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 3,5-4,0% 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.