5/10/2010

1

Meteorologia

W3 – Bilans Energetyczny,

Strumienie Ciepła, Wilgod w

Atmosferze

Bilans Energetyczny

R>0

G – Strumieo Ciepła w Gruncie

SH – Ciepło Odczuwalne

LH – Ciepło Utajone

R=SH+LH+G

5/10/2010

2

Strumienie Ciepła – wybrane
definicje



Pojemnośd Cieplna [c

v

] J/(m

3

deg)



Pojemnośd cieplna (zazwyczaj oznaczana jako C plus
indeksy) jest mierzalną wielkością fizyczną, która
charakteryzuje zdolnośd ciał do gromadzenia ciepła
podczas zmiany temperatury.



Jest definiowana jako szybkośd zmian temperatury
w wyniku zwiększenia ilości ciepła zachodzącej w
określonych warunkach

Strumienie ciepła



Przewodnośd cieplna [ ] Wm

-1

deg

-1

)



definiowana jako ilośd ciepła, Q, transmitowanego
w czasie t przez ciało o grubości L w kierunku
prostopadłym do powierzchni A, spowodowana
różnicą temperatur ΔT, w stałych warunkach



kierunek transferu ciepła zależy jedynie od
gradientu temperatury

dz

dT

dt

dQ

5/10/2010

3

C

v

&

Obiekt

C

v

Czysta Woda

(w bezruchu)

4.18

0.57

Lód

1.93

2.24

Powietrze

(w bezruchu)

0.0012

0.025

Świeży śnieg

0.21

0.08

Wilgotny piasek

2.96

2.20

Suchy piasek

1.08

0.30

Wilgotny torf

4.02

0.50

Suchy torf

0.58

0.06

Granit

2.18

4.61

Strumieo ciepła w gruncie

t

dz

dT

G

5/10/2010

4

Strumieo Ciepła Odczuwalnego

a

potencjaln

ra

temperatu

-

θ

gęstość

-

ρ

encyjnosci

nik turbul

współczyn

k

masy

wymiany

lencyjnej

nnik turbu

współczy

-

A

cisnieniu

stałym

przy

własciwe

ciepło

c

:

gdzie

p

k

A

dz

d

A

c

SH

p

b

p

dz

dT

c

k

SH

5/10/2010

5

Strumieo Ciepła Utajonego

dz

dq

k

L

LH

Zużycie Energii w Procesie Parowania



Energia wykorzystana w procesie parowania –
2.5MJkg

-1



Założenie: Powierzchnia 1m

2

, Głębokośd: 0.01m



LH wystarczające aby (pole podstawy - 1m

2

):



Podgrzad objętośd wody o wysokości 10cm o 6 C



Podgrzad objętośd (słup) powietrza o wysokości: 33m o
60 C

5/10/2010

6

Wilgotnośd

5/10/2010

7

Miary wilgotności



Prężnośd pary wodnej – e [mb]



Wilgotnośd względna – f [%]



Temperatura punktu rosy t

d

[

o

C]



Wilgotnośd właściwa – q [gkg

-1

]



Wilgotnośd bezwzględna – a [gm

-3

]



Stosunek zmieszania [gkg

-1

]

Wilgotnośd bezwzględna



Wilgotnośd bezwzględna wyraża zawartośd pary
wodnej w powietrzu jako masę pary wodnej w
określonej objętości powietrza



Może byd mierzona w gramach na metr sześcienny



Problem – powietrze zmienia objętośd podczas zmian
temperatury i ciśnienia. Oznacza to, że wilgotnośd
bezwzględna zmienia się nawet jeżeli masa pary
wodnej w tej objętości się nie zmienia

5/10/2010

8

Wilgotnośd Bezwzględna



We could compare the weight (mass) of the water vapour
with the volume of air in the parcel and obtain the water
vapour density, or absolute humidity.

T

e

m

g

V

m

a

7

,

216

3

Wilgotnośd Właściwa



WW mierzy zawartośd pary wodnej w powietrzu
wykorzystując stosunek masy pary wodnej do masy całej
objętości powietrza. Często wyraża się ją w gramach pary
wodnej w kilogramie powietrza.



WW nie zmienia się kiedy objętośd powietrza się
zmniejsza/powiększa.

5/10/2010

9

Wilgotnośd Właściwa



We could compare the weight (mass) of the water vapour
in the parcel with the total weight (mass) of all the air in
the parcel (including vapour) and obtain the specific
humidity.

da

w

w

m

m

m

q

Prężnośd Pary Wodnej



Prężnośd pary wodnej określa zawartośd
pary wodnej przy wykorzystaniu
cząstkowego ciśnienia pary wodnej w
powietrzu

5/10/2010

10

Wilgotnośd Względna

%

100

E

e

f

Stosunek Zmieszania



Określa masę pary wodnej w objętości
powietrza do wagi pozostałego (suchego)
powietrza

da

w

m

m

r

5/10/2010

11

Temperatura Punktu Rosy



Temperatura punktu rosy – t

d

– objętości

powietrza jest temperaturą do jakiej
należałoby obniżyd jego temperaturę przy
stałym ciśnieniu atmosferycznym aby
powietrze stało się nasycone parą wodną

Psychrometr

(sling psychrometer)

5/10/2010

12

Tablice Psychrometryczne

Obieg Wody

5/10/2010

13

Obieg wody w przyrodzie

Opad



Opad jest skondensowaną parą wodną,
która opada na powierzchnię Ziemi.
Większośc opadu wystepuje pod postacią
deszczu – inne formy opadu: snieg,
mżawka, grad itd.,



Około 505 000 km³ spada na powiezchnię
Ziemi jako opad w tym 398 000 km

3

nad

oceanami

5/10/2010

14

Intercepcja - Canopy interception



Opad przechwytywany przez pokrywę
roślinną. Podlega parowaniu bezpośrednio
z powierzchni roślin.



Próg intercepcji



dla niektórych zbiorowisko roślinnych
intercepcja może stanowid nawet 30% strat
na parowanie z systemu obiegu wody

Odpływ



Odpływ obejmuje różne sposoby
przemieszczania się wody w krajobrazie (na
powierzchni terenu) - odpływ powierzchniowy i
odpływ w kanale rzecznym



Podczas przepływu woda może infiltrowad,
parowad, zostad retencjonowania w jeziorach lub
zbiornikach antropogenicznych.



Może zostad również użyta w rolnictwie lub w
inny sposób przez człowieka

5/10/2010

15

Infiltracja



Przepływ wody z powierzchni w grunt. Po
infiltracji staje się wilgocią glebową lub też
wodą podziemną

Przepływ podpowierzchniowy



Przepływu podpowierzchniowy – przepływu wody
pod powierzchnią w strefie saturacji oraz w
warstwach wodonośnych



Woda gruntowa może powrócid na powierzchnię
jako źródło lub w procesie pompowania, może też
może zostad drenowana do kanałów rzecznych
lub w koocu do oceanów



Cecha charakterystyczna – bardzo wolny obieg.

5/10/2010

16

Parowanie



Parowanie jest zmianą stanu skupienia z cieczy w
gaz. Źródłem energii jest promieniowanie
słoneczne. Parowanie często zawiera w sobie
transpirację (parowanie z roślin). Czasami
mówimy wówczas o ewapotranspiracji



Około 90% wody w atmosferze pochodzi z
parowania, pozostałe 10%to wynik transpiracji.



Całkowita roczna wartośd ewapotranspiracji
wynosi około 505 000 km

3

, 434 000 km

3

paruje z

powierzchni oceanów

Adwekcja



Adwekcja jest to przemieszczanie się wody
- w postaci stałej, ciekłej lub gazowej – w
atmosferze. Bez adwekcji woda, która
paruje nad oceanami nie mogłaby
przemieścid się nad ląd a to z kolei
uniemożliwiłoby opad nad kontynentami

5/10/2010

17

Tutaj dalej

Struktura zasobów wodnych



Zbiornik

Objętośd(10

6

km

3

)/%



Oceany

1370 /97.25%



Lodowce& Lądolody

29 /2.05 %



Woda gruntowa

9.5/0.68 %



Jeziora

0.125/0.01 %



Wilgod glebowa

0.065/0.005 %



Atmosfera

0.013/0.001 %



Rzeki

0.0017/0.0001 %



Biosfera

0.0006/0.00004 %

5/10/2010

18

5/10/2010

19

Parowanie & Opad



Kula Ziemska



Opad=Parowanie = 1130 mm



Ląd



Parowanie – 529mm



Opad – 924mm



Oceany



Parowanie – 1400mm



Opad – 1270mm

5/10/2010

20

Średni czas wymiany wody w
różnych środowiskach



Atmosfera – 8 dni



Rzeki – 14 dni



Biomasa – several tygodni



Gleba – 2-50 tygodni



Jeziora – 10 lat



Oceany – 3600 lat



Wody podziemne – 10 000 lat



Lodowce – 15 000 lat

Prężnośd pary wodnej nasyconej

5/10/2010

21

Dzienny przebieg RH i
temperatury powietrza

Heat Index

5/10/2010

22

Bilans Wodny

5/10/2010

23

Precipitable Water

Opad

5/10/2010

24

Klimatyczny Bilans Wodny

Odpływ

5/10/2010

25

Wilgod Glebowa

Źródła



Kożuchowski K., 2005, Meteorologia i
Klimatologia, PWN Warszawa



Arhens, Essnetials of Meteorology



Barry R., Chorley R., 1989, Atmosphere, Weather
and Climate, Routledge, New York



USGS



NCEP/NCAR Reanalysis Project Site



AMS Glossary WWW site



Dunlop S., 2001, Dictionary of Weather, Oxford
University Press