Суточный ход температуры - Контрольная работа

Российский Гидрометеорологический Государственный университет Метеорологический факультет На тему: «Суточный ход температуры»Чтобы исследовать закономерности суточных колебаний метеоэлементов, учитывая взаимодействие полей, необходимо рассматривать совместно временный ход всех метеорологических характеристик пограничного слоя атмосферы. Рассмотрим случай, когда подстилающая поверхность однородна по горизонтали, так что адвективные члены в уравнениях малы. Тогда система основных уравнений, подлежащая решению, запишется следующим образом: Для замыкания системы (она содержит восемь неизвестных-u,?,?,T,q,k,b,? ) u,?-компоненты вектора скорости; ?-потенциальная температура; q-удельная влажность; k-коэффициент турбулентности; b-кинетическая энергия турбулентности; ?-скорость ослабления энергии. Выше приняты следующие обозначения: L-масштаб турбулентности; Т?(?) - температура почвы на глубине отсчитываемой от поверхности вниз; а - коэффициент температуропроводности почвы. В качестве граничных условий на z = 0 воспользуемся условием прилипания, из которого следует, И отсутствием разрыва температуры на поверхности: В качестве второго условия на деятельной поверхности используем уравнение баланса тепла где Ro-радиационный баланс у поверхности1; р1С1 - объемная теплоемкость почвы.Метеорологические элементы в нижнем слое атмосферы претерпевают колебания с суточным периодом. Эти колебания связаны с временным режимом поступления солнечной радиации. Поглощенная деятельным слоем почвы лучистая энергия превращается в тепло и приводит к соответствующим изменениям температуры поверхности. Поэтому колебания поступающего к поверхности земли потока лучистой энергии обусловливают колебательный режим температуры поверхности. Изменение в течение суток температуры воздуха на высоте и почвы на глубине при предположении о постоянстве по вертикали коэффициентов температуропроводности воздуха (его чаще называют коэффициентом турбулентности для тепла) и почвы и аппроксимации суточного хода радиационного баланса одной гармоникой , можно рассчитать по формуле : (1) где i=1 - для почвы и i=2 - для воздуха; и - среднесуточные значения радиационного баланса и температуры; - амплитуда радиационного баланса; - угловая скорость вращения Земли; - удельная теплоемкость воздуха; - скрытая теплота испарения воды; - относительная влажность воздуха вблизи поверхности почвы в долях единицы; - насыщенное значение массовой доли водяного пара; - плотность воздуха; - объемная теплоемкость; t - время, отсчитываемое от полудня.Колебания радиационного баланса будем аппроксимировать простой косинусоидой (хотя в действительности они имеют более сложный характер): где ? - среднее суточное значение радиационного баланса у поверхности; R? - амплитуда его суточных колебаний; ?=2п/24 - частота колебаний. С учетом перечисленных допущений задача сводится к решению уравнений: При граничных условиях: Искомые величины ?(t,z) и Т?(t, s )могут быть представ лены в виде суммы где Ф(z,t) - искомая функция; Фср (z) - ее среднее суточное значение; Ф "(z,t) - отклонение от среднего суточного. Если иметь в виду, что = 0 то уравнения для отклонений на основании (3.1) и (3.2) можно записать так: где j = 1 для воздуха, j= 2 для почвы. После несложных выкладок выражение для отклонений температуры от ее среднего суточного значения записывается в следующем виде: Поскольку Ф"?(z, t) имеет максимальное значение при амплитуда суточных колебаний температуры воздуха будет определяться формулой Для того чтобы учесть этот процесс или по крайней мере оценить возможные эффекты, надо в исходную систему уравнений и граничных условий добавить уравнение диффузии водяного пара (2.4), считая, например, что турбулентный поток водяного пара определяется тем же коэффициентом турбулентного обмена, что и поток тепла (), и ввести соответствующее слагаемое в уравнение баланса тепла у поверхности .

Содержание

1. Суточный ход метеорологических элементов

2. Формулировка задачи о суточном ходе метеоэлементов

3. Суточный ход температуры при постоянном коэффициенте турбулентности

4. Ночное понижение температуры

Задача

Решение задачи

Таблица расчетов

Список литературы

1. Формулировка задачи о суточном ходе метеоэлементов