Тема: Водяной пар в атмосфере

План:

1. Влажность воздуха. Характеристики влажности воздуха.

2. Изменение характеристик влажности воздуха с высотой и в растительном покрове.

3. Испарение. Скорость испарения.

4. Испаряемость. Коэффициент увлажнения.

5. Испарение с поверхности воды, почвы и растений.

6. Конденсация водяного пара. Сублимация водяного пара.

7. Продукты конденсации и сублимации водяного пара наземной поверхности и в свободной атмосфере.

8. Облака. Классификация облаков.

1. Влажность воздуха

«Влажность воздуха – содержание водяного пара в атмосфере».

Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу вследствие испарения с поверхности водоемов, почвы, снега, льда и растительного покрова.

1.Характеристики влажности воздуха

1. Парциальное давление водяного пара [е] – давление, которое имеет водяной пар, находящийся в воздухе.

Измеряется в [гПа]. 1 гПа = 100 Па = 1 мб (миллибар)

2. Давление насыщенного водяного пара [ Е ] – это парциальное давление водяного пара, находящегося в состоянии насыщения.

(Насыщение пара – состояние, при котором в единице обьема воздуха содержится максимально возможное при данной температуре количество водяного пара).

Чем выше температура воздуха, тем большее количество водяного пара может в нем содержаться. Поэтому Е тем больше, чем выше температура воздуха.

Измеряется в [ гПа ] (гектопаскалях).

3. Абсолютная влажность воздуха [ а ] – количество водяного пара, содержащегося в воздухе. Измеряется в [г/м.куб].

4. Относительная влажность воздуха [f] – отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре, выраженное в %

(т.е. измеряется в %).

F=e/E×100%

f- показывает степень насыщения воздуха водяным паром. Полное насыщение происходит когда f=100%..

При неизменном содержании водяного пара в воздухе f тем больше, чем ниже температура воздуха. Поэтому f минимальная днем, максимальная на рассвете.

5. Дефицит насыщения воздуха водяным паром [d ] – это разность между Е и е

d =E – e

Измеряется в [гПа]

С увеличением f , d уменьшается и при f = 100%, d = 0

6. Точка росы. [ td ] – это температура, при которой объём воздуха, охлаждающейся при постоянном давлении, становится насыщенный водяным паром.

f [ °C ] –единицы измерения.

При f = 100%, температура воздуха является точкой росы.

Чем меньше водяного пара содержится в воздухе, тем ниже температура точки росы и наоборот.

2. Изменения характеристик влажности воздуха с высотой и в растительном покрове.

1. С высотой [е ] быстро уменьшается, т. к. в нижний слой атмосферы водяной пар поступает непрерывно благодаря испарению с земной поверхности, а в более высокие слои пара поступает меньше. [Е ] также резко уменьшается с высотой, за счет понижения температуры воздуха. А [ f ] изменяется неравномерно : вначале возрастает, т. к. с высотой уменьшается температура воздуха, затем начинает понижаться за счет меньшего поступления водяного пара в высокие слои атмосферы, а потом возрастает до 100% в слое облаков (от 0,5 до 10 км) Выше этого слоя водяного пара практически нет.

2. В растительном покрове влажность воздуха выше, чем над оголенной почвой за счет испарения с поверхности листьев растений (транспирации),а также благодаря снижению скорости ветра между растениями, что уменьшает перенос влаги.

Поэтому [ f ] и [ е ] в растительном покрове выше, чем над оголенной почвой:

Max f (80 – 90%) весь год в тропических и экваториальных лесах, а min (до 5% и менее в пустынях.

3. Испарение

Испарение – переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Количественно испарение характеризуется скоростью испарения – это масса воды, испаряющаяся с единицы поверхности, в единицу времени [г/см. кв ]

Мин

Скорость испарения можно вычислить по следующей формуле:

W=A (E₁ –e )

Р

(закон Дальтона)

где (Е₁ – е) – дефицит насыщения, взятый по температуре испаряющей поверхности

Р – атмосферное давление

А – коэффициент, зависящий от скорости ветра [≈ 0, 0008]

Таким образом, скорость испарения зависит:

1. От температуры испаряющей поверхности (чем выше температура, тем больше скорость).

2. От дефицита насыщения (чем суше воздух, тем больше скорость).

3. От скорости ветра (ветер уносит влажный воздух, заменяя его на сухой и таким образом увеличивает скорость испарения).

4. От атмосферного давления (давление атмосферы затрудняет отрыв молекул воды от испаряющей поверхности, в результате скорость испарения уменьшается)

4. Испаряемость

Испаряемость - теоретически возможное испарение с увлажненной поверхности при данных метеорологических условиях.

Испаряемость может быть равна испарению, но на большей части планеты она выше, чем реальное испарение.

Например: В пустыне испарение примерно в 25 раз меньше испаряемости, т. к. осадков выпадает менее 100 мм/год, а испаряемость более 2.500 мм.

Увлажнение территории можно охарактеризовать с помощью коэффициента увлажнения.

К_увл=R

I

R – количество осадков за год (мм)

I – испаряемость за год (мм)

Если К больше 1,увлажнение территории избыточное (то есть осадков выпадает больше, чем может испариться в данных условиях.

Если К=1,увлажнение нормальное.

Если К меньше 1, но больше 0,3 –недостаточное.

Если ≤ 0,3 – скудное.

Чем меньше К_увл, тем засушливее климат.

5. Испарение с поверхности воды, почвы и растений

1. Испарение с водной поверхности – зависит от всех тех же факторов, что и скорость испарения (то есть: от температуры, скорости ветра, сухости воздуха, атмосферного давления). Но дополнительно влияет и соленость воды: над раствором скорость испарения меньше, чем над пресной водой при тех же метеоусловиях.

2. Испарение с поверхности почвы – зависит от тех же факторов (температуры, скорости ветра, атмосферного давления, влажности воздуха), но, кроме того:

-влажности почвы (чем больше влажность, тем больше испарение)

-цвета почвы (у темных лучше испарение, так как они хорошо прогреваются)

-плотности почвы (плотные испаряют лучше, чем рыхлые, так как имеют капилляры)

-рельефа (южные склоны больше нагреваются; над возвышенностями скорость ветра больше, чем в низинах, поэтому испарение сильнее)

-растительный покров – растения затеняют почву, а так же уменьшают скорость ветра, и таким образом, снижают испарение.

«Процесс испарения влаги растениями – транспирация». Происходит через устьица, находящиеся на листьях, а у теневыносливых растений и через кутикулу ( слой из кутина и воска)

.Значение транспирации:

1. Охлаждает растения, помогая избежать перегрева.

2. Создает непрерывный ток воды по растению – в результате через корни постоянно поступает вода с растворенными минеральными веществами

Интенсивность транспирации - количество воды, испаряемой растениями

с единицы листовой поверхности в единицу времени.

[ г/см²]

час

зависит от состояния атмосферы, влажности почвы и способности растения регулировать испарения. Эта способность различна у каждого вида и обеспечивается разнообразными физиологическими и анатомо-морфологическими механизмами (плотная кутикула, опушение способность листьев сворачиваться и т. д.)

Суммарное испарение поля – сумма испарения воды с поверхности почвы и транспирации.

6. Конденсация водяного пара

Конденсация – переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Для конденсации водяного пара в атмосфере необходимо 2 условия:

1. Охлаждение воздуха до температуры ниже точки росы –

Охлаждение воздуха до точки росы делает его насыщенным, а при дальнейшем понижении температуры воздуха, водяной пар, содержащийся в нем, становится перенасыщенным и излишки пара, превышающие предел насыщения, конденсируются.

2. Наличие ядер конденсации в атмосфере

Ядра конденсации – это аэрозольные частицы, находящиеся в атмосфере, на поверхности которых происходит адсорбция молекул водяного пара и в, результате образуются капли воды.

Без ядер конденсации капли воды образуются только при большом перенасыщении воздуха водяным паром (f более 400%), что в природе практически никогда не происходит.

Ядра конденсации подразделяют на гигроскопические (это обычно кристаллы солей), на их поверхности адсорбция молекул воды происходит уже при f чуть ниже 100%.

И негигроскопические (смачиваемые) – это частицы почвы, сажи и т. д., на них адсорбция происходит при f чуть более 100%

Сублимация – переход водяного пара из газообразного состояния в твердое, минуя жидкую фазу. Она происходит при температуре ниже 0⁰С.