Ветер вызывает диффузию загрязнений, и это очень важно, но еще важнее другое свойство атмосферы, которое называется устойчивостью и о котором мы уже несколько раз упоминали. Понятие устойчивости используют, в частности, применительно к тепловым характеристикам атмосферы.[ ...]
Вот другой пример. Бросим в бочку с водой мячик. Он будет плавать на поверхности воды. Что случится, если с силой погрузить его в воду и потом отпустить? Он немедленно всплывет. В этом случае мы имеем дело с устойчивой системой. Небольшое начальное смещение не привело к дальнейшему его возрастанию. Мячик возвратился в исходное положение.[ ...]
Хорошо известно, что атмосфера иногда бывает устойчивой, иногда неустойчивой, а иногда — ни той, ни другой. В последнем случае говорят, что атмосфера нейтральна. В устойчивой атмосфере некоторый объем воздуха, получивший смещение из своего исходного положения по высоте, стремится вернуться обратно. Причиной начального смещения может послужить, например, турбулентность, о которой мы упоминали выше.[ ...]
В неустойчивой атмосфере объем воздуха, которому придано небольшое начальное смещение, не возвратится на исходную высоту. Он начнет с укорением двигаться в направлении начального смещения (вверх или вниз).[ ...]
Теперь вы, вероятно, уже догадались, что в нейтральной атмосфере объем воздуха, которому придано некоторое смещение, просто останется на той высоте, куда он был смещен. Он не будет ни ускоряться в направлении смещения, ни возвращаться на первоначальную высоту.[ ...]
Температурный градиент атмосферы может изменяться в широких пределах. В среднем он равен 0,6°/100 м. Но в тропической пустыне вблизи поверхности земли он может достигать 20°/100 м. При температурной инверсии температура с высотой увеличивается и температурный градиент становится отрицательным, т. е. может быть равен, например, —0,6°/100 м. Если температура воздуха одинакова на всех высотах, то температурный градиент равен нулю. В этом случае говорят, что атмосфера изотермична.[ ...]
Говоря об устойчивости атмосферы, мы обычно предполагаем, что окружающая среда неподвижна и что изменение температуры на любой высоте происходит медленно. В отличие от этого температура подымающегося или опускающегося объема воздуха может изменяться быстро.[ ...]
Когда воздух поднимается, он попадает в область меньшего давления. В результате он расширяется. То же самое случается с воздушным шаром, поднявшимся на большую высоту, где давление заметно меньше, чем у поверхности земли. Молекулы газа, которым наполнен воздушный шар, заставляют его оболочку растягиваться до тех пор, пока внутреннее давление не сравняется с наружным. При этом шар увеличивается в объеме. Поднимающийся объем воздуха, как мы уже говорили, расширяется, и на это требуется затратить некоторую энергию. Ученые говорят, что расширяющийся воздух производит некоторую работу в окружающей среде. И в результате его температура уменьшается. Факт этот очень интересен, если над ним призадуматься. Температура поднимающегося вверх объема воздуха уменьшается, хотя окружающая среда и не отнимает у него тепло: на нее затрачивается энергия (работа), но не тепло. Это похоже на парадокс. Но вспомните, что теплота — это всего лишь одна из форм энергии. Подробное обсуждение этой проблемы могло бы увести нас слишком далеко. Главное помнить, что расширение газа приводит к его охлаждению, а сжатие — к нагреву.[ ...]
Изменение температуры некоторого объема сухого воздуха, перемещающегося по вертикали, постоянно и равно 1°/Ю0 м. Метеорологи называют эту величину адиабатическим температурным градиентом сухого воздуха. Прилагательное «адиабатический» означает, что какой-либо теплообмен между данным объемом воздуха и окружающей средой отсутствует, а «сухой» — что процесс идет без конденсации или парообразования. Если же в перемещающемся объеме воздуха происходит конденсация или парообразование, то соответствующий температурный градиент называют адиабатическим температурным градиентом для влажного воздуха. Эта величина меньше 1°/100 м, и она изменяется в зависимости от температуры и высоты. Однако в большинстве исследований по загрязнению атмосферы мы можем ограничиваться случаем сухого воздуха.[ ...]
Из рис. 16 и 17 можно видеть, что неустойчивость атмосферы тем выше, чем большую величину имеет температурный градиент окружающей среды.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Когда у окружающей среды температурный градиент больше адиабатического температурного градиента для с.ухого воздуха, то атмосфера неустойчива. |
 |
| Когда у окружающей среды температурный градиент меньше адиабатического температурного градиента для сухого воздуха, то атмосфера устойчива. |
 |
| Восходящие и нисходящие вихри способствуют переносу и рассеиванию загрязнений по большим глубинам атмосферы. |
 |