009.jpg
RYSUNKI
Konwekcje
Adwekcje – związana z ponownym przemieszczanie mas powietrza o określonych właściwościach
Przewodnictwo
Związane głownie z przewodnictwem turbulencyjnym.
Woda przewodzi ciepło 20x szybciej niż powietrze.
Ciepło odczuwalne – energia ciepła zmagazynowana w powietrzu jako wynik wzrostu temperatury (przekazyw. drogą przewodnictwa lub konwekcji)
Ciepło ??? – wymagane do zmiany stanu substancji nie wpływa na zmianę temperatury
Czynniki wpływające na rozkład temp. Powierzchni ziemi:
- szerokość geograficzna (wpływa na kąt wysokości Słońca)
- właściwości powierzchni (albedo, ciepło właściwe)
Różnice w temperaturze wody i lądu wynikają z:
- odmiennego ciepła właściwego (woda 1 cal/g deg, piasek 0,19 cal/g deg)
- odmiennej rozpuszczalności promieniowania
- przebiegu konwekcji w wodzie
- odmiennej intensywności parowania
Bryza morska – ląd nagrzewa się szybciej niż woda – temp. Powietrza wzrasta szybciej niż wody. Rozwija się w ciągu duża konwekcja. Rozwojowi konwekcji nad morzem towarzyszą chmury konwekcyjne
RYSUNEK
010.jpg
Bryza miejska
- zjawiska lokalne związane z rozbudowującym się czynnikiem wysokiego ciśnienia
Obszar górski – cyrkulacja lokalna
W dzień:
Powietrze cyrkuluje z dolin ku szczytom
I zasada termodynamiki
dQ = dU + dW
dQ = CvdT + pdV
dQ = CpdT – νdp
CpdT = dQ + νdp
p = ρRT
ν = 1/ρ
Temperatura powietrza rośnie w wyniku ogrzewania i/lub zwiększania ciśnienia
Proces izobaryczny dQ = CpdT dla dp = 0
Proces izotermiczny dQ = - νdp dla dT = 0
Proces izochoryczny dQ = CvdT dla dv = 0
Proces adiabatyczny dQ = 0
CpdT = 1/ρ*dp
Wzrost (spadek) temperatury powietrza jest skutkiem wzrostu (spadku) ciśnienia.
dp = -ρgdz
dT/dz = -g/Cp
dT/dz ~ -1oC/100m
Gradient suchoadiabatyczny odnosi się do wznoszącego powietrza o wilgotności względnej poniżej 100%. Wykres suchoadiabatycznych zmian temperatury nazywa się suchą adiabatą. Odnosi się też do powietrza osiadającego o ile nie zawiera wilgoci
Gradient wilgotnoadiabatyczny odnosi się do wznoszącego powietrza o wilgotności względnej 100% kiedy zachodzi proces kondensacji. Wykrest wilgotnoadiabatycznych zmian temperatury nazywa się adiabatą wilgotną.
011.jpg
012.jpg
WTF?????? ;-)
013.jpg
WYKRES
Atmosfera jednorodna
ρ = const (1)
dp = -ρgdz (2)
p = p0 – ρgdz (3)
p = ρRT => dp = ρRdT (4)
korzystając z (2) i (4) uzyskamy
dT/dz = -3,42oC/100m
Atmosfera izotermiczna
T = const
dT/dz = 0
dp = -ρgdz p = ρRT
p = p0exp(-??/RT)
Atmosfera o stałym gradiencie temp.
dT/dz = -ν => T = T0 – γz
Atmosfera adiabatyczna
γ = -1oC/100m
INWERSJE
Radiacyjne
Osiadania - Głowna przyczyna smogów miejskich. Groźniejsza
015.jpg
Inwersje orograficzne
Gdy chłodne powietrze schodzi z gór i osiada w dolinie wypychając ciepłe powietrze
Inwersje frontalne (front ciepły) masa ciepła nakłada się na masę chłodną
Stabilność ??? parametr determinujący transport w atmosferze. Istota charakterystyki stabilności to wartość gradientu temperatury
Chwiejność równowagi rozwija prądy pionowe w atmosferze.
Wiatry w warunkach równowagi chwiejnej są porywiste i zmienne. Podczas równowagi stabilnej przy powierzchni występują cisze lub bardzo słabe wiatry.
Podział klasy równowagi od A (najbardziej niestabilny) do F (najbardziej stabilny) wg ???
6 stanów równowagi atm
A bardzo chwiejna
B chwiejna
C lekko chwiejna
D obojętna
E stała
F wybitnie stała
016.jpg
pV=nRT ?????????
Siła grawitacji
Siła gradientu ciśnienia
W pionie związana z siłą grawitacji (równ. Hydrostatyki)
W poziomie związana z nierównomiernym rozkładem masy w atmosferze (spowodow m. In różną temperaturą powietrza
Siły bezwładności
Siła odśrodkowa wynikająca z ruchu obrotowego
Siła Coriolisa
Siły tarcia, lepkości
W-6 RYSUNEK
Siła gradientu ciśnienia à jest najważniejsza
H è L
Przy braku innych sił porcja powietrza przemieszcza się z obszaru wysokiego ciśnienia do niskiego
017.jpg
Występuje w obracających się układach odniesienia. Na obserwatorowi pozostającego w obracającym się układzie odniesienia objawia się zakrzywianiem toru ciał poruszających się w takim układzie. Jest siłą pozorną.
Dla zewn. Obserwatora siła ta nie istnieje. Dla niego układ zmienia polozenie a poruszające się ciało zachowuje swój stan ruchu.
Siła Coriolisa powoduje odchylenie od linii pionowej toru ruchu ciała poruszającego się w układzie obracającym się
RYSUNEK + wzór
Wynika z ruchu obrotowego Ziemi
Ziemia obraca się z zachodu na wschód zatem siła Coriolisa powoduje odchylenie toru ciała poruszającego się po pow. Ziemi ku równikowi w kierunku Zach na obu półkulach, w kierunku wsch. gdy porusza się????
Powstawanie cyklonu na półkuli północnej
Wiatr geostroficzny
SGC + S.C. = ) à Y – szybkość wiatru geostroficznego
Kiedy mamy do czynienia z wiatrem geostroficznym:
siła gradientu ciśnienia i siła Coriolisa
a = 2ωνsinφ
ax = -1/ρ dp/dx
siła odśrodkowa to jedna z sił bezwładności występująca w obracających się układach odniesienia.
Wyższe prędkości wiatru – w niżu
RYSUNEK Siły tarcia
Równowaga między SGC, SC i ST prowadzi do powstania siły dośrodkowej w niżu
018.jpg
Lepkość, tarcie wewnętrzne, cecha płynów, pojawienie się siły tarcia pomiędzy warstwami cieczy lub gazu poruszającymi się równolegle względem siebie z różnymi co do wartości prędkościami.
Pojawiające się wtedy siły tarcia wew skierowane są stycznie do pow styku tych warstw.
Naprężenie ??? (tensor naprężeń ma jednostkę powierzchni w płaszczyźnie x-y wyraża się:
τ = η δu/δz
warstwa poruszająca się szybciej działa przyspieszająco na warstwę poruszającą się wolniej
Fv/ma = 1/ρ η δτ/δx = V δ2v/δx2
Siły tarcia
Zbieżność horyzontalna w niżu
Rozbieżność horyzontalna w wyżu
Równanie ruchu
Dla ???? powietrza przyspieszenie powinno być równe wektorowej sumie sił działających na cząstkę. Równość ta zwana jest równaniem ruchu.
Symbol DH/Dt (tutaj: ??/Dt) stosuje się do oznaczenia operatora pochodnej zupełnej / pochodnej materialnej.
Pokazuje ona w jaki sposób zmienia się w czasie dowolny parametr H charakteryzujący element płynu poruszający się w niestacjonarnym i niejednorodnym polu tego parametru.
Przepływ stacjonarny – ruch płynu w którym składowe wektora prędkości nie są funkcjami czasu. Przepływ stacjonarny (ustalony) to ruch plynu nie zmieniający się w czasie. Przeciwieństwem przepływu stacjonarnego jest przepływ niestacjonarny
Pole jednorodne – pole fiz w którego wszystkich punktach natężenie pola jest takie samo czyli ma stałą wartość, kierunek i zwrot
019.jpg
DH/Dt = δH/δt + VxδH/δx +VyδH/δy + VzδH/δz
Pochodna lokalna pokazuje zmiane parametru Vx w czasie w punkcie (x,y,z) wynikającego z niestacjonarności pola wiatru. Pochodna unoszenia (adwekcyjna) pokazuje zmianę parametru Vx w czasie na skutek przemieszczenia się elementu
Trajektoria
Tor elementu płynu lub trajektoria jest to miejsce geometryczne punktów w polu przepływu przez które przechodzi element w kolejnych chwilach czasu.
Do wyznaczenia pola wiatru wykorzystuje się modele diagnostyczne oraz prognostyczne.
Meteorologiczny model diagnostyczny pozwala wyznaczać przestrzennie zróżnicowanie stacjonarne pola meteorologiczne na podstawie pomiarów sieci meteorologicznych.
W działaniu modeli diagnostycznych wyróżnia się dwa etapy. Celem 1ego jest wyznaczenie jednostkowego pola wiatru w punktach stalej obliczeniowej przez interpolacje lub ekstrapolacje pomiarow prędkości wiatru ze stacji meteorologicznych. Etap 2gi obejmuje wyznaczenie końcowego pola wiatru spełniającego narzucone ??
W meteorologicznym modelu prognost. Korzysta się z numerycznego rozwiązania dwuwymiarowych lub trójwymiarowych równań opisujących procesy atmosferyczne
Model ??? dostarcza zmiennych w czasie i przestrzeni pól wiatru, turbulencji i innych wielkości meteorologicznych w dowolnych warunkach terenowych.
W działaniu modeli prognost. Można wyróżnić dwa etapy. Etap 1 obejmuje wybór układu współrzędnych, wybór numerycznej metody całkowania układu równań opisujących procesy atmosferyczne, określenie opisanie i przeprowadzenie dyskretyzacji obszaru modelowania, wyznaczenie warunków początkowych i brzegowych w obszarze modelowania.
W 2 etapie znajdowane jest przybliżenie.
020.jpg
Jak wiatr wpływa na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń?
Główny ruch zanieczyszczeń w kierunku wiatru
Globalna cyrkulacja atmosfery
Ogólna cyrkulacja atmosfery generowana przez termiczne
Model trzykomórkowy
Osiadanie powietrza charakterystyczne dla wyżu. Obszar najlepszej pogody na kuli ziemskiej ok. 30 st szerokości geograficznej – przeważają tam ośrodki wysokiego ciśnienia
W naszej strefie przewazają wiatry południowo-zachodnie.
Kolo 60 st szer geogr spotykają się dwie równe masy – tworzy się front polarny pojawia się front strumieniowy – masy różnią się temperaturą i ciśnieniem. Ściąga arktyczne powietrze do nas z północy. W pasie 60 st szer. Geogr. Przeważają stany niskiego ciśnienia.
Turbulencja
Stanowi pewien stan płynu (gazu) charakteryzujący się chaotycznymi, losowymi zmianami właściwości. Odnosi się do dyfuzji, konwekcji czy gwałtownych zmian cisnienia i prędkości w czasie i przestrzeni.
Przeplyw który nie jest turbulentny jest laminarny
Przemieszczaniu poziomemu dużych mas powietrza towarzysza występujące w mniejszej skali ruchu pulsacyjne o składowej zmiennej w czasie i przestrzeni.
021.jpg
Turbulencje
Dynamiczne – źródłem w atmosferze ?? gradient wiatru i ???? wywołane oddziaływaniem podłoża i przeszkód terenowych. Obejmuje zasięgiem warstwę przyziemną atmosfery a wiry ???, które ją charakteryzują mają niezbyt duże rozmiary
Termiczne – źródłem jest konwekcja. Może powstawać w całej warstwie granicznej. Charakteryzujące ja wiry osiągają duzo większe rozmiary. Mieszanie jest intensywniejsze niż przy turbulencji dynamicznej.
Dla z = 0 u = 0 dla z > 0 u wzrasta logarytmicznie wywołując skręt wiatru. Skręt wiatru w większej skali powoduje zawirowania powietrza.
W atmosferze turbuj. Wywołują nagrzewanie powierzchni, szorstkość podłoża.
Ruch turbulentny płynu przejawia się w występowaniu wirów
Charakter ruchu płynów jest określony przez wartość liczby Reynoldsa
Re = dv/γ
Ruchy powietrza:
Wiatr średni deterministyczny ruch powietrza którego skale czasowe wynoszą od minut do dni, a skale przestrzenne od kilometrów do sklai planetarnej
Turbulencje – ruchy chaotyczne majace skale przestrzenne od kilku mm do km a czasowe od kilku sekund do 20-30min
Kiedy przepływ jest turbulentny to czastki powietrza zaczynaja przekazywac sobie energię i pęd.
Przekazywanie pedu (reprezentowane przez strumien pedu) w kierunku prostopadlum do przepływu wyraza się:
ρu’v’
u’v’ – prędkość pulsacji, wektor o zmiennych w czasie prędkości i kierunku
szylontko