Powietrze opisuje się równaniem stanu gazu doskonałego, które łączy ze sobą

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Powietrze opisuje się równaniem stanu gazu doskonałego, które łączy ze sobą"

Fabian Tomaszewski
6 lat temu
Przeglądów:

1 Opis powietrza - 1 Powietrze opisuje się równaniem stanu gazu doskonałego, które łączy ze sobą Temperaturę Ciśnienie Gęstość Jeśli powietrze zawiera parę wodną w stanie nasycenia, należy brać pod uwagę wymianę ciepła, która pojawia się w przemianach fazowych (woda-para wodna, woda-lód) 1

2 Opis powietrza - 2 Cząstka powietrza, która porusza się w atmosferze jest poddawana przemianie adiabatycznej (brak wymiany ciepła z otoczeniem) Równanie gazu doskonałego określa jak zmieniają się parametry cząstki: temperatura, ciśnienie, gęstość 2

3 Stabilność ruchu pionowego Rozpatrujemy pionowe przesunięcia płynu, który jest w równowadze hydrostatycznej Cząstka powietrza poruszająca się pionowo w płynie jest poddawana sprężaniu lub rozprężaniu adiabatycznemu; zatem jej temperatura ulega zmianie Ruch pionowy cząstki powoduje, że może się stać cieplejsza lub chłodniejsza od otoczenia. Działa na nią siła Archimedesa (wyporu) Jeśli siła wyporu jest zgodna z kierunkiem ruchu płyn niestabilny, siła wyporu przeciwnie skierowana do kierunku ruchu płyn stabilny, brak siły wyporu równowaga neutralna 3

4 Metoda cząstki Rozważmy małą masę, lub cząstkę, która będzie się poruszała w nieruchomym płynie będącym w równowadz hydrostatycznej Następujące założenia stosowane są w metodzie cząstki Cząstka zachowuje swoją integralność; nie miesza się z otoczeniem Ruch cząstki nie zaburza otoczenie, w którym się ruch odbywa Ciśnienie w cząstce dostosowuje się natychmiast do ciśnienia zewnętrznego Cząstka porusza się w sposób izentropowy (przemiana adiabatyczna) 4

5 Adiabatyczna zmiana temperatury Temperatura cząstki powietrza zmienia się o 1C/100m (10C/1km) 5

6 Adiabatyczne zmiany temperatury w wilgotnym powietrzu W powietrzu zawierającym parę wodną w stanie nasycenia temperatura zmienia się o ok. 5-6C/1km. Jest to zmiana wolniejsza niż w suchym powietrzu gdyż zachodzi wydzielania ciepła związane z przemiana fazową (kondensacja wody). 6

7 Ruch cząstki suchej i wilgotnej 100 m z 100 m z 1 C T C T 7

8 Równowaga obojętna, = z adiabatyczny gradient zmiany temperatury w cząstce powietrza (1stC/100m) T=T, fb=0 - gradient zmiany temperatury w otaczającym powietrzu ( = ) fb siła wyporu T=T, fb=0 T Jeśli gradient temperatury w otoczeniu jest równy gradientowi adiabatycznemu (1stC/100m) to na cząstkę wychyloną z położenia równowagi nie działa siła wyporu. 8

9 Równowaga stabilna, < z adiabatyczny gradient zmiany temperatury w cząstce powietrza (1stC/100m) T <T, fb<0 - gradient zmiany temperatury w otaczającym powietrzu ( < ) fb siła wyporu T >T, fb>0 T Jeśli gradient temperatury w otoczeniu jest mniejszy od gradientu adiabatyczngo (1stC/100m) to na cząstkę wychyloną z położenia równowagi działa siła wyporu przeciwnie skierowana do wychylenia. 9

10 Równowaga niestabilna, > z adiabatyczny gradient zmiany temperatury w cząstce powietrza (1stC/100m) T >T, fb<0 - gradient zmiany temperatury w otaczającym powietrzu ( > ) fb siła wyporu T <T, fb>0 T Jeśli gradient temperatury w otoczeniu jest większy od gradientu adiabatyczngo (1stC/100m) to na cząstkę wychyloną z położenia równowagi działa siła wyporu skierowana zgodnie do wychylenia. 10

11 Stabilność ruchu dla cząstki suchej z < Równowaga stabilna > Równowaga niestabilna T 11

12 Stabilność ruchu dla cząstki suchej lub wilgotnej z d w < w < d Równowaga bezwzględnie stabilna w < < d > d > w Równowaga warunkowa: Równowaga bezwzględnie niestabilna Stabilna dla cząstki suchej, T Niestabilna dla cząstki wilgotnej 12

13 Atmosfera stabilna 13

14 Atmosfera bezwzględnie stabilna 14

15 Atmosfera bezwzględnie niestabilna 15

16 Atmosfera warunkowo stabilna 16

17 Chmura Chmura składa się z kropelek wody i/lub kryształków lodu Aby powstała kropelka wody lub kryształek lodu: Powietrze musi być w stanie przesycenia względem wody/lodu W powietrzu muszą istnieć tzw. jądra kondensacji Kropelki w chmurze rosną na skutek: Kondensacji pary wodnej Zderzeń i zlewania się między kropelkami 17

18 Klasyfikacja chmur (1) Lamarck ( ): pierwsza klasyfikacja 1802r. Nie uzyskała powszechnego uznania. Lucke Howard rok później zaproponował klasyfikację, która została powszechnie zaakceptowana. Użył łacińskich nazw do opisania wyglądu chmur: Chmury warstwowe stratus Chmury kłębiaste cumulus Chmury postrzępione cirrus Chmury deszczowe nimbus Dozwolone są dowolne kombinacje tych nazw (cumulonimbus, nimbostratus) 18

19 Klasyfikacja chmur (2) Abercromby i Hildebrandsson (1887) rozszerzyli oryginalną klasyfikację wprowadzając drobne poprawki. Klasyfikacja ta jest używana do dzisiaj. Chmury wyskokie cirrus (Ci), cirrostratus (Cs), cirrocumumus (Cc) Chmury średniego piętra altostratus (As), altocumulus (Ac) Chmury niskie stratus (St), stratocumulus (Sc), nimbostratus (Ns) Chmury rozwinięte w pionie cumulus (Cu), cumulonimbus (Cb) 19

20 Klasyfikacja chmur (3) Grupa chmur Obszar tropikalny Wysokie Ci, Cs, Cc Średnie As, Ac Niskie St, Sc, Ns m Średnie szerokości Obszar biegunowy m m m m m m m m 20

21 Klasyfikacja chmur (4) 21

22 Chmury Cumulus 22

23 Kondensacja związana z ruchami wznoszącymi 23

24 Chmury orograficzne (1) 24

25 Chmury orograficzne (2) 25

26 Rozmiary kropel 26

27 Zderzenia i koalescencja (coalescence) 27

28 Proces Bergerona 28

29 Powstawanie kropel opadu 29

30 Kształt kropli opadu 30

31 Typy opadu i profile temperatury 31

32 Woda i lód w chmurze Cumulonimbus 32

33 Zasiewanie przez chmury Cirrus 33

34 Powstawanie gradu 34

35 Etapy rozwoju chmury burzowej 35

36 Etapy rozwoju chmury burzowej 36

37 Rozkład ładunku elektrycznego w chmurze 37

Podobne dokumenty

Wstęp do Geofizyki. Hanna Pawłowska Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski

Wstęp do Geofizyki. Hanna Pawłowska Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski Wstęp do Geofizyki Hanna Pawłowska Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski Wykład 3 Wstęp do Geofizyki - Fizyka atmosfery 2 /43 Powietrze opisuje się równaniem stanu gazu doskonałego,