Температурные градиенты

Все метеорологические элементы изменяются в пространстве и во времени, т. е. являются функциями координат точки и времени. Пространственное распределение метеорологических элементов называют полями этих элементов. Метеорологические поля (как и всякое физическое поле) проще всего характеризовать эквискалярными поверхностями, т. е. такими поверхностями, в каждой точке которых метеоэлемент сохраняет свою величину. Так, поле атмосферного давления характеризуется изобарическими поверхностями, поле температуры– изотермическими поверхностями и т. д. Пересекая эквискалярные поверхности полей вертикальной и уровенными (например, поверхностью уровня моря) плоскостями, в сечении их образуются линии равных значений метеоэлементов (изолинии)– изобары, изотермы, изотахи и пр. Изменчивость метеорологического элемента в пространстве удобно характеризовать градиентом этого поля. Градиентом метеорологического поля называется падение данной величины по нормали к поверхности равного значения этой величины, рассчитанное на единицу расстояния.

Для практических целей нецелесообразно оперировать пространственными градиентами метеорологических элементов, а находят их проекции на горизонтальную (уровенную) поверхность – горизонтальный градиент и вертикальную ось – вертикальный градиент. Вертикальный температурный градиент -–- обозначается γ и единицей измерения для него является градус температуры на 100 м высоты. Горизонтальный температурный градиент -измеряется в градусах на градус меридиана (примерно 100 км).

По сути все процессы в атмосферном воздухе протекают без теплообмена с окружающей средой – адиабатически, так как теплопроводность воздуха мала.

4. Стратификация атмосферы и критерии неустойчивости.

В реальной атмосфере могут наблюдаться вертикальные градиенты как меньше влажноадиабатического γв, так и больше сухоадиабатического γa- Те или иные значения вертикальных градиентов температуры определяют в конечном счете характер состояния (стратификацию) атмосферы на определенный момент времени. График изменения температуры воздуха по высоте по фактическим данным называется кривой стратификации температуры. Развитие упорядоченных крупномасштабных вертикальных движений в атмосфере приводит к существенным изменениям характера погоды в районе: образованию облаков, осадков, оптических и электрических явлений, смерчей и пр. Стратификация атмосферы может быть устойчивой, неустойчивой и безразличной. Устойчивым называют такое состояние, когда объем воздуха, будучи слегка перемещенным со своего места вверх или вниз, стремится восстановить свое первоначальное положение под действием сил «плавучести». Неустойчива атмосфера в том случае, когда объем воздуха, получив импульс к движению под действием сил плавучести, будет стремиться продолжить движение от своего первоначального положения.

В качестве критерия для определения устойчивости или неустойчивости стратификации атмосферы используются соотношения реального и сухоадиабитического (влажноадиабатического) температурных градиентов. Возможны три соотношения их:

γ>γa. γ<γa, γ=γa.

Если γ>γa (поднимающийся объем воздуха теплее окружающего на всех уровнях), то в этом случае развиваются конвективные движения. Это пример неустойчивого состояния. Напротив, когда γ<γa, создаются неблагоприятные условия для развития конвекции и в атмосфере формируется устойчивое состояние. При равенстве градиентов в поднимающемся объеме и окружающем воздухе разность температур одинакова на всех уровнях. Это пример безразличной стратификации (равновесия).

Ежедневные данные о распределении температуры и влажности на различных уровнях дает довольно обширная сеть аэрологических станций. Эти данные используются при построении высотных барических карт абсолютной (AT) и относительной (ОТ) топографии, которые значительно повышают качество краткосрочных прогнозов погоды. В том числе таких важных элементов ее, как облака, осадки, грозы и пр.