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 Et 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).
Вода – самое распространенное и единственное вещество планеты, которое может находиться в естественных условиях сразу в нескольких фазовых соединениях: газообразном, жидком и твердом. Фазовое равновесие воды осуществляется при температуре около 0 °С и упругости пара е=6,1 гПа (рис. 1).
Точка 0, при значениях которой наступает метастабильное равновесие между льдом, жидкостью и паром, называется тройной точкой, а линии АО – линией таяния, СО –кривой испарения, ВО – сумблимации и В'О – насыщения над переохлажденной водой. Исследования показывают, что в гомофазной среде (содержащей только атмосферные газы и водяной пар) переход из газообразного в жидкое состояние (конденсация) молекул воды осуществляется лишь при четырехкратном перенасыщении воздуха водяным паром. Следовательно, в реальной (гетерофазной) атмосфере конденсация водяного пара возможна при соблюдении двух условий: достижении состояния насыщения и наличия частиц, способных выполнять роль подложек для укрупняющихся комплексов молекул водяного пара. Эти частицы носят название ядер конденсации (сублимации).
|
|
Рис.1. Упругость насыщения водяного пара над водой СО, льдом ВО и переохлажденной водой В׳О.
По своей природе ядра конденсации подразделяются на четыре группы:
- наземные (частицы вулканической пыли, почвы, пыльца растений и пр.),
- промышленного происхождения (продукты горения, пары кислот, щелочей, солей и т. д.),
- частицы морской соли
- неизвестные частицы (космические, продукты фотосинтеза и атмосферных химических реакций
По размеру ядра конденсации подразделяются на ядра Айткена (10-4 см), метеорологические (от 10-4 до 10-3 см) и гигантские (> 10-3 см). Наиболее активными ядрами являются более крупные частицы, в первую очередь частицы морской соли, капли растворов кислот, щелочей и солей, а также твердые гигроскопические частицы. В 1 см3 воздуха содержится огромное число частиц, способных выполнять роль ядер конденсации. Над промышленными городами средняя концентрация ядер составляет около 150 000 в 1 см3. Сельский воздух содержит таких частиц около 10 000, морской и горный – до 1000 единиц в 1 см3. Вот почему туманы в городах возникают чаще и бывают интенсивнее, чем в сельской местности.
С высотой концентрация ядер конденсации быстро падает и на высотах 10 км, например, составляет не более одного на 1 см3 (т. е. соответствует числу капель в облаках на этих высотах).
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем особенности процесса испарения?
2. Назовите характеристики влажности воздуха, имеющие размерность давления. Каково соотношение между ними?
3. Дайте определение относительной влажности. Как изменяется относительная влажность с изменением температуры, с изменением упругости е, с изменением точки росы td?
4. Каково соотношение между упругостью е и упругостью насыщения Е?
5. В чем состоят особенности процесса конденсации?
6. Каковы суточные и годовые характеристики влажности?
Лекция 4. Облака и туманы. Атмосферные осадки.
План лекции:
1..Понятия туманов и облаков.
2. Классификация облаков и туманов.
3. Связь облачных структур с типом погоды.
4. Атмосферные осадки.
5. Влияние осадков на дальность видимости и работу судовых РЛС.
Рекомендованная литература:
Основные теоретические положения: