атмосфера

Адиабатические изменения состояния в атмосфере

Очень важную роль в атмосферных процессах играет то об­стоятельство, что температура воздуха может изменяться и ча­сто действительно изменяется адиабатически, т. е. без теплооб­мена с окружающей средой (с окружающей атмосферой, зем­ной поверхностью и мировым пространством). Вполне строго адиабатических процессов в атмосфере не бывает: никакая масса воздуха не может быть полностью изолирована от тепло­вого влияния окружающей среды. Однако если атмосферный процесс протекает достаточно быстро и теплообмен за это время мал, то изменение состояния можно с достаточным приближе­нием считать адиабатическим.

Электрическое поле атмосферы

     Итак, в атмосфере всегда существуют подвижные электри­ческие заряды, связанные с ионами, а также с элементами об­лаков и осадков. Заряды эти — обоих знаков, причем преобла­дают положительные, так что суммарный заряд атмосферы — положительный. При этом с высотой он растет. Сама земная поверхность также обладает электрическим зарядом, притом в сумме отрицательным (порядка -6*105 кулонов).

     В результате атмосфера обладает электростатическим полем, в каждой точке которого есть то или иное значение потенциала. Это значит, что электрический заряд, помещенный в любой точке атмосферы, будет испытывать силу, действующую на него в направлении, нормальном к поверхности равного потенциала, проходящей через эту точку. Эту силу на единицу положитель­ного электрического заряда называют напряженностью атмосферно-электрического поля. Она направлена в отсутствии обла­ков сверху вниз и измеряется изменением потенциала поля на единицу расстояния, т. е. в вольтах на метр (в/м).

Ионы в атмосфере

Часть молекул атмосферных газов и частиц атмосферного аэрозоля — капелек, пылинок, кристаллов — несет электрические заряды. Эти заряженные частички называются ионами.

Молекулы воздуха заряжаются вследствие потери электрона или присоединения свободного электрона. К заряженной моле­куле присоединяются другие молекулы, в которых происходит путем индукции разделение зарядов. Так возникает электри­чески заряженный комплекс молекул, называемый легким ионом. Заряженные молекулы могут также присоединяться к ядрам конденсации или пылинкам, взвешенным в воздухе, вследствие чего возникают более крупные тяжелые ионы с массами в ты­сячи раз большими, чем у легких ионов.

Содержание легких ионов у земной поверхности — несколько сотен на один кубический сантиметр, тяжелых — от нескольких сотен до десятков тысяч на один кубический сантиметр.

Наблюдение и эксперимент в метеорологии

     Фактические сведения об атмосфере, погоде и климате получают из наблюдений. Анализ результатов наблюдений слу­жит в метеорологии и климатологии для выяснения причинных связей в изучаемых явлениях.

     В общей физике основным методом исследования является эксперимент. Экспериментируя, исследователь вмешивается в ход физических процессов, меняет условия, в которых они про­текают, вводит одни факторы и исключает другие с целью выяснения причинных связей в явлениях. Но атмосферные яв­ления крупного масштаба, такие, как общая циркуляция атмо­сферы или теплооборот на больших пространствах, еще не могут быть существенно изменены вмешательством человека. Даже энергия термоядерных взрывов невелика по сравнению с энергией процессов циркуляции атмосферы, поскольку взрывы при большой их мощности весьма кратковременны. Изменения в физическом состоянии атмосферы, которые создаются термо­ядерными взрывами, оказываются ограниченными по распро­странению их влияния и недолговременными (речь идет о физических процессах, а не о заражении атмосферы радиоактив­ными продуктами распада). Поэтому метеорология, как и дру­гие геофизические науки, должна прибегать к наблюдениям, т. е. к измерениям и качественным оценкам процессов, проте­кающих в природной обстановке. Непрерывно наблюдая за атмосферными процессами, человек является зрителем и реги­стратором тех грандиозных опытов, которые ставит сама при­рода, без его участия.

Влагооборот

     Кроме теплооборота, между атмосферой и земной поверхно­стью происходит постоянный оборот воды, или влагооборот. С поверхности океанов и других водоемов, влажной почвы и растительности в атмосферу испаряется вода, на что затрачи­вается большое количество тепла из почвы и верхних слоев воды. Водяной пар — вода в газообразном состоянии — является важ­ной составной частью атмосферного воздуха.

     При существующих в атмосфере условиях водяной пар мо­жет испытывать и обратное преобразование: он конденсируется, сгущается, вследствие чего возникают облака и туманы, В про­цессе конденсации в атмосфере освобождаются большие коли­чества скрытого тепла. Из облаков при определенных условиях выпадают осадки. Возвращаясь на земную поверхность, осадки тем самым уравновешивают испарение в целом для всего Зем­ного шара.

Сторінки