5/10/2010
Meteorologia
W3  Bilans Energetyczny,
Strumienie Ciepła, Wilgod w
Atmosferze
Bilans Energetyczny
R=SH+LH+G
R>0
LH  Ciepło Utajone
SH  Ciepło Odczuwalne
G  Strumieo Ciepła w Gruncie
1
5/10/2010
Strumienie Ciepła  wybrane
definicje
Pojemnośd Cieplna [cv] J/(m3deg)
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 "T, w stałych warunkach
kierunek transferu ciepła zależy jedynie od
gradientu temperatury
dQ dT
dt dz
2
5/10/2010
Cv &
Obiekt Cv
Czysta Woda 4.18 0.57
(w bezruchu)
Lód 1.93 2.24
Powietrze 0.0012 0.025
(w bezruchu)
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
dT
G t
dz
3
5/10/2010
Strumieo Ciepła Odczuwalnego
d
SH cp A
dz
A k
gdzie :
cp ciepło własciweprzy stałym cisnieniu
A - współczy
nnik turbulencyjnej wymianymasy
k współczyn
nik turbulencyjnosci
Á - gÄ™stość
¸ - temperatura potencjalna
dT
SH k cp
b
dz
4
5/10/2010
Strumieo Ciepła Utajonego
dq
LH L k
dz
Zużycie Energii w Procesie Parowania
Energia wykorzystana w procesie parowania 
2.5MJkg-1
Założenie: Powierzchnia 1m2, Głębokośd: 0.01m
LH wystarczajÄ…ce aby (pole podstawy - 1m2):
Podgrzad objętośd wody o wysokości 10cm o 6 C
Podgrzad objętośd (słup) powietrza o wysokości: 33m o
60 C
5
5/10/2010
Wilgotnośd
6
5/10/2010
Miary wilgotności
Prężnośd pary wodnej  e [mb]
Wilgotnośd względna  f [%]
Temperatura punktu rosy td [oC]
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 masÄ™ 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
7
5/10/2010
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.
m g 216,7e
a
V m3 T
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.
8
5/10/2010
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.
mw
q
mw mda
Prężnośd Pary Wodnej
Prężnośd pary wodnej określa zawartośd
pary wodnej przy wykorzystaniu
cząstkowego ciśnienia pary wodnej w
powietrzu
9
5/10/2010
Wilgotnośd Względna
e
f 100%
E
Stosunek Zmieszania
Określa masę pary wodnej w objętości
powietrza do wagi pozostałego (suchego)
powietrza
mw
r
mda
10
5/10/2010
Temperatura Punktu Rosy
Temperatura punktu rosy  td  objętości
powietrza jest temperaturÄ… do jakiej
należałoby obniżyd jego temperaturę przy
stałym ciśnieniu atmosferycznym aby
powietrze stało się nasycone parą wodną
Psychrometr (sling psychrometer)
11
5/10/2010
Tablice Psychrometryczne
Obieg Wody
12
5/10/2010
Obieg wody w przyrodzie
Opad
Opad jest skondensowanÄ… parÄ… wodnÄ…,
która opada na powierzchnię Ziemi.
Większośc opadu wystepuje pod postacią
deszczu  inne formy opadu: snieg,
mżawka, grad itd.,
Około 505 000 kmł spada na powiezchnię
Ziemi jako opad w tym 398 000 km3 nad
oceanami
13
5/10/2010
Intercepcja - Canopy interception
Opad przechwytywany przez pokrywÄ™
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 siÄ™ 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
14
5/10/2010
Infiltracja
Przepływ wody z powierzchni w grunt. Po
infiltracji staje się wilgocią glebową lub też
wodÄ… podziemnÄ…
Przepływ podpowierzchniowy
Przepływu podpowierzchniowy  przepływu wody
pod powierzchniÄ… w strefie saturacji oraz w
warstwach wodonośnych
Woda gruntowa może powrócid na powierzchnię
jako z
ródło lub w procesie pompowania, może też
może zostad drenowana do kanałów rzecznych
lub w koocu do oceanów
Cecha charakterystyczna  bardzo wolny obieg.
15
5/10/2010
Parowanie
Parowanie jest zmianÄ… stanu skupienia z cieczy w
gaz. y
ródłem 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 km3 , 434 000 km3 paruje z
powierzchni oceanów
Adwekcja
Adwekcja jest to przemieszczanie siÄ™ 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
16
5/10/2010
Tutaj dalej
Struktura zasobów wodnych
Zbiornik Objętośd(106km3)/%
Oceany 1370 /97.25%
Lodowce& LÄ…dolody 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 %
17
5/10/2010
18
5/10/2010
Parowanie & Opad
Kula Ziemska
Opad=Parowanie = 1130 mm
LÄ…d
Parowanie  529mm
Opad  924mm
Oceany
Parowanie  1400mm
Opad  1270mm
19
5/10/2010
Åšredni 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
20
5/10/2010
Dzienny przebieg RH i
temperatury powietrza
Heat Index
21
5/10/2010
Bilans Wodny
22
5/10/2010
Precipitable Water
Opad
23
5/10/2010
Klimatyczny Bilans Wodny
Odpływ
24
5/10/2010
Wilgod Glebowa
y
ródła
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
25