- •«Дальневосточный федеральный университет»
- •Школа Естественных наук
- •Учебно-методический комплекс дисциплины
- •Форма подготовки - очная
- •«Дальневосточный федеральный университет»
- •Структура и содержание дисциплины
- •Состав и уравнение состояния атмосферы
- •Статика атмосферы
- •Силы, действующие в атмосфере в состоянии равновесия
- •Уравнение статики атмосферы
- •Барометрические формулы
- •Барическая ступень
- •Геопотенциал. Абсолютная и относительная высота изобарических поверхностей
- •Градиентные измерения
- •Лучистая энергия в атмосфере и на земной поверхности
- •Основные законы лучистой энергии
- •Корпускулярная радиация Солнца.
- •Интенсивность прямой солнечной радиации
- •Солнечная постоянная
- •Суммарная радиация
- •Длинноволновое излучение земной поверхности и атмосферы
- •Годовой теплооборот почвы и воды
- •Непериодические изменения температуры воздуха
- •Температуры воздушных масс
- •Междусуточная изменчивость температуры
- •Индексы континентальности
- •Тепловой баланс Земли, земной поверхности и атмосферы
- •Практическая часть курса (темы занятий, час, ссылка на литературу)
- •Самостоятельная работа студентов
- •Тема5.Солнечная радиация. Основные законы излучения. Солнечная постоянная
- •Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Некоторые константы
Статика атмосферы
Раздел метеорологии, в котором устанавливаются закономерности строения атмосферы при отсутствии движения её относительно поверхности Земли, носит название статики атмосферы.
Несмотря на то, что атмосфера обычно находится в движении относительно земной поверхности (наблюдается ветер), изучение её статического состояния оправданно, так как устанавливаемые законы распределения давления и плотности воздуха по высоте с одинаковой точностью справедливы для статичной и движущейся атмосферы. Законы статики используются при решении многих практических задач. Наиболее важная из них – определение высоты прибора, станции или летательного аппарата по измеренному давлению (барометрический метод расчета высот.)
Силы, действующие в атмосфере в состоянии равновесия
Система находится в равновесии (покое), если результирующая всех сил, действующих на систему, равна нулю.
Силы, действующие в атмосфере, можно разделить на две группы: массовые и поверхностные.
К массовым относятся силы, которые действуют на каждый элемент массы (или объем) независимо от того, существуют ли рядом с рассматриваемым элементом массы (объема) другие воздушные частицы.
Массовыми силами, действующими на атмосферу в целом и на отдельные её части, являются сила тяжести и отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса).
Поверхностные силы представляют собой силы взаимодействия некоторого объема воздуха и окружающей среды. Эти силы приложены к поверхностным частицам выделенного объема.
Поверхностные силы, действующие в атмосфере, - это сила давления и сила трения. Но кориолисова сила и сила трения появляются лишь при наличии движения атмосферы относительно поверхности Земли или одних её частей относительно других. Поэтому силами, действующими в атмосфере в состоянии покоя, являются сила тяжести и сила давления (см. приложение).
Ускорение свободного падения (ускорение силы тяжести) g представляет собой результирующую (векторную сумму) ускорения силы гравитационного (ньютонова) притяжения ga и центробежной силы Z:
g = ga + Z
Центробежная сил возникает вследствие суточного вращения Земли, в котором полностью участвует и атмосфера. В каждой точке она направлена вдоль перпендикуляра к оси вращения Земли.
Направление, в котором действует сила тяжести, носит название истинной вертикали, а поверхность, в каждой точке которой сила тяжести перпендикулярна к ней, - уровенной поверхности.
Под влиянием касательной (к меридиану) составляющей центробежной силы Земля приобрела сплюснутую форму. С достаточной для практики степенью точности уровенные поверхности можно считать эллипсоидами вращения. При решении метеорологических задач зависимость ускорения свободного падения g от расстояния r до центра Земли и широты места φ записывается в виде:
g (z, φ) = g0 (1 - а1 cos2φ)(1- а2 z),
где g0 = 9,80665 м/с2 – ускорение свободного падения на широте 45º и на уровне моря; z – высота точки над уровнем моря; а1 = 0,0026 и а2 = 3,14 ×10-7 м-1 – постоянные /Матвеев/.
Зависимость ускорения свободного падения от широты и высоты учитывается при решении некоторых задач, рассматриваемых в метеорологии. К числу таких задач относится, прежде всего, измерение давления воздуха с помощью ртутных барометров. Высота столба ртути в барометре при фиксированном давлении зависит от ускорения свободного падения на данной широте и высоте станции над уровнем моря, а также от температуры ртути. Ускорение свободного падения нужно рассматривать как функцию высоты и широты при решении вопросов, относящихся к строению и физическим процессам, происходящим на больших высотах. Это, например, вопрос о плотности и составе воздуха на больших высотах, об ускользании газов из земной атмосферы, о высоте и форме верхней границы атмосферы и др. Во всех случаях зависимость g от φ и z можно учесть путем перехода от высоты к вводимой геопотенциальной высоте.