- •1. Предмет и метод метеорологии
- •2. Связь метеорологии с другими науками. Деление на научные дисциплины
- •3. Значение метеорологии для народного хозяйства и обороны страны
- •4. Особенности
- •6. Краткие сведения о достижениях метеорологической науки
- •7. Международное сотрудничество в области метеорологии
- •Глава 1
- •1.1. Состав воздуха вблизи земной поверхности
- •1.2. Состав воздуха
- •1.3. Уравнение состояния сухого воздуха
- •1.4. Уравнение состояния влажного воздуха
- •1.5. Характеристики влажности воздуха и связь между ними
- •2 Строение атмосферы
- •2.1. Основные сведения о Земле как планете
- •2.2. Принципы деления атмосферы на слои. Краткие сведения о методах исследования атмосферы
- •2.3. Тропосфера, стратосфера и мезосфера
- •2.4. Понятие о воздушных массах и фронтах
- •3 Статика атмосферы
- •3.1. Силы, действующие в атмосфере в состоянии равновесия
- •3.2. Уравнение статики атмосферы
- •3.3. Барометрические формулы
- •3.4. Барическая ступень
- •3.5. Вертикальный масштаб атмосферы
- •3.6. Геопотенциал. Абсолютная и относительная высота изобарических поверхностей
- •3.7. Стандартная атмосфера
- •Глава 4 Термодинамика атмосферы
- •4.1. Первое начало термодинамики применительно к атмосфере
- •4.2. Адиабатический процесс
- •4.3. Сухоадиабатический градиент
- •4.4. Потенциальная температура
- •4.5. Критерии устойчивости атмосферы по методу частицы
- •4.6. Изменение потенциальной температуры с высотой при различных видах стратификации атмосферы
- •4.7. Адиабатические процессы во влажном ненасыщенном воздухе
- •4.8. Влажноадиабатические процессы
- •4.9. Анализ состояния атмосферы с помощью термодинамических графиков
- •4.10. Стратификация атмосферы по отношению к влажноадиабатическому и сухоадиабатическому движению частицы
- •4.11. Метод слоя
- •Глава 5
- •5.2. Солнце и солнечная постоянная
- •Глава 6
- •6.1. Поглощение солнечной радиации в атмосфере Земли
- •6.2. Рассеяние солнечной радиации в атмосфере
- •6.3. Законы ослабления радиации в земной атмосфере
- •6.4. Прямая солнечная радиация
- •6.5. Рассеянная радиация
- •6.6. Суммарная радиация
- •6.7. Альбедо
- •Глава 7
- •7.1. Излучение земной поверхности
- •7.2. Излучение атмосферы
- •7.3. Полуэмпирические формулы для расчета излучения атмосферы и эффективного излучения земной поверхности
- •7.4. Влияние облачности на встречное и эффективное излучение
- •7.5. Суточный и годовой ход эффективного излучения
- •Глава 8
- •8.1. Радиационный баланс земной поверхности
- •Глава 9
- •9.1. Ламинарное и турбулентное состояние атмосферы
- •9.2. Простейшие характеристики турбулентности
- •9.3. Конвективный и турбулентный потоки тепла
- •Глава 11
- •11.1. Уравнение
- •Глава 12
- •12.1. Распределение температуры в тропосфере и нижней стратосфере
- •12.2. Инверсии температуры в атмосфере
- •Глава 14 Влажность воздуха
- •14.1. Уравнение переноса водяного пара в турбулентной атмосфере
- •14.2. Испарение
- •Глава 15
- •15.2. Зависимость теплоты фазового перехода и давления насыщенного водяного пара от температуры
- •Глава 16 Туманы
- •16.1. Физические условия образования и классификация туманов
- •Глава 17 Облака
- •Глава 18 Осадки
- •18.1. Классификация осадков
- •18.2. Процессы укрупнения облачных элементов и образования осадков
- •18.3. Наземная конденсация и осадки
- •Глава 19
- •19.1. Силы, действующие в атмосфере
- •19.2. Уравнения движения турбулентной атмосферы
- •Глава 21
- •21.1. Ветер в пограничном слое атмосферы
- •21.2. Местные ветры
- •Глава 22
- •22.1. Яркость небесного свода
- •22.3. Оптические явления в облаках, туманах и осадках
- •Глава 23
- •23.1. Ионизация атмосферы
- •23.3. Механизм образования электрических зарядов в грозовых облаках
- •23.4. Структура грозового облака. Рост града
- •23.5.. Полярные сияния
1.5. Характеристики влажности воздуха и связь между ними
Водяной пар — это переменная составная часть атмосферы. Содержание водяного пара в атмосфере оценивается с помощью характеристик влажности воздуха, или гигрометрических величин, к которым относятся: давление водяного пара, абсолютная и относительная влажность, массовая доля водяного пара, отношение смеси, точка росы и дефициты давления и точки росы.
Парциальное давление водяного пара е*. При данной температуре давление водяного пара не может превышать некоторое предельное значение Е, называемое давлением насыщения или давлением насыщенного водяного пара. Давление насыщения зависит от температуры: оно увеличивается с повышением температуры.
Абсолютная влажность а — масса водяного пара в граммах в 1 м3 влажного воздуха (г/м3). Между абсолютной влажностью и плотностью водяного пара рп существует простая связь: а =103рп,
если рп — в кг/м3.
Поскольку рп = 1/vп, то из уравнения (1.4.1) находим:
где е — в гектопаскалях.
Относительная влажность f — отношение фактического давления водяного пара е к давлению насыщения Е над плоской поверхностью чистой воды, выраженное в процентах:
Массовая доля водяного пара** s — количество водяного пара в граммах в 1 г влажного воздуха. Для установления связи между е и s воспользуемся формулами (1.4.5) и (1.4.6). Получаем
_______________________
В дальнейшем эту величину будем называть давлением водяного пара или давлением пара.
** В дальнейшем эту величину будем называть долей водяного пара или долей пара (до недавнего времени ее называли удельной влажностью).
При практических, а также при многих теоретических расчетах слагаемым 0,378е можно пренебречь по сравнению с р. Поэтому формулу (1.5.3) чаще всего записывают в виде
где s — в промилле (%о), т. е. масса пара в граммах в 1 кг влажного воздуха.
(здесь рс — плотность сухой части воздуха), из уравнений (1.4.1) и (1.4.3) получаем:
Характеристики s и г связаны между собой соотношениями
Отношение смеси г — отношение массы водяного пара в определенном объеме воздуха к массе сухого воздуха в том же объеме. Отношение смеси численно равно количеству водяного пара, приходящемуся на 1 г сухого воздуха. Поскольку
Количественное различие между s и г мало. Формула (1.5.4) может быть использована для расчета как s, так и г.
Дефицит давления d — разность между давлением насыщенного водяного пара Е при данной температуре и фактическим давлением пара е:
Точка росы τ— температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар при постоянных общем атмосферном давлении и массовой доле пара становится насыщенным по отношению к плоской поверхности воды. Подчеркнем, что точка росы служит характеристикой влажности воздуха, а не его термического режима. При данной температуре воздуха точка росы в зависимости от фактического давления водяного пара может принимать самые различные значения.
Пусть в некотором объеме воздуха при неизменном общем давлении (изобарический процесс) и постоянном давлении водяного пара температура понижается. При этом относительная влажность будет возрастать, так как с понижением температуры знаменатель дроби е/Е уменьшается. Температура, при которой относительная влажность достигает 100 %, и будет представлять собой точку росы. При этом е/Е{х) = 1. Отсюда получаем следующую связь между давлением водяного пара и точкой росы:
Наряду с точкой росы, введем также понятие точки льда (инея).
Точка льда — это такая температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар при неизменных общем атмосферном давлении и доле пара достигает состояния насыщения по отношению к плоской поверхности чистого льда.
Дефицит точки росы ∆ — разность между температурой воздуха Т и точкой росы τ: