2.Визначити основні фізико-хімічні процеси, що відбуваються в атмосфері.

Фізичні характеристики атмосфери

В попередніх розділах ми вивчили структуру атмосфери, як суміш багатьох газів. Ця суміш розглядається у багатьох випадках, як єдиний газ. В результаті цього підходу цій газ описуються такими параметрами, як температура, тиск, щільність (об'єм). Всі ці параметри зв’язані між собою наступним законом:, де R=287,14 Дж/kг0К. Якщо ми утримуємо щільність, зростання температури супроводжується зростанням тиску і навпаки. Якщо ми утримуємо температуру, зростання в тиску супроводжується зростанням щільності.

Повітря - це матеріальна субстанція і, як результат, має масу. На будь-який об'єкт з масою впливає сила гравітації. Атмосфера складається з молекул, які знаходяться у безперервному русі. При русі молекули контактують з поверхнею. Сумарна сила при цій взаємодії викликає тиск як результат узагальненої реакції усіх молекул. На поверхні Землі повітряний тиск може бути описаний, як вага стовпа повітря. Сила гравітації стискає атмосферу таким чином, що максимальна щільність повітря має місце на поверхні Землі. Зміни в щільності повітря пов’язана звичайно зі зміною атмосферного тиску. Для стандартної атмосфери зміна тиску з висотою записується у вигляді:

,

де =101325 Па=1013,25 гПа – тиск у поверхні Землі (на рівні Балтійського моря),=9,81 м/с2, Н – висота,=287,14 Дж/кг0К,- середня температура,=2880К,- температура повітря на висоті H.

Для вимірювання атмосферного тиску використовуються барометри. В метеорології знайшли застосування два типи барометрів. Середній тиск у стандартній атмосфері на рівня моря дорівнює 760 мм. Перше вимірювання атмосферного тиску почалось з простого експерименту, виконуваного EvangelistaTorricelli в 1643 р. В експерименті Torricelli занурив один кінець трубки з ртуттю в контейнер з ртуттю. Атмосферний тиск в цьому експерименті приблизно дорівнював 76 сантиметрів (один сантиметр ртутного стовпчика дорівнює 13,3 гПа).

Найчастіше для вимірювання тиску використовується барометр-анероїд. Барометр - анероїд позбавлений рідин, менш точний. Усередині цього інструменту використовуються анероїдні капсули, які є датчиком атмосферного тиску. Тиск вимірюється в одиницях,які названі Па, середній тиск на рівні моря є близько 101325 Па. Метеорологи використовують також одиницю – гектапаскаль, де 1гПa = 100 Пa. Середній тиск на рівні моря є 1013,25 гПа. В метеорологічній практицівикористовуються наряду з одиницею тиску у гПа міліметри ртутного стовпчика, тому стандартний тиск на рівні моря дорівнює 760 мм. рт. стовп. або 1013,25 гПa. На мапі погоди проводяться ізобари. Ізобара - це лінія, що сполучує точки рівного тиску. Зміни в ізобаричній поверхні дають можливість аналізувати змін погоди.

Атмосферний тиск змінюється, як просторі так і у часі. Протягом зимових місяців (від грудня до лютого), області високого тиску розвиваються над центральною Азією (Сибірський максимум), у Північній Америці (Канадський максимум), над Іспанією і Африкою, в субтропічній Атлантичній півночі (Азорський максимум), над океанами в Південній півкулі. Області низького тиску відбуваються на південь від Алеутськи островів (Алеутський мінімум), в південній частині Гренландії і Південних широтах від 500 до 80° .

Температура - це міра кінетичної енергії індивідуальних молекул. Якщо ми збільшуємо температуру, ми збільшуємо кінетичну енергію молекул. Для вимірювання температури використовуються градуси Кельвіна (0К) або Цельсія (0С): Т0К=t0C+273. Для вимірювання температурі використовується термометри наступних типів: з використанням рідини, деформаційні та електричні. Рідинні термометри засновані на принципі зміни об'єму рідини при підвищенні або пониженні температури. Як правило, використовується рідини: ртуть або спирт. Всі рідинні термометри складаються з наступних частин: скляного резервуару, наповненого рідиною, капіляра, шкали і захисної скляної трубки. Для вимірювання температури на метеорологічних станціях застосовуються терміновий, максимальний і мінімальний термометри.

Вода в атмосферізнаходиться у трьох формах, як газ, як рідина, як твердетіло. Середній час знаходженнямолекули води в атмосфері - близько 10 днів. Для кількісноїоцінкиводяної пари в атмосферівикористовуютьсянаступніпараметри: парціальнийтискводяної пари (e, E – для насиченого пару), абсолютна вологість (a, A- для насиченого пару), відноснавологість (f), питомавологість (s).Насичення досягається, коли випаровування і конденсації в повітрі знаходяться в рівновазі.