Контрольная работа № 2

Вариант № 1

Задание 1

1. Как изменяется с высотой потенциальная температура воздуха в слое атмосферы, в котором вертикальный градиент температуры больше сухоадиабатического градиента?

Чем больше конденсируется влаги при подъеме воздуха, тем меньше величина влажноадиабатического градиента; с уменьшением количества влаги его величина приближается к сухоадиабатическому градиенту.

2. Как изменяются при подъеме параметры ненасыщенной водяным паром воздушной частицы?

При подъеме воздуха с ненасыщенным водяным паром изменение его температуры на единицу высоты (обычно на 100 м) называется сухоадиабатический вертикальным градиентом температуры.

3. Как и почему изменяется влажноадиабатический градиент температуры при подъеме воздуха с насыщенным водяным паром?

В отличие от сухоадиабатического градиента га влажноадиабатический градиент гв – величина переменная, зависящая от температуры и давления, и лежит в пределах от 0,3° до 0,9° на 100 м высоты (в среднем 0,6° на 100 м.).

Чем больше конденсируется влаги при подъеме воздуха, тем меньше величина влажноадиабатического градиента; с уменьшением количества влаги его величина приближается к сухоадиабатическому градиенту.

4. Какова стратификация слоя атмосферы, в котором вертикальный градиент температуры равен влажноадаиабатическому?

Стратификация атмосферы – распределение температуры воздуха по высоте, характеризуемое вертикальным градиентом температуры g [1°/100 м]. В тропосфере температура падает с высотой в среднем на 0,6° на каждые 100 м, т. е. g=0,6°/100 м. Но в каждый отдельный момент g может отклоняться от этой средней величины, по-разному.

5. Как поведет себя в неустойчивом слое атмосферы объем воздуха, если действие этой силы прекратится?

При неустойчивом равновесии атмосферы поднятый с поверхности земли объем воздуха не возвращается в первоначальное положение, а сохраняет движение вверх до уровня, на котором выравниваются температуры поднимающегося и окружающего воздуха.

6. Как влияет неустойчивая термическая стратификация на турбулентное перемешивание?

Неустойчивая стратификация провоцирует развитие турбулентности.

7. Как и почему изменяется относительная влажность ненасыщенной водяным паром частицы воздуха адиабатически поднимающейся до уровня конвекции?

Относительная влажность адиабатически поднимающейся частицы возрастает с увеличением высоты. При адиабатическом подъеме влажной ненасыщенной частицы наступает такой момент, когда частица достигает состояния насыщения.

8. При какой энергии неустойчивости условия благоприятны для развития конвективной облачности?

Потенциальная энергия конвективной неустойчивости, которая напрямую связана вертикальной скоростью восходящих потоков. Более высокие значения энергии неустойчивости указывают на более интенсивную конвекцию в облаке, т.е. на более опасные явления погоды.

9. Как изменится с точки зрения устойчивости термическая стратификация воздуха, натекающего зимой в умеренных широтах с континента на поверхность моря, не покрытую льдом?

Теплая воздушная масса (например, тропический воздух или морской полярный воздух зимой над материком) движется на более холодную подстилающую поверхность (а также часто и в более высокие широты). Поэтому зимой над сушей в умеренных широтах преобладают облака слоистых форм, а летом - кучевые облака.

10. Найти с помощью аэрологической диаграммы высоту уровня конденсации (z_к) , если у поверхности земли давление атмосферы Р₀=990,0 гПа, температура Т₀=14,0⁰ t_d=2,2⁰C. Как изменится высота уровня конденсации при увеличении точки росы?

При Р₀=990,0 гПа Дефицит, °С = 1,6

Высота уровня конденсации будет равна 123(14,0⁰ C -2,2⁰C) = 1451,4, м

Задание 2

По заданному давлению атмосферы Р (гПа), температуре t⁰C, относительной влажности f(%), найти массовые доли насыщенного пара, находящегося при данных условиях, точку росы и дефицит точки росы воздуха.

Исходные данные для вариант 1:

Р гПа = 1028,8

t⁰C = 30,0

f% = 40

массовые доли насыщенного пара = v0 = 0.001 м3/кг.

точка росы = 16,8⁰C

дефицит точки росы воздуха = 30,0 - 16,8 = 13,2⁰C

Задание 3

Вычислить влажноадиабатический градиент температуры в воздухе, находящемся при давлении Р (гПа) и температуре t(⁰C). Как и почему изменится ответ при том же давлении, но более высокой (низкой) температуре? Почему и всегда ли влажноадаиабатический градиент меньше суходиабатического?

Исходные данные для вариант 1:

Р гПа = 1000,0

t⁰C = -30,0

вВлажноадиабатический градиент = -30,0/1000,0=-0,03

Влажноадиабатический градиент температуры меньше сухоадиабатического, поскольку производная (удельная влажность насыщенного воздуха при адиабатическом подъеме уменьшается).

Задание 4

1. Какие теплофизические характеристики почвы вы знаете, каков их физический смысл?

Теплофизические характеристики почв включают температурный коэффициент, теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и коэффициент теплоусвояемости почв. К их числу нами отнесена и теплота смачивания как дополнительный источник тепла, которая к тому же дает представление об удельной поверхности и гидрофилы-юсти почвы.

Передача тепла в почву осуществляется главным образом за счет молекулярной теплопроводности. Нагревание и охлаждение почвы в основном зависят от ее теплофизических характеристик: теплоемкости и теплопроводности.

Основными физическими процессами, при которых почва по­лучает или отдает тепло, являются:

1) лучистый теплообмен;

2) турбулентный теплообмен между подстилающей поверхностью и атмосферой;

3) молекулярный теплообмен между поверхностью почвы и нижним неподвижным прилегающим слоем воздуха;

4) теплообмен между слоями почвы;

5) фазовый теплообмен: затраты тепла на испарение воды, таяние льда и снега на поверхности и в глубине почвы или его выделение при обратных процессах.

2. Сравните и проанализируйте теплофизические характеристики воздуха, воды и почвы?

Вода и воздух в почве антагонисты, поэтому, чем ниже содержание влаги, тем выше воздухосодержание и наоборот. Воздухосодержание в почвах колеблется от 0 (на переувлажненных и затапливаемых территориях) до 80—90%.

От содержания влаги в почве и температуры зависят биологические и биохимические процессы, а, следовательно, интенсивность потребления кислорода и продуцирование диоксида углерода.

3. Амплитуда суточного хода температуры поверхности почвы составила 31,1⁰С, а на глубине 20 см 3,7⁰С. Вычислить среднюю температуропроводимость верхнего 20-сантиметрового слоя почвы.

A = 31,1-3,7=27,4

H= 20/ln27,4=6,042

Теплопроводность = (3,14*6,042²)/24=4,776

4. Вычислить теплопроводность снежного покрова при плотности 10²кг/м³. Как и почему изменится ответ, если плотность снега в результате слеживания увеличится в два раза?

s=9,165·10^–2 –3,814·10^–4s+2,905·10^–6s²=28,677 Вт. Ели плотность снега в результате слеживания увеличится в два раза – теплопроводность уменьшится исходя из формулы.

5. Какие формула могут применяться при изучении распространения температурных колебаний в глубь почвы и водоемов?

К распространению тепла в почве применима общая теория молекулярной теплопроводности, предложенная в свое время Фурье, и законы распространения тепла в почве носят название законов Фурье.

6. Какие факторы влияют на амплитуду суточных и годовых колебаний поверхности почвы?

Амплитуда суточного и годового хода температуры почвы зависит от: 1. Рельефа (северные склоны нагреваются меньше южных, и, поэтому, имеют меньшую амплитуду). 2. Растительность с снежный покров уменьшают амплитуду, так как снижают нагрев и охлаждение почвы под ними. 3. Чем больше теплоемкость и теплопроводность почвы, тем меньше ее амплитуда.

7. До какой глубины распространяются (в среднем) суточные и годовые колебания температуры в почве и в различных водоемах? Каким образом можно определить эту глубину?

Годовые колебания температуры в воде распространяются на глубину сотен метров, а в почве — только на 10—20 м.

Изменения температуры в почве с глубиной в течение суток или года можно представить с помощью графика изоплет. По оси абсцисс откладывается время в часах или в месяцах года, а по оси ординат - глубина в почве. Каждой точке на графике соответствуют определенное время и определенная глубина.

8. Как и почему влияет снежный покров на температуру почвы?

Снежный (ледяной) покров уменьшает потерю тепла почвой и колебания ее температуры. Поверхность покрова отражает солнечную радиацию днем и охлаждается излучением ночью, поэтому она понижает температуру приземного слоя воздуха.

9. Максимум температуры поверхности почвы отмечен в 13 ч 25 мин. В какое время теоретически наступит максимум на глубинах 20, 40 и 60 см, если температуропроводность на всех глубинах одинакова и равна

Максимумы температуры по отношению к поверхности сдвинуты на глубине 1,6 м на один месяц, а на глубине 3,2 м - на два месяца.

На глубине 20 м ~ -0, 8 мес.

На глубине 30 м ~ -1, 0 мес.

На глубине 40 м ~ -6, 0 мес.

10. Как влияют на изменения температуры почвы на глубине рыхление, уплотнение, орошение?

Рыхление поверхностного слоя почвы способствует понижению ее температуры днем и повышению ночью. Уплотнение (прикатывание) производит обратное действие. Чем меньше влажность почвы, тем выше разность температур между рыхлой и плотной почвой.

7