Странности атмосферной циркуляции

[Дж. Тайсаев]

Общее уравнение реакции горения любого углеводорода
CmHn + (m + n/4) O2 = mCO2 + (n/2) Н2O + Q
Пример
Метан    CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
Пропан    C3H8 + 5H2O = 3CO2 +4H2O
Этан    C2H6 + 0,5O2 = 2CO2 + 3H2O
Бензин - это тоже смесь углеводородов различной структуры.

ну такие элементарные вещи из школьной программы я думаю тут все знают

[Alexy]

Если не ошибаюсь, дым (и пар) из трубы может пригнуть только инверсия?

При сжигании топлива выделяется вода. Если капельки попадают в сухой воздух, то испаряется, охлаждают воздух (причем сильно!) и появляется отрицательная плавучесть и дым станет прижиматься к земле (см., например, книгу Скорер "Аэродинамика окружающей среды" - есть в интернет)

Так ведь, выходя из трубы, дым очень горячь и очевидно содержит воду уже в виде пара, а не капелек?

[Alexy]

Так в чём принципиальная разница между погодой при летнем антициклоне и погодой,когда вобщем тоже жарко и солнечно, но чуть ли не каждый день, а то и 2-3 раза в сутки бывает гроза?

В термодинамических свойствах воздушных масс, из которых данный антициклон состоит.
Даже в разных частях одного и того же антициклона погода будет разная

Под термодинамическими свойствами воздушных масс подразумевается только содержание водяного пара в них и их температура?

Воздушных массы в антициклоне наверное всегда относительно сухие - ибо опущены сверху после своего поднятия (а при поднятии воздуха влага обычно выпадает дождями) в какой-то области низкого давления?

Дождь под антициклоном может выпадать наверное только, если под антициклоном днём из-за нагрева поверхности земли возникает слой, в которой темпиратура с высотой понижается (и поэтому возможна конвекция) и при этом в регионе есть водоёмы, откуда может браться влага для дождя?

Но стратосфера и тропосфера  выделены из "термических" соображений. Потому есть еще и динамическая тропопауза (по потенциальной завихренности)

А каково определение термина "динамическая тропопауза"?

[Alexy]

Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьироваться от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода. В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — джоулева теплота, выделяемая электрическими токами магнитосферного происхождения

А почему же не разогревается мезосфера? Почему там (как в ниже и выше лежащей сферах) не образуется под действием жёстких излучений молекулярный кислород и/или озон?

И не совсем понял, за счёт чего же разогревается верхняя термосфера? Только за счёт магнитосферных токов?
Или при диссоциации О2 по действием УФ ещё и в виде тепла выделяется часть энергии?

Что означают точки Е и F1 на схеме земной атмосферы http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c1/Atmosfeer.png ?
И что означает нарисованное на стратопаузе "облачко" с надписью "gat in de ozonlaag". Озоновый слой ведь лежит в нижней стратосфере, а не у стратопаузы

[pvu]

Так ведь, выходя из трубы, дым очень горячь и очевидно содержит воду уже в виде пара, а не капелек?

Белый дым - это продукты горения с большим количеством водяного пара.
При сгорании 1 кг березовых дров при 20% влажности  получим 3.75 кг водяного пара, дубовых - 3.74 кг, сосновых - 4.01 кг ("Горение и гидролиз древесины").
Т.е. воды образуется много. Это при большой температуре (воспламенение древесины при температуре порядка 400-600С). А что с температурой в метре от того же костра? Мы можем стоять совсем рядом с костром по оси дымовой струи  и не чувствовать жара. Быстрое охлаждение и, как следствие, конденсация. Водяной пар не виден в отл. от конденсата.

Что означают точки Е и F1 на схеме земной атмосферы http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c1/Atmosfeer.png ?

Это называния ионосферных слоев (иное выделение слоев в атмосфере).
Например, Е-область расположена на высотах 90-140 км, образуется, в основном, за счет ионизации уф с длинами волн (80-103 нм) и рентгеновским излучением и состоит, главным образом, из ионов NO+ и O2+. Но мне кажется, что для большинства нагляднее так:
Область D – отражение длинных радиоволн, в области Е  наблюдается отражение средних радиоволн, в области F – коротких.

И что означает нарисованное на стратопаузе "облачко" с надписью "gat in de ozonlaag". Озоновый слой ведь лежит в нижней стратосфере, а не у стратопаузы

Вы выбрали для вопроса рисунок на нидерландском языке. Если я не ошибаюсь, то "gat in de ozonlaag" – дыра в озоновом слое (по крайней мере, google так иллюстрирует это словосочетание, а доверия к онлайновым переводчикам никакого в случае специфичной терминологии). А почему художник отобразил это именно там и в виде «облачка» - вопрос не ко мне.

Под термодинамическими свойствами воздушных масс подразумевается только содержание водяного пара в них и их температура?

Эти два параметра позволяют судить о статической устойчивости или неустойчивости воздушной массы (очень важно!, но  этого может быть недостаточно)

Воздушных массы в антициклоне наверное всегда относительно сухие - ибо опущены сверху после своего поднятия (а при поднятии воздуха влага обычно выпадает дождями) в какой-то области низкого давления?

А вот так сразу и не ответишь.

Дождь под антициклоном может выпадать наверное только, если под антициклоном днём из-за нагрева поверхности земли возникает слой, в которой темпиратура с высотой понижается (и поэтому возможна конвекция) и при этомв регионе есть водоёмы, откуда может браться влага для дождя

Опять испарение и водоемы...
Вы невероятно упрощаете процесс. В Интернет выложена книга «Руководство по краткосрочным прогнозам погоды».
Например:
http://www.twirpx.com/file/43164/
Там есть раздел – конвективные явления. Не прошу разбираться, но просто посмотрите ради интереса.

А каково определение термина "динамическая тропопауза"?

через потенциальный вихрь Эртеля:
PV = –g (∂v/ ∂x – ∂u/ ∂y + f) ∂Θ/∂p ,
где g — ускорение силы тяжести, p  — давление, u, v  — составляющие
скорости ветра по осям x, y  соответственно ,  f  = 2ωsinφ — параметр
Кориолиса (ω — угловая скорость вращения Земли, φ — широта),
Θ —  потенциальная температура.
В свободной тропосфере поле PV характеризуется сравнительной однородностью значений (PV   <   1 pvu, где pvu=10^^-6)
— принятая единица измерения PV), тогда как
для стратосферы характерны на порядок большие значения PV.
В переходном слое тропопаузы PV меняется от 1 до 5 pvu

[pvu]

Тетеньки и дяденьки, представляющие метеопрогноз в ТВ-программах, создают крайне неверное впечатление о метеорологии (в силу целого ряда причин): пришел циклон. а сюда -антициклон.
А если еще и с таким апломбом - беда!
Александр Беляев: Народное погодоведенье — это целая наука
Уже много лет Александр Беляев ведет прогнозы погоды на телевидении. Он признается, что народные приметы зачастую оказываются точнее компьютерных расчетов.

Я не верю в долгосрочные прогнозы погоды, в этом плане я больше доверяю народным приметам. Как правило, профессионалы-метеорологи не видят в приметах причинно-следственной связи, и поэтому относятся к ним как к известной поговорке: в огороде бузина, а в Киеве дядька. Они предпочитают верить современным компьютерным прогнозам. Я же считаю, что правильный прогноз совершенно не связан с суперкомпьютерами, и когда расшифруют значение большинства народных примет, мы выйдем на качественно другой уровень прогноза. Говорят, что когда-то в Гидрометцентре был отдел, который занимался проверкой примет, но он приказал долго жить.

Поражают выводы по оправдываемости примет, которые иногда появляются на некоторых глубоко мною уважаемых научных сайтах. Будущие метеорологи на первой лекции в университете получают шуточную инструкцию о том, как себя вести, если на улице их спросят, какая завтра будет погода: нужно глубокомысленно посмотреть в небо, почесать затылок и сказать, что погода завтра будет такая же, как сегодня. Такой прогноз сбывается в 70% случаях, а уж народные приметы тянут на более весомую оправдываемость. Задолго до того, как появились специальные приборы, люди вполне успешно предсказывали погоду. В качестве барометра для определения атмосферного давления использовали, например, древесных лягушек: в банку или в ведро с лягушкой наливали воду и ставили лесенку. Для того чтобы выровнять себе давление, лягушка вылезала из воды. И по тому, насколько высоко она вылезала, определяли, будет дождь или нет. Все мы знаем, что кошки — идеальные домашние предсказатели погоды. Многие люди тоже прекрасно чувствуют погоду.

На взгляд современного человека приметы совершенно абсурдны, но большинство из них имеет обоснование.

Погоду могли определять по тому, как стадо возвращается — где идет бык, во главе стада или в конце; бабушки предсказывали, насколько суровой будет зима, по луку («лук в одежке к суровой зиме»). Приметы могли различаться по областям, это была целая наука, народное погодоведенье. Поэтому меня очень умиляет, когда современные метеорологи не верят приметам. Многие из них в качестве шедевра идиотизма любят приводить примету про утопленника к дождю. Сейчас я им объяснил что к чему – это элементарная причинно-следственная связь: тело всплывает потому, что перед дождем в водоеме возникают восходящие потоки воды.

Метеорологи уписываются от радости, когда их прогнозы оказываются точны. Вот в конце мая целую неделю предсказывали дожди, а потом резкое потепление. Сколько было счастья, когда прогноз оправдался. Но они не подумали о том, что 24 мая был Мокий Мокрый, а 28-го — Пахом Бокогрей. С Пахома всегда начинается настоящее лето.

Закончились «черемуховые холода», началось «рябиновое потепление» — вот и весь прогноз. И пресловутые крещенские морозы были и остаются актуальными. Их фиксируют каждый год, просто в один год они очень сильные, а в другой проходят как небольшое похолодание. Несмотря на глобальное потепление, по большому счету ничего не поменялось. Просто потепление по-новому расставляет акценты, некоторые вещи затушевывает, другие делает более яркими. Картина немного видоизменилась, а все общие законы, система координат остались неизменными.
http://www.snob.ru/selected/entry/3901
Не к теме. конечно

[Alexy]

Большое спасибо!
А почему всё таки в МЕЗОСФЕРЕ температура падает с высотой в отличие от ниже и выше лежащих страто- и термосферы?
Наверное под действием жёстких излучений там (в отличие от страто- и термосферы) почти не образуется ни атомарный кислород ни озон (которые при рекомбинации в молекулы О2 выделяют энергию)?

Температура воздуха в ТЕРМОСФЕРЕ колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьироваться от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода. В НИЖНЕЙ ЧАСТИ термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — джоулева теплота, выделяемая электрическими токами магнитосферного происхождения

А верхний слой термосферы разогревается только за счёт магнитосферных токов?
Или также и за счёт объединении ранее диссоциированных атомов АЗОТА в молекулы?
Или при диссоциации О2 по действием УФ ещё и в виде тепла выделяется часть энергии?

[василий андреевич]

А почему всё таки в МЕЗОСФЕРЕ температура падает с высотой в отличие от ниже и выше лежащих страто- и термосферы?

Алексей, извините, что влезаю вновь (ранее говорил уже об этом).
  Прежде всего необходимо знать способы измерения температуры на высотах. Ведь это не градусник, выставленный наружу.
  Температура - помимо степени хаотизации столкновений частиц, это еще и среднекинетическая энергия их движения. Отсюда вытекает, что чем разреженне атмосфера, тем выше длина свободного пробега молекул. А это, в свою очередь, означает, что чем меньше соударений, тем выше средняя скорость молекулы. В термосфере как раз и измеряется аномально высокая температура, что именно там концентрация молекул еще достаточно велика, что бы можно было регистрировать их удар о "градусник", но длина их свободного пробега уже столь высока, что практически нет эффекта торможения от хаотических столкновений.
  Химико-физические реакции молекул с излучением вторичны, они вносят лишь аномалии в рассчетные скорости движения молекул.

[pvu]

Немного позднее, если не возражаете.

[pvu]

  Химико-физические реакции молекул с излучением вторичны, они вносят лишь аномалии в рассчетные скорости движения молекул.

Термосфера, конечно, очень разреженная среда и энергетика процессов ней слаба, но
«Основным отличием верхней атмосферы* в отличие от приземной заключается в том, что ее поведение прежде всего определяется воздействием солнечного коротковолнового излучения, которое практически полностью поглощается этой средой»[Седунов Ю.С., Авдюшин С.И., Борисенков Е.П. и др. (ред.). Атмосфера. Справочник. (справочные данные, модели) Л.: Гидрометеоиздат, 1991 г. - 510 с.]
http://www.twirpx.com/file/53225/
см. часть III - средняя атмосфера, часть IV - верхняя атмосфера
*за нижнюю границу верхней атмосферы обычно принимают уровень 50-60 км.

Интересен Ваш источник.

«Поглощение солнечного коротковолнового излучения является основным процессом, определяющим существование верхней атмосферы. В результате этого поглощения происходит ионизация основных составляющих верхней атмосферы (O, O2, N2) и их диссоциация» [по упомянутому выше справочнику].

Тепловой баланс
Основной источник энергии в верхней атмосфере – УФ радиация Солнца. На высотах менее 120-130 км основной вклад в нагревание верхней атмосферы вносит диссоциирующее излучение, выше – ионизирующее (длина волны менее 102.7 нм, при этом главным передатчиком энергии являются ФОТОэлектроны). 

Диссипация энергии токов- источник нагревания в высокошироткой атмосфере и действует в слое 110-140 км. Еще возможный источник энергии – диссипация внутренних гравитационных волн в мезосфере.
Помимо нагревания действуют и процессы охлаждения за счет ИК- излучения СО2, того же озона и Н2О. При этом скорости нагревания и охлаждения для каждой компоненты – нелинейные (!) функции высоты. Так что, вообще говоря, нет ничего удивительного в сложной картине вертикального распределения температуры.

[алексаннндр]

"Еще возможный источник энергии – диссипация внутренних гравитационных волн в мезосфере".

Это как? И что?

[василий андреевич]

Так что, вообще говоря, нет ничего удивительного в сложной картине вертикального распределения температуры.

Это бесспорно. (хотя я тоже удивлен про гравитационные волны)
Перво-наперво должна быть решена задача атмосферного столба для одноатомного газа без учета излучения. И уже потом добавлять в эту задачу усложнения по одному фактору раз за разом. И если я не знаю даже приборов, с помощью которых проводятся температурные измерения на больших высотах, то и не рискую задумываться о преобладании влияния того или иного фактора. Я только предостерегаю думать о температуре как о банальном параметре, не заслуживающем большого знания.
  Температура определяется нулевым принципом термодинамики, как параметр теплового равновесия. И когда говорят о температуре динамически меняющейся среды, то это уже изрядное лукавство супротив правила. Наипростейший пример с градусниками в чашке с водой и градусником на воздухе рядом - получаем разные показания градусников, следовательно, нет равновесия, следовательно, нельзя "насиловать" сам термин температура.
  А тут сложнейшее сочленение разнообразных систем, которые обмениваются энергией через соударения молекул с измерительным прибором. Да как только в атмосфере возникает вихрь, то уже здесь температура теряет свой первоначальный смысл. Потому и гадания, сродни чтению по кофейной гуще.
  А дилетанту вроде меня, скорее всего, надо молчать. (но форум иной раз терпит, ведь мнение высказываю, не более).

[pvu]

По поводу волн...
Пример: внезапное стратосферное потепление. Изменение температуры достигает десятков (!!!) градусов (до 60-80С, но случаются такие сильные потепления не каждый год). Несмотря на название,  явление захватывает стратосферу и мезосферу и на период от нескольких дней до нескольких недель нарушает нормальное распределение температуры (в средних широтах, например, стратосфера теплеет, а мезосфера охлаждается, а в низких эффект много меньше, но противоположен по знаку). Особенность стратосферного потепления– возникновение в условиях полярной ночи без какого-либо внешнего источника энергии. Так как потепление распространяется с высоты порядка 45 км в нижнюю стратосферу, то  ранее источник  искали наверху.  Но, например, потоки заряженных частиц из космоса не смогли объяснить данное явление.  Сейчас считается, что источник энергии находится в тропосфере (увеличение амплитуды стационарной планетарной волны в тропосфере и распространение энергии волны вверх).
Не знаю, однако, насколько целесообразно обсуждение этого вопроса на этом форуме. Чувствую себя довольно неловко...
Однако оцените масштаб явления (до 60-80С).

[василий андреевич]

По поводу волн...

Не знаю, однако, насколько целесообразно обсуждение этого вопроса на этом форуме. Чувствую себя довольно неловко...
Однако оцените масштаб явления (до 60-80С).

Ура! Да именно подобные явления и стоит обсуждать на этом форуме ибо тут возможен "мозговой штурм". Только чур - не называть их гравитационными волнами, ведь срабатывает аналогия с гипотетикой космогонии.
  Все мои "эксперименты" ограничиваются наблюдениями в "стакане воды". Я уже рассказывал про интересные явления при заварке крупнолистового чая в прозрачной посудине. Уверяю Вас, это стоит понаблюдать самостоятельно. Или при смешивании плохо растворимого сухого молока с горячим кокао. Тут наблюдаются не просто волны, но самоорганизация хаоса в упорядоченные круговороты... А то, что теплые массы могут быть зарегистрированы, как нисходящие, так просто замечательно. Я вообще давно подозреваю, что все разговоры о примате крупномасштабных конвективных потоках - это просто дань нашим впечатлениям от пионерского костра.
  Уверен, что тут именно Вы сможете помочь в теме о "эволюции" хаотических воздушных масс в ту упорядоченность, которая может быть моделью самоорганизации биоты.

[pvu]

Только чур - не называть их гравитационными волнами, ведь срабатывает аналогия с гипотетикой космогонии.

А что делать? - ведь их так и называют (внутренние гравитационные волны). 

  Уверен, что тут именно Вы сможете помочь в теме о "эволюции" хаотических воздушных масс в ту упорядоченность, которая может быть моделью самоорганизации биоты.

Не смогу, извините. О физических процессах в атмосфере, климате - пожалуйста. Но  пристрелите меня сразу, если я заговорю об эволюции, биологии. генетике и т.д.