Section - 01 con´t Temperature and Heat
реклама
Температура и влажность воздуха Лектор: д.т.н. 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 температуры все еще измерены 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 Экран термометра Стивенсона • Щиты, предохраняющие от прямого солнечного излучения • свободная воздушная циркуляция • Датчики на 1.2 м 4 фута выше поверхности Будка Стивенсона 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, (продолжение). • Влагосодержание. – Влажность поглощает длинную инфракрасную радиацию от поверхности и ограничивает минимальную ночную температуру. Факторы, Влияющие на Дневную Температурную Вариацию, (продолжение). • 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, (продолжение). • Высота. – Экватор и полюса - маленькое дневное изменение – Средние широты - большое изменение – Сезон. – Лето – большое изменение – зима - маленькое изменение Дневное изменение продолжение максимум дневная температура ежедневная температура (безоблачность/безветренно) минимум ежедневная температура (облачно/ветрено) радиационный уровень Максимальная температура Поступающий = исходящий Минимальная температура Поступающий = исходящий Вертикальное распределение температуры • Температура & Давление уменьшаются с высотой в тропосфере • Атмосфера нагревается контактируя с поверхностью Земли. • Это вызывает конвекцию, которая помогает перераспределить энергию Вертикальный градиент окружающей среды • Определение • Уровень, при которой температура с высотой уменьшается называется – вертикальный градиент. Это обычно выражается как °C/1000 ft или °C/km. – Вертикальный градиент в атмосфере земли приблизительно 2°C/1000 ft. или о 6.5°C/km. Фактический температурный уровень ошибки в атмосфере обычно упоминается как уровень ошибки окружающей среды. – Уровень ошибки окружающей среды - фактическое изменение температуры с высотой в определенном месте и время. Высота Давление (гП) Вертикальный градиент окружающей среды Сухая адиабата Насыщенная адиабата Влажная адиабата Вертикальный градиент окружающей среды Определяется с помощью нижеуказанных: • Радиопередатчик • Метеорологические спутники • Радиометрические температурные оборудование • Сообщения с ВС Инверсия • Определяется как увеличение температуры с высотой. • Слой с постоянной температурой описан как “Изотермический слой.” Инверсия оседания • Опускающийся воздух сжимается и нагревается, • Распространяется на низком уровне, вызывающем инверсию тёплый безоблачный сухой Инверсия Возможно небольшая облачность Часто днем тепло Ночью холодно точка росы температура Фронтальная инверсия Теплая воздушная масса Холодная воздушная масса Изотерм Теплая воздушная масса Холодная воздушная масса Поверхность Фронтальная инверсия Td Вертикальный градиент Слой облачности Инверсия выше слоя трения Истинный вертикальный градиент окружающей среды Инверсия Высота слоя трения Вертикальный градиент после смешивания Турбулентное смешивание Адиабатное охлаждение Адиабатное нагревание Поверхность Поверхностная температура Инверсия долины Температурный профиль -3°C -0°C Ниже точки замерзания выше замораживания +5°C -0°C -8°C Ниже точки замерзания Температура Тропопауза/Стратосферная инверсия Поглощение Ультрафиолетового света Теплая область озона Высота Стратосфера Тропопауза Тропосфера Температура Конвекция Конвекция - это вертикально направленные восходящие или нисходящие движения воздуха. Конвекция может быть термической и вынужденной. • Термическая конвекция – это вертикально направленные восходящие и нисходящие потоки воздуха, за счет неравномерного нагревания подстилающей поверхности. Наиболее сильное развитие конвекции наблюдается летом в послеполуденные часы, т.е. в период максимального притока солнечной радиации. • Теплопроводность – обмен теплом происходит при непосредственном соприкосновении земной поверхности и воздуха, когда тепловая энергия передается от одной молекулы к другой. Так как воздух плохо проводник тепла, то теплообмен путем теплопроводности происходит в очень тонком слое воздуха толщиной до 1 м. • Адвекция - Изменение температуры происходит также за счет адвекции, т.е. горизонтального переноса в данное место новых воздушных масс из других районов земного шара. Если приходит воздух с более высокой температурой, говорят об адвекции тепла, а если с более низкой – об адвекции холода. • • Рис. Термическая конвекция а) неупорядоченная; б) упорядоченная. Вынужденная конвекция образуется: а) при подтекании холодного воздуха под теплый воздух на холодных фронтах; б) при натекании теплого воздуха на крутые склоны гор (орографическая конвекция). ХВ ТВ Вынужденная конвекция на холодных фронтах Вынужденная (орографическая) конвекция Сублимация. Конденсация. Испарение. Таяние. • Испарение – это поступление водяного пара в атмосферу вследствие отрыва наиболее быстродвижущихся молекул с поверхности воды, снега, льда, влажной почвы, капелек и кристаллов в атмосфере, т.е., это переход воды из жидкого или твердого состояния в газообразное. Конденсация – это переход воды из газообразного в жидкое состояние. Сублимация – это переход водяного пара в твердое состояние. Таяние – это переход воды из твердого состояния в жидкое. Влажность воздуха Содержание водяного пара в воздухе, выраженное в абсолютных или относительных единицах, называется влажностью воздуха. В природе происходит непрерывный кругооборот воды: испарение – конденсация – сток – испарение. Вода в воздухе может находится в трех фазовых состояниях газообразном, жидком и твердом - и переходит из одного состояния в другое путем испарения, конденсации, сублимации, замерзания (кристаллизации) и таяния Измерение влажности воздуха Измерение влажности воздуха производится при помощи психрометров и гигрометров. Психрометрический метод измерения влажности основан и на принципе измерения температуры термометрами с сухим и смоченным резервуарами. Испарение воды с поверхности смоченного термометра понижает его температуру по сравнению с температурой сухого термометра. По разности температур сухого и смоченного термометров вычисляють упругость водяного пара и относительную влажность (по специальным психрометрическим таблицам). Принцип действия гигрометров основан на свойстве обезжиренного волоса или органической пленки изменять свою длину при изменении относительной влажности. Принцип волосного гигрометра используется в самопишущих приборах, которые называются гигрорафами. 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). Связь между упругостью водяного пара и абсолютной влажностью имеет вид: 1,06e a= 1 t Где: 1 t = 273 коэффициент объемного расширения воздуха; t – температура воздуха в ºC Точка росы Точка росы - 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 Дефицит точки росы ( t d ) - это разность между температурой воздуха и точкой росы. td = t - td Адиабатические Процессы • Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен (δQ=0) между поднимающейся частицей и окружающей средой. • Воздушная частица, охлаждается или нагревается адиабатным образом при этих условиях. Сухоадиабатический градиент 3.0°C/1000 фут - 1.0°C/100m Влажноадиабатический градиент 1.5°C/1000 фут в более низких уровнях Влажноадиабатический градиент
