Meteorologijos pagrindai - Hidrologijos ir klimatologijos katedra

Egidijus Rimkus „Meteorologijos įvadas“o drėgno oro tankis gali būti užrašytas taip: peRT (1 0,378 )p. (2.18)Dydį T (1 + 0,378 e/p) pažymėję T v , gauname:p .RTv(2.19)Dydis T v yra vadinamas virtualia temperatūra. Taigi drėgno oro tankis nusakomas sauso orobūsenos lygtimi, bet tik pakeitus tikrąją į virtualią temperatūrą.Virtuali drėgno oro temperatūra – tai temperatūra, kurią turėtų turėti sausas oras, kad jotankis būtų lygus drėgno oro tankiui, esant temperatūrai T, slėgiui p ir vandens garų slėgiui e.Kadangi dydis e/p nors ir labai mažas, tačiau visada teigiamas, virtuali temperatūra yra aukštesnė užrealiąją temperatūrą.Kai vienodi p ir T drėgno oro tankis mažesnis už sauso oro tankį, nes vandens garųmolekulės lengvesnės už azoto ar deguonies (žr. priedą “Kodėl drėgnas oras lengvesnis už sausą?”).Jei t = 0 °C, o p = 1000 hPa, sauso oro tankis lygus 1,276 kg/m³, o drėgno prisotinto oro – 1,273kg/m³. Didėjant temperatūrai, šis skirtumas taip pat didėja, bet vis dėlto išlieka gan mažas.Hidrostatinės pusiausvyros lygtisHidrostatinės pusiausvyros esmė yra ta, jog slėgis bet kuriame statinėje būsenoje esančių(nejudančių) dujų taške yra viršum jo esančių dujų svorio funkcija. Ši 1647 metais prancūzųmokslininko B. Paskalio pasiūlyta skysčių pusiausvyrą nusakanti lygtis yra viena svarbiausiųmeteorologijoje. Kita vertus, jos pritaikymas atmosferai yra kiek komplikuotas, nes dujos yralengvai suspaudžiamos ir jų tankis kinta priklausomai nuo slėgio ir temperatūros.Hidrostatinės pusiausvyros lygtis nusako slėgio kaitos dėsningumus kintant aukščiui viršjūros lygio. Yra daromos trys pagrindinės prielaidos:1) oras yra ramybės būsenoje žemės atžvilgiu (nejuda nei vertikalia, nei horizontaliakryptimi). Nors atmosfera dažniausiai juda žemės paviršiaus atžvilgiu, tačiau nustatytistatinės atmosferos sandaros dėsningumai tinka ir dinamiškai atmosferai.2) oras yra sausas ir be priemaišų (idealiosios dujos);3) oro sudėtis didėjant aukščiui nesikeičia (tai tinka apatiniam 80 km storio atmosferossluoksniui).Paimkime oro stulpo skersinį pjūvį, kurio plotas 1 m².Išskirkime tame stulpe ploną oro sluoksnį, kurio apatinė ribaaukštyje z, o viršutinė – z+dz (2.2 pav.). Tokiu būdu tiriamosluoksnio storis dz. Apatinė plokštuma yra veikiama slėgio p,nukreipto iš apačios į viršų. Viršutinę plokštumą veikia slėgis–(p+dp). Slėgis abiejuose paviršiuose skiriasi dydžiu dp.Oras tiriamame sluoksnyje yra veikiamas sunkio jėgos, kurinukreipta iš viršaus į apačią ir kuri lygi laisvojo kritimopagreičio g ir šio sluoksnio oro masės m sandaugai. Oro tūriomasė 1m² plote yra lygi oro tankio ir sluoksnio storiosandaugai m=dz. Kadangi judėjimas vertikalia kryptiminevyksta, tai tiriamajame sluoksnyje yra nusistovėjusi jėgųpusiausvyra. Šiuo atveju visų jėgų suma yra lygi 0:( ) . (2.20)Atlikus elementarius matematinius veiksmusgauname: (2.21)2.2 pav. Jėgos, veikiančios oro tūrįvertikalėjeŠi lygtis yra vadinama hidrostatinės pusiausvyros lygtimi. Remiantis šia lygtimi, galimadaryti išvadą, jog didėjant aukščiui slėgis mažėja, o slėgio skirtumas ties apatine ir viršutine20