PRESENTATION NAME

Meteorologia i Klimatologia
Ćwiczenie IV
Poznań,
27.10.2008
www.amu.edu.pl/~nwp
Woda w atmosferze i jej przemiany
fazowe
Zapotrzebowanie energetyczne przemian fazowych wody jest istotnym
czynnikiem kształtującym warunki pogodowe.
Hydrosfera stanowi ok 1,4mld km3.
*Kaloria – (łac. calor-ciepło) jednostka ciepła. 1 cal to ilośc ciepła
potrzebna do ogrzania 1g wody o 1°C w przedziale 14,5°-15,5°;
1 cal = 4,186 J.
Tempo parowania (fizyka):
•
Temperatura cieczy
•
Temperatura gazów nad powierzchnią wody
•
Ciśnienie atmosferyczne i ruch powietrza
Ciepło utajone parowania dla 1g wody przy 0°C wynosi :
597 cal/1g
Podczas skraplania oddawana jest taka sama ilość ciepła.
Skraplanie 80 cal/1g
Sublimacja – przemiana fazowa bezpośredniego przejścia
ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem stanu
ciekłego. Zjawisko odwrotne to resublimacja.
Sublimacja/Resublimacja 677cal/1g
• Zjawiska parowania i kondensacji zachodzą równocześnie.
• Zawartość pary wodnej w atmosferze ziemskiej to ok 2,5%
sumy rocznych opadów.
• Średni czas „życia” cząsteczek pary wodnej wynosi 9 dni.
• Ze względu na pojemność cieplną para wodna jest
najważniejszym gazem cieplarnianym (bez niej temp. byłaby
dużo niższa) – pochłania energię promienistą, zwłaszcza
długofalową
• Zawartośc pary wodnej w atmosferze waha się od 0 do 3,54,0% jej objętości
Wartość graniczna – maksymalna ilość pary wodnej w
jednostce powietrza (wartośc zmienna)
• im wyższa temperatura, tym wyższe wartości osiąga
maksymalna pojemność powietrza względem pary wodnej
Prężność maksymalna pary
wodnej jako funkcja
temperatury
Inne miary charakteryzujące zawartość
pary wodnej w atmosferze:
(1) Prężność pary wodnej – ciśnienie jakie wywiera
para wodna [kPa, mmHg]
- aktualna – e
- maksymalna – E – maksymalna zawartość pary
wodnej w powietrzu zanim nastąpi kondensacja
(2) Wilgotność względna - stosunek ilości pary wodnej w
danej chwili w powietrzu, do ilości, która w panującej
temperaturze stanowi wartość pełnego wysycenia.
f = (e : E) * 100%
(3) Niedosyt wilgotności powietrza – ilość pary wodnej,
której brakuje do nasycenia powietrza
Δ=E-e
(4) Wilgotność bezwzględna - oznacza ilość pary wodnej w
1 m3 powietrza - jednostka kg/m3
(5) Wilgotność właściwa – ilość g pary wodnej w 1kg
powietrza [g/kg]
*(6) Temperatura punktu rosy (Dew Point) –
temparatura, w której następuje nasycenie powietrza parą wodną
(wilgotność względna osiąga 100%) i rozpoczyna się proces
kondensacji pary wodnej. Bardzo ważna w lotnictwie.
Przyrządy do pomiaru wilgotności:
(1) Ewaporometr Piche'a, Wilda
(2) Lizymetr – do pomiaru wielkości zapasu wody w glebie. W przypadku gdy
równolegle prowadzi się pomiar opadu, pozwala na uzyskanie informacji o
parowaniu wody oraz ewapotranspiracji.
(3) Higrometry – wykorzystanie metody absorbcyjnej
(4) Psychrometr aspiracyjny Assmanna
(5) Psychrometr Augusta
Kondensacja pary wodnej: następuje poprzez
procesy:
- adiabatyczne (związane z rozprężaniem się powietrza wraz ze wzrostem
wysokości) ochładzanie się powietrza podlegającego konwekcji swobodnej
(termicznej)
- ochładzanie się powietrza związane z wymuszoną konwekcją na stokach
wzniesień
-
ochładzanie
się
powietrza
związane
z
wymuszoną
konwekcją
na
powierzchniach frontów atmosferycznych
- napływ ciepłego powietrza nad wychłodzone podłoże
- mieszanie się mas powietrza o różnych właściwościach fizycznych
- radiacji (wypromieniowania) ciepła z powierzchni Ziemi w wyższe warstwy
atmosfery. Odbywa się to najczęściej w pogodne noce. (prom. długofalowe)
Warunkiem koniecznym rozpoczęcia kondensacji pary wodnej
jest obecność jąder kondensacji, czyli mikroskopijnych
cząstek stałych i ciekłych unoszących się w powietrzu (np.:
pyły wulkaniczne, pyłki roślinne, cząstki soli morskiej, pyły
przemysłowe).
Na
jądrach
kondensacji
następuje
osadzanie się produktów kondensacji (kropelek wody lub
kryształków lodu).
W powietrzu zupełnie pozbawionym jąder kondensacji proces
skraplania się pary wodnej rozpczyna się przy wilgotności
względnej około 400%.
Pozostałe warunki konieczne do kondensacji pary
wodnej:
- nasycenie powietrza parą wodną
- temp. powietrza równa lub niższa od temp. punktu rosy
***
Skutkiem kondensacji pary wodnej jest powstawanie
chmur, mgieł oraz opadów i osadów
atmosferycznych.
Mgła -
zawiesina drobnych (poniżej 0,05 mm) kropelek wody (przy
bardzo niskiej temperaturze również kryształków lodu) w przyziemnej
warstwie troposfery ograniczająca widoczność do poniżej 1 km.
Typy mgieł ze względu na przyczyny ich powstawania:
* mgła radiacyjna - tworzy się przy powierzchni ziemi w wyniku
wypromieniowania ciepła z podłoża. Tworzą się zazwyczaj wiosną i
jesienią w zagłebieniach terenu podczas pogody bezchmurnej i
bezwietrznej
* mgła adwekcyjna - powstaje w wyniku napływu ciepłego i wilgotnego
powietrza nad chłodne podłoże - często powstają nad brzegiem morza
* mgła frontowa - powstaje podczas przemieszczania się frontu ciepłego
w
wyniku
zetknięcia
się
dwóch
mas
powietrza
o
różnych
właściwościach termicznych w efekcie nasycenia powietrza opadem
* mgła orograficzna (stokowa) - powstaje w skutek ochłodzenia się
powietrza unoszącego się po stokach górskich
* mgła z parowania - tworzy się podczas napływu chłodnego powietrza
nad cieplejszy zbiornik wodny. Unosząca się para wodna ulega
kondensacji w chłodnym powietrzu
Podział mgieł ze względu na widoczność:
* mgła słaba - 500-1000m
* mgła umiarkowana - 200-500m
* mgła gęsta – 50-200m
* mgła bardzo gęsta – poniżej 50m
Jeśli widoczność jest ograniczona do mniej niż 1000m wówczas mówi się
o zamgleniach.
Osady atmosferyczne:
- rosa- osad w postaci kropel wody powstających na
powierzchni skał, roślin i innych przedmiotów w wyniku
skraplania się pary wodnej zawartej w powietrzu. Powstaje
podczas ochłodzenia się powietrza poniżej punktu rosy,
najczęściej wieczorem i rano
- szron – tak samo jak rosa, ale przy ujemnych temp.
- szadź (sadź) – na cienkich przedmiotach; powstaje, gdy
przechłodzone, wilgotne powietrze zawierające drobne
kropelki wody (mgła) napływa na obszar o często
jeszcze niższej temperaturze.
Osady atmosferyczne c.d:
- nalot ciekły- osad na pionowej powierzchni, która została pokryta
kropelkami wody
- nalot stały (zamróz) – oblodzenie powierzchni pionowej
- gołoledź – gładka, równa, przezroczysta warstwa lodu pokrywająca
podłoże.