Ночное понижение температуры подстилающей поверхности.

Ночное понижение температуры в самом нижнем слое атмосферы, хотя оно и является частью суточного хода, целесообразнее рассматривать как самостоятельный процесс. Ночное понижение температуры подстилающей поверхности (радиационное выхолаживание) формируется в результате суточного хода радиационного баланса подстилающей поверхности. В ночные часы поток прямой солнечной радиации равен нулю. Таким образом, приходная часть радиационного баланса ночью практически отсутствует. При этом даже в случае облачной атмосферы, т.е. при ее существенном противоизлучении поток эффективного излучения больше нуля, поэтому ночью радиационный баланс меньше нуля, а иногда значительно меньше нуля. Происходит радиационное выхолаживание подстилающей поверхности в ночные часы, что в переходные сезоны может вызвать формирование ночного заморозка на почве. Заморозком называется кратковременное понижение температуры до отрицательных значений на фоне ее положительного среднесуточного значения. Заморозки бывают:

 

1. Адвективные. Они вызываются приходом холодной воздушной массы со скоростью не менее 5 м/с на подстилающую поверхность со слабо положительной температурой, и та, в результате, остывает.

2.   Радиационные. Они как раз вызываются радиационным выхолаживанием.

 

Простая и удобная схема прогноза ночных радиационных заморозков была предложена Брентом, который исходил из следующего:

1. Приток коротковолновой радиации в ночные часы равен нулю.

2. Формирование заморозка совпадает по времени с формированием привычной температурной инверсии в нижнем слое атмосферы. Т.е. формируются сильно устойчивая стратификация, в слое которой затруднен турбулентный обмен. Брент считал его отсутствующим.

3. Основная причина радиационного выхолаживания в ночные часы -эффективное излучение, которое Брент считал постоянным в течение ночи.

Таким образом принимается эффективное излучение на момент начала ночи (при максимальной за ночь температуре подстилающей поверхности), что искусственно увеличивает поток эффективного излучения в ночные часы и переопределяет понижение температуры подстилающей поверхности и формирование заморозка. Формула Брента может быть получена путем решения уравнения теплопроводности почвы при соответствующих начальных и краевых (граничных) условиях. Температура в любой момент ночи представляется как сумма температуры в момент начала ночи и отклонения от этого значения температуры. По сути задача сводится как раз к отысканию отклонения. Можно получить формулу Брента, применяя несколько упрощенный подход. Выражение для отклонений получим на основании анализа размерностей.

 

 

 

                                                              

	Eэф	а			t
L	0	2	-1	0	0
M	1	0	1	0	0
T	-3	-1	-2	0	1
	0	0	-1	1	0

 

n=5 m=4 n-m=1

 

Имеем один безразмерный комплекс:

 

L
M
T

 

                 

                                                                            

 

    

 

 

 

 

Энергетика атмосферы.

  Основные формы энергии (Вопрос 47)

 

1) Кинетическая энергия.

 

 - кинетическая энергия мгновенных скоростей.

 

=

- кинетическая энергия турбулентных пульсаций (энергия турбулентности)

 

 - кинетическая энергия осредненного движения (среднего потока)

 

2) Потенциальная энергия.

 

 

3) Внутренняя энергия

Теорема Дайнса

Она дает связь между интегральной (суммарной) по высоте потенциальной энергией воздушного столба единичного сечения и его внутренней энергии.

 

 

 

                     

 

 

  Уравнения ба­ланса кинетической энергии среднего движения и энергии турбулентности. (вопрос 8)