1. Цели освоения дисциплины

Введение

Современные специалисты в области экологии и природопользования должны уметь эффективно использовать ресурсы климата в различных областях своей деятельности. Для этого им необходимо знать физические основы явлений и процессов, происходящих как в атмосфере в целом, так и в приземном слое.

Целью проведения лабораторно - практических занятий по дисциплине «Учение об атмосферы» является закрепление теоретических положений изучаемой дисциплины; изучение метеорологических приборов и особенностей измерения метеорологических величин и наблюдений за атмосферными явлениями; обработки и анализа полученных результатов.

Тема 1. Организация приземных метеорологических наблюдений

Цель: изучение основных требований к построению метеорологической сети; устройства метеорологической площадки; знакомство с программами и сроками производства метеорологических наблюдений

Занятие 1.1.Требования к организации приземных метеорологических наблюдений.

Задание: Составить план-схему.

Приземные метеорологические наблюдения представляют собой определение характеристик состояния и развития физических процессов в атмосфере при взаимодействии её с подстилающей поверхностью и включают измерение метеорологических величин, характеризующих эти процессы, определение основных характеристик наиболее важных атмосферных явлений (начало, конец, интенсивность, опасность для народного хозяйства) .

Цель производства приземных метеорологических наблюдений:

- обеспечение народнохозяйственных организаций сведениями о метеорологических условиях в пункте наблюдения;

- оповещение обслуживаемых организаций об опасных и особо опасных атмосферных процессах и явлениях;

-обеспечение прогностических служб необходимыми данными для составления всех видов прогнозов метеорологических условий и предупреждений об ожидаемых неблагоприятных условиях;

- накопление и обобщение объективных данных о метеорологическом режиме и климате территории.

Приземные метеорологические наблюдения на станциях, входящих в Государственную систему наблюдений и контроля (ГСКП) природной среды, производятся по всей территории одновременно в 0,3,6,9,12,15,18,21 час московского (зимнего) времени. Под сроком наблюдений понимается интервал времени продолжительностью 10 мин, заканчивающийся точно в указанный срок. В эти сроки измеряются : температура и влажность воздуха на высоте 2 м над земной поверхностью; температура почвы; атмосферное давление; ветер - скорость и направление на высоте 10-12 м; количество осадков; высота нижней границы облаков, определение количества и формы облаков; горизонтальная видимость.

В сроки, ближайшие к 8 и 20ч поясного декретного (зимнего) времени, производится измерение количества осадков. В срок, ближайший к 8ч поясного декретного (зимнего) времени, производятся наблюдения за состоянием подстилающей поверхности.

Наблюдения за интенсивностью и развитием атмосферных процессов и явлений производятся непрерывно в течение суток.

При наличии снежного покрова ежедневно производятся измерения высоты снежного покрова и определение характеристик его состояния (в срок, ближайший к 8ч поясного декретного (зимнего) времени), а также регулярно ( один раз в 5 или 10 дней ) снегосъёмки на закрепленных маршрутах.

На некоторых станциях измеряется испарение воды с водных поверхностей или почвы.

Для обеспечения однородности и достоверности результатов наблюдения проводятся в соответствии с Наставлением гидрометеорологическим станциям и постам (ГСиП), приборы применяются только рекомендованные для сети ГСиП, безотказные для работы во всех климатических зонах. Каждый прибор должен иметь поверочное свидетельство .

Сеть гидрометеорологических станций должна быть построена так, чтобы для любого пункта обслуживаемой территории можно было получить значения основных метеорологических величин с требуемой точностью при минимальной густоте сети. Сеть состоит из системы основных станций, репрезентативных относительно общего фона климатообразующих факторов, и станций для учёта местных особенностей метеорологического режима, располагаются между основными станциями. Для обеспечения синхронности строго соблюдаются сроки и установленный порядок производства наблюдений.

Важнейшие требования к сетевым метеорологическим наблюдениям помимо синхронности - их длительность и непрерывность. Для изучения климата необходимо иметь многолетние ряды систематических наблюдений. Важно также, чтобы станция не меняла своего местоположения: перенос станции обрывает ряд наблюдений, или нарушает их однородность.

Приземные метеорологические наблюдения производятся с помощью приборов и оборудования, установленных на метеорологической площадке.

При обустройстве метеорологической площадки предъявляются определенные требования при выборе участка, который должен быть:

-типичным для окружающей местности (на преобладающих формах рельефа), чтобы наблюдения были репрезентативными;

-удален от источников влаги на расстоянии не менее 100 м; от отдельных невысоких препятствий на расстоянии не меньше 10-кратной высоты этих препятствий; от сплошного леса и сплошной городской застройки - не менее 20-кратной высоты;

-нельзя размещать метеорологическую площадку вблизи резких изломов рельефа;

- должен иметь форму квадрата ( 26 х 26 м), одна сторона которого ориентирована в направлении север-юг.

Характерность метеорологической площадки должна сохраняться на протяжении всего периода работы станции.

Во избежание нарушения естественного покрова на метеоплощадке разрешается ходить к приборам только по дорожкам. Для определения высотного положения приборов в районе площадки имеется репер.

Приборы на метеоплощадке устанавливаются в определенном порядке и ориентации по отношению к сторонам света, на определенной высоте над поверхностью земли. Метеорологическая площадка должна быть огорожена проволочной сеткой. Ограда площадки и всё оборудование (подставки, будки, лестницы, столбы, матчи и т.д.) окрашиваются в белый цвет для предотвращения их чрезмерного нагревания солнечными лучами, что может повлиять на точность измерений. Метеорологические приборы и оборудование размещаются в соответствии с планом (рис.1)

Для производства актинометрических и теплобалансовых наблюдений площадка дополнительно увеличивается на юг (размеры 26х36м с ориентацией длинной стороны с севера на юг). Установки для других видов наблюдений (загрязнение атмосферы и т.п.) могут располагаться к западу и востоку от площадки.

Рис. 1. План размещения оборудования и приборов на метеорологической площадке (расстояния указаны в метрах, полная программа наблюдений)

1-геодезический репер станции; 2-флюгер с легкой доской; 3-датчик анеморумбометра; 4-флюгер с тяжелой доской; 5-голоедный станок;6- будка психрометрическая;7-снегомерная рейка; 8 - будка психрометрическая запасная; 9-будка для самописцев; 10- прибор для измерения МДВ; 11- осадкомер; 12- плювиограф; 13- запасной столб осадкомера; 14- снегомерная рейка;15-гелиограф; 16-ледоскоп; 17-росограф; 18-оголенный участок для установки напочвенных (19) и коленчатых термометров Савинова (20); 21 - снегомерная рейка; 22-участок с естественным растительным покровом для установки почвенно-глубинных термометров (23) и мерзлотомера (24); 25- установка для измерения вертикальных градиентов температуры и влажности воздуха; 26 - установка для измерения изменчивости скорости ветра с высотой; 27 - актинометрическая установка (стойка с приборами).

Приборы и оборудование должны поддерживаться в исправном состоянии. Запрещается установка на метеорологической площадке нетиповых вспомогательных установок.

Проходя сквозь толщу атмосферы, часть солнечной радиации рассеивается молекулами атмосферных газов и аэрозолями, облаками и переходит в форму рассеянной радиации D, радиацию, идущую во всех направлениях.

Прямая, рассеянная, суммарная, отраженная радиация относится к коротковолновой солнечной радиации.

Верхние слои почвы, воды, снежный покров, растительность, нагреваясь, сами начинают излучать тепло в виде длинноволновой радиации; эту земную радиацию называют собственным излучением земной поверхности Е_s.

Атмосферную радиацию, приходящую к земной поверхности, называют встречным излучением атмосферы Е_{а .}

Разность между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы называют эффективным излучением Е_е, которое представляет собой чистую потерю тепла с земной поверхности ночью.

Разность между поглощенной радиацией и эффективным излучением называют радиационным балансом земной поверхности, который ночью и зимой отрицательный, летом и днём положительный

Таблица 10.Прямая и рассеянная радиация в июле месяце на ( Квт /м² )

Таблица 11. Исходные данные для вычисления радиационного баланса

В= Q - R_k - Е_е (1)

Где: В - радиационный баланс, кВт/м²; Q-суммарная радиация, кВт/м²; R_k- отраженная солнечная радиация, кВт/м² ; Е_е- эффективное излучение, кВт/м² .

Составляющие радиационного баланса определяются по формулам:

Q = S^′ + D (2)

S^′ = S • sin h_Θ (3)

R_{k =} А• Q /100 (4)

Где: S^′ - прямая солнечная радиация, приходящая на горизонтальную поверхность, кВт/м² ; S - прямая солнечная радиация, приходящая на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам, кВт/м²; D- отраженная солнечная радиация; h_Θ - угол высоты Солнца над горизонтом; А – альбедо подстилающей поверхности.

Для измерения солнечной радиации применяются актинометрические приборы. Наиболее широко используются актинометр, пиранометр, альбедометр.Приёмником у этих приборов являются термобатареи, составленные из спаев двух металлов. В зависимости от интенсивности радиации между спаями термобатарей создаётся разность температур и возникает электрический ток, измеряемый гальванометром.

Былова-Янишевского Янишевского

Метод основан на регистрации времени, в течение которого интенсивность прямой солнечной радиации

Рис.4 Гелиограф универсальный

достаточна для получения прожога на специальной ленте 2, укрепленной в оптическом фокусе шаровой стеклянной линзы 1, закрепленной на держателе 3. Гелиограф устанавливается на метеорологической площадке на столбе высотой не менее 2м, строго по географическому меридиану и широте метеостанции. В зависимости от сезона применяются прямые или изогнутые ленты, которые закладываются в верхний, средний или нижний пазы чашки. Смена лент (один раз после захода Солнца; два - после захода Солнца и около 12 часов; три – около 4 часов, 12 и 20 часов) зависит от возможной продолжительности солнечного сияния. Продолжительность солнечного сияния заключается в вычислении времени по следам прожога на ленте гелиографа за каждый час.

Тема 3. Тепловой режим почвы и воздуха.

Цель: Изучить основные пути теплообмена между земной поверхностью и атмосферой; изменение температуры почвы и атмосферы в суточном и годовом ходе; приобрести навыки в измерении температуры воздуха.

Земная поверхность, т.е. поверхность почвы, воды, растительного или снежного покрова, непрерывно и разными способами получает и теряет тепло. Через земную поверхность тепло передаётся вверх – в атмосферу и вниз - в почву или воду. Пути нагревания земной поверхности: за счёт суммарной радиации и встречного излучения атмосферы; путём турбулентной теплопроводности; при конденсации водяного пара. Охлаждение земной поверхности происходит за счёт собственного излучения земли; турбулентной теплопроводности; испарения воды.

Суточный ход температуры почвы зависит от облачности; экспозиции склонов; влажности почвенного покрова; растительности; снежного покрова.

Изменяется температура и в годовом ходе, амплитуда её зависит от широты места; экспозиции склонов; наличия растительного и снежного покровов.

Занятие 3.1. Изменение температуры почвы в суточном и годовом ходе.

Проанализировать таблицы 12,13,14,15,16; вычислить амплитуду суточного хода температур по таблицам 12,13,14.

Таблица 12. Температура поверхности почвы в Санкт-Петербурге в пасмурный день 9 июля и в ясный день 13 июля.

Дата	Срок, час
	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24
09.08	11	11	12	12	13	15	20	21	21	20	17	10	10
13.08	11	10	9	16	24	35	38	40	36	28	21	13	10

Таблица 13. Температура поверхности почвы на площадке в полупустыне и на близлежащем орошаемом поле в июле месяце.

Таблица 14. Температура поверхности почвы в Самаре 6 января и 10 июля

Таблица 15.Температура поверхности почвы днём на северном и южном склонах одинаковой крутизны и на равнинной местности

Таблица 16.Среднемесячная температура поверхности оголенной почвы и почвы под снегом

Таблица 17. Изменение температуры поверхностного и верхнего слоя почвы 9-11 июля

Построение графиков: по вертикали откладывается температура воздуха для каждого слоя почвы; по горизонтали - сроки или месяцы.

Суточные и годовые колебания температуры поверхности почвы путём теплопроводности передаются в более глубокие слои. Слой почвы, температура которого имеет суточный и годовой ход, называется активным слоем. Распространение температурных колебаний в глубь почвы ( при однородном составе) происходит в соответствии с законами Фурье.

Первый закон: Период колебаний с глубиной не изменяется, т.е. на всех глубинах интервал между двумя последовательными минимумами и максимумами температуры составляет в суточном ходе 24 часа, а в годовом- 12 месяцев.

Второй закон: С увеличением глубины амплитуда быстро уменьшается. Слой почвы, температура которого в течение суток не изменяется, называется слоем постоянной суточной температуры, который в средних широтах находится глубже 70-100 см. Слой постоянной годовой температуры находится глубже 15-20м.

Третий закон: Максимальные и минимальные температуры на глубинах наступают поздние, чем на поверхности почвы. Суточные минимумы и максимумы запаздывают на каждые 10 см глубины в среднем на 2.5-3.5 часа; а годовые на каждый метр глубины запаздывают на 20-30 суток.

Занятие 3.3. Изменение температуры воздуха.

Задание: Изучить факторы, влияющие на изменение температуры воздуха в суточном и годовом ходе.

Теплообмен между атмосферным воздухом и окружающей средой осуществляется несколькими путями: радиационным; теплопроводностью: молекулярной и турбулентной; испарения или конденсации; адиабатическим.

Изменения температуры в нижних слоях атмосферы, зависит от изменения температуры земной поверхности, следует за ними.

Суточный ход температуры воздуха обуславливается суточным ходом температуры подстилающей поверхности, но происходит запаздывание в наступлении максимальной и минимальной температуры. Минимальная температура воздуха на высоте 2м наблюдается перед восходом Солнца; максимальная - через 2-3 часа после полудня. Амплитуда суточного хода температуры воздуха меньше амплитуды суточного хода температуры поверхности почвы и зависит:

- От широты места. Наибольшая амплитуда отмечается в субтропических широтах и тропиках до20^оС; в умеренных широтах- 8-9 ^оС; на полярном круге- 3-4 ^оС; в Заполярье -1-2 ^оС.

- От времени года. В умеренных широтах наименьшая амплитуда зимой 2-4 ^оС; наибольшая - летом 8-12 ^оС. В полярных областях : зимой амплитуда отсутствует, летом -1 ^оС. В субтропиках амплитуда суточного хода наибольшая и от времени года не зависит.

- От подстилающей поверхности. Над океанами -2-3 ^оС; в глубине континента- 20 ^оС. На суше амплитуда зависит от рельефа: больше в замкнутых долинах и котловинах; меньше- над вершинами холмов, где интенсивнее перемешивание воздуха.

- От высоты над уровнем моря. С увеличением высоты амплитуда суточного хода температуры уменьшается.

- От облачности.В ясные дни амплитуда больше, чем в пасмурные.

- экваториальный тип: два максимума – после весеннего и осеннего равноденствия; два минимума – после летнего и зимнего солнцестояния. Амплитуда над океаном-1 ^оС; над сушей- 5-10 ^оС.

- тропический тип: максимум после летнего солнцестояния; минимум - после зимнего солнцестояния. Амплитуда над сушей 10-20 ^оС; над морем-5 ^оС.

- умеренный тип: максимум - в июле; минимум – в январе. Амплитуда над морем и на побережье 10 ^оС; в глубине материков -40-50 ^оС и более.

- полярный : максимум -в июле; минимум - в январе. Амплитуду над морем- 25 ^оС и более; над сушей -65 ^оС и более.

Занятие 3.4. Изменение температуры воздуха в суточном и годовом ходе.

Задание 3.4.1. Построить графики изменения температуры почвы и воздуха и провести сравнительный анализ, пользуясь данными таблицы 18.

Таблица 18. Температура поверхности почвы и воздуха в ясный день, ^оС

Таблица 19. Изменение температуры воздуха в течение суток, ^оС

Таблица 20. Изменение температуры воздуха в течение года , ^оС

Под вертикальной стратификацией температуры понимается распределение температуры воздуха по высоте.

В тропосфере температура воздуха с высотой в среднем уменьшается. Изменение температуры воздуха на каждые 100м высоты называется вертикальным температурным градиентом (ν), вычисляется по формуле 5.

ν=(t_в – t_н)/ (h_в – h_н) ( 5 )

где: t_в- температура верхнего слоя воздуха; t_н - температура нижнего слоя воздуха; h_в – высота верхнего слоя воздуха; h_н - высота нижнего слоя воздуха.

В среднем ν = 0.65 ^оС / 100 м высоты, но может быть :

- положительным, если температура с высотой убывает;

- отрицательным, если температура с высотой повышается;

- равным нулю, если температура с высотой не изменяется.

Вертикальный температурный градиент зависит от времени года и суток; высоты над уровнем моря.

Слой воздуха, в котором температура с высотой повышается, называется слоем инверсии.

Слой воздуха, в котором температура с высотой не изменяется, называется слоем изотермии.

Таблица 21. Изменение температуры воздуха с высотой

Высота, м	0.5	10	25	47	65	97	130	190	300
tоС	10.1	9.8	9.3	9.3	12.9	12.9	12.0	11.5	9.8

Пояснение: по вертикали откладывается высота, без соблюдения масштаба; по горизонтали – температура.

Занятие 3.7. Методы измерения температуры воздуха и почвы.

На метеорологических станциях для измерения температуры воздуха и почвы чаще всего применяются жидкостные термометры. В качестве жидкости до температуры минус 35^оС применяется ртуть, ниже - спирт, толуол. Приёмная часть термометра – жидкость, помещенная в стеклянный резервуар, соединенный с капиллярной трубкой, противоположный конец которой запаян. Позади капиллярной трубки помещена шкала для отчёта показаний термометра. При измерении температуры производится наблюдение видимого изменения положения мениска жидкости в капилляре термометра, который соединен с резервуаром (рис. 5).

Рис. 5. Срочный термометр

На метеостанциях определяются следующие характеристики температуры:

- температура воздуха и поверхности почвы в срок наблюдения, измерения производятся с помощью срочного термометра (термометр психрометрический ртутный метеорологический ТМ4; термометр ТМ3 для измерения температуры поверхности почвы или снежного покрова);

-минимальная температура воздуха и поверхности почвы за время между сроками наблюдения (метеорологический минимальный термометр ТМ2, метеорологический низко градусный термометр ТМ9);

- максимальная температура воздуха и поверхности почвы за время между сроками наблюдения (метеорологический максимальный термометр ТМ1).

Термометры для измерения температуры воздуха устанавливаются в психрометрической будке на высоте 2м, срочный – вертикально, максимальный и минимальный горизонтально, максимальный с наклоном в сторону резервуара, чтобы столбик ртути не откатывался в сторону (Рис.6)
Рис.6.Психрометрическая будка
Термометры для измерения температуры поверхности почвы помещаются на ежегодно перекапываемом участке на расстоянии 5-6см один от другого, резервуарами к востоку, углублёнными на половину в почву. Термометры устанавливаются в южной части площадки на не затеняемом месте на участке размером 4х6 м. Для измерения температуры поверхности почвы подходят к участку с северной стороны по реечному настилу.

Летом в дневные часы минимальные термометры с площадки убираются. Зимой при низких температурах ртутные термометры убираются в помещение.

Для измерения максимальной температуры в термометре имеется специальное приспособление, состоящее из специального штифта, припаянного ко дну резервуара. Верхний конец его входит в начало капилляра, оставляя в нём узкое кольцеобразное отверстие. При повышении температуры ртуть в резервуаре расширяется, преодолевает сужение капилляра и входит в капилляр, увеличивая показания термометра. При понижении температуры, ртуть в резервуаре сжимается, но вернуться из капилляра в резервуар не может, так как молекулярное сцепление частиц ртути недостаточно, чтобы преодолеть трение в суженном месте. В этом месте ртуть разрывается, а часть её, находившаяся в капилляре до начала падения температуры, останется на той же высоте (рис. 7).

Рис.7. Приспособление для сохранения максимальных показаний термометра 1- резервуар, 2 - штифт,3 - капилляр
После отсчёта термометр встряхивают, чтобы привести его показания к температуре окружающего воздуха в момент наблюдения. Избыток ртути при этом сбрасывается в резервуар.

Для измерения минимальной температуры в качестве жидкости используют спирт, а в капилляре 1, внутри спирта, имеется маленький стерженек – штифтик 2, из темного стекла, на концах которого имеются утолщения наподобие булавочных головок. Штифтик свободно перемещается в спирте.

Рис.8. Штифт в минимальном термометре.

1-капилляр, 2-штифт, 3-мениск спирта

Перед началом срока наблюдения термометр наклоняют резервуаром кверху и ждут, пока штифтик дойдет до поверхности спирта в капилляре 3. У поверхности спирта штифт останавливается (не может прорвать поверхностную плёнку спирта). Затем термометр кладут горизонтально. Если после этого температура будет повышаться, то спирт, расширяясь, обтекает штифт, не сдвигая его с места. При понижении температуры объём спирта уменьшается, и он переходит из капилляра в резервуар. Поверхностная плёнка спирта будет перемещать штифт к резервуару, при повышении температуры штифт остаётся на месте и укажет самую низкую температуру

1.Отсчитываются показания срочного термометра, сначала десятые доли градусов, потом целые.

2.Отсчитываются показания минимального термометра сначала по мениску столбика спирта «СПИРТ», затем по штифту «ШТИФТ». Положение штифта отсчитываются по концу, который ближе к мениску спирта.

3.Термометр наклоняют так, чтобы резервуар оказался на 2-3 см выше противоположного конца термометра, пока штифт не соприкоснется с поверхностью мениска спирта в капилляре, тем самым термометр подготавливают к следующему измерению.

4.Отсчитываются показания максимального термометра.

5.Встряхивают максимальный термометр и производят отсчёт его показаний после встряхивания, которые должны быть близки к отсчёту температуры срочного термометра.

6.Повторно отсчитывают показания срочного термометра.

7.При измерении температуры воздуха вносятся поправки к показаниям термометров из поверочных свидетельств.

При отсчётах термометры нельзя снимать с места. Все отсчёты производятся с точностью до 0.1^оС. Каждый отсчёт записывается в книжку КМ-1 сразу после его проведения.

При измерении температуры воздуха во время отсчёта глаз наблюдателя должен находится на одном уровне с концом столбика ртути или концом штифта. Отсчёты по минимальному термометру производятся всегда при его горизонтальном положении. При отсчёте по спирту отсчитывается положение вогнутой поверхности спиртового мениска с точностью до десятых долей градуса. При отсчётах максимальной температуры следует проверить, не отошёл ли от места сужения оторвавшийся ртутный столбик.

Метод измерения температуры почвы и грунта на глубинах под естественным покровом и без растительного покрова основан на применении термометров, установленных на заданных глубинах.

При производстве измерений температуры почвы и грунта на глубинах без растительного покрова применяются коленчатые термометры Савинова ТМ5. Наблюдения по термометрам Савинова производятся в теплую половину года. Устанавливаются термометра на глубинах 5,10,15,20 см по линии с востока на запад под углом 45^о. Осенью при температурах менее 0^оС убираются.

При измерении температуры почвы и грунта на глубинах под естественным покровом применяются вытяжные почвенно-глубинные термометры ТМ10 ( Рис.9,10)

Рис.9. Установка вытяжных Рис.10. Термометр

почвенных термометров почвенный вытяжной

на метеорологической площадке

Для непрерывной записи температуры используются суточные и недельные термографы.

Устройство термографа (рис.11).

Рис.11.Термограф М-16А

Состоит термограф из приёмной части – биметаллической пластины -1, кривизна которой изменяется в зависимости от температуры. Изменение кривизны передаётся передаточным механизмом в виде системы рычагов на стрелку с пером-2,4, которое чертит линию на бумажной ленте, надетой на барабан 3 и закрепленной пружиной 5, вращающийся на оси часовым механизмом, который заводят ключом.

Отвод стрелки с пером от барабана часового механизма для прекращения записи и съёма часового механизма при смене бланков осуществляется поворотом отвода против часовой стрелки до упора. Опускание пера на поверхность барабана осуществляется поворотом отвода до упора в обратном направлении.

Бланк разделен по вертикали горизонтальными параллельными линиями с ценой деления 1^оС, а по горизонтали – вертикальными дугообразными линиями с ценой деления 15 мин.

На метеорологической площадке термограф устанавливается в психрометрической будке для самописцев, а в помещении в местах, удаленных от источников тепла на расстоянии не менее 1 м и исключающих попадание на него прямых солнечных лучей .

Тема 4. Водяной пар в атмосфере

Цель: Изучение основных характеристик влажности и их изменение в суточном и годовом ходе; освоение методов и средств измерения влажности воздуха и испарения.

Занятие 4.1. Основные характеристики влажности и их изменение в суточном и годовом ходе.

Влажность- содержание водяного пара в воздухе. Оценивается с помощью характеристик влажности ( гигрометрических характеристик)

- упругость водяного пара е ( парциальное давление водяного пара)- давление, которое имел бы водяной пар, находящийся в газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при данной температуре ( мм рт ст, мб, Гпа);

- упругость насыщающегося пара Е - предельная величина упругости, которую мог бы иметь водяной пар при данной температуре( мм рт ст, мб, Гпа);

-абсолютная влажность а -. количество водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха ( г / м³⁾;

а= 0.217 е/Т (6)

где: Т- температура в Кельвинах.

-относительная влажность f –отношение парциального давления водяного пара е к давлению насыщенного пара при данной температуре Е, выраженное в процентах .

f = е /Е (7)

Выражает степень насыщения воздуха водяным паром.

-дефицит насыщения d - разность между давлением насыщенного водяного пара Е и его парциальным давлением е

d = Е - е (8)

-удельная влажность s - (массовая доля водяного пара) количество водяного пара в граммах, содержащиеся в одном грамме или килограмме влажного воздуха или отношение массы водяного пара к массе влажного воздуха);

s = 0.622 е/р (9 )

где р - давление воздуха.

r = 0.622 е/р-е (10)

- точка росы t_d - температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, достигает состояния насыщения, относительная влажность при этом достигает 100% . Точка росы - характеристика влажности, а не его термическая характеристики упругости водяного пара е и относительной влажности f в нижних слоях атмосферы.

Изменение упругости водяного пара е зависит от испарения с земной поверхности и вертикального обмена, переносящего водяной пар в верхние слои. Этим и определяются особенности её суточного хода, который бывает двух типов:

Первый тип - простой: изменение упругости водяного пара параллельно суточному ходу температуры воздуха, т.е. максимум отмечается в 14-15 часов, минимум – перед восходом солнца. Такой ход отмечается над водными поверхностями и над континентами зимой и осенью, когда суточные колебания температуры малы.

Второй тип - двойной суточный ход: отмечается два минимума, перед восходом солнца и в 15-16 часов, два максимума, в 8-9 часов и 20-21 час. Первый минимум отмечается перед восходом солнца, так как в это время температура минимальна, далее температура растёт, испарение увеличивается, повышается и упругость водяного пара, достигая максимума в 8-9 часов. Далее усиливается конвекция, сухой воздух верхних слоёв атмосферы перемешивается с влажным воздухом нижних слоёв, который в результате становится суше и упругость водяного пара уменьшается до 15-16 часов, т.е. до времени наибольшего развития вертикального обмена. Затем с уменьшением конвекции уменьшается и перемешивание масс воздуха , а водяной пар благодаря испарению поступает в атмосферу и упругость водяного пара увеличивается, достигая максимума в 20-21 час. Ночью испарение прекращается, а расход водяного пара путём диффузии и турбулентности продолжается, кроме того водяной пар конденсируется, поэтому упругость водяного пара уменьшается до восхода солнца. Годовой ход е подобен годовому ходу температуры воздуха: минимум в январе, максимум в июле.

Суточный и годовой ход относительной влажности f противоположен ходу температуры воздуха, так как f = е/Е , а упругость водяного пара е растёт при повышении температуры медленнее, чем упругость насыщения Е . Максимум относительной влажности в суточном ходе отмечается перед восходом солнца, минимум в 15-16 часов, а в годовом ходе - максимум в январе, минимум в июле.

Занятие 4.2. Изменение характеристик влажности в суточном и годовом ходе.

Задание: Построить графики изменения температуры воздуха t, относительной влажности f, упругости водяного пара е, пользуясь данными таблиц 22, 23. Проанализировать изменение этих характеристик в суточном и годовом ходе.