Вопрос 14.

Испарение и насыщение

Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу вследствие испарения с поверхностей водоемов и почвы и вследствие транспирации растений. Испарение, в отличие от транспирации, назы¬вают еще физическим испарением, а испарение и транспирацию вместе — суммарным испарением.

Процесс испарения состоит в том, что отдельные молекулы воды отрываются от водной поверхности или от влажной почвы и переходят в воздух как молекулы водяного пара. В воздухе они быстро распространяются вверх и в стороны от источника испарения. Это происходит отчасти вследствие собственного дви¬жения молекул; в этом случае процесс распространения молекул газа на возможно большее пространство называется молекуляр¬ной диффузией. К молекулярной диффузии в атмосфере присое¬диняется еще и распространение водяного пара вместе с воз¬духом: в горизонтальном направлении с ветром, т. е. с общим переносом воздуха, а в вертикальном направлении путем тур-булентной диффузии, т. е. вместе с турбулентными вихрями, все¬гда возникающими в движущемся воздухе.

Но одновременно с отрывом молекул от поверхности воды или почвы происходит и обратный процесс их перехода из воз¬духа в воду или в почву.

Такое состояние называют насыщением, водяной пар в этом состоянии — насыщающим, а воздух, содер¬жащий насыщающий водяной пар, — насыщенным. Характеристики влажности

Влагосодержание воздуха, прежде всего, зависит от того, сколько водяного пара попадает в атмосферу путем испарения с земной поверхности в том же районе. Естественно, что над океанами оно больше, чем над материками, так как испарение с поверхности океана не ограничено запасами воды. В то же время в каждом месте влагосодержание зависит и от атмосфер¬ной циркуляции: воздушные течения приносят в данный район воздушные массы более влажные или более сухие из других об¬ластей Земли. Наконец, для каждой температуры существует со¬стояние насыщения, т. е. существует некоторое предельное влаго¬содержание, которое не может быть превзойдено. Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере употребляют различные характеристики влажности воздуха. О двух из них было сказано в главе второй. Это, во-первых, упругость (давление) водяного пара е — основ¬ная и наиболее употребительная характеристика влагосодержания. Во-вторых, это относительная влажность r, т. е. процентное отношение фактической упругости пара к упругости насыщения при данной температуре. абсолютную влажность легко рассчитать, зная упру¬гость пара и температуру воздуха

Иногда абсолютной влажностью называют и упругость пара

абсолютная влажность меняется при адиабатических процессах. При расширении воздуха объем его увеличивается и то же количество водяного пара распре¬деляется на больший объем; следовательно, плотность пара, т. е. абсолютная влажность, уменьшается. При сжатии воздуха, напротив, абсолютная влажность растет.

Еще одна широко применяемая характеристика влагосодержания — удельная влажность s — есть отношение плотности водяного пара к общей плотности влажного воздуха.

Иначе можно сказать, что это есть отношение массы водя¬ного пара к общей массе влажного воздуха в том же объеме. Удельная влажность не меняется при адиабатическом рас¬ширении или сжатии воздуха, в отличие от абсолютной влаж¬ности, так как при адиабатических процессах меняется объем воздуха, но не масса его.Выражается он в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах.

Третья характеристика — дефицит влажности, т. е. разность между упругостью насыщения E при данной температуре воз¬духа и фактической упругостью е пара в воздухе: d=E — е. Влагосодержание воздуха у земной поверхности имеет су¬точный и годовой ход, в общем связанный с соответствующими периодическими изменениями температуры. Суточный и годовой ход упругости пара:

Суточный ход упругости пара лучше выражен в многолетних средних величинах, чем в отдельные дни, так же как и суточ¬ный ход температуры воздуха. Амплитуда его в средних ши¬ротах мала: весной и летом она 2—3 мб, осенью и зимой 1—2 мб.

Над морем и в приморских областях на суше упругость пара имеет простой суточный ход, параллельный суточному ходу тем¬пературы воздуха: влагосодержание растет днем, когда темпе¬ратура выше.

Первый минимум насту¬пает рано утром, вместе с минимумом температу¬ры. Затем упругость пара быстро растет вместе с температурой часов до девяти утра. После этого упругость пара убывает часов до 15, когда насту¬пает второй минимум. В сухих и жарких местно¬стях этот дневной мини¬мум является главным. Затем упругость пара снова растет до 21—22 ча¬сов, когда наступает вто¬рой максимум; после это¬го она снова падает до утра. Годовой ход упругости пара параллелен годовому ходу температуры: летом она больше, зимой меньше, что вполне по¬нятно. Самый жаркий и самый холодный месяцы года обыкно-венно являются и месяцами с наибольшей и наименьшей упру¬гостью пара. Иногда экстремальные значения влагосодержания запаздывают на месяц относительно экстремумов температуры. В тех районах тропиков, где максимум температуры приходится до начала дождливого периода, максимум влагосодержания сов¬падает с началом дождей. Суточный и годовой ход относительной влажности

Суточный ход относительной влажности r = e/E*100 за¬висит от суточного хода фактической упругости пара е и от су¬точного хода упругости насыщения E. Но последний находится в прямой зависимости от суточного хода температуры. Упру¬гость пара е в общем меняется в суточном ходе не очень зна¬чительно; гораздо резче меняется вместе с температурой упру¬гость насыщения E. Поэтому суточный ход относительной влаж¬ности с достаточным приближением обратен суточному ходу температуры. При падении температуры относительная влаж¬ность растет, при повышении температуры — падает. В резуль¬тате суточный минимум относительной влажности совпадает с суточным максимумом температуры воздуха, т. е. прихо¬дится на послеполуденные часы, а суточный максимум относительной влажности Совпадает с суточным минимумом темпе¬ратуры, т. е. приходится на время около восхода солнца

Над морем средняя суточная амплитуда относительной влаж¬ности мала, поскольку мала там и суточная амплитуда темпе¬ратуры. в ясные дни суточный ход относительной влажности выражен лучше, чем в облачные, как и суточный ход темпе¬ратуры.

Нарушения в суточный ход относительной влажности вносят бризы на берегах морей.

На горах и в свободной атмосфере суточный ход относитель¬ной влажности параллелен суточному ходу температуры. Мак¬симум приходится на дневные часы, когда увеличено облакообразование.