Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Вода в атмосфере





Воздух нижних слоев атмосферы всегда заключает в себе некоторое количество воды. Вода в атмосфере может находиться в трех состояниях: парообразном (водяной пар), жидком (капельки воды, образующие облака и туманы) и твердом (кристаллики льда и снежинки). Источником воды в атмосфере является водяной пар. Наибольшее количество водяных паров воздух получает с поверхности океанов и морей, меньшее с озер и рек и еще меньшее с поверхности суши. По последним данным с поверхности земного шара в год испаряется 518 600 км3 воды, из них 447 900 км3 воды (86%) испаряется с поверхности океанов и 70 700 км3 (14%)—с поверхности суши.

Испарение. Процесс испарения с поверхности воды связан с непрерывным движением молекул внутри жидкости. Молекулы воды двигаются в различных направлениях и с различной скоростью. При этом некоторые молекулы, находящиеся у поверхности воды и имеющие большую скорость, могут преодолеть силы поверхностного сцепления и выскочить из воды в прилежащие слои воздуха.

Скорость и величина испарения зависят от многих причин, в первую очередь от температуры и ветра, от дефицита влажности и давления. Чем выше температура, тем больше воды может испариться. Роль ветра в испарении понятна. Ветер все время уносит тот воздух, который успел поглотить некоторое количество водяных паров с испаряющей поверхности, и непрерывно приносит новые порции более сухого воздуха. Согласно наблюдениям даже слабый ветер (0,25 м/сек) увеличивает испарение почти в три раза.

Дефицит влажности и давление атмосферы по-разному влияют на испарение. Скорость испарения прямо пропорциональна дефициту влажности и обратно пропорциональна атмосферному давлению.

При испарении с поверхности суши огромную роль играет растительность, так как, кроме испарения с почвы, происходит испарение растительностью (транспирация).

Наблюдения показали, что площадь, покрытая луговой растительностью, испаряет в три с лишним раза больше, чем площадь поля, лишенная растительности. Лес испаряет воды еще больше (почти столько же, сколько поверхность моря в соответствующих широтах).

Немалую роль при испарении играют также характер почвы (рыхлость, цвет, степень насыщенности ее влагой), рельеф и др.

Величина испарения обычно выражается толщиной испарившегося слоя воды в миллиметрах, а определяется при помощи специальных приборов — испарителей. Испарение с водной поверхности определяется испарителем Вильда и плавучим испарителем системы Государственного гидрологического института. Для измерения испарения с поверхности почвы применяют испаритель Рыкачева.

В результате неоднородности физико-географических условий на земном шаре величина испарения на земной поверхности весьма различна. Наименьшее испарение наблюдается в полярных странах, наибольшее в экваториальных.

Абсолютная влажность. Количество водяных паров, которое в данный момент находится в воздухе, называется абсолютной влажностью. Абсолютная влажность выражается в граммах на 1 м3 воздуха или в единицах давления: миллиметрах и миллибарах. Главнейшим фактором, влияющим на распределение абсолютной влажности, является температура. Однако эта зависимость несколько нарушается распределением суши и воды на земной поверхности, наличием гор, плоскогорий и другими факторами. Так, в приморских странах абсолютная влажность обычно больше, чем внутри материков. Тем не менее доминирующее значение все же имеет температура, что можно видеть на следующих примерах.

В жарком поясе, даже в пустыне Сахаре (в оазисе Курфа), абсолютная влажность в августе —8,3 мм, в сентябре—11,1 мм и самая низкая за год —4,5—5,5 мм. В полярных же странах, даже у моря, она всего 2— Змм. В зимнее время в Восточной Сибири она менее 1 мм. Таким образом, географическое распространение абсолютной влажности теснейшим образом связано с распределением температур. Для экваториального пояса средняя абсолютная влажность—около 25 мм, для тропических стран—20 мм; в средних широтах в июле— 10—12 (в январе 5—6) и в полярных странах — около 2—3 мм. Годовой ход абсолютной влажности напоминает годовой ход температуры воздуха. Наибольшая абсолютная влажность наблюдается летом, наименьшая зимой.

Вместе с годовыми, месячными и суточными колебаниями температуры колеблется и абсолютная влажность воздуха. Амплитуда годовых колебаний абсолютной влажности в тропическом поясе 2—3, в умеренных 5—6, а внутри континентов 9—10 мм.

Абсолютная влажность уменьшается с высотой. Из наблюдений 74 подъемов шаров-зондов в Европе установлено, что средняя годовая абсолютная влажность равна у земной поверхности 6,66 мм; на высоте 500 м — 6,09 мм; 1 тыс. м — 4,77 мм; 2 тыс. м— 2,62 мм; 5 тыс. м — 0,52 мм; 10 тыс. м — 0,02 мм.

Предельное влагонасыщение. Воздух при данной температуре может воспринимать водяные пары только до известного предела, а потом становится насыщенным и больше уже не поглощает водяных паров. Наибольшее количество водяных паров, которое может содержать воздух при данной температуре, называется максимальной влажностью или упругостью насыщающего пара.

Если же насыщенный воздух нагреть, то он снова удаляется от насыщения и снова приобретает способность воспринимать новое количество водяных паров. Наоборот, если насыщенный воздух охладить, то он перенасыщается, а при этих условиях начинается конденсация, т. е. сгущение избыточных водяных паров. Если охлаждать не насыщенный водяными парами воздух, то он постепенно будет приближаться к насыщению. Температура, при которой данный ненасыщенный воздух переходит в насыщенный, называется точкой росы. Если воздух, охладившийся до точки росы (τ), охлаждается дальше, то он также начинает выделять избыток водяных паров путем конденсации. Понятно, что положение точки росы зависит от степени влажности воздуха. Чем влажнее воздух, тем скорее наступит точка росы, и наоборот.

Из всего сказанного ясно, что способность воздуха воспринимать и содержать в себе различные максимальные количества водяных паров находится в прямой зависимости от температуры.

Относительная влажность. Во многих случаях необходимо бывает знать не только абсолютную влажность, но также и то, насколько данный воздух далек от насыщения или, другими словами, сколько воздух может принять еще водяных паров, чтобы достичь насыщения. Отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе, к тому количеству, которое может содержать воздух при насыщении, называют относительной влажностью. Относительную влажность принято выражать в процентах. Так, например, если абсолютная влажность воздуха при данной температуре (е) равна 8 мм, а при условии насыщения (при той же температуре) воздух должен содержать (Е) 10 мм, то отношение е/Е (8: 10), выраженное в процентах, как раз будет относительной влажностью (R=(8*100)/10=80%). Понятно, что при всяком изменении температуры относительная влажность будет также меняться, потому что всякой новой температуре будет соответствовать и новая упругость насыщенного пара.

Знание относительной влажности воздуха имеет огромное значение. Известно, что насыщенный воздух при незначительном охлаждении сразу же начинает конденсировать влагу. Таким образом, если относительная влажность близка к 100%, то атмосферные осадки становятся весьма вероятными; при малой же относительной влажности, наоборот, выпадение осадков будет мало вероятным. Дефицит влажности. Разность между упругостью насыщающих паров и абсолютной влажностью называется дефицитом влажности.

D = E — e.

Дефицит влажности показывает, какое количество водяных паров недостает в воздухе до полного насыщения при данной температуре. Большие дефициты влажности наблюдаются в пустынях, где высокие температуры воздуха и малая относительная влажность. В полярных странах дефицит влажности небольшой.

Определение влажности воздуха. Для измерения влажности воздуха применяются различные гигрометры и психрометры. Из hpix наибольшим распространением пользуются: весовой гигрометр, волосной гигрометр, гигрограф и психрометр Ассмана.

Конденсация и сублимация водяного пара. Как уже говорилось, воздух, относительная влажность которого достигла 100%, при дальнейшем охлаждении должен выделить избыточное количество водяных паров в виде капелек воды или кристалликов. Процесс образования капелек воды из водяного пара называется конденсацией водяного пара. В некоторых случаях при температуре ниже 0° пары воздуха при конденсации переходят в кристаллики льда, минуя жидкую стадию. Этот процесс известен под названием сублимации.

Существуют два основных способа конденсации и сублимации: 1) при соприкосновении воздуха с поверхностью твердых предметов, имеющих температуру ниже температуры воздуха, и 2) конденсация и сублимация водяных паров в свободной атмосфере.

Конденсация и сублимация на поверхности твердых тел. Известно немало случаев, когда более теплый влажный воздух соприкасается с поверхностью охлажденных предметов. При этом температура соприкасающегося слоя воздуха может понизиться до точки росы. В этом случае продукты конденсации осаждаются на поверхности твердых предметов. К явлениям подобного рода относятся: образование росы, инея, изморози, образование жидкого и твердого налета и гололедицы.

Роса, Образование капелек росы можно считать одним из наиболее простых видов конденсации. После захода Солнца, особенно при ясной погоде, земная поверхность излучает тепло в небесное пространство и довольно быстро остывает. Особенно быстро остывают такие предметы, как травинки, листья, тонкие ветви и крупинки верхнего слоя почвы. Воздух, соприкасаясь с охлажденными предметами, сам охлаждается и, достигнув точки росы, выделяет излишек водяных паров в виде капелек росы на поверхность охлажденных предметов. Количество выделившейся росы будет находиться в прямой зависимости от степени влажности воздуха и степени охлаждения предметов. При наличии слабого ветра получаются особенно обильные росы. Это объясняется тем, что ветер все время подносит к охлажденным предметам все новые и новые порции воздуха. Само собой разумеется, что сильные ветры будут оказывать обратное действие.

Иней. Если осаждение паров происходит при температуре ниже 0°, то вместо капелек росы образуются ледяные кристаллики, известные под названием инея. Иней в противоположность росе может сохраняться несколько дней подряд, а при благоприятных условиях нарастать, утолщаться и переходить в ледяной слой.

Изморозь. Если в холодное время стоит туман, то на телеграфных проводах и тонких ветвях деревьев осаждается слой белого рыхлого льда, известного под общим названием изморози. В период сильных морозов, когда в воздухе носятся мелкие ледяные кристаллики, на тех же проводах, хвое и тонких ветвях деревьев образуется густой, пушистый, легко осыпающийся налет из ледяных кристалликов, напоминающих иней. Изморозь обычно осыпается на землю и может образовать значительный покров из рыхлого льда или снега. По наблюдениям в Боровском опытном лесничестве одна сосна высотой 7,6 м дала в течение зимы более 100 кг изморози.

Жидкий и твердый налет. Когда после холодного периода подует теплый и влажный ветер, то на стенах зданий и гладких стволах деревьев появляется обильный водяной, а иногда ледяной налет. Причины этого явления понятны. Охлажденный предмет охлаждает воздух, и на поверхности предмета осаждается конденсированная влага. При более низких температурах влага переходит в лед. Особенно часто этот процесс появляется в горах, где на скалах и телеграфных столбах ледяной налет нередко достигает 50 см.

Гололедица. После сильных морозов на поверхности почвы, на мостовых, на стенах домов и на деревьях очень часто образуется осадок в виде гладкого прозрачного ледяного слоя. Это явление известно под названием гололедицы. Причиной гололедицы может быть также переохлажденный или, как говорят, ледяной дождь. Ледяной дождь получается в тех случаях, когда температура нижних слоев воздуха значительно ниже температуры тех слоев, из которых падает дождь. При этих условиях капельки дождя падают на землю сильно переохлажденными и сразу же замерзают.

В некоторых случаях при гололедице образуется такое большое количество льда, что под его тяжестью рвутся телеграфные провода и обламываются ветви деревьев. При этом на почве или на слое снега может образоваться слой льда в 2—3 см толщиной. Гололедица сильно затрудняет движение.

Конденсация и сублимация в свободной атмосфере. Воздух в различных слоях атмосферы охлаждается от поднятия вверх, от встречи с холодными воздушными течениями, а также путем излучения тепла в небесное пространство. Во всех подобных случаях относительная влажность увеличивается. В конечном итоге может произойти и перенасыщение, которое приводит к явлениям конденсации. Однако процесс конденсации протекает несколько сложнее, чем это можно думать. Исследования показали, что для образования мельчайших капелек или ледяных кристалликов необходимо присутствие в воздухе твердых, жидких или газообразных частичек, около которых может начаться конденсация. Эти мельчайшие частички, около которых начинают оседать мельчайшие водяные капельки или кристаллики льда, носят название ядер конденсации или ядер сублимации. Ядрами конденсации в воздухе обычно являются пылинки, а при отсутствии пылинок — молекулы воздуха. Но в последнем случае конденсация происходит только при очень большом перенасыщении воздуха. Однако не всякие пылинки могут быть ядрами конденсации. Наблюдения показали, что частички, электрически нейтральные или лишенные гигроскопичности, могут служить ядрами конденсации только при значительном перенасыщении. Частички же, обладающие большой гигроскопичностью, наоборот, могут конденсировать влагу даже при относительной влажности менее 100%. Наибольшей гигроскопичностью отличаются продукты горения и частички морской соли, попадающие в воздух при разбрызгивании морской воды. Около каждой такой частички сначала образуются крохотные капельки воды диаметром от 0,005 до 0,1 мм, которые в дальнейшем, сливаясь вместе, дают более крупные дождевые капли.

Конденсация водяного пара в свободной атмосфере сопровождается образованием облаков и туманов.

Туман. Большое скопление продуктов конденсации (или сублимации) водяного пара в нижнем слое воздуха, непосредственно прилегающем к земной поверхности, называется туманом. При тумане видимость меньше 1 км. Если же видимость больше 1 км, то такое скопление продуктов конденсации носит название дымки. Туманы по своему происхождению различны. Чаще других можно наблюдать устойчивые приземные туманы вечером и утром над заболоченной низиной, покрытой растительностью. Здесь происходит излучение тепла земной поверхности и охлаждение нижнего слоя воздуха, что ведет за собой перенасыщение и выделение конденсированной влаги из воздуха в виде тумана. Утром такие туманы особенно характерны для селений, расположенных в низинах. Дымовые частицы (результат утренней топки печей) являются наиболее активными ядрами конденсации, что благоприятствует образованию тумана. Зимой, в ясные дни, при господстве высокого давления, нижние слои воздуха особенно сильно охлаждаются и дают начало туманам, слой которых достигает 200—300 м толщины. Все отмеченные нами туманы относятся к типу радиационных туманов, или туманов излучения (т. е. туманов, обусловленных охлаждением земной поверхности путем излучения тепла в небесное пространство).

Второй тип туманов связан с перемещением масс воздуха в горизонтальном направлении. Если, например, теплый влажный воздух движется над холодной поверхностью, то. нижние слои этого воздуха также охлаждаются, что и ведет к образованию тумана. Такие туманы чаще всего возникают зимой, когда начинают дуть теплые слабые ветры. Подобный тип туманов известен под названием туманов адвективных, т. е. обусловленных перемещением.

Очень часто образование туманов может быть связано с водными поверхностями. Если вода теплая, а воздух холодный, то пары воды, поднимающиеся с водной поверхности, попадают в более низкую температуру и, конденсируясь, дают туман. Подобные туманы можно наблюдать осенью и в начале зимы до момента замерзания реки или озера. В морях такие туманы возникают над теплыми морскими течениями.

Наконец, туман может образоваться и в тех случаях, когда соприкасаются влажный теплый воздух с холодным. Но эти процессы чаще всего имеют место уже на некоторой высоте и возникают при этом уже облака, а не туманы.

Облака. Облака представляют собой скопление водяных капелек или ледяных кристаллов на высоте в свободной атмосфере. В зависимости от условий температуры и степени влажности воздуха при конденсации могут возникать капельки воды или твердые образования (мелкие кристаллики льда, снежинки, крупа, град). Капельки воды бывают разных размеров: наименьшие от 0,005 мм и до 0,1 мм в диаметре. Последние уже не могут держаться в воздухе и падают вниз в виде мороси или мелкого» дождя.

Твердые образования также различны. Наиболее мелкие — это ледяные иглы, более крупные — снежинки, потом крупа (сферокристаллы) и, наконец, градины, размеры которых при сильных восходящих потоках воздуха могут доходить до величины куриного яйца. Облака чаще всего состоят из мельчайших водяных капелек с примесью ледяных кристаллов. Только в облаках верхнего яруса преобладают кристаллики типа ледяных игл.

Капельки облаков могут сохраняться в жидком виде ниже 0° и даже до —20°. Но чаще при низких температурах образуются кристаллики льда или снежинки. Обычно при температурах от —7° до —18° облака состоят из ледяных кристалликов и водяных капель. В тех случаях, когда дождевые капли не образуются, облако называют коллоидально устойчивым. При обратном случае облака называют коллоидально неустойчивыми.

Облака находятся в состоянии постоянного движения, хотя и могут казаться в некоторых случаях неподвижными. Прежде всего облака благодаря весу слагающих элементов должны опускаться вниз. Однако чаще облака увлекаются потоками воздуха вверх, вниз и в стороны. При этом они переходят в иные условия влажности и температуры, что сейчас же сказывается на изменении их строения и формы.

Формы облаков. Формы облаков, вообще говоря, очень разные. Однако при внимательном изучении их можно выделить три основные формы, которые присущи трем различным типам облаков. Первый тип — это перистые облака (рис. 52), которые, по международной классификации, принято называть латинским названием Cirrus. Это обычно самые высокие облака белого цвета, без теней. Они имеют тонкие формы — волокон, завитков, хлопьев, мелких шариков и т. д. Перистые облака образуются в самых верхних слоях тропосферы, обычно выше 6 тыс. м, и состоят преимущественно из ледяных кристалликов. Иногда они образуют тонкую вуаль, которая не нарушает четкости очертаний Луны и Солнца, но создает так называемое гало, т. е. круги вокруг Солнца и Луны. Второй тип — это кучевые облака (Cumulus). Их можно наблюдать очень часто в летние, весенние и осенние ясные дни. Они имеют вид куполов и кучевых нагромождений ярко-белого цвета, с тенями разных оттенков. Основание их обычно бывает горизонтально. Кучевые облака по большей части четко очерчены и крупны.

Date: 2015-08-24; view: 1180; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию