Уровни конденсации и конвекции
При подъ еме ненасыщенного воздуха водяной пар, содержащ ийся в нем, вследствие понижения температуры приближает ся к состоянию насыщения. Относительная влажность поднимающегося влажного возд уха на каждые 10 м высоты увеличивается по сравнению со своим значением на земле приблизит ельно на 6%.
Высота, на которой водяной пар в поднимающемся воздухе достигает насыщения, называется уровнем конденсации. Очевидно, что на уровне конденсации т емпература воздуха равна точке росы, а относительная влажность становит ся равной 100% (t = td , f = 100%).
Высота уровня конденсации hк находится в прямой зависимости от температуры воздух а у земли и в обрат ной зависимости от его относительной влажности (рис. 5.11).
|
Рис. 5.11. Зав исимость уровня конденсации от температуры и влажности воздуха
Высоту уровня конденсации можно определить графически по аэрологической д иаграмме или рассчит ать по формулам:
hк = 17 (100 -f0) м (5.2)
hк = 123 (t0 - td 0) м (5.3)
где: f0 , t0 , td 0 -относительная влажност ь, температура возд уха и точка росы у поверхност и
Земли.
При подъ еме воздух а выше уровня конденсации происходит конденсация водяного пара и об разование облаков. Их нижняя граница на 100…200 м выше эт ого уровня. Объясняется это тем, что для образования видимого об лака должно сконденсироват ься определенное количество влаги, для чего требуется некот орое доб авочное охлажд ение насыщенного воздуха ниже точки росы. Если уровень конденсации находит ся у подстилающей поверхности, то образует ся туман.
Зная высоту уровня конденсации, можно графически изобразить кривую, характери- зующую адиабатическое изменение температуры в поднимающемся воздухе при любых значениях т емперат уры и давления. Такая кривая называет ся кривой состояния (рис. 5.12). В нижней своей части, от земли до уровня конденсации, кривая состояния имеет вид сухой ад иабаты, выше уровня конденсации - влажной адиабат ы.
Р ис. 5.12. Крив ая состояния
При восходящ ем д вижении воздушная масса может подниматься вверх до тех пор, пока ее температура не сравняется с температурой окр ужающего воздуха. Уровень к онвекции - э то высота, до которой может распространяться восходящий воздушный поток. На уровне конвекции температ ура поднимающегося возд уха равна температуре окружающего воздуха. Высота уровня конвекции находится в прямой зависимости от начальной температуры поднимающегося возд уха и верт икального т емперат урного градиента в окружающ ем воздухе (рис. 5.13). Слои инверсии и изотермии являют ся уровнями конвекции для восходящих д вижений в подинверсионном слое.
В первом приближении можно считать, что уровень конденсации совпадает с нижней границей облаков, а уровень конвекции – с верхней.
g = 0,7° С/100 м g = 0,4°С/100 м g = 0°С/100 м g < 0°С/100 м
Рис. 5.13. Зависимость уров ня конвекции от величины в ертикального температурного градиента
Для образования облаков сущ ест венное значение имеет взаимное расположение уровней конвекции и конд енсации. Если уровень конвекции располагается выше уровня конденсации, то между этими слоями, как правило, образуются облака (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Влияние взаимного расположения уровней конвекции и конденсации на образование облаков
Если уровень конвекции лежит ниже уровня конденсации, т о восходящ ие потоки не приводят к образованию облаков. Уровень конвекции являет ся также верхней границей слоя болтанки ВС, вызываемой неустойчивым состоянием атмосферы.