градиент температуры в чем измеряется
Градиент температурный
Смотреть что такое «Градиент температурный» в других словарях:
Градиент температурный — – величина изменения температуры на единицу длины в направлении распространения теплоты, т. е. по направлению нормали к изотермической поверхности. Выражают в Кельвинах на метр (К/м) или в градусах Цельсия на метр (°С/м). [Справочник… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
градиент температурный в медицине — разность между температурой поверхности тела и температурой внутренних органов … Большой медицинский словарь
температурный градиент — Величина, характеризующая понижение температуры воздуха с ростом высоты, в среднем равная 0,6°С на 100 м высоты. Syn.: вертикальный градиент температуры … Словарь по географии
температурный градиент — перепад температур — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы перепад температур EN temperature gradient … Справочник технического переводчика
температурный градиент воды в водогрейном котле — Разность температур воды на выходе из водогрейного котла и входе в котел. [ГОСТ 25720 83] Тематики котел, водонагреватель … Справочник технического переводчика
ГРАДИЕНТ — векторная величина, характеризующая скорость изменения физ. поля по направлению (напр., температурный градиент, вертикальный градиент силы тяжести и т. п.). Г. можно получить расчетным путем (в простейшем случае как разность значений поля в двух… … Геологическая энциклопедия
температурный градиент — temperatūros gradientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. temperature gradient vok. Temperaturgradient, m rus. градиент температуры, m; температурный градиент, m pranc. gradient de température, m; gradient thermique, m … Fizikos terminų žodynas
градиент — а; м. [от лат. gradiens (gradientis) шагающий] Спец. Мера возрастания или убывания в пространстве какой л. физической величины при перемещении на единицу длины. Температурный г. Г. влажности. Г. скорости ветра. ◁ Градиентный, ая, ое. * * *… … Энциклопедический словарь
температурный градиент — temperatūros gradientas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Temperatūros pokyčio ir atstumo tarp izoterminių paviršių pokyčio normalės kryptimi santykio riba: lim(dT/dn) = gradT. Matavimo vienetas – K/m. atitikmenys: angl. gradient of… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Температурный градиент воды в водогрейном котле — 27. Температурный градиент воды в водогрейном котле Разность температур воды на выходе из водогрейного котла и входе в котел Источник: ГОСТ 25720 83: Котлы водогрейные. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Температурные градиенты. Стабильность и нестабильность атмосферы.
Очень часто мы слышим слово “градиент” от парапланеристов, давайте вкратце посмотрим, что это за понятие такое и какие они бывают, эти “градиенты”.
Графики изменения температуры от высоты, в метеорологии часто называют градиентом температуры (в математике “градиент” – вектор указывающий направление наибольшего возрастания некоторой величины, а по модулю равный скорости роста этой величины в этом направлении, в естественных науках же, например метеорологии, градиент температуры — увеличение или уменьшение по какому-то направлению температуры среды и т. д. ).
Причем таких градиентов существует несколько. Например адиабатический градиент (АГ) – вертикальный градиент температуры в идеальном газе, находящемся в состоянии гидростатического равновесия в поле силы тяжести в адиабатических условиях. В метеорологии направление вертикального градиента воздуха принято противоположным относительно направления градиента, определённого в математике. Например величину 
называют «сухоадиабатический градиент (САГ)» (температуры), он же DALR (Dry Adiabatic Lapse Rate) он же Гd.. Он идет со знаком “+”, хотя и показывает направление УМЕНЬШЕНИЯ температуры с высотой в сухоадиабатических условиях (при отсутствии конденсации влаги).
Адиабатический процесс в атмосфере – объем воздуха расширяется и охлаждается, или сжимается и нагревается, при условии отсутствия обмена теплом с окружающей средой.
Если процессы идут с фазовым переходом атмосферной влаги то градиент называется «влажноадиабатический градиент (ВАГ)» (температуры), он же SALR (Saturated Adiabatic Lapse Rate) и он же wet adiabat, moist adiabatic lapse rate (MALR) он же Гm. ВАГ сильно зависит от температуры воздуха и давления, усредненное значение в районе 5 градусов K на км., но в очень холодном воздухе ВАГ приближается к САГ.
| t, oC | 40 | 20 | 10 | 0 | -10 | -20 | -30 |
| 1000мб | 0,32 | 0,44 | 0,54 | 0,66 | 0,78 | 0,88 | 0,98 |
| 500мб | 0,26 | 0,34 | 0,41 | 0,52 | 0,66 | 0,78 | 0,93 |
Усредненный по тропосфере (до 11 км высоты) градиент называют – стандартным градиентом атмосферы (СГ) или ISAELR (International Standard Atmosphere Environmental Lapse Rate) в ИКАО его принимают 6.49 градусов K на км.
Но это все усредненные градиенты и градиенты описывающие физические свойства воздуха, нас же больше интересует РЕАЛЬНОЕ состояние атмосферы “здесь и сейчас”, то есть истинное изменение температуры с высотой.
Так вот текущий, истинный градиент температуры – всегда изменяется с высотой. По сути температурный градиент это скорость изменения температуры, а значит это лишь разница между температурой на разных высотах, разделенная на расстояние по этим высотам (помним что в метеорологии направление градиента берется “вверх”). То есть фактический градиент считается на каких то отрезках высот, и по разным отрезкам он – разный и на графике температуры от высоты, градиент виден как наклон этого графика.
Кривая изменения температуры по высоте называется – кривой стратификации (КС) или атмосферным градиентом или ATM ELR (Atmospheric Environmental Lapse Rate).
Строится она по результатам исследования (зондирования) атмосферы метеорологическими шарами – зондами. (Отсюда часто название кривой – Sounding).
Зонд поднимаясь вверх делает измерения температуры и влажности на разных уровнях высоты. Обязательно измерения на уровнях стандартных давлений называемые – “стандартными поверхностями”, например давления 925, 850,700, 500, 400 гПа, но часто измерения более частые, что делает данные об атмосфере более точными. Начинается измерение с высоты запуска зонда (уровень земли в данной точке) и кончается в стратосфере. Точки измерения наносят на специальный бланк (Аэрологическая диаграмма) и соединяют отрезками, которые как раз и дают атмосферные градиенты между разными высотами. Соединенные точки на бланке аэрологической диаграммы называют – Кривая Стратификации атмосферы (КС). (хотя она конечно не совсем “кривая” – а ломанная линия)
Пример Кривой Стратификации (Temperature profile) на бланке АД (Тепиграмы)
Стабильность и нестабильность.
Соотношения между Атмосферными Градиентами на участках кривой стратификации и САГ и ВАГ расскажут нам о характере атмосферы – стабильна или не стабильна она.
Что такое стабильное или нестабильное состояние? Проще всего пояснить это на аналогии с состоянием шарика на какой-то поверхности. Оценка его состояния (положения) сводится к оценке действий шарика после разового воздействия на него (выведения из равновесия, например толчка).
Вернемся теперь к атмосфере, она, как и наш шарик, тоже может иметь 3 состояния, в зависимости от того, что произойдет с объемом воздуха (пузырем) если сдвинуть его, например вверх или вниз, вот только силы, действующие на объем воздуха будут другие, это – сила Архимеда (плавучести), сила тяжести, и сила трения (в случае воздуха – вязкостного).
Например, если сдвинуть объем воздуха вверх, то атмосфера будет:
Конечно в реальной атмосфере, из-за присутствия силы трения, перемешивания с окружающим воздухом и теплообменом, в стабильной атмосфере объем воздуха – не вернется сразу точно на прежний уровень а будет колебаться, а в нестабильной, не может все время двигаться с ускорением (в какой-то момент сила трения уравновесит разницу между силой Архимеда и тяжести, и ускорение – прекратится). Но обычно, в метеорологии, в анализе стабильности, этими явлениями пренебрегают.
Анализ нестабильности атмосферы.
Анализ стабильности атмосферы проводят сравнивая градиенты атмосферы со стандартными градиентами САГ (сухоадиабатическим) и ВАГ (влажноадиабатическим). Если подъем/опускание воздуха происходит без конденсации влаги (его температура выше точки росы) то атмосферный градиент сравнивается с сухоадиабатическим. Если атмосферный градиент находится между САГ и ВАГ, то такое состояние атмосферы называют кавазистабильным, так как пока движение воздуха происходит без конденсации – условия стабильные, а если начинается конденсация влаги и атмосферный градиент больше чем ВАГ то условия становятся не стабильными.
Еще раз наглядно:
Важный момент! Если в воздухе начался процесс конденсации то происходит разрыв характеристик при подъеме и при опускании, так как процесс конденсации (выпадения влаги) при перемещении вверх – может идти быстро, и “скрытое тепло” выделяется тоже быстро, перемещение воздуха идет по влажноадиабатическому градиенту, а вот процесс испарения влаги, с поглощением тепла, при обратном движении уже происходит намного медленнее, влага не успевает быстро испарятся с поверхности капелек. Часть капель изымается в виде осадков, часть выпадает в нижележащие слои и испаряется уже там, а те что остаются в объеме который начал опускание тоже не испаряются мгновенно, при опускании такого объема воздуха с капельками, воздух вначале нагревается практически сухоадиабатически, а капельки испаряются чуть позже, выравнивая его температуру. Поэтому, “космы с капельками” могут какое-то время висеть и ниже базы облака.
Так как кривая стратификации (ломанная) состоит из отрезков разных градиентов, то и состояние атмосферы может быть разным в разных слоях воздуха по высоте.
Рассмотрим график ниже. Кривая стратификации (данные зондирования атмосферы (Sounding)) тут обозначена красным, сухоадиабатический градиент представлен зеленым пунктиром, а температуры (изотермы) – сиреневыми сплошными линиями (косоугольные координаты).
Рассмотрим участок по высоте от 1050 до 1000 гПа.
Отрезок Кривой стратификации круче наклонен влево чем линия сухоадиабатического градиента. Значит на этом участке атмосферный градиент суперадиабатический, он больше сухоадиабатического – условия нестабильные (unstable)
Участок атмосферы с нестабильными условиями
Участок по высоте от 1000 до 890 гПа.
Отрезок Кривой Стратификации тут имеет тот же наклон что и линия сухоадиабатического градиента. Значит на этом участке атмосферный градиент сухоадиабатический – условия атмосферы – нейтральные (neutral)
Участок атмосферы с нейтральными условиями
Участок по высоте от 890 до 870 гПа.
Отрезок Кривой Стратификации имеет наклон больше вправо чем линия сухоадиабатического градиента. Более того, он имеет наклон больше вправо чем даже линия изотермы, а значит на этом участке атмосферный градиент изменяет знак – инвертирован. Условия атмосферы – очень стабильные так как это зона температурной инверсии.
Участок атмосферы с очень стабильными условиями (инверсия)
Участок по высоте от 870 до 750 гПа.
Отрезок Кривой Стратификации имеет наклон больше вправо чем линия сухоадиабатического градиента. Условия атмосферы – стабильные (stable).
Участок атмосферы со стабильными условиями
Резюмируя, хочется отметить, что стабильность/нестабильность не управляет погодой – будет ли воздух подниматься или тонуть, она управляет тем – будет ли ПОДНИМАЮЩИЙСЯ воздух продолжать подниматься или ОПУСКАЮЩИЙСЯ воздух продолжать опускаться и с каким ускорением.
Для оценки что именно буде происходить с объемом воздуха, температура которого отличается от температуры окружающей среды, важно знать его начальную скорость, влажность и закон изменения температуры окружающей среды (Кривую стратификации).
Про непосредственный анализ аэрологических диаграмм мы поговорим в следующий раз, но понимание явлений стабильности и нестабильности и термодинамических законов по которым происходит изменение состояние воздуха (градиентов), – это база, без которой нельзя двигаться дальше.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Температурный градиент. Процесс теплопроводности, как и другие виды теплообмена, может иметь место только при условии, что в различных точках тела (или системы тел) температура
Температурное поле
Процесс теплопроводности, как и другие виды теплообмена, может иметь место только при условии, что в различных точках тела (или системы тел) температура неодинакова. В общем случае процесс распространения теплоты теплопроводностью в теле сопровождается изменением температуры, как в пространстве, так и во времени. Температурное состояние тела (или системы тел) можно охарактеризовать с помощью температурного поля.
Температурным полем называют совокупность значений температуры во всех точках тела для каждого времени.
Поскольку температура различных точек тела определяется координатами x, y, z и временем τ, то в общем случае уравнение температурного поля имеет вид:
(1)
Различают стационарные и нестационарные температурные поля. Если температура в точках тела не изменяется во времени, то такое температурное поле называют стационарным или установившимся, если же температура меняется во времени, то поле называют нестационарным или неустановившимся.
Температура в теле может меняться в направлении одной, двух или трех координатных осей. В соответствии с этим различают одномерные (линейные), двухмерные (плоскостные) и трехмерные (пространственные) температурные поля.
В соответствии с изложенной классификацией температурных полей уравнение (1) описывает трехмерное нестационарное поле.
Уравнение трехмерного стационарного поля имеет вид:
; 
(2)
Уравнение одномерного нестационарного поля принимает вид:
; 
(3)
Наиболее простой вид имеет уравнение одномерного стационарного температурного поля:
; ; 
(4)
Температурный градиент
Геометрическое место точек в температурном поле, имеющих одинаковую температуру, называется изотермической поверхностью.
Так как одна и та же точка тела не может одновременно иметь различные температуры, то изотермические поверхности не пересекаются, они либо обрываются на поверхности тела, либо замыкаются сами на себя внутри тела. Пересечение изотермических поверхностей плоскостью дает на этой плоскости семейство изотерм, которые обладают теми же свойствами, что и изотермические поверхности.
(5)
Проекции вектора gradt на координатные оси Ox, Oy, Oz равны:
(6)
Градиент температуры
4. Градиент температуры
Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, численно равный частной производной от температуры по этому направлению
Смотреть что такое «Градиент температуры» в других словарях:
ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ — вертикальный или вертикальный термический градиент (Vertical thermic gradient) падение температуры воздуха на каждые 100 м в вертикальном направлении. В сухом воздухе градиент температуры составляет около 1°, в насыщенном водяным паром около 0,5° … Морской словарь
градиент температуры — Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, численно равный частной производной от температуры по этому направлению. [ГОСТ 25314 82] Тематики контроль неразрушающий тепловой … Справочник технического переводчика
ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ — вертикальный, вектор, отражающий изменение (перепад) температуры в атмосфере с высотой (в градусах на 100 м). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь
градиент температуры — temperatūros gradientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. temperature gradient vok. Temperaturgradient, m rus. градиент температуры, m; температурный градиент, m pranc. gradient de température, m; gradient thermique, m … Fizikos terminų žodynas
градиент температуры — Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону увеличения температуры и численно равный частной производной от температуры по этому направлению … Политехнический терминологический толковый словарь
Градиент температуры вертикальный — изменение температуры воздуха на каждые 100 м по вертикали в тропосфере. Значение градиента температуры колеблется от 0,6 до 1°С. EdwART. Толковый Военно морской Словарь, 2010 … Морской словарь
Градиент температуры почвы — положительная или отрицательная разность температур в двух точках п., отнесенная к единице расстояния между ними. Наибольших величин в п. обычно достигают градиенты, измеряемые в вертикальном направлении. При наличии неровностей поверхности п.… … Толковый словарь по почвоведению
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ — скорость убывания температуры с ростом высоты. В некоторых средах (в стратосфере) температура при подъеме повышается, и тогда образуется обратный, или инверсионный, вертикальный градиент, которому присваивается знак минус. Экологический… … Экологический словарь
вертикальный градиент температуры — Величина, характеризующая понижение температуры воздуха с ростом высоты, в среднем равная 0,6°С на 100 м высоты. Syn.: температурный градиент … Словарь по географии
адиабатический градиент температуры — Скорость изменения температуры в массе воздуха при ее адиабатическом перемещении по вертикали как реакция на расширение или сжатие этой воздушной массы … Словарь по географии
В каких единицах измеряется градиент температуры
Градиент температуры (обозначается grad T или ) – вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности, в сторону увеличения температуры и численно равный изменению температуры на единице длины:
где n – нормаль; – единичный вектор; – оператор Гамильтона («набла») – символический вектор, заменяющий символ градиента.
В декартовой системе координат:
где – единичные векторы или орты в декартовой системе координат.
Количество теплоты – количество тепловой энергии, полученное или отданное телом (твердым, жидким или газообразным) или проходящее через это тело за некоторое время ф в результате теплообмена.
Обозначают количество теплоты и измеряют в джоулях [Дж] или калориях [кал]: 1 кал = 4,187 Дж, 1 Дж = 0,24 кал.
При этом для анализа процессов часто используют кратные джоулю и калории единицы измерения: 1 кДж = 103 Дж; 1 МДж = 106 Дж; 1 ГДж = 109 Дж; 1 ТДж = = 1012 Дж.
Тепловой поток (обозначают ) – количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к направлению распространения теплоты поверхность в единицу времени:
При стационарном режиме теплообмена тепловой поток не изменяется во времени и рассчитывается по формуле:
В старой системе единиц тепловой поток измеряется в : Вт.
В расчетах используют три вида удельных тепловых потоков:
Поверхностная плотность теплового потока – количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к направлению распространению теплоты единичную площадку в единицу времени.
где – единичный вектор; ф – время, с; F – площадь, м2.
В стационарном режиме теплообмена и при одинаковых условиях теплообмена на всей поверхности тела:
Линейная плотность теплового потока – тепловой поток, проходящий через боковую поверхность единичной длины некоего протяженного тела, произвольного, но постоянного по длине поперечного сечения. В стационарном режиме теплообмена и при одинаковых условиях теплообмена на всей поверхности тела:
, откуда следует, что
где ф – время, с; – длина протяженного объекта, м.
Поверхностная плотность теплового потока и линейная плотность теплового потока связаны между собой следующим соотношением:
где П – периметр протяженного тела произвольного, но постоянного поперечного сечения.
Например, для трубы диаметром d периметр равен длине окружности () и формула связи q и примет вид
Объемная плотность теплового потока – количество теплоты, которое выделяется или поглощается внутри единичного объема тела в единицу времени. В стационарном режиме теплообмена и при условии равномерного распределения внутренних источников (стоков) теплоты в объеме тела:
Объемную плотность теплового потока qv используют в следующих расчетах тепловыделений или теплопоглощений:
Величина qv может быть как положительной, (теплота выделяется), так и отрицательной (теплота поглощается).
вертикальный или вертикальный термический градиент (Vertical thermic gradient) — падение температуры воздуха на каждые 100 м в вертикальном направлении. В сухом воздухе градиент температуры составляет около 1°, в насыщенном водяным паром — около 0,5°.
Самойлов К. И.
Морской словарь. – М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР,
1941
Смотреть что такое “ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ” в других словарях:
градиент температуры — Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, численно равный частной производной от температуры по этому направлению. [ГОСТ 25314 82] Тематики контроль неразрушающий тепловой … Справочник технического переводчика
ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ — вертикальный, вектор, отражающий изменение (перепад) температуры в атмосфере с высотой (в градусах на 100 м). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь
Градиент температуры — 4. Градиент температуры Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, численно равный частной производной от температуры по этому направлению Источник: ГОСТ 25314 82: Контроль неразрушающий… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
градиент температуры — temperatūros gradientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. temperature gradient vok. Temperaturgradient, m rus. градиент температуры, m; температурный градиент, m pranc. gradient de température, m; gradient thermique, m … Fizikos terminų žodynas
градиент температуры — Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону увеличения температуры и численно равный частной производной от температуры по этому направлению … Политехнический терминологический толковый словарь
Градиент температуры вертикальный — изменение температуры воздуха на каждые 100 м по вертикали в тропосфере. Значение градиента температуры колеблется от 0,6 до 1°С. EdwART. Толковый Военно морской Словарь, 2010 … Морской словарь
Градиент температуры почвы — положительная или отрицательная разность температур в двух точках п., отнесенная к единице расстояния между ними. Наибольших величин в п. обычно достигают градиенты, измеряемые в вертикальном направлении. При наличии неровностей поверхности п.… … Толковый словарь по почвоведению
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ — скорость убывания температуры с ростом высоты. В некоторых средах (в стратосфере) температура при подъеме повышается, и тогда образуется обратный, или инверсионный, вертикальный градиент, которому присваивается знак минус. Экологический… … Экологический словарь
вертикальный градиент температуры — Величина, характеризующая понижение температуры воздуха с ростом высоты, в среднем равная 0,6°С на 100 м высоты. Syn.: температурный градиент … Словарь по географии
адиабатический градиент температуры — Скорость изменения температуры в массе воздуха при ее адиабатическом перемещении по вертикали как реакция на расширение или сжатие этой воздушной массы … Словарь по географии
Очень часто мы слышим слово “градиент” от парапланеристов, давайте вкратце посмотрим, что это за понятие такое и какие они бывают, эти “градиенты”.
Графики изменения температуры от высоты, в метеорологии часто называют градиентом температуры (в математике “градиент” – вектор указывающий направление наибольшего возрастания некоторой величины, а по модулю равный скорости роста этой величины в этом направлении, в естественных науках же, например метеорологии, градиент температуры — увеличение или уменьшение по какому-то направлению температуры среды и т. д. ).
Причем таких градиентов существует несколько. Например адиабатический градиент (АГ) – вертикальный градиент температуры в идеальном газе, находящемся в состоянии гидростатического равновесия в поле силы тяжести в адиабатических условиях. В метеорологии направление вертикального градиента воздуха принято противоположным относительно направления градиента, определённого в математике. Например величину называют «сухоадиабатический градиент (САГ)» (температуры), он же DALR (Dry Adiabatic Lapse Rate) он же Гd.. Он идет со знаком “+”, хотя и показывает направление УМЕНЬШЕНИЯ температуры с высотой в сухоадиабатических условиях (при отсутствии конденсации влаги).
Адиабатический процесс в атмосфере – объем воздуха расширяется и охлаждается, или сжимается и нагревается, при условии отсутствия обмена теплом с окружающей средой.
Если процессы идут с фазовым переходом атмосферной влаги то градиент называется «влажноадиабатический градиент (ВАГ)» (температуры), он же SALR (Saturated Adiabatic Lapse Rate) и он же wet adiabat, moist adiabatic lapse rate (MALR) он же Гm. ВАГ сильно зависит от температуры воздуха и давления, усредненное значение в районе 5 градусов K на км., но в очень холодном воздухе ВАГ приближается к САГ.
| t, oC | 40 | 20 | 10 | -10 | -20 | -30 | |
| 1000мб | 0,32 | 0,44 | 0,54 | 0,66 | 0,78 | 0,88 | 0,98 |
| 500мб | 0,26 | 0,34 | 0,41 | 0,52 | 0,66 | 0,78 | 0,93 |
Усредненный по тропосфере (до 11 км высоты) градиент называют – стандартным градиентом атмосферы (СГ) или ISAELR (International Standard Atmosphere Environmental Lapse Rate) в ИКАО его принимают 6.49 градусов K на км.
Но это все усредненные градиенты и градиенты описывающие физические свойства воздуха, нас же больше интересует РЕАЛЬНОЕ состояние атмосферы “здесь и сейчас”, то есть истинное изменение температуры с высотой.
Так вот текущий, истинный градиент температуры – всегда изменяется с высотой. По сути температурный градиент это скорость изменения температуры, а значит это лишь разница между температурой на разных высотах, разделенная на расстояние по этим высотам (помним что в метеорологии направление градиента берется “вверх”). То есть фактический градиент считается на каких то отрезках высот, и по разным отрезкам он – разный и на графике температуры от высоты, градиент виден как наклон этого графика.
Кривая изменения температуры по высоте называется – кривой стратификации (КС) или атмосферным градиентом или ATM ELR (Atmospheric Environmental Lapse Rate).
Строится она по результатам исследования (зондирования) атмосферы метеорологическими шарами – зондами. (Отсюда часто название кривой – Sounding).
Зонд поднимаясь вверх делает измерения температуры и влажности на разных уровнях высоты. Обязательно измерения на уровнях стандартных давлений называемые – “стандартными поверхностями”, например давления 925, 850,700, 500, 400 гПа, но часто измерения более частые, что делает данные об атмосфере более точными. Начинается измерение с высоты запуска зонда (уровень земли в данной точке) и кончается в стратосфере. Точки измерения наносят на специальный бланк (Аэрологическая диаграмма) и соединяют отрезками, которые как раз и дают атмосферные градиенты между разными высотами. Соединенные точки на бланке аэрологической диаграммы называют – Кривая Стратификации атмосферы (КС). (хотя она конечно не совсем “кривая” – а ломанная линия)
Пример Кривой Стратификации (Temperature profile) на бланке АД (Тепиграмы)
Стабильность и нестабильность.
Соотношения между Атмосферными Градиентами на участках кривой стратификации и САГ и ВАГ расскажут нам о характере атмосферы – стабильна или не стабильна она.
Что такое стабильное или нестабильное состояние? Проще всего пояснить это на аналогии с состоянием шарика на какой-то поверхности. Оценка его состояния (положения) сводится к оценке действий шарика после разового воздействия на него (выведения из равновесия, например толчка).
Вернемся теперь к атмосфере, она, как и наш шарик, тоже может иметь 3 состояния, в зависимости от того, что произойдет с объемом воздуха (пузырем) если сдвинуть его, например вверх или вниз, вот только силы, действующие на объем воздуха будут другие, это – сила Архимеда (плавучести), сила тяжести, и сила трения (в случае воздуха – вязкостного).
Например, если сдвинуть объем воздуха вверх, то атмосфера будет:
Конечно в реальной атмосфере, из-за присутствия силы трения, перемешивания с окружающим воздухом и теплообменом, в стабильной атмосфере объем воздуха – не вернется сразу точно на прежний уровень а будет колебаться, а в нестабильной, не может все время двигаться с ускорением (в какой-то момент сила трения уравновесит разницу между силой Архимеда и тяжести, и ускорение – прекратится). Но обычно, в метеорологии, в анализе стабильности, этими явлениями пренебрегают.
Анализ нестабильности атмосферы.
Анализ стабильности атмосферы проводят сравнивая градиенты атмосферы со стандартными градиентами САГ (сухоадиабатическим) и ВАГ (влажноадиабатическим). Если подъем/опускание воздуха происходит без конденсации влаги (его температура выше точки росы) то атмосферный градиент сравнивается с сухоадиабатическим. Если атмосферный градиент находится между САГ и ВАГ, то такое состояние атмосферы называют кавазистабильным, так как пока движение воздуха происходит без конденсации – условия стабильные, а если начинается конденсация влаги и атмосферный градиент больше чем ВАГ то условия становятся не стабильными.
Еще раз наглядно:
Важный момент! Если в воздухе начался процесс конденсации то происходит разрыв характеристик при подъеме и при опускании, так как процесс конденсации (выпадения влаги) при перемещении вверх – может идти быстро, и “скрытое тепло” выделяется тоже быстро, перемещение воздуха идет по влажноадиабатическому градиенту, а вот процесс испарения влаги, с поглощением тепла, при обратном движении уже происходит намного медленнее, влага не успевает быстро испарятся с поверхности капелек. Часть капель изымается в виде осадков, часть выпадает в нижележащие слои и испаряется уже там, а те что остаются в объеме который начал опускание тоже не испаряются мгновенно, при опускании такого объема воздуха с капельками, воздух вначале нагревается практически сухоадиабатически, а капельки испаряются чуть позже, выравнивая его температуру. Поэтому, “космы с капельками” могут какое-то время висеть и ниже базы облака.
Так как кривая стратификации (ломанная) состоит из отрезков разных градиентов, то и состояние атмосферы может быть разным в разных слоях воздуха по высоте.
Рассмотрим график ниже. Кривая стратификации (данные зондирования атмосферы (Sounding)) тут обозначена красным, сухоадиабатический градиент представлен зеленым пунктиром, а температуры (изотермы) – сиреневыми сплошными линиями (косоугольные координаты).
Рассмотрим участок по высоте от 1050 до 1000 гПа.
Отрезок Кривой стратификации круче наклонен влево чем линия сухоадиабатического градиента. Значит на этом участке атмосферный градиент суперадиабатический, он больше сухоадиабатического – условия нестабильные (unstable)
Участок атмосферы с нестабильными условиями
Участок по высоте от 1000 до 890 гПа.
Отрезок Кривой Стратификации тут имеет тот же наклон что и линия сухоадиабатического градиента. Значит на этом участке атмосферный градиент сухоадиабатический – условия атмосферы – нейтральные (neutral)
Участок атмосферы с нейтральными условиями
Участок по высоте от 890 до 870 гПа.
Отрезок Кривой Стратификации имеет наклон больше вправо чем линия сухоадиабатического градиента. Более того, он имеет наклон больше вправо чем даже линия изотермы, а значит на этом участке атмосферный градиент изменяет знак – инвертирован. Условия атмосферы – очень стабильные так как это зона температурной инверсии.
Участок атмосферы с очень стабильными условиями (инверсия)
Участок по высоте от 870 до 750 гПа.
Отрезок Кривой Стратификации имеет наклон больше вправо чем линия сухоадиабатического градиента. Условия атмосферы – стабильные (stable).
Участок атмосферы со стабильными условиями
Резюмируя, хочется отметить, что стабильность/нестабильность не управляет погодой – будет ли воздух подниматься или тонуть, она управляет тем – будет ли ПОДНИМАЮЩИЙСЯ воздух продолжать подниматься или ОПУСКАЮЩИЙСЯ воздух продолжать опускаться и с каким ускорением.
Для оценки что именно буде происходить с объемом воздуха, температура которого отличается от температуры окружающей среды, важно знать его начальную скорость, влажность и закон изменения температуры окружающей среды (Кривую стратификации).
Про непосредственный анализ аэрологических диаграмм мы поговорим в следующий раз, но понимание явлений стабильности и нестабильности и термодинамических законов по которым происходит изменение состояние воздуха (градиентов), – это база, без которой нельзя двигаться дальше.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.