водяного пара и относительной влажности




Суточный и годовой ход парциального давления водяного пара. В приземном слое атмосферы наблюдается хорошо выраженный суточный ход парциального давления водяного пара. Он зависит от изменений температуры деятельной поверхности и интенсивного турбулентного перемешивания, уносящего пар из нижних в более высокие слои атмосферы.

Над морями и побережьями парциальное давление водяного пара имеет простой суточный ход с одним минимумом перед восходом Солнца и максимумом в 14-15 часов. Минимум объясняется уменьшением скорости испарения в это время суток. Днем по мере увеличения скорости испарения парциальное давление водяного пара в воздухе растет, а турбулентный перенос его вверх компенсируется интенсивным испарением водоема. Такой же суточный ход парциального давления водяного пара над материками зимой.

В теплое время года в глубине материков суточный ход парциального давления водяного пара имеет вид двойной волны с минимум перед восходом Солнца и в 15-16 часов и максимумами в 8-10 и 20-22 часа. После восхода Солнца температура деятельной поверхности повышается, увеличивается скорость испарении и парциальное давление водяного пара в нижнем слое атмосферы быстро растет. Такой рост продолжается до 8-10 часов, пока испарение больше, чем перенос пара снизу вверх. После этого времени сильно возрастает турбулентное перемешивание, поэтому пар быстро переносится вверх. Этот отток водяного пара снизу уже не успевает компенсироваться испарением, из-за чего парциальное давление водяного пара в приземном слое уменьшается и достигает второго минимума в 15-16 часов, т.е в период максимального развития турбулентности. Затем турбулентность ослабевает, а земная поверхность еще остается теплой. Это вызывает интенсивное поступление водяного пара в атмосферу путем испарения, в результате чего парциальное давление водяного пара в воздухе начинает расти и в 20-22 часа достигает второго максимума. В ночное время испарение почти прекращается, а расход водяного пара из нижнего слоя атмосферы путем молекулярной диффузии и турбулентного перемешивания хотя и уменьшен по сравнению с дневными часами, но все же продолжается, из-за чего парциальное давление пара уменьшается.

В годовом ходе парциального давления водяного пара в северном полушарии минимум наступает в январе, а максимум – в июле.

Суточный ход относительной влажности f зависит от суточного хода парциального давления пара e и давление насыщенного пара E. С повышением температуры испаряющей поверхности увеличивается скорость испарения и увеличивается e. Но E растет гораздо быстрее, чем e, поэтому с повышением температуры поверхности, а с ней и температуры воздуха относительная влажность уменьшается и суточный ход ее вблизи земной поверхности оказывается обратным суточному ходу температуры поверхности и воздуха.

Максимум относительной влажности наступает перед восходом Солнца, а минимум – в 15-16 часов. Дневное понижение f особенно резко выражено над континентами в летнее время года, когда в результате турбулентного переноса пара вверх e внизу уменьшается, а из-за роста температуры E увеличивается. Поэтому амплитуда суточных колебаний относительной влажности на материках значительно больше, чем над морями и океанами.

В годовом ходе относительной влажности максимум среднемесячных ее значений отмечается, в самый холодный месяц, а минимум – в самый теплый.

В местностях с муссонным климатом, где ветры дуют летом с моря, а зимой с суши, годовой ход относительной влажности противоположен континентальному, т.е. максимум наступает летом, а минимум зимой.

 

Контрольные вопросы

1. Какие величины характеризуют влажность воздуха и какова связь между ими?

2. Каков суточный ход парциального давления водяного пара на водными поверхностями и над сушей?

3. Почему суточный ход парциального давления водяного пара над сушей летом имеет вид двойной волны?

4. Каков годовой ход парциального давления водяного пара?

5. Каков суточный ход относительной влажности воздуха и его причины?

Тестовые вопросы

1. Характеристика влагосодержания, измеряемая в процентах, это:

A. Относительная влажность. B. Дефицит насыщения.

C. Абсолютная влажность. D. Точка росы.

2. Что определяют гигрометрические характеристики?

A. Температуру воздуха. B. Скорость ветра.

C. Влажность воздуха. D. Скорость испарения

3. Разность между давлением насыщенного водяного пара и его парциальным давлением это:

A. Точка росы. B. Дефицит насыщения.

C. Парциальное давление. D. Относительная влажность

4. Отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара над плоской поверхностью дистиллированной вода при данной температуре это:

A. Точка росы. B. Дефицит насыщения.

C. Парциальное давление. D. Относительная влажность

5. Масса водяного пара, содержащегося в единице объеме воздуха, это:

A. Точка росы. B. Дефицит насыщения.

C. Парциальное давление. D. Абсолютная влажность

6. Абсолютная влажность выражается в:

A. Кг/м3 или в г/м3. B. Процентах. C. Миллиметрах. D. Гектопаскалях

7. Давление, которое имел бы водяной пар, находящийся в воздухе, если бы он занимал объем, равный объему воздуха при той же температуре, это:

A. Точка росы. B. Дефицит насыщения.

C. Парциальное давление. D. Абсолютная влажность

8. Отношение массы водяного пара к массе влажного воздуха:

A. Точка росы. B. Удельная влажность

C. Дефицит насыщения D. Абсолютная влажность

9. Температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при данном атмосферном давлении, становится насыщенным по отношению к незаряженной плоской поверхности дистиллированной воды, это:

A. Точка росы. B. Удельная влажность

C. Дефицит насыщения D. Абсолютная влажность

10. Разность между температурой воздуха и точкой росы называется:

A. Точка росы. B. Удельная влажность

C. Дефицит точки росы. D. Абсолютная влажность

11. Минимум над морями и побережьями парциальное давление водяного пара наблюдается:

A. В 14-15 часов B. После захода Солнца.

C. В середине ночи. D. Перед восходом Солнца

12. Максимум над морями и побережьями парциальное давление водяного пара наблюдается:

A. В 14-15 часов. B. После захода Солнца.

C. В 10-12 часов. D. Перед заходом Солнца

13. Минимум парциального давления водяного пара в теплое время года в глубине материков наблюдается:

A. В 13-14 ч. B. Перед восходом Солнца и в 15-16 часов.

C. В 8-10 и 20-22 часа D. В середине ночи

14. Максимум парциального давления водяного пара в теплое время года в глубине материков наблюдается:

A. В 14-15 ч. B. Перед восходом Солнца и в 15-16 часов.

C. В 8-10 и 20-22 часа D. В полдень

15. Максимум в годовом ходе парциального давления водяного пара в северном полушарии наступает в:

A. Июле B. Августе. C. Мае. D. Июне

16. Минимум в годовом ходе парциального давления водяного пара в северном полушарии наступает в:

A. Феврале. B. Январе. C. Декабре. D. Ноябре

17. Максимум относительной влажности в суточном ходе наступает:

A. В 15-16 часов. B. После захода Солнца.

C. Перед восходом Солнца. D. В середине ночи

18. Минимум относительной влажности в суточном ходе наступает:

A. После захода Солнца. B. 12-13 часов. C. В середине ночи. D. В 15-16 часов

19. В местностях с муссонным климатом, где ветры дуют летом с моря, а зимой с суши, максимум относительной влажности в годовом ходе наступает:

A. Летом B. Зимой C. Весной. D Осенью

20. В местностях с муссонным климатом, где ветры дуют летом с моря, а зимой с суши, минимум относительной влажности в годовом ходе наступает:

A. Летом B. Зимой C. Весной. D Осенью

 

Глоссарий

На русском языке На казахском языке На английском языке
Влажность Ылғалдылық Humidity
Дистиллированная вода Тазартылған су Distilled water
Дефицит Тапшылық Deficit
Масса Салмақ Weight
Объем Көлем Volume
Континент Континент Continent
Материк Құрлық Mainland

 

Темы СРС

Влияние растительного покрова и городских условий на влажность воздуха, (Л1), стр.155, (реферат)

Темы СРСП

Географическое распределение влажности воздуха. Использовании данных о влажности воздуха в народном хозяйстве, (реферат), (Л1), стр.157-158

 

Основная литература

1. И.И. Гуральник, Г.П. Дубинский, В.В. Ларин, С.В. Мамиконова, Метеорология, Л, ГМИ, 1982

2. С.П. Громов, М.А. Петросянц, Метеорология и климатология, М, И «Наука», 2006

Дополнительная литература

1. Наставления ГМС и постам, часть I, Алматы, 2002

 

Лекции № 13. Конденсация водяного пара

Условия конденсации и сублимации.

Ядра конденсации в атмосфере.

Условия конденсации и сублимации водяного пара

Переход водяного пара в жидкое состояние называется конденсацией. Переход водяного пара в твердое состояние, минуя жидкую фазу, называется сублимацией. Конденсация и сублимация водяного пара происходит в атмосфере, на земной поверхности и на находящихся на ней предметах и растениях.

Водяной пар, который содержится в атмосфере, может переходить в жидкое или твердое состояние только тогда, когда его парциальное давление больше давления насыщенного пара, т.е. когда е > Е. Поэтому для начала конденсации или сублимации или е в воздухе должно быть больше Е, или температура воздуха должна опуститься ниже точки росы. В естественных условиях конденсация или сублимация происходит главным образом при понижении температуры воздуха.

Конденсация водяного пара. Когда температура какой-либо поверхности понижается до точки росы прилегающего воздуха, начинается конденсация водяного пара из воздуха.

В реальной атмосфере, всегда содержащей большое число различных гигроскопических частиц (примесей), являющихся активными ядрами конденсации, конденсация водяного пара может начаться при относительной влажности, близкой к 100%, но не всегда достигающей этого значения. Для конденсации водяного пара в атмосфере необходимы следующие условия:

1) понижение температуры воздуха ниже точки росы:

2) наличие в воздухе ядер конденсации.

Понижение температуры воздуха ниже точки росы возможно, когда происходит:

а) охлаждение деятельной поверхности путем излучения и последующего охлаждения прилегающего слоя атмосферы;

б) соприкосновение теплого воздуха с холодной деятельной поверхностью;

в) смешение двух масс воздуха, содержащих насыщенный или близкий к насыщению водяной пар, но имеющих разную температуру;

г) адиабатическое поднятие воздуха.

Конденсация водяного пара из-за охлаждения деятельной поверхности путем излучения и последующего охлаждения прилегающего слоя атмосферы. В ясную тихую погоду после захода Солнца земная поверхность и наземные предметы под влиянием излучения начинают охлаждаться. Охлаждается и прилегающий к ним слой воздуха. Водяной пар, содержащийся в этом слое, приближается к состоянию насыщения. Когда температура земной поверхности и наземных предметов опускается ниже точки росы воздуха, водяной пар из воздуха конденсируется на них, образуя капли росы. Охлаждение приземного слоя воздуха ниже точки росы может привести к конденсации водяного пара и в воздухе. При этом образуется туман.

Если на некоторой высоте над земной поверхностью находится слой с большим содержанием пара, то при радиационном излучении и соответствующем охлаждение этого слоя может произойти конденсации и образование облаков.

Конденсация водяного пара из-за соприкосновения теплого воздуха с холодной деятельной поверхностью. Конденсация такого типа может произойти, когда воздух с теплой морской поверхности натекает на более холодную поверхность континента, или когда он с теплого континента натекает на более холодную водную поверхность, или переходит из области теплого в область холодного морского течения.

Конденсация водяного пара при смешение двух масс воздуха, содержащих насыщенный или близкий к насыщению водяной пар, но имеющих разную температуру. Такое смешение приводит к понижению температуры более теплого воздуха. Парциальное давление водяного пара в смеси воздуха может оказаться больше давление насыщенного пара при температуре этой смеси. Избыток водяного пара должен сконденсироваться.

Конденсация при адиабатическом поднятии воздуха. Воздух с ненасыщенным паром при адиабатическом поднятии охлаждается на 10С на каждые 100 м подъема

Сублимация водяного пара. Образование ледяных кристаллов в атмосфере происходит не на особых ядрах, а первоначально всегда возникают жидкие зародышевые капельки на обычных ядрах конденсации. При достаточно низких отрицательных температурах они замерзают (превращаются в твердые элементы) и лишь после этого на них развиваются кристаллы. В атмосфере водяные капельки не замерзают, а остаются переохлажденными даже при температурах намного ниже 00С. В облаках и туманах переохлажденные капли иногда встречаются при температурах -400С и ниже. Но большая часть капель переходит в твердое состояние уже в пределах температур от -12 до -170С.

Наличие в атмосфере переохлажденных капель объясняется условиями фазовых переходов воды. Для замерзания капель необходимо появление в них, так называемых центров кристаллизации, т.е. зародышей льда. Для образования в жидкой капле зародышей льда нужно, чтобы капля приобрела очень низкую температуру. При отсутствии в атмосфере ледяных кристаллов мелкие капли замерзают при более низких температурах, чем крупные.

 

Ядра конденсации в атмосфере

Ядрами конденсации являются частицы некоторых примесей, взвешенных в атмосфере. К наиболее активным ядрам конденсации относятся растворимые, впитывающие воду (гигроскопические) частицы солей и кислот, различными путями попадающих в атмосферу: мельчайшие частицы солей, остающихся в атмосфере после испарения капель морской воды, поднятых в воздух при сильном волнении и прибое, продукты сгорания угля и др.

Поглощая своей поверхностью гигроскопические частицы, молекулы водяного пара играют роль основы для образования зародышевых капель, первоначально состоящих из концентрированного раствора солей или кислот. Давление насыщенного водяного пара над поверхностью такой капли намного меньше, чем над пресной водой, поэтому создаются благоприятные условия для образования зародышевых капель даже при относительной влажности менее 100%. Для дальнейшего роста образовавшейся капли требуется все бόльшая и бόльшая относительная влажность.

При наличии в воздухе гигроскопических ядер появляется возможность для начала конденсации, в результате чего образуются зародышевые капли. Они могут продолжать расти только в случае, если парциальное давление водяного пара в воздухе больше давления насыщенного пара над поверхностью капель. Обычно это происходит при относительной влажности 101-102%.

По-другому происходит процесс конденсации на смачиваемых водой ядрах, к которым относятся взвешенные в воздухе частицы почвы, горных пород, органических веществ, некоторые микроорганизмы и др. Эти частицы в большом количестве поступают в атмосферу при ее турбулентном перемешивании и под воздействием восходящих движений воздуха. Ядрами конденсации могут служить частицы космической и вулканической пыли. Такие ядра адсорбируют на своей поверхности молекулы водяного пара и играют роль готовых зародышевых капель.

Количество ядер конденсации в атмосфере колеблется в широких пределах в зависимости от местных условий. Над океанами в 1 см3 воздуха содержится 600-800 ядер, а над промышленными районами, где выделяется много продуктов сгорания, их число может достигать нескольких миллионов. Влияние промышленных городов сказывается на расстоянии десятков и сотен километров.

Содержание ядер конденсации имеет определенный суточный ход: минимум отмечается ночью или к моменту восхода Солнца. Днем при развитии конвекции и усиления ветра с поверхности Земли в атмосферу поднимаются различные примеси, так что число ядер конденсации увеличивается и достигает максимума примерно в 17 часов. Ночью при ослаблении ветра ядра снова оседают на поверхность. С высотой число их уменьшается.

Результаты химического анализа дождевой воды и облачных капель, а также аэрозолей, собранных в разных слоях атмосферы, показывают, что наиболее распространенными являются ядра, содержащие соединения хлора, серы, углерода, азота, магния, натрия и кальция.

Сублимация водяного пара в атмосфере происходит на мельчайших частицах льда, образующихся при распаде уже имевшихся ледяных кристаллов, или на замерзших зародышевых каплях. Сублимация на таких частицах начинается уже при влажности менее 100%.

 

Контрольные вопросы

1. Что называется конденсацией и сублимацией водяного пара?

2.Какие причины вызывают конденсацию водяного пара в атмосфере?

3. При каких условиях происходит конденсация и сублимация водяного пара?

4. Какова роль ядер конденсации в атмосфере?

5. Какова природа ядер конденсации и как они попадают в атмосферу?

 

Тестовые вопросы

1. Сублимация это переход:

A. Твердого в жидкое. B. Газообразного в жидкое.

C. Газообразного в твердое. D. Жидкого в твердое.

2. Таяние это переход:

A. Твердого в жидкое. B. Газообразного в твердое. C. Твердого в газообразное. D. Жидкого в твердое.

3. В естественных условиях конденсация или сублимация происходит главным образом

A. При слабом ветре. B. При понижении температуры воздуха.

C. При переходе температуры через 00С. D. При сильном ветре.

4. Когда температура какой-либо поверхности понижается до точки росы прилегающего воздуха, начинается:

A. Испарение. B. Таяние.

C. Конденсация водяного пара из воздуха. D. Сублимация

5. В реальной атмосфере конденсация водяного пара может начаться с относительной влажностью, близкой к 100%, но не всегда достигающей этого значения, при условии наличия:

A. Отрицательной температуры. B. Дождя.

C. Облачности. D. Ядер конденсации

6. Охлаждение приземного слоя воздуха ниже точки росы может привести к конденсации водяного пара в воздухе. При этом образуется:

A. Туман. B. Дымка. C. Дождь. D. Морось

7. Водяной пар из воздуха конденсируется на земной поверхности и наземных предметах, когда их температура опускается ниже точки росы воздуха. При этом образуются:

A. Туман. B. Капли росы. C. Дождь. D. Морось

8. Воздух с ненасыщенным паром при адиабатическом поднятии охлаждается через каждые 100 м подъема на:

A. 20С. B. 0.650С. C. 10С. D. 0.50С

9. Образование ледяных кристаллов в атмосфере происходит первоначально на:

A. Особых ядрах конденсации. B. Снежинках.

C. Крупных каплях дождя. D. Жидких зародышевых капельках

10. При каких температурах в облаках и туманах могут встречаться переохлажденные капли:

A. -400С и ниже. B. Ниже 00С. C. -12 -170С. D. Ниже - 170С

11. При каких температурах большая часть капель переходит в твердое состояние?

A. -400С и ниже. B. От -12 до -170С. C. Ниже 00С. D. D. Ниже - 200С

12. Что должно появиться в мелких каплях, чтобы они замерзли?

A. Ядра конденсации. B. Капли дождя. C. Зародыши льда. D. Снежинки

13. Растворимые, впитывающие воду (гигроскопические) частицы солей и кислот, различными путями попадающих в атмосферу, относятся к:

A. Каплям дождя. B. Снежинкам. C. Мороси.. D. Активным ядрам конденсации

14. Капли могут расти только в случае, если парциальное давление водяного пара в воздухе больше давления насыщенного пара над поверхностью капель. Это происходит при относительной влажности:

A. 101-102%. B. Около 100%. C. 60-70%. D. 70-80%

15. Взвешенные в воздухе частицы почвы, горных пород, органических веществ, некоторые микроорганизмы и др.относятся к:

A. Каплям дождя. B. Смачиваемым водой ядрам.

C. Мороси.. D. Активным ядрам конденсации

16. Какие частицы играют роль готовых зародышевых капель?

A. Капли дождя B. Морось.

C. Космическая и вулканическая пыль. D. Снежинки.

17. Количество ядер конденсации в атмосфере над океанами в 1 см3 воздуха может достигать:

A. Нескольких миллионов. B. Менее 600. C. Более 1000. D. 600-800

18. Количество ядер конденсации в атмосфере над промышленными районами, где выделяется много продуктов сгорания, может достигать:

A. Нескольких миллионов. B. Менее 600. C. Более 1000. D. 600-800

19. Когда в суточном ходе отмечается минимум содержание ядер конденсации?

A. После восхода Солнца. B. Ночью или перед восходом Солнца.

C. Примерно в 17 часов. D.Поле захода Солнца

20. Когда в суточном ходе отмечается максимум содержание ядер конденсации?

A. После восхода Солнца. B. Ночью или перед восходом Солнца.

C. Примерно в 17 часов. D.После захода Солнца

21. При какой влажности происходит сублимацияводяного пара в атмосфере на мельчайших частицах льда, образующихся при распаде уже имевшихся ледяных кристаллов, или на замерзших зародышевых каплях?

A. 101-102%. B. C. 60-70%. C. 50-60%D. Менее 100%.

Глоссарий

На русском языке На казахском языке На английском языке
Конденсация Қанығу Condensation
Сублимация Сублимация Sublimation
Ядра конденсации Қанығуның ядролары Condensation nuclei
Излучение Сәулелену Radiation
Состояние насыщения Шылықтырудың күйі Saturation state
Гигроскопичность Ылғалданғыштық Hygroscopicity
Органические вещества Органикалық заттар Organic matter
Микроорганизмы Микроорганизмдар Organisms

 

Темы СРС

Ядра конденсации в атмосфере, (Л1), стр.177-179, (реферат)

Темы СРСП

Схема процессов конденсации и сублимации водяного пара в атмосфере, (Л1), стр. 162, (рисунок)

 

Основная литература

1. И.И. Гуральник, Г.П. Дубинский, В.В. Ларин, С.В. Мамиконова, Метеорология, Л, ГМИ, 1982

2. С.П. Громов, М.А. Петросянц, Метеорология и климатология, М, И «Наука», 2006

 

Дополнительная литература

1. Наставления ГМС и постам, часть I, Алматы, 2002

 

Лекции № 14. Конденсация водяного пара



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: