Temperatura
Temperatura
powietrza
powietrza
i
i
termodynamika
termodynamika
atmosfery
atmosfery
Wykład 4
Wykład 4
Temperatura
Temperatura
powietrza
powietrza
i
i
termodynamika
termodynamika
atmosfery
atmosfery
Wykład 4
Wykład 4
Co to jest
Co to jest
temperatura ?????
temperatura ?????
Jaka jest różnica pomiędzy
Jaka jest różnica pomiędzy
temperaturą a energią
temperaturą a energią
cieplną ?????
cieplną ?????
Co to jest ciepło ???
Co to jest ciepło ???
Właściwości cieplne atmosfery
Właściwości cieplne atmosfery
Ciepło właściwe
Ciepło właściwe
– ilość ciepła, jaką należy
– ilość ciepła, jaką należy
doprowadzić do jednostki masy danej
doprowadzić do jednostki masy danej
substancji, aby ogrzać ją o jeden stopień.
substancji, aby ogrzać ją o jeden stopień.
Pojemność cieplna
Pojemność cieplna
– określa zdolność ciała do
– określa zdolność ciała do
magazynowania energii cieplnej w jednostce objętości.
magazynowania energii cieplnej w jednostce objętości.
1
1
K
kg
J
K
kg
J
1
3
3
K
m
J
K
m
J
Ciepło właściwe, gęstość i pojemność cieplna
Ciepło właściwe, gęstość i pojemność cieplna
w temperaturze 25
w temperaturze 25
0
0
C i pod ciśnieniem 1 atm
C i pod ciśnieniem 1 atm
PIONOWE ZMIANY
PIONOWE ZMIANY
TEMPERATURY
TEMPERATURY
POWIETRZA W
POWIETRZA W
TROPOSFERZE
TROPOSFERZE
Stany równowagi
Stany równowagi
termodynamicznej
termodynamicznej
1
500
200
100
50
20
10
5
2
2000
10000
1000
Mt. Everest
Mt. Blanc
Śnieżka
100º
-50º
50º
0º
TROPOSFERA
STRATOSFERA
MEZOSFERA
TERMOSFERA
MAGNETOSFERA
5000
O
3
EGZOSFERA
JONOSFERA
D
E
F
1
F
2
1000
100
1
10
-2
10
-4
10
-6
10
-8
10
-10
hPa
10
-5
cm
10
-4
cm
1 cm
1 km
100 km
Średnia
droga
swobodna
cząsteczki
Pionowe zmiany temperatury powietrza
Pionowe zmiany temperatury powietrza
w troposferze
w troposferze
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
troposferze
troposferze
(w statycznej masie powietrza)
(w statycznej masie powietrza)
Pionowy gradient
Pionowy gradient
temperatury powietrza
temperatury powietrza
jest równy różnicy
jest równy różnicy
temperatury
temperatury
T
przypadającej
przypadającej
na różnicę wysokości
na różnicę wysokości
Z
(100 m).
(100 m).
Gradient ten nazywany
Gradient ten nazywany
jest
jest
pionowym zwykłym
gradientem
temperatury.
Γ
Γ
z
z
5x100
3x100
1x100
0
17,0
18,2
19,4
20,0
Z
Z
[m]
T
z
0,6
2
18,2
19,4
Z
T
0,6
2
17,0
-
18,2
Z
T
Adiabatyczne
Adiabatyczne
rozprężanie i
rozprężanie i
ochładzanie się
ochładzanie się
unoszącego się
unoszącego się
powietrza
powietrza
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
troposferze w
troposferze w
unoszącym się lub opadającym
unoszącym się lub opadającym
powietrzu
powietrzu
Z
X
Adiabatyczne sprężanie
Adiabatyczne sprężanie
przez otaczające masy i
przez otaczające masy i
ogrzewanie się podczas
ogrzewanie się podczas
opadania
opadania
Ze względu na adiabatyczny (bez wymiany ciepła z
Ze względu na adiabatyczny (bez wymiany ciepła z
otoczeniem)
charakter
przemian
otoczeniem)
charakter
przemian
termodynamicznych
zachodzących
w
trakcie
termodynamicznych
zachodzących
w
trakcie
pionowych ruchów mas powietrza miarę tempa
pionowych ruchów mas powietrza miarę tempa
tych zmian przyjęto nazywać
tych zmian przyjęto nazywać
pionowym adiabatycznym gradientem
pionowym adiabatycznym gradientem
temperatury
temperatury
.
.
Pionowe zmiany temperatury powietrza
Pionowe zmiany temperatury powietrza
w troposferze
w troposferze
Gradient
sucho-adiabatyczny
Gradient
wilgotno-adiabatyczny
0,98 K na 100 m
0,.. ??? K na 100 m
Adiabatyczne
Adiabatyczne
rozprężanie i
rozprężanie i
ochładzanie się
ochładzanie się
unoszącego się
unoszącego się
powietrza
powietrza
Z
X
Gradient
sucho-adiabatyczny
~1°C/100m
Gradient
wilgotno-adiabatyczny
<1°C/100m
Temperatura
punktu rosy
t
d
Wartości wilgotno-adiabatycznego pionowego gradientu powietrza
Nasyconego parą wodną (°C na 100 m różnicy wysokości)
Warunki równowagi
Warunki równowagi
termodynamicznej powietrza
termodynamicznej powietrza
Trzy stany równowagi powietrza
•
obojętna
obojętna
- przesunięta porcja powietrza pozostaje
- przesunięta porcja powietrza pozostaje
w
w
nowym miejscu,
nowym miejscu,
•
stała
stała
- przesunięta porcja powietrza powraca do
- przesunięta porcja powietrza powraca do
pierwotnej pozycji,
pierwotnej pozycji,
•
chwiejna
chwiejna
- raz przesunięta porcja powietrza
- raz przesunięta porcja powietrza
porusza się
porusza się
dalej.
dalej.
Podstawową regułą określającą stan równowagi
Podstawową regułą określającą stan równowagi
termodynamicznej powietrza jest porównanie gęstości
termodynamicznej powietrza jest porównanie gęstości
unoszącej się masy powietrza
unoszącej się masy powietrza
z gęstością
z gęstością
otaczających go mas atmosfery
otaczających go mas atmosfery
.
.
Jeżeli:
Jeżeli:
.
1
.
1
>
>
,
,
to powietrze jest w
to powietrze jest w
stanie równowagi stałej,
stanie równowagi stałej,
.
2
.
2
=
=
,
,
to powietrze jest w
to powietrze jest w
stanie równowagi obojętnej
stanie równowagi obojętnej
,
,
.
3
.
3
<
<
, to powietrze jest w
, to powietrze jest w
stanie równowagi chwiejnej
stanie równowagi chwiejnej
.
.
Warunki równowagi termodynamicznej
Warunki równowagi termodynamicznej
powietrza
powietrza
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
= t
= t
z
z
A
B
B’
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
< t
< t
z
z
t
t
e
e
> t
> t
z
z
A
D
D’
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
> t
> t
z
z
t
t
e
e
< t
< t
z
z
E
F
F’
X
Z
Γ
Γ
z
z
=
=
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
<
<
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
>
>
Γ
Γ
a
a
Stany równowagi
OBOJĘTNEJ
STAŁEJ
CHWIEJNEJ
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
= t
= t
z
z
A
B
B’
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
< t
< t
z
z
t
t
e
e
> t
> t
z
z
A
D
D’
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
> t
> t
z
z
t
t
e
e
< t
< t
z
z
E
F
F’
X
Z
Γ
Γ
z
z
=
=
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
<
<
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
>
>
Γ
Γ
a
a
Stany równowagi
OBOJĘTNEJ
STAŁEJ
CHWIEJNEJ
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
19,0
19,0
20,0
20,0
21,0
21,0
A
B
C
19,0
19,0
20,0
20,0
A
B
C
20,0
20,0
A
B
C
X
Z
Γ
Γ
z
z
=
=
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
<
<
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
>
>
Γ
Γ
a
a
Stany równowagi
OBOJĘTNEJ
STAŁEJ
CHWIEJNEJ
Γ
Γ
z
z
= 0,6
= 0,6
Γ
Γ
a
a
= 1,0
= 1,0
Γ
Γ
z
z
= 1,0
= 1,0
Γ
Γ
a
a
= 1,0
= 1,0
Γ
Γ
z
z
= 1,5
= 1,5
Γ
Γ
a
a
= 1,0
= 1,0
19,0
19,0
21,0
21,0
21,0
21,0
Z
+
1
0
0
m
Z
-
1
0
0
m
20,0
20,0
21,5
21,5
18,5
18,5
20,0
20,0
21,0
21,0
19,0
19,0
20,0
20,0
20,6
20,6
19,4
19,4
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
Temperatura potencjalna
Temperatura potencjalna
– jest to temperatura jaką
miałaby masa powietrza będąca na pewnej wysokości w
atmosferze mająca ciśnienie p i temperaturę T,
gdyby ją
sprowadzić adiabatycznie do poziomu morza.
T
Z
= 10,0
o
C
T
Z
= 2,0
o
C
Z=1000 m npm
Z=2000 m npm
T
Θ
= +20,0
o
C T
Θ
= +22,0
o
C
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
a temperatura potencjalna
a temperatura potencjalna
X
Γ
Γ
z
z
=
=
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
<
<
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
>
>
Γ
Γ
a
a
OBOJĘTNY
STAŁY
CHWIEJNY
Γ
Γ
z
z
= 0,6
= 0,6
Γ
Γ
a
a
= 1,0
= 1,0
Γ
Γ
z
z
= 1,0
= 1,0
Γ
Γ
a
a
= 1,0
= 1,0
Γ
Γ
z
z
= 1,5
= 1,5
Γ
Γ
a
a
= 1,0
= 1,0
500
300
100
0
17,0
18,2
19,4
20,0
Z
Z
[m]
T
z
Θ
22,0
21,2
20,4
20,0
15,0
17,0
19,0
20,0
20,0
20,0
20,0
20,0
T
z
Θ
12,5
15,5
18,5
20,0
17,5
18,5
19,5
20,0
Warunki równowagi powietrza nasyconego
Warunki równowagi powietrza nasyconego
parą wodną
parą wodną
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
= t
= t
z
z
A
B
B
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
< t
< t
z
z
t
t
e
e
> t
> t
z
z
A
D
D
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
t
t
e
e
= t
= t
z
z
t
t
e
e
> t
> t
z
z
t
t
e
e
< t
< t
z
z
E
F
F
X
Z
Γ
Γ
z
z
=
=
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
<
<
Γ
Γ
a
a
Γ
Γ
z
z
>
>
Γ
Γ
a
a
Stany równowagi
OBOJĘTNEJ
STAŁEJ
CHWIEJNEJ
Warunki równowagi powietrza nasyconego
Warunki równowagi powietrza nasyconego
parą wodną
parą wodną
20,0
20,0
X
Z
Γ
Γ
z
z
>
>
Γ
Γ
a
a
CHWIEJNEJ
Γ
Γ
z
z
= 1,0
= 1,0
Γ
Γ
a
a
= 0,6
= 0,6
20,6
20,6
Z
+
1
0
0
m
Z
-
1
0
0
m
20,0
20,0
21,0
21,0
?????
19,8
19,8
19,0
19,0
20,8
20,8
20,0
20,0
Gradient
sucho-adiabatyczny
1
o
C/100m
21,0
21,0
21,8
21,8
19,4
19,4
19,0
19,0
18,0
18,0
18,8
18,8
Stan równowagi
Pomiar temperatury
Pomiar temperatury
powietrza
powietrza
Klatka meteorologiczna
Klatka meteorologiczna
termometry
termometry
Skale temperatury
Skale temperatury
Skala Celsjusza a skale Kelvina i Fahrenheita
Skala Celsjusza a skale Kelvina i Fahrenheita
T [K] = t [
T [K] = t [
C] + 273.15
C] + 273.15
T [
T [
F] = 9/5 * t [
F] = 9/5 * t [
C] + 32
C] + 32
1
1
o
o
F = 5/9
F = 5/9
o
o
C
C
t°C = (5/9)*(t°F - 32).
t°C = (5/9)*(t°F - 32).
0.0
0.0
C = 273.15 K = 32.0
C = 273.15 K = 32.0
F
F
20.0
20.0
C = 293.15 K = 68.0
C = 293.15 K = 68.0
F
F
36.6
36.6
C = 309.75 K = 97.9.0
C = 309.75 K = 97.9.0
F
F
100.0
100.0
C = 373.15 K = 212.0
C = 373.15 K = 212.0
F
F
Anders
Celsjusz
(1701 - 1744)
William
Thomson,
1st Baron Kelvin
(1824–1907).
Daniel Gabriel Fahrenheit
( 1686 Gdańsk - 1736
Haga)
Jak wygląda standardowa klatka meteorologiczna?
Ogródek meteorologiczny IMGW
Termometry
ekstremalne
suchy
zwilżony
Termometry zwykłe
maksymalny
minimalny
Termometry zwykłe
Termometry ekstremalne
Termometr maksymalny
Termometr maksymalny
Termometr MINIMALNY
Termometr MAKSYMALNY
Termometr MINIMALNY
Termometr MAKSYMALNY
Termometr minimalny
Termometr minimalny
Bimetal
°C
Termometr zbudowany z bimetalu
Bimetal
°C
Termometr zbudowany z bimetalu
Bimetal
Termograf
Bimetal
Termometr bimetaliczny
Bimetal
Termopara
Termopara
V
V
Termoelement 1
Termoelement 2
T1 = T2
V=0
T1 > T2
V>0
Termopary
Termopary
Termometr oporowy
Termometr oporowy
Termometry oporowe
Termometry oporowe
Termometry
Termometry
półprzewodnikowe
półprzewodnikowe
Termometry
Termometry
półprzewodnikowe
półprzewodnikowe
Teletermometr
Teletermometr
RL=TT
44
V
V
Prom. d³ugofalowe (RL)
Filtr
Obudowa
Termostos
Miernik napiêcia
Termometr
TELETERMOMETR
4
R
SB
L
T
R
SB
- stała Stefan-Boltzman 5.6710
-8
[Wm-2K-4]
4
L
SB
R
R
T
Promieniowanie
długofalowe
Termohigrograf
Termohigrometr
Ogródek meteorologiczny IMGW
1.
1.
Widzialnościomierz - Vaisala
Widzialnościomierz - Vaisala
2.
2.
Laserowy miernik podstawy chmur - Vaisala
Laserowy miernik podstawy chmur - Vaisala
3.
3.
Poletko z termometrami gruntowymi (
Poletko z termometrami gruntowymi (
5 cm nad gruntem, w gruncie na
5 cm nad gruntem, w gruncie na
gł.5, 10, 20, 50 i 100 cm).
gł.5, 10, 20, 50 i 100 cm).
4.
4.
Urządzenie do pomiaru całkowitego promieniowania słonecznego i
Urządzenie do pomiaru całkowitego promieniowania słonecznego i
bilansu radiacyjnego
bilansu radiacyjnego
Pyranometry Molla-Gorczyńskiego - promieniowanie całkowite,
Pyranometry Molla-Gorczyńskiego - promieniowanie całkowite,
pyranometr Funka - bilans radiacyjny
pyranometr Funka - bilans radiacyjny
5.
5.
Urządzenie do automatycznego pomiaru dobowej sumy usłonecznienia -
Urządzenie do automatycznego pomiaru dobowej sumy usłonecznienia -
Vaisala
Vaisala
Czujnik MAWS.
Czujnik MAWS.
6.
6.
Wiatromierze a). elektroniczny Vaisala - czujnik MAWS, b). elektroniczny
Wiatromierze a). elektroniczny Vaisala - czujnik MAWS, b). elektroniczny
AVIOMET
AVIOMET
7.
7.
Heliograf Campbella-Stokesa
Heliograf Campbella-Stokesa
8.
8.
Urządzenie do pomiaru promieniowania rozproszonego
Urządzenie do pomiaru promieniowania rozproszonego
Pyranometr –
Pyranometr –
9.
9.
Urządzenie do pomiaru widm promieniowania słonecznego (w
Urządzenie do pomiaru widm promieniowania słonecznego (w
trzech
trzech
zakresach).
zakresach).
10.
10.
Klatka meteorologiczna, a w niej:
Klatka meteorologiczna, a w niej:
a. termometr rtęciowy "suchy"
a. termometr rtęciowy "suchy"
b. termometr rtęciowy "zwilżony"
b. termometr rtęciowy "zwilżony"
c. termometr maksymalny
c. termometr maksymalny
d. termometr minimalny
d. termometr minimalny
e. czujnik temperatury i wilgotności - Vaisala
e. czujnik temperatury i wilgotności - Vaisala
11.
11.
Aktynometr - Linke-Feussnera "pancerny" (
Aktynometr - Linke-Feussnera "pancerny" (
pomiar bezpośredniego
pomiar bezpośredniego
promieniowania Słońca).
promieniowania Słońca).
12.
12.
Deszczomierze: a). Hellmanna, tradycyjny, b). rejestrujący
Deszczomierze: a). Hellmanna, tradycyjny, b). rejestrujący
Ekstrema temperatury na Ziemii
Ekstrema temperatury na Ziemii
minimum: -89.2
minimum: -89.2
C - najniższa temp. na Ziemi
C - najniższa temp. na Ziemi
(Wostok, Antarktyda 21.VII.1983)
(Wostok, Antarktyda 21.VII.1983)
maksimum: 57.8
maksimum: 57.8
C - najwyższa temp. na Ziemi
C - najwyższa temp. na Ziemi
(Al.-Azizija, Libia 13.IX.1922)
(Al.-Azizija, Libia 13.IX.1922)
Ekstrema temperatury w Polsce
Ekstrema temperatury w Polsce
minimum: -40.6
minimum: -40.6
C - najniższa temp. w Polsce
C - najniższa temp. w Polsce
(Żywiec 10.II.1929)
(Żywiec 10.II.1929)
maksimum: 40.2
maksimum: 40.2
C - najwyższa temp. w Polsce
C - najwyższa temp. w Polsce
(Pruszków k. Opola 29.VII.1921)
(Pruszków k. Opola 29.VII.1921)
Tempe
ratura
Ciśnienie
hPa
o
C
100
0
80
0
60
0
400
200 100
-50
0,99
0,9
9
0,99
0,98
0,97
0,91
-40
0,98
0,9
7
0,96
0,94
0,89
0,80
-30
0,94
0,9
3
0,91
0,87
0,76
0,63
-20
0,88
0,8
5
0,81
0,75
0,61
0,46
-10
0,78
0,7
4
0,67
0,60
0,46
0,34
0
0,66
0,6
2
0,55
0,47
0,35
0,27
10
0,54
0,5
0
0,44
0,37
0,29
0,23
20
0,44
0,4
0
0,36
0,31
0,25
0,20
30
0,37
0,3
4
0,30
0,27
0,22
0,18
40
0,31
0,2
9
0,27
0,24
0,20
0,15
Wartości wilgotno-adiabatycznego pionowego gradientu powietrza
Nasyconego parą wodną (K na 100 m różnicy wysokości)
