Wykład 6 Obieg wody w przyrodzie, parowanie i kondensacja pary wodnej
Obieg wody w Obieg wody w przyrodzie przyrodzie PAROWANIE PAROWANIE oraz oraz WARUNKI KONDENSACJI PARY WARUNKI KONDENSACJI PARY WODNEJ W ATMOSFERZE WODNEJ W ATMOSFERZE WykÅ‚ad 6 WykÅ‚ad 6 Woda na Ziemi Woda na Ziemi CaÅ‚kowite zasoby hydrosfery ~ 1,4 mld km3 Wody morskie (oceany i morza) 96,5% Wody sÅ‚odkie 2,5% Lodowce i Å›niegi 69% Jeziora i rzeki, wilgoć glebowa, Wody podziemne Lód gruntowy, para wodna 30% 1% Zasoby wodne hydrosfery (wg World water balance and water resources of the earth, 1978) ObjÄ™tość Zasoby wodne (%) w (tys. km3) stosunku do ogólnej Rodzaje wód objÄ™toÅ›ci Wody Oceanu Åšwiatowego 1338000 96.5 Wody podziemne 23400 1.7 (w tym wody w strefie aktywnej wymiany do 100m) 10530 0.76 Wody glebowe 16.5 0.001 Lodowce i staÅ‚a pokrywa Å›nieżna 24064.1 1.74 MarzÅ‚ość trwaÅ‚a 300 0.022 Jeziora 176.4 0.013 Bagna 11.47 0.0008 Rzeki 2.12 0.0002 Woda biologiczna 1.12 0.0001 Para wodna w atmosferze 13,7 0.001 Ogółem wody hydrosfery 1385984 100 Wody sÅ‚odkie hydrosfery (wg World water balance and water resources of the earth, 1978) ObjÄ™tość wody % ogólnej Część hydrosfery sÅ‚odkiej objÄ™toÅ›ci wód (tys. km3) sÅ‚odkich Lodowce i staÅ‚a pokrywa Å›nieżna 24064.1 68.7 MarzÅ‚ość trwaÅ‚a 300 0.86 Wody podziemne 10530 30.1 Jeziora (sÅ‚odkie) 91 0.26 Wilgoć glebowa 16.5 0.05 Bagna 11.47 0.03 Rzeki 2.12 0.006 Woda biologiczna 1.12 0.003 Para wodna w atmosferze 13,7 0.04 Ogółem wody sÅ‚odkie hydrosfery 35029.21 100 Obieg wody w przyrodzie Obieg wody w przyrodzie PrzepÅ‚yw atmosferyczny Transpiracja Parowanie Opad . .... . . Parowanie .. .. ...... .... i opad WsiÄ…kanie PrzesiÄ…k SpÅ‚yw Absorbcja korzeniowa powierzchniowy Poz. wód grunt. OCEAN . . . . . . . Bilans wodny globu ziemskiego Bilans wodny globu ziemskiego (wg World water balance and water resources of the earth, 1978) ObjÄ™tość % ogółu sumy wody Elementy bilansu wody biorÄ…cej udziaÅ‚ w wodnego (km3) obiegu Ocean Åšwiatowy opad atmosferyczny 458 000 79.4 parowanie 505 000 87.5 doplyw z lodu 47 000 8.1 Kontynenty opad atmosferyczny 119 000 20.6 parowanie 72 000 12.5 odpÅ‚yw do oceanu 47 000 8.1 Kula ziemska opad atmosferyczny 577 000 50.0 parowanie 577 000 50.0 Ocena surowego bilansu wodnego kontynentów (mm). (Lwowicz 1979) OdpÅ‚yw na jednego Opady Parowanie OdpÅ‚yw mieszkaÅ„ca Kontynent (tys m3) Europa 733 415 318 5.11 Azja 733 437 296 6.25 Afryka 686 547 139 12.30 Ameryka 1812 1069 743 15.10 Åšrodkowa Ameryka 625 356 269 19.50 Północna Australia 430 386 44 27.70 Ameryka 1648 1065 583 54.30 PoÅ‚udniowa Surowy bilans Polski na tle innych krajów Europy (mm) OdpÅ‚yw na jednego Opady Parowanie OdpÅ‚yw mieszkaÅ„ca Kraj (tys.m3) 733 415 318 5.11 Europa 604 424 180 1.72 Polska 725 430 295 1.4 (1.91) Niemcy 610 519 90 0.81 (3.81) WÄ™gry 735 442 293 1.9 (4.73) Czechy i SÅ‚owacja 676 427 249 0.78 (6.86) Holandia 636 380 255 3.88 Hiszpania 965 541 424 4.57 Francja 620 410 210 6.23 Rosja 549 234 315 22.5 Finlandia 664 233 431 24.1 Szwecja 1343 182 1160 96.9 Norwegia Surowy bilans wodny Polski i głównych dorzeczy (mm) (okres 1951-1980, PasÅ‚awski 1992) Obszar Współczynnik Opad Parowanie OdpÅ‚yw odpÅ‚ywu Polska 622 447 175 0.28 Dorzecze WisÅ‚y 626 448 178 0.28 Dorzecze Odry 610 457 153 0.25 Dorzecze Warty 561 433 128 0.23 Zlewnia Kan. 533 433 100 0.188 MosiÅ„skiego Zlewnia Lutyni 576 475 101 0.175 Zlewnia Obry 550 455 95 0.173 Zlewnia Noteci 530 444 86 0.163 po PakoÅ›ci Zlewnia Mogilnicy 533 455 78 0.146 PAROWANIE PAROWANIE Parowanie podstawowe pojÄ™cia Parowanie podstawowe pojÄ™cia Para wodna Para wodna nienasycona nasycona Woda Woda Ewaporacja parowanie z wolnej powierzchni wody Ewaporacja parowanie z wolnej powierzchni wody (zależy od warunków meteorologicznych i wilgotnoÅ›ci gleby) (zależy od warunków meteorologicznych i wilgotnoÅ›ci gleby) Transpiracja parowanie biologiczne z wnÄ™trza Transpiracja parowanie biologiczne z wnÄ™trza roÅ›liny roÅ›liny (zależy od warunków meteorologicznych, wilgotnoÅ›ci gleby i stanu (zależy od warunków meteorologicznych, wilgotnoÅ›ci gleby i stanu fizjologicznego roÅ›liny) fizjologicznego roÅ›liny) Parowanie podstawowe pojÄ™cia Parowanie podstawowe pojÄ™cia " Ewapotranspiracja parowanie z powierzchni " Ewapotranspiracja parowanie z powierzchni terenu pokrytego roÅ›linami, czyli jest to Å‚Ä…czne terenu pokrytego roÅ›linami, czyli jest to Å‚Ä…czne parowanie z gleby (lub powierzchni wodnej) i parowanie z gleby (lub powierzchni wodnej) i roÅ›lin z jednorodnej powierzchni. roÅ›lin z jednorodnej powierzchni. " Ewapotranspiracja obszarowa (parowanie " Ewapotranspiracja obszarowa (parowanie terenowe) parowanie z wiÄ™kszej jednorodnej, terenowe) parowanie z wiÄ™kszej jednorodnej, lub quasi-jednorodnej powierzchni (pole, lub quasi-jednorodnej powierzchni (pole, zlewnie, region) zlewnie, region) Parowanie podstawowe pojÄ™cia Parowanie podstawowe pojÄ™cia " Ewapotranspiracja potencjalna to parowanie z " Ewapotranspiracja potencjalna to parowanie z powierzchni danego terenu pokrytego niskÄ… roÅ›linnoÅ›ciÄ… powierzchni danego terenu pokrytego niskÄ… roÅ›linnoÅ›ciÄ… przy nieograniczonym dostÄ™pie do wody. przy nieograniczonym dostÄ™pie do wody. Ewapotranspiracja potencjalna zależy tylko od warunków Ewapotranspiracja potencjalna zależy tylko od warunków meteorologicznych i rodzaju roÅ›linnoÅ›ci. meteorologicznych i rodzaju roÅ›linnoÅ›ci. " Ewapotranspiracja rzeczywista to parowanie z " Ewapotranspiracja rzeczywista to parowanie z powierzchni danego terenu w konkretnych warunkach powierzchni danego terenu w konkretnych warunkach przyrodniczych. Zależy poza warunkami meteorologicznymi, przyrodniczych. Zależy poza warunkami meteorologicznymi, od 3 grup czynników: od 3 grup czynników: glebowych: struktura i wilgotność gleby, gÅ‚Ä™bokość poziomu wody glebowych: struktura i wilgotność gleby, gÅ‚Ä™bokość poziomu wody gruntowej; gruntowej; biologicznych: gatunek roÅ›lin, ich stan zdrowotny, faza rozwojowa biologicznych: gatunek roÅ›lin, ich stan zdrowotny, faza rozwojowa i gÄ™stość biomasy, i gÄ™stość biomasy, agrotechniczne: sposób uprawy gleby, intensywność nawożenia i agrotechniczne: sposób uprawy gleby, intensywność nawożenia i nawadniania, system rotacji upraw. nawadniania, system rotacji upraw. Parowanie podstawowe pojÄ™cia Parowanie podstawowe pojÄ™cia MiarÄ… iloÅ›ciowÄ… ewapotranspiracji jest współczynnik MiarÄ… iloÅ›ciowÄ… ewapotranspiracji jest współczynnik ewapotranspiracji jest on iloÅ›ciowo równy ewapotranspiracji jest on iloÅ›ciowo równy gruboÅ›ci warstwy wody, zwykle wyrażonej w gruboÅ›ci warstwy wody, zwykle wyrażonej w milimetrach, wyparowujÄ…cej z danego terenu w danym milimetrach, wyparowujÄ…cej z danego terenu w danym czasie, najczęściej w ciÄ…gu doby. czasie, najczęściej w ciÄ…gu doby. Zdolność ewaporacyjna powietrza- okreÅ›la zdolność Zdolność ewaporacyjna powietrza- okreÅ›la zdolność wchÅ‚aniania pary wodnej przez warstwÄ™ atmosfery leżącÄ… nad wchÅ‚aniania pary wodnej przez warstwÄ™ atmosfery leżącÄ… nad powierzchniÄ… parujÄ…cÄ…. powierzchniÄ… parujÄ…cÄ…. Zdolność ewaporacyjna powietrza Ea jest funkcjÄ… niedosytu Zdolność ewaporacyjna powietrza Ea jest funkcjÄ… niedosytu wilgotnoÅ›ci powietrza i prÄ™dkoÅ›ci wiatru: wilgotnoÅ›ci powietrza i prÄ™dkoÅ›ci wiatru: Ea = f(d, u) Ea = f(d, u) Ewapotranspiracja rzeczywista Ewapotranspiracja rzeczywista Ewapotranspiracja rzeczywista Niedobory opadów Nadmiary opadów Opady Roczny przebieg ewapotranspiracji rzeczywistej i opadów W Turwi w latach od 1951 do 1975 mm Ewapotranspiracja rzeczywista Ewapotranspiracja rzeczywista i potencjalna Ewapotranspiracja rzeczywista i potencjalna ETP gleby bez roÅ›lin ETP lucerny ETR lucerny ETR gleby bez roÅ›lin Dobowy przebieg ETP i ETR dla gleby pozbawionej roÅ›lin oraz uprawy dobrze rozwiniÄ™tej lucerny Warunki kondensacji Warunki kondensacji pary wodnej pary wodnej Warunki kondensacji pary wodnej Warunki kondensacji pary wodnej Do obniżenia temperatury doprowadzajÄ…cego do Do obniżenia temperatury doprowadzajÄ…cego do kondensacji pary wodnej może dojść w wyniku: kondensacji pary wodnej może dojść w wyniku: wypromieniowania ciepÅ‚a przez wilgotne powietrze, wypromieniowania ciepÅ‚a przez wilgotne powietrze, adiabatyczngo rozprężania siÄ™ powietrza wilgotnego, adiabatyczngo rozprężania siÄ™ powietrza wilgotnego, mieszania siÄ™ wilgotnego, ciepÅ‚ego powietrza z mieszania siÄ™ wilgotnego, ciepÅ‚ego powietrza z powietrzem zimnym, powietrzem zimnym, zetkniÄ™cia siÄ™ ciepÅ‚ego, wilgotnego powietrza z zimnÄ… zetkniÄ™cia siÄ™ ciepÅ‚ego, wilgotnego powietrza z zimnÄ… powierzchniÄ…. powierzchniÄ…. Warunki kondensacji pary wodnej Warunki kondensacji pary wodnej Obniżenie temperatury powietrza do temperatury Obniżenie temperatury powietrza do temperatury punktu rosy powoduje kondensacjÄ™ pary wodnej, punktu rosy powoduje kondensacjÄ™ pary wodnej, jeżeli: jeżeli: znajduje siÄ™ ona w kontakcie z pÅ‚askÄ… powierzchniÄ… fazy znajduje siÄ™ ona w kontakcie z pÅ‚askÄ… powierzchniÄ… fazy ciekÅ‚ej, lub powierzchniÄ… lodu, ciekÅ‚ej, lub powierzchniÄ… lodu, gdy w atmosferze sÄ… jÄ…dra kondensacji. gdy w atmosferze sÄ… jÄ…dra kondensacji. Warunki kondensacji pary wodnej Warunki kondensacji pary wodnej Wilgotność wzglÄ™dna powietrza nad wodÄ… Wilgotność wzglÄ™dna powietrza nad wodÄ… (fw) i lodem (fl) w procentach (fw) i lodem (fl) w procentach 0oC -10oC -20oC -30oC -40oC 0oC -10oC -20oC -30oC -40oC Przy fw=100%, fl = 100 110 120 134 147 Przy fw=100%, fl = Przy fl=100%, fw = 100 91 82 74 64 Przy fl=100%, fw = hPa 6 5 4 Zależność pary wodnej nasyconej 3 nad wodÄ… nad lodem 2 1 -40 -30 -20 -10 0oC Warunki kondensacji pary wodnej Warunki kondensacji pary wodnej Przesycenie pary wodnej nad krysztaÅ‚kami lodu ZnajdujÄ…cymi siÄ™ w powietrzu o danej wilgotnoÅ›ci wzglÄ™dnej Temperatura oC Przesycenie % Wilgotność wzglÄ™dna % W i l g e i o t n n e o c Å› y ć s w e z z g r l P Ä™ d n a Powstawanie opadów Powstawanie opadów Typowe jÄ…dro kondensacji R= 0,1 µm V= 0,0001 cm/s Typowa kropelka chmurowa R=10 µm V= 1 cm/s Typowa kropelka opadu R=1000 µm V= 650 cm/s Powstawanie opadów Powstawanie opadów Teoria Bergerona-Findeisena Teoria Bergerona-Findeisena (proces krystalizacji) (proces krystalizacji) hPa 6 5 KrysztaÅ‚ek lodu Kropla wody 4 3 2 Para wodna 1 -40 -30 -20 -10 0oC Zależność pary wodnej nasyconej nad wodÄ… nad lodem Powstawanie Powstawanie opadów opadów Proces koagulacji (koalescencji) Proces koagulacji (koalescencji)