Строение атмосферы

Определение.

Основы авиационной метеорологии.

Лекция 2.

Оформление результатов ЛИ.

По результатам отдельных проверок могут составляться протоколы (чаще всего по наземным исп.).

По результатам испытаний пишется акт или отчет.

Для выполнения полетов необходимо знать строение и свойства земной атмо­сферы.

Метеорология – наука, изучающая физические процессы и явления, происходящие в атмосфере (в основном, в нижних слоях атмосферы).

Можно сказать: Метеорология – наука о погоде, а погода – это состояние атмосферы.

Отрасль метеорологии, изучающая влияние погодных условий на деятельность авиации, называется авиационной метеорологией.

Нижней границей атмосферы является поверхность Земли.

Верхней грани­цей в международном праве считается 100км. В науке и технике верхней грани­цей условно считают высоты, на которых плотность атмосферных газов приближается к плотности материи в межпланетном про­странстве (межпланетного газа). Эта граница достаточно расплывчата и оценивается значением 1100—3000 км.

По высоте земная атмосфера имеет слоистое строение. В зави­симости от характеристик атмосферы, положенных в основу деле­ния ее на слои (распределение температуры, взаимодействие с земной поверхностью, состав воздуха и др.), применяются различные схемы строения земной атмосферы (фиг. 1.1).

По составу воздуха атмосфера делится на:

- гомосферу (до Н= 90 – 100 км), в ней состав сухого воздуха и его молекулярный вес (28,966 г/моль) практически не меняется с высотой и составляет:

- азота (78,08% объема),

- кислорода (20,95%),

- аргона (0,93%),

- углекислый газ (0,02 – 0,04%),

- примеси в небольших количествах: водород, гелий, неон, криптон, ксенон, озон, метан, закись азота, окись углерода и др. (менее 0,01%);

- гетеросферу (выше 90 – 100 км), состав воздуха изменяется, молекулярный вес уменьшается, т.к. происходит диссоциация молекул под действием солнечного излучения до состояния атомов и ионов. До Н=400-600 км сохраняется азотно-кислородный состав атмосферы, но с Н=110 – 120 км практически весь кислород находится в атомарном состоянии. На больших высотах в атомарное состояние переходит азот, затем относительное количество кислорода и азота уменьшаются и на высотах порядка 1600км в атмосфере преобладает гелий, а на высотах более 3000 км — водород. Д ля нас важно, что численные значения коэффициентов, используемых в формулах газодинамики в гетеросфере могут изменяться, меняются также законы аэродинамики (а/д разреженных газов).

- выделяется озоносфера — слой озона на Н=20 – 55 км с максимальной концентрацией на Н=20 – 25 км;

- выделяется ионосфера с повышенной концентрацией ионов, состоит из нескольких слоев:

- D на Н=60 км,

- E на Н=90 – 120 км,

- F на Н > 180 км.

По взаимодействию с земной поверхностью атмосфера делится на:

- пограничный слой (от 0 до 1000 – 2000 м), в нем проявляется влияние трения воздушных масс о подстилающую поверхность (механическое влияние и наиболее сильно проявляется тепловое влияние земли на воздух);

- свободная атмосфера, в которой этого влияния нет.

При прогнозировании погоды и условий полета это необходимо учитывать.

По распределение температуры по высотам атмосфера состоит из, пяти основных слоев:

- тропосферы,

- стратосферы,

- мезосферы,

- термосферы,

- экзосферы;

и переходных слоев между ними (соответственно):

- тропопауза,

- стратопауза,

- мезопауза,

- термопауза.

Каждый слой характери­зуется резко выраженными физическими особенностями, обусловленными в основном взаимодействием между частицами газов, образующих атмосферу, и излучением, попадающим в атмосферу извне (солнечным). Схема расположения этих слоев по высоте дана на фиг. 1.1.

Для авиации важны тропосфера и стратосфера с тропопаузой, другие слои непосредственно на вопросы, связанные с авиацией, не влияют. Рассмотрим кратко характеристики нижних слоев атмосферы.

Тропосфера является нижним слоем атмосферы, верхняя граница кото­рого расположена на высоте около 7 – 10 км в полярных широтах, 10—12 км в умеренных и 14—18 км в тропических широтах. В тропосфере находится более 79% всей массы земной атмосферы. С увеличением высоты тем­пература воздуха в тропосфере (см. фиг. 1. 1) быстро понижается, так как тропосфера получает тепло в основном от поверхности земли, нагреваемой Солнцем. Быстрое падение температуры с высотой в тропосфере приводит к интенсивному вертикальному пере­мешиванию слоев воздуха (образованию восходящих и нисходя­щих токов), образованию облаков и туманов, выпадению осадков, развитию грозовой деятельности и др. В тропосфере воздух также интенсивно перемещается в горизонтальном направлении. В этом слое непрерывно изменяются температура, давление, влажность и другие физические параметры воздуха. Тепловое и механическое влияние поверхности Земли наиболее сильно сказывается на высо­тах до 1 – 2 км (пограничный слой).

В тропосфере к воздуху добавляется:

- водяной пар (0 – 4% от объема воздуха, 90% всего пара в атмосфере находится в тропосфере) играющий весьма большую роль в атмосферных явлениях (превращения пара сопровождаются поглощением или выделением больших количеств тепла, конденсация пара создает облака и осадки),

- пыль — твердые частицы разнообразного состава.

Посторонние примеси в воздухе (пыль и влага) влияют на цвет неба. Молекулы воздуха рассеивают преимущественно свет малой длины волны, поэтому освещенный солнцем воздух в большой тол­щине имеет голубой цвет. При наличии в воздухе частиц пыли или воды он рассеивает и длинноволновое излучение. В этом случае небо становится белесоватым. С высотой содержание пыли и влаги в атмо­сфере быстро убывает и интенсивность голубой окраски неба воз­растает. На высотах более 15—20 км небо становится темно-фиолетовым. Цвет неба учитывается при разработке маскировочной окраски для самолетов.

Над тропосферой расположен слой, называемый стратосферой. Переходной слой воздуха от тропосферы к стратосфере толщиной от нескольких сот метров до примерно 2 км носит название тропопаузы.

Нижнюю границу тропопаузы определяют как высоту уменьшения градиента уменьшения температуры воздуха, после которого градиент температуры не увеличивается. Причем это может быть градиент может доходить до 0 (изотермия) или до плюсовых значений (инверсия).

Высота тропопаузы (верхней границы тропосферы) может существенно меняться. При антицикло­не, т. е. над областями с высоким атмосферным давлением, тропо­пауза располагается выше, чем при циклоне, т. е. над областями с низким давлением; весной высота тропопаузы понижается, а осенью — повышается.

Тропопауза начинает препятствовать развитию вертикальных движений — в ней постепенно убывают процессы вертикального перемешивания воздуха, характерные для тропосферы и почти от­сутствующие в стратосфере.

Стратосфера простирается от тропосферы до высот 40 – 50 км. Стратосфера почти всегда безоблачна — в ней находится ничтожное количество водяного пара. Нижний слой стратосферы (до Н = 25 – 30 км) является обычно изотермическим, а над ним располагается инвер­сионный слой с ростом Т почти до 0°С. Поэтому стратосфера более спокойна, чем тропо­сфера. Однако и в стратосфере (особенно в нижних ее слоях) на­блюдается иногда болтанка, а также бывают весьма сильные ветры — со скоростью порядка нескольких сот километров в час.

В стратосфере находится слой максимальной концентрации озона, начинающийся на высотах порядка 20 км и кончающийся около 55 км. Этот слой чрезвычайно интен­сивно поглощает ультрафиолетовое солнечное излучение. В основ­ном благодаря этому на указанных высотах значительно повы­шается температура воздуха (слой инверсии). Вследствие погло­щения озоном ультрафиолетовое излучение Солнца почти не попа­дает в тропосферу.

Не существует четких границ между различными слоями атмо­сферы, а высоты их расположения и характеристики могут значи­тельно изменяться в зависимости от времени года и суток, географической ши­роты места и др. Процессы, происходящие в различных слоях земной атмосферы, взаимосвязаны: поглощение ультрафиолетового излучения слоем озона в стратосфере влияет на свойства тропосферы и т. п.

Дата добавления: 2014-01-07