Лекция №3-Температура и влажность воздуха
advertisement
Температура и влажность воздуха Лектор: д.т.н., профессор Гусейнов Н.Ш. Температура • Температура воздуха - мера внутренней энергии вещества. • В случае смеси газов, таких как воздух это мера кинетической энергии. • В авиации и метеорологии используется температурная шкала, выраженная в градусах Цельсия • Точка замерзания чистой воды - 0°C • Точка кипения чистой воды при стандартном давлении - 100°C Другие температурные шкалы • Абсолютная температурная шкала или шкала Кельвина • Начинается с условия, в котором нет никакой тепловой энергии, содержавшейся в веществе. • взятый в качестве-273°C. • (T)K = (t)°C +273 • Точка замерзания 273 K – соответствует 0 °C • Точка кипения 373 K - соответствует 100 °C Другие температурные шкалы • В США температура все еще измеряется на Фаренгейте (°F) • Точка таяние льда = 32°F. – Точка кипения воды = 212°F. • Отношением между Цельсием и Фаренгейтом : C = (F -32) x 5 9 – Где: C = Температура в °C F = Температура в °F Шкалы для измерения температуры воздуха Название шкалы Точка таяния льда Точка кипения воды Число градусов на шкале Цельсия (0С) 0 100 100 Фаренгейта (0F) 32 212 180 Кельвина (K) 273 373 100 Экран термометра Стивенсона • Щиты, предохраняющие от прямого солнечного излучения • свободная воздушная циркуляция • Датчики на 1.2 м 4 фута выше поверхности Будка Стивенсона Источники и процессы нагревания воздуха Распределение температуры в атмосфере и его непрерывные изменения называют тепловым режимом атмосферы. Нагревание воздуха объясняется следующими физическими процессами: •Солнечная радиация; •Излучение от Земной поверхности; •Термическая конвекция; •Теплопроводность; •Выделение скрытого тепла (латентное тепло или тепло испарения). Солнечная Радиация • Источником высокой температуры земли – является солнце. • Поступающее солнечное излучение имеет длину короткой волны, приблизительно 2 - 3 микрона (1 микрон = 10-3 мм) и проходит с небольшим поглощением через атмосферу земли. длина волны единица времени частота Солнечная Радиация • Озоновый слой высоко в стратосфере поглощает часть коротковолновой радиации (вредное ультрафиолетовое), и немного поступающей радиации поглощено облаками и пылью и т.д. • Поступающая коротковолновая радиация нагревает поверхность земли. Коротковолновая инсоляция рассеивание приблизительно 10% поглощение в атмосфере приблизительно 20% (O3, H2O, H, He, CO2) отражение облака 25% (альбедо облака 0.25) 4.5 % достигает земли Альбедо = процент отраженной радиации Инсоляция Малое поглощение и рассеивание параллельные лучи равной ширины наличие равного количества энергии Поступающая солнечная радиация Отраженные от облаков длинные волны Излучение длинной волны в космос Радиационный Баланс Земли • Земля нагревается короткой волновой радиацией от солнца. • Это называется ИНСОЛЯЦИЯ. • Радиация содержит в себе вредные длины волны: – Ультрафиолетовый. – Космические лучи. Озоновый слой поглощает большинство вышеупомянутых. Изменение угла солнца с сезоном Арктическая широта Сев. тропическая широта Экватор Юж. тропическая широта Антарктический полярный круг Северное лето солнечная радиация солнечная радиация Арктическая широта Северная зима Сев. тропическая широта Экватор Юж. тропическая широта Антарктический полярный круг Распределение солнечного излучения широта Арктический полярный круг Северный тропик Экватор Южный тропик Антарктический полярный круг радиация поглощенный излученный Процессы теплопередачи • Коротковолновая радиация проходит через атмосферу земли и нагревает поверхность. Распределение коротковолновой радиации Небольшое изменение, большое смешивание в воде Методы, которыми энергия распространяется в атмосфере: • Проводимость - Теплопередача контактом • Конвекция - теплопередача вертикальным движением • Радиация - Поглощение или радиация энергии Методы, которыми энергия распространяется в атмосфере: • Выпуск Скрытой Высокой температуры - во время уплотнения • Адвекция - горизонтальное движение • Турбулентность – вымешивание воздуха в течение адвективного процесса Поглощение солнечного излучения земля больше испарения вода медленно нагревается вода радиация проникает к глубине смешивание теплых и холодных вод меньше испарения никакое проникновение радиации Земля нагревается быстро никакое смешивание Дневная Температурная Вариация восход солнца полдень закат Факторы, Влияющие на Дневную Температурную Вариацию • • • • • Ветер. Влагосодержание. Облачный покров. Высота. Сезон. Факторы, Влияющие на Дневную Температурную Вариацию • Ветер: – Спокойная условия, безоблачность= сильная радиация = сильная инверсия – Ветер = смешивающийся с более теплым воздухом на высоте = изотермический слой близко к поверхности. – Обычно зимой, ночью наблюдается сильная радиационная инверсия. – В течение дня ветер смешается с более прохладным воздухом на высоких слоях с более теплым воздухом и ограничивает максимальную ежедневную температуру. Факторы, Влияющие на Дневную Температурную Вариацию. • Влагосодержание. – Влажность поглощает длинную инфракрасную радиацию от поверхности и ограничивает минимальную ночную температуру. Факторы, Влияющие на Дневную Температурную Вариацию. • Облачный покров. – Густые облака также более эффективные, чем тонкие при ограничении температурного снижения ночью – с другой стороны в течение дня густые облака будут более эффективными при уменьшении поступающего солнечного излучения и так ограничит максимальную ежедневную температуру. Факторы, Влияющие на Дневную Температурную Вариацию. • Высота. – Экватор и полюса - маленькое дневное изменение – Средние широты - большое изменение – Сезон. – Лето – большое изменение – зима - маленькое изменение Дневное изменение максимум дневная температура ежедневная температура (безоблачность/безветренно) минимум ежедневная температура (облачно/ветрено) радиационный уровень Максимальная температура Поступающий = исходящий Минимальная температура Поступающий = исходящий Парниковый эффект • Земная длинноволновая радиация поглощается и повторно излучается углекислым газом и водяным паром в атмосфере. • Это известно как «Парниковый эффект». Характеристики влажности воздуха Для количественной характеристики влажности воздуха используются следующие характеристики: упругость водяного пара, абсолютная влажность, массовая доля водяного пара, относительная влажность, дефицит влажности, точка росы и дефицит точки росы. Упругость водяного пара (е) – это парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе, и измеряемый в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) или в гектопаскалях (гПа). Когда упругость водяного пара соответствует упругости насыщения, воздух становится насыщенным водяным паром и начинается процесс конденсации или сублимации с образованием капель воды или кристаллов льда. Дефицит влажности или недостаток насыщения (d) – это разность между упругостью насыщения при данной температуре и фактической упругостью водяного пара d= E-e Здесь Е-упругость насыщения (максимальная упругость) Абсолютная влажность (а) – это масса водяного пара в граммах, содержащегося в 1 м³ воздуха (г/м³). Для насыщенного пространства абсолютная влажность называется насыщающим водяным паром или предельной влажностью (А). Относительная влажность (f) Относительная влажность – это отношение водяного пара фактически содержащегося в воздухе, к максимально возможному при данной температуре выраженное в процентах a f = 100 % A e f = 100 % A Точка росы Точка росы (Td) - это температура, до которой необходимо охладить воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар при постоянных значениях давления и массовой доли водяного пара (удельной влажности) достиг состояния насыщения. При температуре воздуха всегда ниже температуры воздуха или равна 100%. Точка росы всегда ниже температуры воздуха или равна ей. Дефицит точки росы ( t d ) Дефицит точки росы ( td ) - это разность между температурой воздуха и точкой росы. td = t - td
