Уравнения состояния газов воздуха и термодинамика атмосферы, страница 9

[7] Рудольф Юлиус Эмануэль Клаузиус (Clausius, 1822-1888) – немецкий физик, один из основателей термодинамики и молекулярно-кинетической теории теплоты.

[8] Людвиг Больцман (Boltzmann, 1844-1906) – австрийский физик, один из основателей статистической физики и физической кинетики.

[9] Это весьма разумное предположение. По крайней мере, трудно предложить что-нибудь другое.

[10] Каждая воздушная частица содержит огромное число отдельных атомов и молекул среды. Однако понятие частицы не допускает уменьшения  ее объема до размеров, когда наступает необходимость учитывать движение каждого из этих атомов и молекул, а следовательно, наступает необходимость перейти от описания поведения сплошной среды к описанию поведения совокупности движущихся атомов.

[11] Обратите внимание на изменение знака у производной по сравнению с математическим определением градиента. Это исторически сложившаяся в метеорологии особенность, которую нужно постоянно иметь в виду тем, кто не является «чистым метеорологом» и, следовательно, имеет другое представление о градиенте.

[12] В случае влажноадиабатического процесса можно ввести понятие влажной энтропии, представляющей собой энтропию смеси сухого воздуха и воды. Влажная энтропия учитывает скрытое тепло, связанное с фазовыми переходами воды. Влажная энтропия частицы воздуха сохраняется при адиабатическом движении, если конденсат остается в частице. По аналогии с потенциальной температурой можно также ввести понятие эквивалентной потенциальной температуры, являющейся функцией влажной энтропии.

[13] Очевидно, влажноадиабатический градиент, в отличие от адиабатического, не постоянен. Он зависит от количества выделяющейся теплоты при конденсации или испарении. Чем меньше пара находится в насыщенном воздухе (чем ниже температура), тем слабее эффект от конденсации, тем ближе влажноадиабатический градиент к адиабатическому. Именно так и происходит  по мере увеличения высоты поднятия воздушной частицы, содержащей влагу.

[14] Это хорошее предположение для достаточно быстрых процессов, когда диффузия тепла и перенос последнего в виде излучения не успевают сыграть заметной роли.

[15] Такая ситуация является необходимым условием для возникновения так называемых гравитационных волн (см. разд. 17).

[16] Часто вследствие турбулентных пульсаций или местного перегрева температура смещающейся частицы на исходном уровне может существенно отличаться от температуры окружающего воздуха. Поэтому даже при устойчивой стратификации атмосферы частица может пройти определенный путь, обладая отличным от нуля ускорением. Вверх будут двигаться перегретые частицы, вниз – переохлажденные.  Точно также будут вести себя частицы с разным содержанием влаги, поскольку с увеличением (уменьшением) влажности плотность воздуха  уменьшается (увеличивается) при неизменных давлении и температуре.

Уровень, до которого может подняться перегретая частица, имеет существенное значение при исследовании термической конвекции. Очевидно, он близок к уровню, на котором вертикальное ускорение поднимающейся частицы обращается в ноль.

[17] Если  (потенциальная температура падает с высотой), атмосфера конвективно неустойчива. В такой ситуации конвекция развивается спонтанно и стремится уничтожить образовавшийся градиент. Этот процесс называется конвективным выравниванием (регулированием). Высота, до которой развиваются конвективные процессы, ограничена условием сохранения полной энергии.

[18] Впоследствии мы встретимся в разд.  19 с другим определением статической устойчивости: . С учетом соотношений (13.1), (13.2) находим связь между двумя характеристиками: .