимости интенсивности испарения влаги, измеряемой при помо-щи двух термометров: сухого и мокрого (обернутого влажной тканью);

- на измерении температуры точки росы.

В пределах поверхности земного шара существуют постоянные области высокого и низкого давления. Периодически возникающие области низкого давления характеризуются мощными потоками воздуха, движущегося по спирали и перемещающегося в пространстве к центру, которые носят название циклонов. Циклоны связаны с неустойчивой погодой и большим количеством осадков. В противоположность им антициклоны характеризуются устойчивой погодой, низкими скоростями ветра, в ряде случаев температурными инвер-сиями. При антициклонах могут возникать неблагоприятные, с точки зрения переноса и рассеивания примесей, метеорологические условия. Среднестатиc-тическое барометрическое давление для центральной части РФ составляет 745 мм. Рт. Ст. = 99,3 кПа.

Измерение атмосферного давления осуществляется барометрами, которые по принципу действия подразделяются на жидкостные (измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости) и деформационные (давление определяется по деформации упругих чувствительных элементов или по развиваемой ими силе).

Интенсивность атмосферной турбулентности в планетарном пограничном слое и, следовательно, интенсивность диффузии примеси (загрязняющих веществ) в различных погодных условиях различны, определяются многими факторами, определяющими при этом являются: вектор скорости и вертикаль- ный температурный градиент, которые в свою очередь зависят от свойств подстилающей поверхности, теплового баланса на поверхности земли, а также динамических и температурных характеристик воздушной массы, участвующей в рассеянии.

Температурный градиент, характеризующий изменение температуры воздуха по вертикали, определяется температурой поверхности земли и прилегающего к ней слоя воздуха. Чем сильнее нагрета земля, тем интенсивнее вертикальное перемешивание воздуха. Нагревающийся у поверхности земли воздух вследствие уменьшения его плотности поднимается вверх, а более холодный и плотный воздух опускается к поверхности земли. Если, поднима-

ясь, нагретый воздух расширяется адиабатически, без обмена теплом с окружающими массами воздуха, то температура его понижается примерно на 15°С на каждые 100 м высоты. Это значение принимается за адиабатический градиент температуры.

Атмосферный воздух–один из главных источников жизни на земле. Потребность человека в воздухе зависит от его состояния, условий работы и колеблется от 15 до 150 тыс. л в сутки. Воздух используется и во многих произ-

водствах, поскольку служит окислителем в процессах горения.

Атмосфера состоит из смеси газов и всегда содержит определенное коли-

чество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. К числу примесей, выделяемых естественными источниками, относятся: пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, возникающая- при эрозии почвы, частицы морской соли); туман, дымы и газы от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения; различные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения и пр. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоно-вым и мало изменяется с течением времени.

В России основное загрязнение атмосферы создают ряд отраслей промы-шленности, автотранспорт и теплоэнергетика. Их участие в загрязнении атмо- сферы составляет (%): черная и цветная металлургия, нефтедобыча и нефте-химия, предприятия стройматериалов, химическая промышленность–30; автотранспорт–40; теплоэнергетика–30.

Самые распространенные токсичные вещества, загрязняющие атмосфе-ру – оксид углерода СО, диоксид серы SO₂, оксиды азота NО_х, углеводороды С_nН_m, пыль. Кроме СО, SO_х, NО_x, С_nН_m и пыли в атмосферу выбрасываются и другие более токсичные вещества (например, формальдегид). В настоящее вре-мя насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, их количество все увеличивается, что требует действенных мер по очистке атмос-ферного воздуха.

Дата добавления: 2014-12-07