close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Пространственно-временная изменчивость показателя преломления воздуха в тропической зоне северо-западной части Тихого океана.

код для вставкиСкачать
264
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 551. 510
Н.И. Павлов, С.В. Замышляев, В.М. Зуев, Д.Е. Иванова
ПАВЛОВ Николай Иванович – доктор географических наук, профессор кафедры безопасность жизнедеятельности в техносфере Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).
E-mail: bgsdsvfu@mail.ru, ЗАМЫШЛЯЕВ Сергей Витальевич – старший преподаватель кафедры экологии
(Дальневосточная сельскохозяйственная академия, Уссурийск), ЗУЕВ Виктор Михайлович – инженер по
технике безопасности (ТЭЦ-2, Владивосток), ИВАНОВА Дарья Евгеньевна – студентка Школы экономики
и менеджмента (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).
© Павлов Н.И., Замышляев С.В., Зуев В.М., Иванова Д.Е., 2012
Пространственно-временная изменчивость
показателя преломления воздуха
в тропической зоне северо-западной части Тихого океана
Исследуются особенности пространственной изменчивости показателя преломления воздуха в тропической зоне северо-западной части Тихого океана с использованием данных зондирования атмосферы.
Ключевые слова: пространственно-временная изменчивость, показатель преломления, воздух, тропическая зона, северо-западная часть, Тихий океан.
Spatial and temporal variability refractive index of air in the tropical north- western Pacific Ocean. Nikolai
I. Pavlov, Daray E. Ivanova (Far Eastern Federal University, Vladivostok), Sergey V. Zavushlayev (Far Eastern
Academy of Agriculture, Ussuriisk), Viktor M. Zuev (TEC-2, Vladivostok).
Features of spatial variability of an indicator of refraction of air in a tropical zone of a northwest part of the Pacific
Ocean with use of data of sounding of the atmosphere.
Key words: existential variability, refraction indicator, air, tropical zone, northwest part, Pacific Ocean.
Цель статьи – рассчитать показатель преломления воздуха над тропической зоной северо-западной части Тихого океана по данным морских экспедиций Дальневосточного регионального научно-исследовательского гидрометеорологического института (ДВНИГМИ), выяснить особенности распределения показателя
преломления воздуха в инверсионных слоях атмосферы.
Степень влияния атмосферы как среды, в которой распространяются электромагнитные волны, можно
учесть с помощью показателя преломления воздуха. Ошибка измерения координат источника излучения
электромагнитных волн существенно зависит от особенностей пространственно-временной изменчивости
данного показателя. Основное значение имеет неоднородность распределения показателя преломления с
высотой, что обусловливает рефракцию радиоволн [1, 2].
Расчет показателя преломления над исследуемым районом по данным морских экспедиций ДВНИГМИ
производился по формуле Смита–Вейнтрауба [3]
e
77,6 ⎛
(1)
P + 4810 T ⎞ ;
⎠
T ⎝
где Р – давление воздуха в гПа, Т – абсолютная температура воздуха по шкале Кельвина, Е – парциальное
давление водяного пара в гПа.
Продифференцировав (1) по Z, получим
N=
γN = –
2γ ⎞⎤
l ⎛ γe
dN
P
= 77,6 ⎡ 2 (γa – γ) + 4810 2 ⎝ e –
T ⎠⎦ ;
T
dz
⎣ T
(2)
где YN – вертикальный градиент показателя преломления, Ya – адиабатический градиент температуры воздуха, Y – вертикальный градиент температуры воздуха, Yе – вертикальный градиент упругости водяного пара.
В атмосфере Yа ≈ 1 °С/100 м – постоянная величина. Вертикальный градиент упругости водяного пара
обычно имеет положительное значение. Сильно колеблется и изменяет свой знак только вертикальный градиент температуры воздуха.
При изотермии Y= 0, а при инверсии Y< 0.
Таким образом, вертикальный градиент показателя преломления воздуха имеет максимальные значения
в инверсионных слоях атмосферы. Чем мощнее инверсия, тем больше градиент показателя преломления
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
265
воздуха. При неустойчивой стратификации, когда вертикальный градиент температуры воздуха может быть
больше ее адиабатического градиента, первый член в уравнении (2) будет иметь отрицательное значение.
В этих случаях градиент показателя преломления воздуха будет иметь наименьшее значение, а в некоторых случаях (при сверхадиабатических градиентах температуры воздуха) – и отрицательные значения.
Траектория радиолуча в атмосфере существенно зависит от градиента показателя преломления вдоль
трассы. На распространение радиоволн большое влияние оказывают температурные инверсии, а также аномальные перепады влажности воздуха. В инверсионных слоях с интенсивной сверхрефракцией образуются
волноводы, в области которых происходит «захватывание» радиоволн [1, 2].
Наибольшие вертикальные градиенты показателя преломления воздуха встречаются в морском тропическом воздухе. Градиент показателя преломления в нижнем стометровом слое в основном определяет потери на рассеяние в системах дальней тропосферной связи. Сильные инверсии температуры и влажности воздуха являются причиной больших вертикальных градиентов показателя преломления. Вариации рефракции
радиоволн ярко выражены в зоне холодного полярного фронта с большими горизонтальными градиентами
температуры воздуха [2].
Задерживающие слои наблюдаются в областях антициклонов, в пассатных потоках, на северной и южной границах внутритропической зоны конвергенции (ВЗК), на периферии тайфунов, в областях холодного
гидрологического «следа» тайфунов, в зонах аппвеллинга вод.
Для периферии тайфунов характерно наличие инверсионных слоев. При приближении к центру тайфуна
инверсии исчезают, и влажный воздух (относительная влажность 90% и более) распространяется до высоты
10 км. При наличии инверсионного слоя относительная влажность 80–100% наблюдается под слоем инверсии.
Наиболее мощный слой влажного воздуха наблюдается в восточной части тайфуна. Воздух с относительной влажностью 70% распространяется в нижнюю стратосферу до высоты 20 км. В зонах нисходящих
вертикальных движений изогиста 70% достигает высоты лишь 3–4 км. В поле относительной влажности
на периферии тайфунов хорошо заметны инверсионные слои, где относительная влажность уменьшается
до 30–40%. Выше и ниже инверсионных слоев относительная влажность достигает 90% в июле–сентябре,
т.е. в сезон наибольшей активности тайфунов и максимального прогрева тропических океанических вод.
Наибольшее значение общего влагосодержания 60 кг/м и более наблюдаются преимущественно в Филиппинском море, где имеет место наибольшая интенсификация тайфунов и откуда берут начало супертайфуны
с давлением в центре 90 гПа и менее.
В начальной стадии развития тайфуна относительная влажность 100% в центральных районах ТЦ (тропического циклона) распространяется до уровня 800 гПа, а влажность 90% – до уровня 500 гПа. Далее она
постепенно уменьшается и на уровне 200 гПа становится равной 15% . В зрелой стадии развития тайфуна
влажность 100% распространяется до уровня 500 гПа. На уровне 200 гПа влажность равна 20% . В этой стадии ТЦ наблюдаются и экстремальные значения общего влагосодежания, достигающие 65–70 кг/м2.
При большом влагосодержании в слое 0–10 км (65–70 кг/м2 ) в пограничном слое атмосферы (0–2 км) содержится около 50% общего влагосодержания. В более сухой атмосфере (общее влагосодержание 32–36 кг/м2)
в слое 0–2 км содержится 60–70% общего влагосодержания.
В ВЗК тропической депрессии и тыловой части тайфуна среднее значение общего влагосодержания составляет 57–58 кг/м2. В передней части тайфуна общее влагосодержание увеличивается до 61 кг/м2. В пассатной волне общее влагосодержания составляет 54 кг/м2. В пассатных потоках на южной периферии
субтропического антициклона среднее влагосодержание уменьшается до 45 кг/м2. Заметное уменьшение
влагосодержания отмечается в следе тайфунов. Так, в следе тайфуна Виржиния, по данным экспедиции «Тайфун-78» общее влагосодержание составило 47 кг/м2. Вследствие подъема холодных глубинных вод океана
выхолаживание приводного слоя атмосферы было настолько интенсивным, что в следе тайфуна образовался
радиационный туман. В колебаниях влагосодержания отчетливо прослеживается четырехсуточная волна.
При приближении тайфуна к побережью происходит процесс вторжения сухого воздуха с азиатского
континента в тайфун, что является одной из причин его заполнения. Сухой воздух, вторгающийся в северо-западный и западный секторы тайфуна, подавляет конвекцию и вызывает асимметрию в распределении
облачности и осадков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вяльцева Э.Е. Изменчивость коэфициента преломления атмосферы для УВК в пограничном слое // Метеорология и
гидрология. 1972. № 2. С. 8–14.
2. Пахомов Л.А., Пинус Н.З., Шметер С.М. Аэрологическое исследование изменчивости коэффициента
преломления атмосферы для ультракоротких радиоволн. М.: Гидрометиоиздат, 1960.
3. Tuston J.D., Bennetes D.A., Farmer S.F.G. An introduction to radio ducting.-Meteorological Magazine. 1988.
Vol. 117. Р. 245–254.
4
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа