Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Атмосферная влага




 

Характеристики влажности воздуха. В атмосферу непрерывно поступает водяной пар, образующийся в ре­зультате испарения с поверхности воды, почвы, испарения растениями (транспирация). При конденсации водяного пара и выпадении осадков вода покидает атмосферу. В среднем на любой момент времени в атмосфере содержится 12900 км3 воды, что составляет 0,001% от всего количества воды на Земле, но в 6 раз больше воды, содержащейся в руслах рек мира.

В атмосфере вода содержится в газообразном (водяной пар), капельно-жидком и твердом (кристаллики льда) со­стояниях.

В метеорологии для оценки содержания водяного пара в воздухе используются характеристики влажности воздуха.

Абсолютная влажность воздуха а – это количество во­дяного пара в граммах, содержащееся в одном кубическом метре воздуха.

Парциальное давление (упругость) водяного пара е – это давление, которое имел бы водяной пар, если бы он один занимал объем газовой смеси при той же температуре, измеряется в гПа.

Зная е, можно определить абсолютную влажность по формуле:

, г/м3

где a – коэффициент расширения воздуха;

t – температура воздуха, °С.

Относительная влажность воздухаf– это отношение фактического парциального давления водяного пара в воз­духе к парциальному давлению насыщенного водяного па­ра E при той же температуре, выражается в процентах:

100 %.

Дефицит насыщения d– недостаток водяного пара до насыщенного состояния, т.е. разность между Е и е:

, гПа.

♦ Абсолютная влажность воздуха и парциальное давление водяного пара характеризуют содержание водяного пара в воздухе (влагосодержание), а ♦ относительная влажность и дефицит насыщения – соотношение между фактическим влагосодержанием воздуха и предельно возможным (насы­щенным состоянием).

Точка росы td–температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при данном атмосферном давле­нии, становится насыщенным.

Дефицит точки росыD– разность между температурой воздуха и точкой росы:

.

Парциальное давление на­сыщенного водяного пара Е сильно зависит от температу­ры воздуха, увеличиваясь с ростом температуры (рис.). Это значит, что с ростом температуры воздух способен содержать большее количест­во водяного пара. Поэтому при той же величине е с уве­личением температуры отно­сительная влажность умень­шается, а с понижением тем­пературы увеличивается и при определенной температуре может достигнуть 100%, что соответствует стадии насыщения водяного пара, а температура – точке росы.

 


 

Рис.Парциальное давле­ние насыщенного водяного пара

в зависимости от темпе­ратуры.

 

Зависимостью Е от температуры объясняется, например, тот факт, что в Арктике, несмотря на малое влагосодержание воздуха, но в силу низких температур, относительная влажность воздуха намного больше, чем в субтропических пустынях, где воздух обладает большей абсолютной влаж­ностью, но при высоких температурах.

Испарение и конденсация водяного пара. Физическая сущность процесса испарения состоит в том, что молекулы воды, находясь в беспорядочном движении, отрываются от испаряющей поверхности. Совокупность молекул воды в воздушном пространстве образует водяной пар. Двигаясь над испаряющей поверхностью в различных направлениях, часть молекул возвращается в воду. Если число вылетаю­щих молекул больше числа возвращающихся, то это ведет к убыли воды и такой процесс называется испарением. Если количество вылетающих молекул равно количеству воз­вращающихся в воду, то имеет место равновесие, и испаре­ние (т.е. убыль воды) не происходит. При этом пространст­во над испаряющей поверхностью становится насыщенным водяным паром.

Когда количество водяного пара над испаряющей по­верхностью становится больше необходимого для насыще­ния, т.е. когда число возвращающихся молекул превышает число отрывающихся, то наступает процесс, обратный ис­парению, –конденсация пара на поверхности.

Скорость испарения увеличивается с повышением тем­пературы испаряющей поверхности, поскольку с повыше­нием температуры увеличивается число быстродвижущихся молекул, способных оторваться от испаряющей поверх­ности.

Для поддержания процесса испарения требуется тепло, называемое теплотой испарения. Если тепло не подводит­ся извне, то испаряющее тело охлаждается. При конденса­ции происходит выделение этого тепла.

Скорость испарения выражается слоем воды (в милли­метрах), испарившейся за единицу времени, и может быть представлена зависимостью:

,

где Е –парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре подстилающей поверхности;

е – парци­альное давление водяного пара, находящегося в воздухе над подстилающей поверхностью;

р –атмосферное давле­ние;

– функция скорости ветра;

К – коэффициент про­порциональности.

Испарение зависит от скорости ветра, поскольку ветер и связанная с ним турбулентность относят водяной пар от испаряющей поверхности и создают дефицит насыщения.

В реальных условиях атмосферы наряду с испарением происходит обратный процесс – превращение водяного па­ра в капельки воды (конденсация), а при низких температу­рах – в кристаллики льда (сублимация – переход водяного пара из газообразного состояния в лед, минуя жидкую фазу). Конденсация и сублимация происходят при наличии ядер конденсации. Ядрами конденсации являются взвешен­ные в воздухе мельчайшие частицы почвы, горных пород, органических веществ, вулканической и космической пыли.

Суточный и годовой ход характеристик влажности воздуха.Влагосодержание воздуха, характеризуемое абсо­лютной влажностью и парциальным давлением водяного пара, у земной поверхности имеет суточный и годовой ход.

Суточный ход опосредованно определяется суточным хо­дом температуры, поскольку от температуры зависят, с од­ной стороны, количество влаги, поступающей в воздух от испарения, а с другой – турбулентный и конвективный пе­ренос пара от подстилающей поверхности в вышележащие слои воздуха.

Суточный и годовой ход абсолютной влажности и пар­циального давления полностью взаимно идентичны. По­этому достаточно ограничиться рассмотрением изменений во времени парциального давления водяного пара.

В теплое время года над сушей в ясную погоду в суточном ходе парциаль­ное давление имеет два ми­нимума и два максимума (рис.). Первый минимум наступает утром вместе с минимумом температуры подстилающей поверхности и, следовательно, при ми­нимальном поступлении влаги от испарения.

 

 

Рис.Суточный ход парци­ального давления водяного пара, типичный

для месяца умеренных широт Западной Сибири (июль).

 

С увеличением высоты Солнца повышается температура подстилающей поверхности, и парциальное давление быст­ро растет, пока испарение преобладает над переносом пара вверх. Таким образом, к 8-10 ч наступает первый макси­мум. В последующие часы турбулентный перенос влаги в вышележащие слои воздуха превышает поступление влаги от испарения и парциальное давление пара понижается, достигая минимума к 15-16 ч. Затем при ослабевающей турбулентности земная поверхность остается еще доста­точно теплой, что обеспечивает превышение испарения над переносом влаги вверх. При этих условиях парциальное давление пара продолжает расти, достигая максимума к 20-22 ч, после чего испарение уменьшается до полного прекращения и парциальное давление также понижается до утреннего минимума.

Над морями суточный ход парциального давления сле­дует за суточным ходом температуры.

Годовой ход парциального давления параллелен годо­вому ходу температуры.

 







Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 879. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия