Лекция №3. Температура и влажность воздуха

Лекции JAR-1.
Тема № 3. Температура и влажность воздуха.
Атмосферный воздух является смесью газов. Молекулы в этой смеси
находятся в непрерывном движении. Каждому состоянию газа
соответствует определенная скорость движения молекул. Чем больше
средняя скорость движения молекул, тем выше температура воздуха.
Температура характеризует степень нагревания воздуха. Температура
измеряется в градусах. Изменение температуры зависит от количества
тепла, поступающего от Солнца на данной географической широте,
характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.
Для количественной характеристики температуры приняты следующие
шкалы:
Лекции JAR-1
Тема № 3. Температура и влажность воздуха.



В большинстве стран мира принята стоградусная шкала Цельсия (°С).
За основные точки в этой шкале приняты: 0°С - точка плавления льда и
100°С-точка кипения воды при нормальном давлении (760 мм рт. ст.).
Промежуток между этими точками разбит на 100 равных частей. 1/100
этого промежутка носит название «один градус Цельсия» - 1° С.
В Англии и США до сего времени пользуются шкалой Фаренгейта (°F),
по которой точке плавления льда соответствует 32° F, а точке кипения
воды 212° F. Таким образом, вся шкала делится на 180 равных частей,
каждая из которых составляет 1°F. Переход от одной шкалы к другой
делается по формулам:
t °C = 5/9( t °F — 32);
t °F = 9/5 t °C + 32
В теоретической метеорологии используется абсолютная
температурная шкала Кельвина (°К). Точка плавления льда (0°С)
соответствует по этой шкале 273° К, соответственно точка кипения воды
(100°С) составляет 373°К. Температура по этой шкале обозначается
латинской буквой Т.
Лекции JAR-1
Тема № 3. Температура и влажность воздуха.
Передача тепла от земной поверхности в атмосферу осуществляется путем следующих
основных процессов: термической конвекции, турбулентности, излучения.
1)
Термическая конвекция - вертикальный подъем воздуха, нагретого над отдельными
участками земной поверхности. Наиболее сильное развитие термической конвекции
наблюдается в дневные (послеполуденные) часы. Термическая конвекция может
распространяться до верхней границы тропосферы, осуществляя теплообмен во всей
толще тропосферного воздуха.
2)
2) Турбулентность - бесчисленное множество мелких вихрей (от латинского <турбо>завихрение, водоворот), возникающих в движущемся воздушном потоке благодаря его
трению о земную поверхность и внутреннему трению частиц. Турбулентность способствует
перемешиванию воздуха, а следовательно и обмену тепла между нижними (нагретыми) и
верхними (холодными) слоями воздуха. Турбулентный обмен тепла, главным образом
наблюдается в приземном слое до высоты 1-1,5 км.
3) Излучение - отдача земной поверхностью тепла, полученного ею в результате притока
солнечной радиации. Тепловые лучи поглощаются атмосферой, вследствие чего
происходит повышение температуры воздуха и охлаждение земной поверхности.
Излучаемое тепло нагревает приземный воздух, а земная поверхность, вследствие потери
тепла охлаждается. Процесс излучения имеет место ночью, а зимой может наблюдаться в
течение всех суток.
Из рассмотренных трех основных процессов передачи тепла от земной поверхности в
атмосферу главную роль играют: термическая конвекция и турбулентность.
Лекции JAR-1.
Тема № 3. Температура и влажность воздуха.
Температура может изменяться, как по горизонтали вдоль земной поверхности, так и по
вертикали с подъемом вверх. Величина горизонтального градиента температуры выражается в
градусах на определенное расстояние (111 км или на 1° меридиана).Чем больше горизонтальный
температурный градиент, тем больше опасных явлений (условий) образуется в переходной зоне,
т.е. увеличивается активность атмосферного фронта.
Величина, характеризующая изменение температуры воздуха с высотой, называется
вертикальным температурным градиентом, его величина изменчива и зависит от времени
суток, года, характера погоды.
По МСА, у = 0,65° /100 м.
Слои атмосферы, в которых происходит повышение температуры с высотой (у<0°С),
называется слоями инверсии.
Слои воздуха, у которых температура с высотой не меняется, называется слоями изотермии (у
=0° С). Они являются задерживающими слоями: гасят вертикальные движения воздуха, под
ними происходит скопление водяного пара и твердых частиц, ухудшающих видимость,
образуются туманы и низкие облака.
Инверсии и изотермии могут привести к образованию значительных вертикальных сдвигов ветра,
что вызывает болтанку самолетов и влияет на динамику полета при заходе на посадку или при
взлете.
Лекции JAR-1.
Тема № 3. Температура и влажность воздуха.
Температура воздуха влияет на полет ВС. В значительней степени зависят от
температуры взлетно-посадочные данные - Длина разбега и взлетной дистанции,
длина пробега и посадочной дистанции уменьшается с понижением температуры.
От температуры зависит плотность воздуха, которая определяет режимные
характеристики полета ВС.
При повышении температуры плотность уменьшается, а, следовательно,
уменьшается скоростной напор и наоборот.
Изменение скоростного напора вызывает изменение тяги двигателя, подъемной
силы, лобового сопротивления, горизонтальной и вертикальной скорости.
Температура учитывается при расчете безопасной высоты полета. Очень низкие
температуры усложняют эксплуатацию авиационной техники. При температурах
воздуха близких к 0°С и ниже, при переохлажденных осадках образуется гололед,
при полете в облаках - обледенение.
Изменения температуры более 2,5°С на 100 км вызывает турбулентность
атмосферы.
Лекции JAR-1.
Тема № 3. Температура и влажность воздуха.
Термическая конвекция представляет собой вертикальный подъем воздуха, нагретого
над отдельными участками земной поверхности. Наиболее сильное развитие термической
конвекции наблюдается в дневные (послеполуденные) часы. Термическая конвекция
может распространяться до верхней границы тропосферы, осуществляя теплообмен во
всей толще тропосферного воздуха.
Локальное изменение тепловых условий в атмосфере под влиянием горизонтального
переноса, адвекции воздуха.
Если температура в данной области в результате адвекции растет, говорят об адвекции
тепла, в противном случае — об адвекции холода. При адвекции тепла относительные
изогипсы отклоняются от абсолютных вправо, при адвекции холода — влево.
Конденсация – переход воды из парообразного в жидкое состояние при понижении
температуры до точки росы.
Сублимация – переход водяного пара при температуре ниже 0ºС минуя жидкое
состояние в твердое (ледяные кристаллы).
Конденсация и сублимация водяного пара происходят на земной поверхности и на
поверхности различных предметов, а также в воздухе при наличии ядер конденсации.
Продукты конденсации и сублимации. При достижении точки росы,
охлаждающегося от земной поверхности воздуха, на холодной поверхности образуются
роса (мелкие капельки), иней (мелкие ледяные кристаллы), жидкий или твердый налет,
изморозь (рыхлые белые кристаллы). Вещества могут изменять состояние: сухие
вещества могут стать жидкими (лед – вода), жидкость – газом (вода – пар).
Лекции JAR-1.
Тема № 3. Температура и влажность воздуха.
Влажность воздуха
Влажность воздуха определяется содержанием водяного пара в атмосфере и выражается с
помощью следующих основных характеристик.
Абсолютная влажность - это количество водяного пара в граммах, содержащихся в1 м3
воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше абсолютная влажность. По ней судят о
возникновении облаков вертикального развития, грозовой деятельности.
Относительная влажность - характеризуется степенью насыщенности воздуха водяным
паром. Относительная влажность - это процентное отношение фактического, количества
водяного пара, содержащегося в воздухе к тому количеству, которое необходимо для полного
насыщения при данной температуре. При относительной влажности 20-40% воздух считается
сухим, при 80-100% -влажным, при 50 -70% - воздух умеренной влажности. При повышении
относительной влажности наблюдается снижение облачности, ухудшение видимости.
Точка росы также характеризует влажность воздуха. Примеры: выпадение росы под утро,
запотевание холодного стекла, если на него подышать, образование капли воды на холодной
водопроводной трубе, сырость в подвалах домов.
Температура точки росы - это температура, при которой водяной пар, содержащийся в
воздухе, достигает состояния насыщения при данном влагосодержании и неизменном
давлении.
Лекции JAR-1.
Тема № 3. Температура и влажность воздуха.
Разность между фактической температурой и температурой точки
росы называется дефицитом точки росы.
Дефицит показывает насколько градусов надо охладить воздух,
чтобы содержащийся в нем пар достиг состояния насыщения. При
дефицитах точки росы 3-4° и менее воздушная масса у земли
считается влажной, а при 0-1° часто возникают туманы.
Основным процессом, приводящим к насыщению воздуха водяным
паром, является понижение температуры. Водяной пар играет
важную роль в атмосферных процессах. Он сильно поглощает
тепловую радиацию, которая излучается земной поверхностью и
атмосферой, и тем самым уменьшает
потерю тепла нашей планетой. Основное влияние влажности на
работу авиации сказывается через облачность, осадки, туманы,
грозы, обледенение.