что такое высота нулевой изотермы
Что такое высота нулевой изотермы
Ответственный исполнитель, к.г.н., В.В. Крохин
Высота нулевой изотермы согласно Метеорологическому Словарю является высотой изотермической поверхности с температурой 0°C над поверхностью, над пунктом или (в разрезе) по трассе, или (на карте) по району.
Высота нулевой изотермы является важным гидрометеорологическим индикатором, описывающим состояние атмосферы. Данный параметр может быть использован как первое приближение при прогнозировании микрофизической фазы атмосферных осадков в холодный период года. В основе метода прогноза лежит предположение о зависимости количества растаявших гидрометеоров (капель) от толщины приземного слоя воздуха с положительной температурой. Нами используются критерии, принятые в Американской Метеорологической службе (метод МакНалти).
Высота нулевой изотермы (м)
В смешанной фазе преобладает дождь
В смешанной фазе относительные доли твердых и жидких осадков будут примерно равны
В смешанной фазе преобладание твердых осадков (снега)
Нулевая изотерма у земли
Данный метод является приближенным, и не учитывает многочисленные разнообразные сложные ситуации, иногда возникающие в атмосфере (например, перемежение теплых и холодных слоев воздуха при прохождении фронта окклюзии, инверсии и т.д.). В тоже время, метод является достаточно простым, и может быть использован как основа при составлении прогноза фазы осадков.
Способ определения высоты нулевой изотермы в облаках
Изобретение относится к метеорологии, а именно к определению значений высоты нулевой изотермы в районах с мощной конвективной облачностью, осуществляемому на основе проведения спутниковых и наземных измерений. Способ определения высоты нулевой изотермы в облаках заключается в измерении наименьшей радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова и измерении температуры воздуха у поверхности Земли, соответствующей этим же районам. Высоту нулевой изотермы в пределах облачного покрова рассчитывают с учетом эмпирических коэффициентов, зависящих от сезона и района измерений. Благодаря этому повышается точность определения высоты нулевой изотермы в районах с мощной конвективной облачностью. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к метеорологии, а точнее к методам определения метеорологических параметров атмосферы на различных высотах, и наиболее эффективно может быть использовано для определения высоты нулевой изотермы в районах, занятых мощным облачным покровом, содержащим зоны активной конвекции, из которых возможно выпадение града, либо интенсивных конвективных осадков в виде дождя. Данные о высоте нулевой изотермы в таких районах необходимы при проведении противоградовой защиты территорий, а также для прогноза возникновения опасных и особо опасных града, ливней, гроз и шквалов.
Известен способ определения высоты нулевой изотермы в облаках, заключающийся в измерении температуры воздуха у поверхности земли и на разных высотах с помощью запускаемых в атмосферу радиозондов ([1], с.229).
Недостатком известного способа является дороговизна, возникающая из-за необходимости запускать большое количество радиозондов, и относительно большая продолжительность его реализации, поскольку для получения данных о высоте нулевой изотермы необходимо каждый раз осуществлять запуск радиозондов и в течение не менее 1 часа регистрировать данные о значениях метеопараметров на трассе свободного подъема радиозонда.
Кроме того, поскольку радиозондирование осуществляется в стандартные синоптические сроки и с конкретных метеорологических станций, вероятность прохождения радиозонда через мощную конвективную облачность, для которой необходимо определить высоту нулевой изотермы, оказывается чрезвычайно низкой.
Из известных наиболее близким по технической сущности и реализации является способ определения высоты нулевой изотермы в облаках, заключающийся в измерении радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова и измерении температуры воздуха у поверхности земли ([1], с.232).
Недостатком известного способа является большая погрешность определения высоты нулевой изотермы в районах с облачностью, поскольку чем мощнее облачность, тем значительнее она поглощает уходящее тепловое излучение от разных по высоте слоев атмосферы. В результате существенно увеличивается погрешность восстановления вертикального профиля температуры, а следовательно, и погрешность определения высоты нулевой изотермы.
Целью изобретения является повышение точности определения высоты нулевой изотермы в районах с мощной конвективной облачностью.
Кроме того, радиационную температуру теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, измеряют с искусственных спутников Земли в диапазоне 10-11 мкм, а значения эмпирических коэффициентов для теплого периода года на Европейской территории России принимают равными: с1=-0,154 км/ o С, с2=-0,245 км/ o С и с3=1,24 км.
Как показал анализ научно-технической и патентной литературы, по классу G 01 W 1/00, совокупность отличительных существенных признаков, предложенных для решения поставленной задачи, на дату подачи заявки не известна другим авторам.
При этом необходимость использования заявленных существенных признаков объясняется следующими причинами.
1. Измерение наименьшего значения радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков каждого массива облачного покрова, необходимо для того, чтобы наиболее точно определить среднее значение вертикального градиента температуры в пределах анализируемого облачного массива.
В результате экспериментальных исследований, проведенных авторами, установлено, что только минимальные значения радиационной температуры верхних участков облачного покрова обеспечивают предельно высокую точность измерения высоты нулевой изотермы. Физически это может быть объяснено тем, что минимальные значения температуры наблюдаются у наиболее высоких (мощных) конвективных облаков, вертикальный градиент температуры внутри которых оказывается значительно более однородным, чем вне таких облаков.
Кроме того, согласно ранее проведенным исследованиям ([2], с.34) для конвективных облаков оказывается возможным получение оценки высоты их верхней границы на основе использования спутниковой информации, что также необходимо для решения поставленной задачи.
2. Измерение температуры воздуха у поверхности земли в районе с наименьшими значениями радиационной температуры в пределах рассматриваемого массива облачного покрова, проводимое примерно в то же время (допустимо отклонение не более 6 часов), что и спутниковая съемка температуры облачного покрова, обеспечивает получение информации, также необходимой для решения поставленной задачи.
Исследования, проведенные авторами заявки, показали, что для определения высоты нулевой изотермы с погрешностью, допустимой для практического применения, например при проведении противоградовой защиты по ракетной технологии, подходят только наиболее точные наземные (а не спутниковые) измерения температуры воздуха.
Способ реализуется следующим образом. По результатам измерения значений радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, проводимого с полярно орбитальных искусственных спутников Земли типа Метеор, NOAA, или геостационарных спутников типа Meteosat, GOES и др. в диапазоне, например, 10-11 мкм, строят карты распределения соответствующей температуры, аналогичные приведенным в работе ([2], с.32, рис. 5.2). По результатам измерений в стандартные сроки (например, через 3 часа) температуры воздуха у поверхности земли, проводимым на метеостанциях гидрометеослужбы страны, строят карты распределения приземной температуры воздуха.
На карте пространственного распределения радиационной температуры уходящего теплового излучения измеряют географические координаты районов, в пределах которых радиационная температура имеет минимальное значение, например, Т1=-35 o С. При этом основным критерием наличия облачности в конкретном районе является отрицательное значение радиационной температуры.
На карте пространственного распределения температуры воздуха у поверхности Земли, построенной в срок, ближайший к моменту спутниковой съемки, определяют значение приземной температуры воздуха (например, Т3=20 o С) в районе, для которого выявлено минимальное значение радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова. Кроме того, по топографической или физической карте данной местности определяют среднее значение высоты этого же района, например, h=0,2 км.
Подставляя найденные значения в формулу и учитывая, что измерения проведены в теплое полугодие на Европейской территории России, для которой значения эмпирических коэффициентов составляют с1=-0,154 км/ o С, с2=-0,245 км/ o С и с3=1,24 км, для высоты нулевой изотермы получаем Но=3,3 км.
Вышеописанную последовательность действий повторяют для каждого выявляемого района с облачностью, в пределах которого радиационная температура ее верхней границы имеет минимальное отрицательное значение. После чего определенные таким образом значения высот нулевой изотермы в районах с облачным покровом наносят на карты и используют для решения задач, например, обслуживания авиации, противоградовой защиты, а также для диагноза и прогноза опасных и особо опасных ливней, шквалов и града.
Как показал статистический анализ результатов, полученных для районов Европейской территории России, среднеквадратическое отклонение восстановленных значений высот нулевой изотермы от их значений, определенных по данным радиозондирования, оказывается близким к 0,2 км, т.е. погрешность предлагаемого способа соизмерима с погрешностью радиозондирования, однако при реализации способа не требуется запускать большое количество дорогостоящих радиозондов, а достаточно использовать данные с регулярно действующих искусственных спутников Земли и сети наземных метеорологических станций.
По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет получить качественно новый результат, а именно определить высоту нулевой изотермы в районах с мощным облачным покровом, включая мезомасштабные конвективные комплексы кучево-дождевой облачности. Информация о значениях высот нулевой изотермы в таких районах принципиально не может быть получена с помощью прототипа, но оказывается важна для многих видов прогностической и практической деятельности. Поэтому предлагаемый способ может найти широкое практическое применение.
ЛИТЕРАТУРА 1. М. Г. Приходько. Справочник инженера-синоптика. Л.: Гидрометеоиздат, 1986, 327 с.
Изотерма нулевой степени
Резюме
Измерение, моделирование
В зависимости от частоты и разрешения сбора данных эти различные средства позволяют более или менее точно идентифицировать изменение изотермы. Радиозонды, например, позволяют получать только полусуточный и очень приблизительный обзор, в то время как метеорологические радары позволяют видеть изменения каждые пять или десять минут, если есть осадки, и с разрешением в один или два километра.
Для моделирования и вычислительной обработки сигнала температуры в космосе обычным методом является использование скалярного поля или векторного поля, связанного со значениями и вариациями.
Характеристики
Вариации изотермы 0 ° C
Во втором случае есть два отличия:
Изотермический 0 ° C в среднем и на земле
Уровень заморозки
Уровень промерзания представляет собой высоту, с которой явление замерзания превращает, например, поверхностный снег в лед. Этот уровень очень близок или равен изотерме 0 ° C на земле, на склонах, в отсутствие сильного ветра или высокой влажности; также изотерму 0 ° C иногда называют «уровнем замерзания». Однако эквивалентность не всегда бывает строгой.
Уровень заморозков в горах очень высок, так как состояние и устойчивость снежного покрова зависят от его вариаций (ночного ледостава и дневного таяния снегов). Даже если различия между этим уровнем и изотермой 0 ° C остаются небольшими и не представляют реальной опасности, они могут ввести альпиниста в заблуждение относительно состояния снежного покрова в критическом месте и способствовать несчастным случаям.
Оценивать
При отсутствии недавних или надежных метеорологических данных может быть полезно знать, как оценить высоту изотермы нулевого градуса (например, в горах во время гонки на несколько дней или при столкновении с микроклиматом, неожиданной погодой. и т. д.) Быстрая оценка основана на температуре, без учета влияния других атмосферных параметров, на основе положительного градиента в 0,6 градуса Цельсия на каждые пройденные 100 метров (т.е. примерно один градус на 165 метров):
iso 0 ≃ в л т я т ты d е + ( Т в л т я т ты d е ⋅ 165 ) <\ displaystyle <\ mbox 
Этот метод не может дать доступ к значениям более чем на порядок и не может использоваться в случае быстрых изменений метеорологических условий (несколько часов). Также учитывайте вероятность того, что температурная инверсия повлияет на область (см. Ниже).
Несколько нулей
Крупномасштабный, известный как синотический
Малый масштаб, называемый мезомасштабом
В горах могут сосуществовать несколько изотерм 0 ° C. Например, может случиться так, что три воздушные массы перекрываются, образуя три отдельных слоя. При оседании масса холодного воздуха падает и заполняет долину, а теплый воздух движется над ней. Третий слой воздуха, холодный, нависает над двумя первыми. Тогда над долиной теплее, но меньше, чем на большой высоте.
Нулевая изотерма
Нулевая изотерма – кривая температуры (изотерма) в массе бетона, имеющая значение 0°С.
[Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.]
Полезное
Смотреть что такое «Нулевая изотерма» в других словарях:
граница оттаивания (нулевая изотерма) — 3.2 граница оттаивания (нулевая изотерма): Граница раздела оттаивающего и мерзлого грунта, движущаяся сверху вниз в процессе оттаивания. Источник: ГОСТ Р 53582 2009: Грунты. Метод определения сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Японское море — принадлежащее к бассейну Тихого океана, на З омывает восточный берег Кореи и его продолжение к С русский берег Азиатского материка; на В оно отделено от Тихого океана группой японских о вов. Южной границей Я. моря служит Корейский пролив,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Кавказский край * — Границы, состав, пространство, численность и плотность населения. Природа и рельеф. Воды, морские берега, реки, озера, искусственное орошение. Климатические условия. Растительность, леса, животный мир, рыболовство. Этнографический состав… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Кавказский край — Границы, состав, пространство, численность и плотность населения. Природа и рельеф. Воды, морские берега, реки, озера, искусственное орошение. Климатические условия. Растительность, леса, животный мир, рыболовство. Этнографический состав… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
граница оттаивания — 3.14 граница оттаивания: Граница раздела оттаивающего и мерзлого грунта, движущаяся сверху вниз в процессе оттаивания. Источник: ГОСТ 12248 2010: Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 53582-2009: Грунты. Метод определения сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов — Терминология ГОСТ Р 53582 2009: Грунты. Метод определения сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов оригинал документа: 3.2 граница оттаивания (нулевая изотерма): Граница раздела оттаивающего и мерзлого грунта, движущаяся сверху вниз в процессе… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Лиственный лес — … Википедия
Лиственные леса — Лиственный лес в Германии … Википедия
Испытания бетона — Термины рубрики: Испытания бетона Безотрывные смещения Длина Длина базовая … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Справочное пособие к СНиП – часть 2
Продолжительность zот. пер в сутки, и средняя температура воздуха tот. пер, °С, отопительного периода различной обеспеченности
При обеспеченности 0,6 и 0,7 средняя температура воздуха и продолжительность отопительного периода отличаются от приводимых в СНиП 2.01.01—82 не более чем на 0,5°С и на 5 сут, при обеспеченности 0,80 — на 1 — 1,5°С и на 5 — 10 сут, при обеспеченности 0,92 — на 1,5 — 2,5°С и на 15 — 20 сут, при обеспеченности 0,98 — на 2,5 — 3,5°С и на 20 — 30 сут.
Глубина нулевой изотермы
2.20. Глубина нулевой изотермы (глубина проникновения температуры 0°С в грунт) определяется способом линейной интерполяции значений температуры почвы, наблюдаемой на метеостанциях вытяжными термометрами на стандартных уровнях (20, 40, 80, 160 и 320 см) под естественной поверхностью. Эту глубину определяют путем интерполяции ежедневных данных в предположении, что в изучаемом слое температура почвы изменяется линейно. За исходные данные принимают значения температуры почвы на двух смежных глубинах, где ведутся измерения, причем глубины выбираются так, чтобы на одной из них температура почвы была выше 0°С, а на другой — ниже 0°С. Путем линейной интерполяции находят для каждого месяца и за год глубину, на которой температура переходит через 0°С, а затем вычисляют средние многолетние данные. Кроме средних глубин проникновения температуры 0°С в почву выбирают наибольшие и наименьшие из всего ряда наблюдений. Такие данные по месяцам имеются в Справочнике по климату СССР, часть II (Л.: Гидрометеоиздат, 1966).
Точность определения глубины нулевой изотермы зависит от глубины заложения вытяжных термометров и расстояния между стандартными глубинами. Глубина нулевой изотермы зависит от условий погоды, температурного режима, высоты и плотности снежного покрова, степени влажности почвы, ее механического состава, характера рельефа и др.
2.21. Максимальная глубина нулевой изотермы, возможная один раз в заданное число лет, рассчитывается по методу, изложенному в п. 2.9 — 2.11. В качестве исходных климатических данных выбирают ежегодные сезонные максимумы глубины нулевой изотермы за период не менее 25 — 30 лет.
Криогенные процессы и образования, льдистость вечномерзлых грунтов
2.22. Криогенными называются экзогенные процессы, связанные с сезонным и многолетним промерзанием и протаиванием грунтов, а также с замерзанием подземных и поверхностных вод.
Морозобойное растрескивание развивается в массивах промерзших горных пород в результате сокращения их объема при охлаждении, образуя закономерно построенные сети трещин.
Повторно-жильные льды возникают в области многолетнемерзлых пород при многократном заполнении морозобойных трещин водой и ее замерзании.
Псевдоморфозы по жильным льдам образуются при вытаивании повторно-жильных льдов и замещении их грунтом.
Грунтовые жилы возникают в районах глубокого сезонного промерзания и протаивания из-за заполнения морозобойных трещин грунтом.
Термокарстовые формы образуются в результате вытаивания подземных льдов, сопровождающегося просадками поверхности земли.
Многолетние бугры пучения образуются в результате локализованной усиленной миграции влаги при промерзании водонасыщенных пород, часто приурочены к промерзающим подозерным таликам.
Солифлюкция — пластично-вязкое или вязкое течение грунтовых масс на склонах, связанное с разрушением прочности и обводнением грунтов под действием промерзания-протаивания.
Наледи — ледяные тела, формирующиеся в результате излияния подземных вод на поверхность и их послойного замерзания. Распространены преимущественно в долинах рек.
2.23. Состав и льдистость грунтов первого от поверхности горизонта показаны для крупнообломочных, песчаных, пылеватых и глинистых и биогенных грунтов.