Понятие о геопотенциале

БАРИЧЕСКАЯ СТУПЕНЬ

Для ориентировочной оценки изменения д авления с высотой, а также д ля приближенного расчета изменения высоты по разности значений давления на практ ике пользуются барическо й ступенью.

Барическая ступень (h) – это высота, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на о дну единицу (на 1 гПа или 1 мм рт.ст.). Величину барической ст упени можно определит ь из формулы Бабине (2.29).

По определению барической ст упени Р 0 - Рн = 1.

+

А так как

Р 0 P н = Рср, то Р

+ P н = 2 Рср.

После подстановки формула Бабине примет вид:

h = 8000 (1 + 1 t ср). (2.30)

Рср

Из формулы видно, чт о величина барической ст упени находится в прямой зависимости от температ ур ы воздуха и в обрат ной – от давления, т.е. чем теплее воздух и меньш е д авление, тем больш е барическая ступень, а, следовательно, тем медленнее уменьшает ся д авление с высотой. У земной поверх ност и при стандартном давлении Р 0 = 1013,2 гПа (760 мм рт.ст.) h = 11 м/мм рт.ст. или h = 8 м/гПа. Сред ние значения барической ст упени на различных высотах представлены в табл. 2.7.

Таблица 2.7. Значения барической ступени на различных высотах

Высота, км
Барическая ступень, гПа	8,2	9,4	10,5	12,9	16,1	18,0	20,3	29,8	56,1	105,6

Величина барической ст упени использует ся в авиации при расчетах безопасной высоты полет а в равнинной и холмистой местности. С ее помощью можно приводить (в первом приближении) д авление к уровню моря по формуле:

Рприв = Ра / д + Н а / д, (2.31)

h

где: Рприв – давление аэ родрома, привед енное к уровню моря (мм рт.ст. или гПа);

Ра / д

Н а / д

– давление аэ родрома (мм рт.ст. или гПа);

– высот а аэрод рома над уровнем моря в метрах;

h – б арическая ступень.

Распределение д авления в атмосфере можно представить в виде б есчисленного количества поверхностей, во всех точках которых давление одинаково. Такие поверхности называются изобарическими (изо - равный, барос - т яжесть, давление). Они располагаются одна над др угой и не параллельны уровню моря, что объясняет ся неравномерным распределением по горизонтали температ уры и давления воздуха, а, след оват ельно, и различной барической ст упенью. Высоты изобарических поверхност ей измеряют ся от уровня моря в единицах геопотенциала.

Геопотенциал представляет собой работ у, которую надо соверш ить, чт обы поднять единицу массы от уровня моря до д анной высоты. Сила т яжести Р, действующая на ед иницу массы, равна Р = g × 1 = g, а работа Ф, затрачиваемая на поднятие ед иницы массы на высот у Н, равна:

Ф = gH. (2.32)

Эту работу и называют потенциалом силы тяжести или геопотенциалом. Единицей геопотенциала является геопот енциальный метр (гпм), равный работе, кот орую надо совершит ь чтобы под нят ь массу в 1 тонну на высот у 1 метр при ускорении силы тяжести g = 9,8 м/с2. Геопотенциальный метр отличается от линейного очень незначит ельно, всего на 0,3%. Но линейный метр характеризует только количественную сторону, а геопот енциаль- ный метр – качест венную сторону изобарической поверхности. Связь геопотенциала (высоты изобарической поверхност и в геопот енциальных мет рах) с температ урой и давлением воздуха, полученная из основного уравнения статики атмосферы, имеет вид:

Н гпм =67,4424 Т ср lg Р 0. (2.33)

Рн

Из формулы видно, что при постоянном значении Рн, высота изобарической поверхности находится в прямой зависимости от давления на уровне моря (Р 0) и от средней температуры слоя воздуха (Тср) от уровня моря до изобарической поверхности Рн, т.е. над районами с т еплы м воздухом и над областями высокого давления изобарические поверхности поднимаются вверх, а над районами с холодным воздухом и над областями низкого давления опускают ся вниз относительно своей средней высоты.

Дата добавления: 2014-12-16