ВОДА В АТМОСФЕРЕ презентация

1.ИСПАРЕНИЕ И НАСЫЩЕНИЕ Рис. 6.1. Давление насыщенного водяного пара в зависимости от температуры

Рис. 6.2. Разность давления насыщения над водой и льдом и относительная влажность при насыщении надо льдом в зависимости от температуры

2.СКОРОСТЬ ИСПАРЕНИЯ

3.ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИСПАРЯЕМОСТИ И ИСПАРЕНИЯ Средние годовые значения испарения с подстилающей поверхности (мм/год) (по С.Г. Любушкиной и др.)

4.ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЛАЖНОСТИ

Три характеристики влажности Температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар достигает насыщения при неизменном общем давлении воздуха, называется тонкой росы τ. Так, если при температуре воздуха +27°С давление пара в нем равно 23,4 гПа, то такой воздух не является насыщенным. Для того чтобы он стал насыщенным, нужно было бы понизить его температуру до +20°С. Вот эта температура +20°С и является в данном случае точкой росы. Очевидно, что чем меньше разница между фактической температурой и точкой росы, тем ближе воздух к насыщению. При насыщении точка росы равна фактической температуре. Разность между температурой воздуха Т и тонкой росы τ называется дефицитом тонки росы : = Т- τ. Разность между давлением насыщенного пара Е при данной температуре воздуха и фактическим давлением е пара в воздухе (D=E-e) называется дефицитом насыщения. Иначе говоря, дефицит насыщения показывает, сколько водяного пара недостает для насыщения воздуха при данной температуре. Выражается он в гектопаскалях.

5.ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА Психрометр ВИТ -1

6.СУТОЧНЫЙ И ГОДОВОЙ ХОД ДАВЛЕНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА Суточный ход давления пара лучше выражен в многолетних средних значениях, чем в значениях за отдельные дни, так же как и суточный ход температуры воздуха. Амплитуда его в средних широтах мала: весной и летом 2—3 гПа, осенью и зимой 1—2 гПа.

7.СУТОЧНЫЙ И ГОДОВОЙ ХОД ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ Рис 6.5 Суточный ход относительной влажности в Иркутске в июле

8.ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА Географическое распределение влажности воздуха зависит: 1) от испарения в каждом данном районе; 2) от переноса влаги воздушными течениями из одних мест Земли в другие. Карта распределения среднего месячного давления водяного пара в январе (гПА)

Карта распределения среднего месячного распределения давления водяного пара в в июле (гПА) Карта распределения среднего месячного распределения давления водяного пара в в июле (гПА)

Рис. 6.7. Распределение зональной относительной влажности в зависимости от географической широты

9.ИЗМЕНЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ С ВЫСОТОЙ С высотой давление водяного пара убывает; убывает и абсолютная, и удельная влажность Относительная влажность меняется с высотой менее закономерно. В общем, она с высотой убывает. Но на уровнях, где происходит облакообразование, относительная влажность, конечно, повышенная. В слоях с температурными инверсиями она уменьшается очень резко вследствие повышения температуры. Зная распределение абсолютной влажности по высоте, можно подсчитать, сколько водяного пара содержится во всем столбе воздуха над единицей площади земной поверхности. Эту величину называют влагосодержанием атмосферного столба. В иностранной литературе эту величину называют precipitable water, т.е. водой, которая может быть осаждена. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится около 28,5 кг водяного пара. Напомним, что общая масса такого столба при среднем атмосферном давлении более 10 т (примерно в 300 раз больше массы водяного пара).

Распределение средней месячной относительной влажности в январе (в%)

Распределение средней месячной относительной влажности в июле (в%)

10.КОНДЕНСАЦИЯ В АТМОСФЕРЕ Конденсация - переход воды из газообразного в жидкое состояние. В атмосферных условиях происходит не только конденсация, но и сублимация - образование кристаллов, переход водяного пара в твердое состояние.

11.ЯДРА КОНДЕНСАЦИИ Образование капель при конденсации в атмосфере всегда происходит на так называемых ядрах конденсации. Важнейшими ядрами являются частички растворимых гигроскопических солей, особенно морской соли, которая всегда обнаруживается в воде осадков. Различают: 1) наиболее мелкие ядра радиусом r< 0,1 мкм (так называемые «ядра Айткена»), которые при наблюдающихся в атмосфере пересыщениях в процессе конденсации не участвуют; 2) облачные ядра конденсации (г = 0,1-1,0 мкм); именно эти ядра обеспечивают конденсацию в атмосфере; 3) гигантские ядра (г=1,0-5-3,5 мкм, т> 10-11 г), очень немногочисленные, но важные для образования крупных капель в облаках.

12.ОБЛАКА В атмосфере в результате конденсации возникают скопления продуктов конденсации - капель и кристаллов, видимых простым глазом. Их называют облаками.

При конденсации непосредственно у земной поверхности скопления продуктов конденсации называют туманами.

13.МИКРОСТРУКТУРА И ВОДНОСТЬ ОБЛАКОВ По фазовому состоянию облачных элементов облака делятся на три класса. Водяные (капельные) облака, состоящие только из капель. Они могут существовать не только при положительных температурах, но и при отрицательных (- 10°С и ниже). В этом случае капли находятся в переохлажденном состоянии, что в атмосферных условиях вполне обычно. Смешанные облака, состоящие из смеси переохлажденных ка­пель и ледяных кристаллов. Они могут существовать, как правило, при температурах от —10 до — 40°С. Ледяные {кристаллические) облака, состоящие только из ледя­ных кристаллов. Они преобладают, как правило, при температурах ниже -30°С Фото 1. Водяные облака

Смешанные облака Смешанные облака

14.МЕЖДУНАРОДНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛАКОВ I. Перистые — Cirrus (Ci).

МЕЖДУНАРОДНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛАКОВ II. Перисто-кучевые - Cirrocumulus (Cc).

МЕЖДУНАРОДНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛАКОВ Высококучевые — Altocumulus (Ac). V.

МЕЖДУНАРОДНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛАКОВ VI. Слоисто-дождевыеNimbostratus (Ns).

МЕЖДУНАРОДНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛАКОВ VIII. Слоистые — Stratus (St).

X. Кучево-дождевые — Cumulonimbus (Cb).

15.ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ РОДОВ ОБЛАКОВ Облака верхнего яруса. Перистые облака выглядят как отдельные нити, гряды или полосы волокнистой структуры. Перисто-кучевые облака представляют собой гряды или пласты, состоящие из очень мелких хлопьев, шариков, завитков (барашков). Часто они напоминают рябь на поверхности воды или песка. Перисто-слоистые облака - тонкая прозрачная белесоватая вуаль, частично или полностью закрывающая небосвод. Иногда они имеют волокнистую структуру. В этих облаках часто возникают оптические явления: гало или различные комбинации светлых дуг. Облака среднего яруса. Высококучевые облака представля­ют собой облачные пласты или гряды белого или серого цвета(или одновременно и того и другого). Высокослоистые облака — светлый, молочно-серый облачный покров различной плотности, застилающий небосвод целиком или частично.

ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ РОДОВ ОБЛАКОВ Облака нижнего яруса. Слоисто-дождевые облака имеют такое же происхождение, как и высокослоистые. Однако слой их более мощный (несколько километров). Эти облака находятся в нижнем, среднем и часто верхнем ярусах. Слоисто-кучевые облака представляют собой гряды или слои серых или беловатых облаков, почти всегда имеющие более темные участки. Слоистые облака - однородный серый слой капельного строения. Из них может выпадать морось. Облака вертикального развития. Кучевые облака — плотные с резко очерченными контурами отдельные облака, развивающиеся вверх в виде холмов, куполов, башен. Имеют ослепительно белые клубящиеся вершины (похожи на кочаны цветной капусты). Кучево-дождевые облака образуются в результате дальнейшего развития кучевых облаков. Они представляют собой мощные кучевообразные массы, очень сильно развитые по вертикали в виде гор и башен. Часто простираются от нижнего до верхнего яруса.

16.СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОБЛАКАХ В ледяных облаках верхнего яруса, особенно в перисто-слоистых, возникают явления гало. К ним относятся световые круги радиусом 22 или 46 угловых градусов, центры которых совпадают с центром солнечного (или лунного) диска. Круги слабо окрашены в радужные цвета (красный внутри). Кроме этих основных форм гало наблюдаются ложные солнца - слегка окрашенные светлые пятна на одном уровне с солнцем и на угловом расстоя­нии от него также 22 или 46°. К основным кругам присоединяются иногда различные касательные дуги к ним. Наблюдаются еще неокрашенные вертикальные столбы, проходящие через солнеч­ный диск, т.е. как бы продолжающие его вверх и вниз, а также неокрашенный горизонтальный круг на одном уровне с Солнцем.

СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОБЛАКАХ В тонких водяных облаках, состоящих из мелких однородных капель (обычно это высококучевые облака) и закрывающих диск светила, за счет дифракции возникают явления венцов. Венцы возникают также в тумане около искусственных источников света. Венцы вокруг искусственных источников света малых размеров (по сравнению с дисками светил) имеют более богатые радужные цвета. Глория подобна венцу, но возникает она не вокруг солнца или луны, а вокруг точки, прямо противоположной диску светила. Наблюдается глория на облаках, расположенных прямо перед наблюдателем или ниже его, т.е. в горах или с самолета. Радуга наблюдается на фоне облаков, из которых выпадает дождь, если эти облака освещены Солнцем и, следовательно, расположены против него. Радуга объясняется преломлением солнечных лучей при входе и выходе из капель, их отражением внутри капель и явлениями дифракции на каплях.

17.КУЧЕВООБРАЗНЫЕ ОБЛАКА Рис. 6.8. Схема возникновения облаков конвекции

18.ВОЛНООБРАЗНЫЕ ОБЛАКА Рис. 6.9. Схема возникновения волнообразных облаков

19.СЛОИСТООБРАЗНЫЕ ОБЛАКА С фронтами связаны облака упорядоченного крупно масштабного восходящего движения. Облачная система упорядоченного восходящего движения осо­бенно хорошо выражена на теплом фронте. На фронтах возможно образование облаков и некоторых других типов. Например, для холодного фронта характерны перисто-кучевые облака, для фронта окклюзии типичны разнообразные виды высококучевых облаков. Летом над сушей кучево-дождевые облака нередко развиваются и на теплом фронте. Фронтальные облака могут усиливаться при приближении фронта к горному хребту. При подъеме воздушного течения по горному склону в нем могут развиваться и самостоятельные орографические облака, чаще всего кучево образные. Фронтальная облачность в наименьшей степени обнаруживает суточный ход. Но все же днем она немного усиливается. Во внетропических широтах преобладают облака упорядоченного восходящего движения. В тропиках основное место принадлежит облакам конвекции.

20.ОБЛАЧНОСТЬ, ЕЕ СУТОЧНЫЙ И ГОДОВОЙ ХОД Рис. 6.10. Суточный ход облачности в Потсдаме

21.ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАЧНОСТИ ПО НАЗЕМНЫМ ДАННЫМ Средние годовые значения облачности в разных широтных зонах над сушей и над морем составляют:

Средняя облачность в январе г. Москва 2012 г.

Средняя облачность в марте г. Москва 2010 г.

22.ГЛОБАЛЬНОЕ ПОЛЕ ОБЛАЧНОСТИ ПО ДАННЫМ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ

23.ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СОЛНЕЧНОГО СИЯНИЯ Продолжительностью солнечного сияния называется время, в течение которого прямые солнечные лучи освещают земную поверхность. На метеорологических станциях она измеряется гелиографами, которые основаны обычно на том, что под действием фокусированных солнечных лучей остается либо прожог на специальной бумажной ленте прибора, либо след на фотобумаге. Продолжительность солнечного сияния, как в часах, так и в процентах от возможного возрастает от полярных широт к тропикам. В Арктике относительная продолжительность не превышает 25%, в Северной Европе - около 40, в Италии - 50, вМадриде - 65%. Продолжительность солнечного сияния достигает максимума в субтропических пустынях. Например, в Аризонеона составляет в среднем годовом 88%, а в июне даже 97% от возможной. В дождливых областях вблизи экватора продолжи­тельность снижена до 35%. Очень велика относительная продол­жительность солнечного сияния в Восточной Антарктиде. Максимум солнечного сияния в центральной части Ев­ропы в среднем годовом приходится на 12-13 ч; летом - на10-11 ч, зимой - на 13-14 ч. На горных вершинах максимум солнечного сияния отмечается на два часа раньше, а в тропиках приходится на 8-9 ч.

24.ДЫМКА, ТУМАН, МГЛА Воздух часто представляется замутненным вследствие наличия в нем различных примесей и мельчайших продуктов конденсации. Примеси рассеивают проходящий свет и приводят к ухудшению видимости. Если помутнение воздуха невелико (дальность видимости 1-10 км), оно называется дымкой. Помутнение вызывают микроскопические частицы - капли (или кристаллы) и пылинки. Помутнение на высоких уровнях придает небесному своду белесоватость. Туманом называют скопление продуктов конденсации (капель, кристаллов или тех и других) у земной поверхности и свя­занное с ним сильное помутнение воздуха, при котором дальность видимости становится менее 1 км. Если сильное помутнение вызвано не продуктами конденсации, а твердыми частицами, то оно называется мглой. Мгла особенно часто возникает в районах эродированных почв и пыль­ных бурь в пустынных и степных районах, а также в результате задымления воздуха при лесных пожарах и над промышленными городами.

25.УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТУМАНОВ Туманы охлаждения и туманы испарения

26.ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТУМАНОВ

27.ОСАДКИ, ВЫПАДАЮЩИЕ ИЗ ОБЛАКОВ (КЛАССИФИКАЦИЯ ОСАДКОВ) При определенных условиях из облаков выпадают осадки, т.е. капли или кристаллы достаточно крупных размеров, которые не могут удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Наиболее типичны и важны дождь и снег. Из облаков упорядоченного восходящего движения (слоисто-дождевых и высокослоистых), связанных с фронтами, выпадают обложные осадки. Из кучево-дождевых облаков, связанных с конвекцией, выпадают интенсивные, но малопродолжительные ливневые осадки. Кроме обложных и ливневых осадков различают еще осадки моросящие. Это внутримассовые осадки, выпадающие из слоистых и слоисто-кучевых облаков, типичных для теплых или местных устойчивых воздушных масс. Морось - жидкие осадки, состоящие из капель диаметром порядка 0,5—0,05 мм с очень малой скоростью падения. Они легко переносятся ветром в горизонтальном направлении. Снег - твердые осадки, состоящие из сложных ледяных кристаллов (снежинок). Формы их очень разнообразны и зависят от условий образования.

28.ОБРАЗОВАНИЕ ОСАДКОВ Дождь

29.ИСКУССТВЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЛАКА Выпадение осадков прямо не связано с вертикальной протя­женностью и водностью облаков. Конечно, чем больше вертикальная протяженность облаков, тем больше вероятность того, что они достигнут уровня оледенения и из них начнут выпадать осадки. Чем больше водность облаков, тем интенсивнее должны быть осадки. Чаще всего в облаках рассеивают твердую углекислоту с очень низкой температурой. Это вызывает замерзание некоторых капель, что приводит к возник­новению тех зародышевых ледяных ядер, которые дают начало выпадению осадков. Дальше процесс развивается уже в виде цепной реакции. Другой распространенный способ - введение в облака паров йодистого серебра (Agl), которые, охлаждаясь, образуют в возду­хе ультрамикроскопические кристаллы. При температурах ниже -4°С они являются в облаке ядрами кристаллизации: на них рас­тут ледяные кристаллы. Есть и другие химические реагенты, при­водящие к замерзанию облачных элементов и, как следствие, к выпадению осадков. Практическое значение получил в нашей стране и в некото­рых странах за рубежом метод искусственного воздействия на гра­довые кунево-дождевые облака, служащие источником опасных для народного хозяйства градобитий. Метод основан на введении в зону накопления переохлажденных капель большого количества искусственных ядер кристаллизации йодистого серебра.

30.ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ОБЛАКОВ И ОСАДКОВ Средний заряд капель в туманах - от десятков до тысяч элементарных зарядов (элементарным зарядом называют заряд электрона). К условиям в туманах, по-видимому, близки и условия в мелко­капельных облаках, не дающих осадков. Дожди значительно чаще выпадают на земную поверхность с положительными зарядами; относительно снега сведения менее определенные. Разделение зарядов в кучево-дождевых облаках, т.е. скопле­ние электричества одного знака в одной части облака, а противо­положного - в другой, приводит к огромным значениям напря­женности электрического поля атмосферы в облаках и между облаками и Землей.

31.ГРОЗА Фронтальные грозы

32.МОЛНИЯ И ГРОМ Молния

33.ШАРОВАЯ МОЛНИЯ. ОГНИ СВЯТОГО ЭЛЬМА Шаровая молния

34.НАЗЕМНЫЕ ГИДРОМЕТЕОРЫ Роса

35.ГОЛОЛЕД И ОБЛЕДЕНЕНИЕ САМОЛЕТОВ Обледенение самолетов.

36.ХАРАКТЕРИСТИКА РЕЖИМА ОСАДКОВ Измерение осадков на метеорологических станциях про­ изводится простыми приборами — дождемерами (осадкомерами). длительного времени. Количество осадков, выпавших в том или ином месте за определенное время, выражается в миллиметрах слоя выпавшей воды. Для характеристики климата подсчитывают многолетние средние количества (суммы) осадков по месяцам и за год. В дополнение к средним суммам осадков подсчитывают еще среднее число дней с осадками за месяц и за год, среднюю месячную и годовую продолжительность осадков в часах, общую продолжительность в течение дня с осадками, а также вероятность осадков, т.е. отношение числа часов с осадками к общему числу часов в месяце или в году и вероятность осадков для различных градаций их количества. Определяют среднюю интенсивность осадков в миллиметрах за сутки с осадками, а также интенсивность осадков в миллиметрах за минуту или за час для осадков различной продолжительности.

37.СУТОЧНЫЙ ХОД ОСАДКОВ Для определения суточного хода количества осадков выражают осадки, выпавшие за определенный часовой интервал суток, в процентах от общего суточного количества. На суше различают два основных типа суточного хода осадков - континентальный и береговой, которыми, однако, не ограничивается все разнообразие явлений. В связи с местными условиями наблюдаются многочисленные отступления от этих типов и их усложнения.

38.ГОДОВОЙ ХОД ОСАДКОВ Рис. 6.11. Распределение сезонов с осадками в различных широтах Северного полушария

39.ПОКАЗАТЕЛЬ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ОСАДКОВ Степень неравномерности в годовом распределении осадков можно охарактеризовать некоторым числовым индексом — показателем неравномерности (или показателем периодичности):

40.ИЗМЕНЧИВОСТЬ СУММ ОСАДКОВ. ЗАСУХИ Изменчивость месячных и годовых сумм осадков весьма значительна, особенно в условиях континентального климата. Изменчивость месячных сумм больше, чем годовых (карта)

41.ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ОСАДКОВ Продолжительность твердых осадков

42.ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКОВ Распределение средних годовых осадков

6.12. Распределение средних зональных составляющих водного баланса с широтой: 1 — осадки, 2 — испарение, 3 — сток

43.ХАРАКТЕРИСТИКИ УВЛАЖНЕНИЯ Для оценки условий увлажнения нужно учиты­вать не только выпадающие осадки, но и возможность их испарения. Испаряемостью называют величину испаре­ния, возможную в данной местности при неограниченном запасе влаги. Она зависит от всего комплекса климатических условий местности, в первую очередь от температуры. Поэтому естествен­но характеризовать условия увлажнения за год, за месяц или за сезон отношением суммы осадков R к испаряемости ЕИ за тот же период. Такое отношение, выраженное в процентах, называют коэффициентом увлажнения:

44.ВОДНЫЙ БАЛАНС НА ЗЕМНОМ ШАРЕ Водный баланс земного шара в среднем за год.

45.ВНЕШНИЙ И ВНУТРЕННИЙ ВЛАГООБОРОТ Выпадение осадков на ограниченной территории суши за счет водяного пара, испарившегося с этой территории, называется внутренним влагооборотом для данной территории. Выпадение осадков из водяного пара, принесенного извне, называется внешним влагооборотом. Подсчитано, что на территории европейской части России и Украины в среднем за год только 10% осадков выпадает за счет воды, испарившейся с данной территории, т.е. выпадает в процессе внутреннего влагооборота. Остальные 90% осадков выпадают за счет водяного пара, попавшего в воздух за границами этой территории, в особенности испарившегося над Атлантическим океаном. В 10% оценивается и доля внутреннего влагооборота в бассейне Миссисипи. Это значит, что внутренний влагооборот даже для значительной территории суши ненамного увеличивает общее количество осадков

46.СНЕЖНЫЙ ПОКРОВ При устойчивых отрицательных температурах воздуха снег, выпавший на земную поверхность, остается лежать на ней в виде снежного покрова (карта XXV). В высоких полярных широ­ тах (Антарктида, Гренландия, Арктический бассейн) снежный покров сохраняется круглый год. В умеренных и тропических широтах снег удерживается круглый год только на больших высотах в горах. На равнинах умеренных широт снежный покров стаивает весной и устанавливается вновь осенью. карта XXV. Число дней по снежны покрова в России

47.КЛИМАТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА Снежный покров - продукт атмосферных процессов и, следовательно, климата, но в то же время он сам влияет на климат, как и на другие составляющие географического ландшафта. Температура на поверхности снежного покрова ниже, чем на поверхности почвы, не покрытой снегом, так как снег обладает исключительно высоким альбедо (80-90%).

48.СНЕГОВАЯ ЛИНИЯ Снеговой линией (снеговой границей) называют границу в горах, выше которой круглый год сохраняется снежный покров (в многолетнем среднем). Это значит, что годовой приход твердых атмосферных осадков выше этой линии равен их расходу путем таяния и сползания ледников. С увеличением континентальности климата, т.е. с повышением летних температур и с общим уменьшением осадков, снеговая линия повышается.

еговая лин

49.МЕТЕЛИ Общая метель и низовая метель

Список литературы Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. – М.: Наука, 2006