Лекция 3. Вода в атмосфере.

План лекции

1. Испарение. Характеристики влажности воздуха.

2. Суточные и годовые колебания характеристик влажности.

3. Конденсация водяного пара ,

Рекомендованная литература:1,2,3,4,5,6,9.

Основные теоретические положения

1. Испарение. Характеристики влажности воздуха

В атмосфере Земли в каждый момент времени содержится около 0,001 % всех запасов воды планеты. Причем 95% этого количества находится в виде пара и лишь 5% в виде продуктов конденсации. Всего с поверхности Земли за год испаряется около 5,2.10.13 т воды. Основная масса испаряется с поверхности Мирового океана (4,5 10.13 т). За год атмосферная влага обновляется примерно 40 раз за счет непрерывного кругооборота: испарение, конденсация и выпадение на поверхность в виде осадков.

Процесс испарения представляет собой фазовый переход вещества (воды) из жидкого в газообразное состояние. При этом молекулы воды как покидают жидкость (испарение), так и возвращаются в нее (конденсация). Этот процесс не прекращается и при достижении состояния насыщения, когда количество испаряющихся молекул равно числу возвратившихся в жидкость. Это состояние называется насыщением или давлением насыщения. Упругость насыщения или давление насыщения растет с ростом температуры и зависит от фазового состояния воды. Наибольшая величина упругости насыщения над каплями воды и наименьшая– над льдом. Неравенство упругости насыщения над каплями (Е^к_t ;), над плоской водой (Е^в_t ) и льдом (Е^л_t ) играет огромную роль в образовании облаков, туманов, атмосферных осадков. В природе соблюдается неравенство

Е^к_t >Е^в_t >Е^л_t ;. (1)

Влагосодержание в воздухе характеризуется следующими величинами:

1) абсолютная влажность «а»–количество водяного пара (г), находящегося в 1 м3 влажного воздуха;

2) упругость водяного пара е (мм рт. ст., гПа) – парциальное (внутреннее) давление пара в смеси с абсолютно сухим воздухом. Между упругостью водяного пара и абсолютной влажностью воздуха установлена следующая зависимость:

a = е, (2)

где ά – коэффициент расширения воздуха;

t–температура, °С;

3) максимальная упругость водяного пара (упругость насыщения) Е, гПа,– предельное количество водяного пара, которое может содержать воздух при данной температуре. Упругость насыщения Е, зависит от температуры воздуха и в меньшей степени от атмосферного давления;

4) относительная влажность воздуха ƒ–отношение фактической упругости водяного пара, находящегося в воздухе, к упругости насыщения при той же температуре:

ƒ = 100% (3);

5) дефицит влажности d (недостаток насыщения) – разность между упругостью насыщения Е, и фактической упругостью при одинаковой температуре;

6) точка росы t_d – температура, при которой водяной пар, находящийся в атмосфере, достигает состояния насыщения (е = Е; ƒ=100 %; d = 0).

2. Суточные и годовые колебания характеристик влажности.

Практический интерес для нужд судовождения представляют временные колебания абсолютной (е, гПа) и относительной (ƒ, %) влажности воздуха. Поскольку влагосодержание воздуха зависит в первую очередь от температуры, а последняя имеет ярко выраженные суточные и годовые колебания, то и характеристики влажности имеют суточные и годовые изменения. Суточный ход абсолютной влажности воздуха над морем аналогичен суточному ходу температуры воздуха. Максимальные значения наблюдаются в 14–15 ч, минимальные – около восхода Солнца. Суточный ход относительной влажности над водой также параллелен суточному ходу температуры воздуха. Это происходит от того, что с ростом испарения в дневные часы влагосодержание растет, а упругость насыщения E_t изменяется незначительно, так как амплитуда суточных колебаний температуры воздуха над водой мала.

Годовой ход абсолютной влажности совпадает с годовым ходом температуры. В северном полушарии, например, максимум приходится на июль, минимум – на январь.

Годовые вариации относительной влажности, напротив, имеют максимальные значения зимой, минимальные – летом.

На побережьях морей с муссонной циркуляцией наблюдаются отличные от приведенных суточные и годовые колебания. Максимальные значения характеристик влажности наблюдаются летом и зимой (во время летнего и зимнего солнцестояний), а минимальные – весной и осенью (во время весеннего и осеннего равноденствий).