Wiązania wodorowe. Topnienie lodu

Transkrypt

1 Wilgoć w atmosferze

2 Wiązania wodorowe Topnienie lodu Ewaporacja Film Najdziwniejsze zjawiska przyrody: 10:09 min BBC Wild Weather 2of4 Wet

3 Temperatura punktu rosy dew point temperature Temperatura punktu rosy temperatura, do której powietrze musi zostać schłodzone, aby doszło do kondensacji. Prężność aktualna c Prężność aktualna staje się prężnością w stanie nasycenia Temperatura punktu rosy b a Td d

4 Określanie wilgotności powietrza metodą psychrometryczną Psychrometr Assmana Pomiar: // Ts ; Tm //odczyt z tablic RH //odczyt z diagramu E // z wzoru e // odczyt z diagramu Td // z wzoru Delta (niedosyt)

5 Zależność prężności w stanie nasycenia od temperatury

6 Temperatura punktu rosy praktyczne wykorzystanie tego parametru Określanie wysokości podstawy chmur kłębiastych Powietrze wznosząc się, ochładza się adiabatycznie wskutek czego temperatura spada o 10oC na 1000 m. Temperatura punktu rosy maleje ok. 2oC na 1000 m. W rezultacie temperatura objętości powietrza zbliża się do Td w tempie 8oC na każde 1000 m. Czyli różnica 8oC pomiędzy Td a temperaturą objętości znajdującej się na poziomie terenu wskazuje na potencjalną wysokość podstawy chmur = 1000 m. Wysokość podstawy chmur cumulus 3000 H H[m] = 125 (T - Td) T = 32oC Td

7 Temperatura punktu rosy jest dobrym wskaźnikiem zawartości pary wodnej w powietrzu. Wysoka wartość Td wskazuje na dużą ilość pary wodnej, niska wartość Td na małą koncentrację pary wodnej w powietrzu. Przykładowy rozkład Td na obszarze USA

8 Prognoza temperatury minimalnej na podstawie temperatury punktu rosy Podczas nocnego spadku temperatury, gdy rozpocznie się kondensacja, wydzielane ciepło zapobiega dalszemu obniżaniu się temperatury. To ustala faktyczny kres spadku temperatury, bardzo zbliżony do temperatury punktu rosy. Para wodna również jest gazem cieplarnianym, który powoduje zmniejszenie promieniowania efektywnego Ziemi.

9 Wilgotność powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych Chłodne powietrze polarne (zimą) zawiera bardzo mało pary wodnej. Nawet jeżeli jest nasycone w temperaturze -15oC to posiada prężność aktualną H2O jedynie 1.9 mb. W sytuacji gdy to powietrze dostanie się do wnętrza budynku i zostanie podgrzane do temperatury 20oC to prężność w stanie nasycenia wzrośnie do 23.4 mb co spowoduje spadek wilgotności względnej do 8 procent jest to RH niższe od wartości charakterystycznej dla obszarów pustynnych w bardzo gorący dzień. Tak ekstremalnie niska wilgotność ma negatywny wpływ na wszystkie organizmy żywe przebywające w pomieszczeniach. (mniejsza odporność, alergie, astma, wysuszanie błon śluzowych)

10 Wpływ wilgoci na temperaturę odczuwalną w okresach fal ciepła Heat Index Heat Index określa temperaturę odczuwalną przez człowieka, przy łącznym wpływie temperatury powietrza oraz wilgotności. Jeżeli temperatura ciała człowieka przekroczy 41oC wtedy następuje udar cieplny. Przy temperaturze przekraczającej 38oC wentylatory przestają spełniać swoją rolę.

11

12 Mgła krople wody (lub kryształki lodu) zawieszone w powietrzu, których mieszanina styka się z powierzchnią ziemi. Mgła powoduje ograniczenie widzialności poniżej 1 km. Potocznie o mgle mówimy, gdy widzialność przy gruncie jest znacznie ograniczona, w przeciwnym razie mamy do czynienia z zamgleniem. We mgle koncentracja kropel (wodność) jest większa niż w zamgleniu. Gdy kropelki mgły rosną, mgła może przekształcić się w mżawkę. Mgły różnią się od chmur (stratus) tym, że ich dolna podstawa styka się z powierzchnią ziemi, podczas gdy podstawa chmur jest ponad powierzchnią ziemi.

13 Chłodny prąd kalifornijski u zachodnich wybrzeży Ameryki Północnej jest przyczyną powstawania mgieł adwekcyjnych

14 Rodzaje mgły Mgła radiacyjna rodzaj mgły, który powstaje nad ranem na skutek nocnego wypromieniowania ciepła. W niektórych przypadkach mgły radiacyjne utrzymują się aż do popołudnia. Tego typu zjawiska mogą utrzymywać się tylko przy gruncie (mgła niska) lub dochodzić nawet do kilkuset metrów (mgła wysoka) Przyczyny powstawania Mgła radiacyjna powstaje, kiedy podczas bezchmurnej nocy dochodzi do znacznego ochłodzenia wilgotnego podłoża. W wyniku tego powietrze będące nad gruntem również się znacznie ochładza. Spadek temperatury powoduje, że spada również prężność pary wodnej w stanie nasycenia, w rezultacie rośnie jego wilgotność względna po osiągnięciu temperatury punktu rosy para wodna skrapla się, tworząc mgłę. Podczas powstawania mgły radiacyjnej dochodzi do inwersji temperatury. Mgły radiacyjne nie powstają na morzu (jednak mogą się przemieszczać znad lądu do strefy przybrzeżnej, do 2 3 Mm) Powstawaniu mgły radiacyjnej sprzyja słaba bryza, ponieważ zwiększa kontakt wilgotnego powietrza z wychłodzonym gruntem. Silniejszy wiatr hamuje powstanie mgły radiacyjnej gdyż powietrze wilgotne miesza się z powietrzem suchym z wyżej zalegających warstw.

15 Mgła radiacyjna mgła dolinna Na obszarach lądowych tworzenie się mgieł radiacyjnych następuje szczególnie często we wszelkiego rodzaju obniżeniach terenu (dolinach rzecznych, kotlinach, rynnach jeziornych) oraz na bardziej rozległych obszarach równinnych. Przyczyna tego leży w działaniu dwu czynników: * spływaniu wychłodzonego (a więc o większej gęstości) powietrza w obniżenia terenowe, w których to następuje dalsze wypromieniowanie ciepła z powietrza (tzw. "zastoiska chłodnego powietrza") lub braku możliwości spływu w obniżenia (rozległe tereny równinne), * większej na ogół wilgotności przyziemnych warstw powietrza w obniżeniach, związanej z parowaniem z silniej nawilgotnionego terenu, a więc i większej wilgotności powietrza w obniżeniach (wyższej temperatury punktu rosy, co powoduje, że do rozpoczęcia procesów kondensacji wystarczy mniejszy spadek temperatury powietrza niż na wyżej wyniesionych obszarach, gdzie temperatura punktu rosy jest niższa.

16 Mgła adwekcyjna to mgła powstająca przy napływie wilgotnej i stosunkowo ciepłej masy powietrza nad chłodniejsze podłoże. Powietrze poprzez kontakt z podłożem stopniowo oziębia się, osiągając temperaturę punktu rosy, co rozpoczyna tworzenie się mgły. Przykład mgły adwekcyjnej Golden Gate Bridge Fog Tworzy się latem podczas silnej bryzy wiejącej od oceanu, która przenosi ciepłe i wilgotne powietrze nad chłodnymi wodami prądu kalifornijskiego. Mgły tego typu występują często na morzu (głównie latem), gdy tropikalne masy powietrza napotykają zimniejsze wody z wyższych szerokości geograficznych i nad lądem (zimą), gdy nad zimne podłoże napływa ciepłe morskie powietrze. Mgły adwekcyjne mogą mieć do kilkuset metrów grubości i są długotrwałe, zwłaszcza przy inwersji temperatury. Zanikają gdy masa powietrza ulegnie wymianie.

17 The foggiest place in the world is the Grand Banks off the island of Newfoundland, the meeting place of the cold Labrador Current from the north and the much warmer Gulf Stream from the south. Mgły adwekcyjne występują najczęściej w okolicach Grand Banks (mielizna strefa szelfowa) w pobliżu Nowej Fundlandii. Częstość mgieł latem: 2/3 dni

18 Mgła źródło wilgoci? Źródło wilgoci dla sekwoi kalifornijskich. Cześć mgły osadza się na igłach i konarach drzew, spada na ziemię i jest przechwytywana przez płytki system korzeniowy, część jest wchłaniana przez aparaty szparkowe liści i transportowana do pnia i w dół do korzeni. Jest to tzw. odwrotna transpiracja. Sekwoje transportują wilgoć w obu kierunkach.

19 Mgły radiacyjno-adwekcyjne Tworzą się w sytuacji gdy ciepłe masy powietrza znad oceanu zimą transportowane są nad wychłodzony ląd. Temperatura powierzchni terenu jest wynikiem wychłodzenia radiacyjnego stąd mieszana geneza mgły. Przykład: mgły nad południową częścią USA (powietrze znad Zat. Meksykańskiej)

20 Mgły orograficzne Powstają przez ochłodzenie wilgotnego powietrza w wyniku jego uniesienia. Tworzą się najczęściej w górach. Mogą utrzymywać się przez wiele dni. W odróżnieniu od mgły radiacyjnej mgła orograficzna może powstawać w czasie gdy występuje zachmurzenie. Stratus fractus Mgła orograficzna

21 Mgła z wyparowania (z wymieszania) W tym punkcie pojawią się produkty kondensacji! Przykłady: powietrze wydychane z ust, Smugi kondensacyjne samolotów, smugi mgły nad zbiornikami wodnymi zimą. Może się zdarzyć, że dwie nienasycone masy powietrza po zmieszaniu utworzą masę, w której wystąpią produkty kondensacji. Nastąpi to wówczas gdy jedna z mas jest wilgotna i ciepła a druga chłodna. Do nasycenia dojdzie wskutek zakrzywienia krzywej przedstawiającej prężność pary w stanie nasycenia w funkcji temperatury.

22 Smugi mgły (steam fog) (mgła z wyparowania) tworzą się często nad jeziorami i oceanami zimą, kiedy para wodna paruje i dostaje się do chłodnego powietrza, podwyższa temperaturę punktu rosy. Poza tym ciepłe powietrze ogrzane od powierzchni wody unosi się i miesza z chłodniejszym tworząc mgłę z wymieszania. Tego rodzaju mgła występuje także po opadach deszczu na powierzchniach, które mają niskie albedo, są ogrzewane przez promieniowanie słoneczne np. asfalt po deszczu.

23 * Fog - visibility below 1,000 m (1,100 yards) - mainly affects aircraft. * Thick fog - visibility m ( yards) - dangerous for road traffic. * Dense fog - visibility below 50 m (55 yards) - seriously disrupts all forms of transport. Wypadki: Fresno, Kalifornia, luty 2002, 87 samochodów na autostradzie uczestniczyło w karambolu, Titanic, Szwedzki statek Andrea Doria, lipiec 1956, 52 przypadki śmiertelne, Samolot 747 na wyspach Kanaryjskich, marzec 1977, 570 ofiar. 35 cm nad pow. terenu lepsza widzialność (poziom świateł przeciwmgielnych)

24 Metody rozpraszania mgły 1. zwiększanie rozmiarów kropel mgły aby wypadły z mgły w postaci mżawki, 2. dodawanie suchego lodu w celu zamiany kropelek mgły w kryształy lodu, 3. podgrzewanie mgły w celu jej wyparowania (obecnie niestosowana), 4. mieszanie chłodnego nasyconego powietrza z niższych warstw z wyżej zalegającym powietrzem ciepłym i nienasyconym. 2. kryształki suchego lodu (-78oC) osiadające we mgle uruchamiają proces Bergerona Findeisena. Kryształki rosną a krople mgły wyparowują. W rezultacie tworzy się dziura (wolna od mgły przestrzeń), która może zostać wykorzystana przez samoloty lądujące i startujące (stosowana tylko w wypadku mgły przechłodzonej) 1. dodawanie higroskopijnych kryształków soli (metoda nieekonomiczna) 4. mieszanie za pomocą helikoptera przelatującego powyżej warstwy mgły w celu doprowadzenia do wyparowania.

25 Rozkład opadów na kuli ziemskiej zima

26 Rozkład opadów na kuli ziemskiej lato

27

28

29

30

31