CIEŚNIENIE ATMOSFERYCZNE
Ciśnienie atmosferyczne - jest to ciężar (siła parcia) pionowego słupa powietrza o wysokości równej wysokości atmosfery działającego na jednostkę powierzchni.
Za normalne ciśnienie atmosferyczne przyjmuje się takie ciśnienie, które równoważy słup rtęci o wysokości 760 mm Hg w temp. 0ºC, na poziomie morza i szerokości geograficznej φ = 45º.
p = V · ρ · g · S-1 1 mbar = 1 hPa czyli 760 mm Hg = 1013,25 hPa
1 mm Hg = 4/3 hPa
1 hPa = 3/4 mm Hg
Zależność zmian ciśnienia od wysokości n.p.m. wyraża się wzorem:
p1 - ciśnienie u podstawy słupa powietrza
p2 - ciśnienie na szczycie słupa powietrza
S - powierzchnia
z1, z2 - wysokość n.p.m.
Wzór na niwelacją barometryczną (Babineta):
z1, z2 - wysokość n.p.m.;
p1, p2 - wielkość ciśnienia na wysokościach z1, z2;
tśr - średnia temperatura słupa powietrza pomiędzy z1, z2;
α - współczynnik rozszerzalności gazów (α = 0,004).
Stopień baryczny: wysokość na którą trzeba się wznieść lub obniżyć aby ciśnienie powietrza zmalało lub wzrosło o jednostkę (o 1 hPa lub o 1 mm Hg).
Gradient pionowy ciśnienia atmosferycznego - nazywamy zmianę ciśnienia na jednostkę wysokości, za którą przyjmujemy 100 m.
Gradient poziomy ciśnienia atmosferycznego - nazywamy zmianę na jednostkę odległości (100 km) w kierunku prostopadłym do izobar w stronę ciśnienia malejącego.
Zmiany ciśnienia w czasie:
Tendencja baryczna to wielkość zmiany ciśnienia w ciągu trzech godzin poprzedzających termin jego pomiaru.
Przyrządy do mierzenia ciśnienia:
barometr rtęciowy naczyniowy;
barometr deformacyjny (puszka Vidiego);
barograf;
hipsometr;
aneroid;
Na każde 100m temperatura spada o 0,6oC
TEMPERATURA
Każde ciało posiada pewien zasób energii cieplnej, który określa jego temperaturę.
Temperaturą nazywamy średni poziom tej energii w poszczególnych cząsteczkach, miarę szybkości poruszania się cząsteczek, z których jest dane ciało. Ruch ustaje całkowicie w temperaturze zera absolutnego (-273,15ºC = 0 K).
Skale termometryczne:
|
skala Fahrenheita |
skala Réaumura |
skala Celsjusza |
skala Kelwina |
punkt zamarzania wody bez minerałów |
32ºF |
0ºR |
0ºC |
273 K |
punkt wrzenia wody bez minerałów |
212ºF |
80ºR |
100ºC |
373 K |
Zmiana stopni w skali F na stopnie w skali C:
Rodzaje termometrów: cieczowe (stacyjny maksymalne, minimalne, kolankowe, zmarzlinomierz, katatermometr), deformacyjne (termograf), elektryczne (oporowe, półprzewodnikowe, termoelektryczne)
Charakterystyki klimatologiczne:
wartości średnie (6,12,18 UTC); wartości skrajne (absolutne z datami); zakres wahań (amplitudy) - różnica między temperaturą maksymalną i minimalną; dni charakterystyczne - wartości maksymalne i minimalne z danego dnia;
częstość występowania temperatury o określonych wartościach; termiczne pory roku.
Dni charakterystyczne:
bardzo upalne |
tmax > 35ºC |
upalne |
tmax > 30ºC |
gorące |
tmax > 25ºC |
przymrozkowe |
tmin <0ºC tmax>0ºC |
mroźne |
tmax < -10ºC |
bardzo mroźne |
tmax < -10ºC tmin < -10ºC |
okres wegetacyjny: tśt > 5,0ºC,
okres gospodarczy: tśr > 2,5ºC.
Termiczne pory roku:
Okresy z ustaloną średnią temperaturą dobową.
przedwiośnie |
0,0ºC < tśr ≤ 5,0ºC |
wiosna |
5,0ºC < tśr ≤ 15ºC |
lato |
tśr > 15ºC |
jesień |
5,0ºC < tśr ≤ 15ºC |
przedzimie |
0,0ºC < tśr ≤ 5,0ºC |
zima |
tśr ≤ 0,0ºC |
Wyznaczanie termicznych pór roku:
przy wzroście temperatury;
przy spadku temperatury.
Założenia:
- każdy miesiąc ma 30 dni;
- temperatura średnia jest 15 dnia miesiąca;
- spadek i wzrost temperatury jest stały.
WILGOTNOŚĆ POWIETRZA
Zawartość pary wodnej w powietrzu nazywamy wilgotnością. Ogólnie biorąc, w głównym stopniu zależy od temperatury powietrza. (zwiększanie wilgotności - ochładzanie, wtłaczanie pary)
Parametry wilgotności powietrza:
prężność aktualna (e) - ciśnienie wywierane przez aktualnie zawartą parę wodną w powietrzu [mmHg lub hPa].
prężność maksymalna (E) - największe ciśnienie wywierane przez parę wodną względem płaskiej powierzchni wody w danej temperaturze, prężność pary nasyconej [mmHg lub hPa].
wilgotność względna powietrza (f) - jest to stosunek prężności pary wodnej znajdującej się aktualnie w powietrzu w danej temperaturze do prężności pary wodnej nasyconej w tej temperaturze.
niedosyt wilgotności powietrza (Δ) - różnica pomiędzy prężnością pary wodnej nasyconej i prężności pary wodnej znajdującej się aktualnie w powietrzu [mmHg lub hPa].
temperatura punktu rosy (td) - oznacza temperaturę, do której należy ochłodzić powietrze przy stałej prężności pary wodnej, aby prężność aktualna pary wodnej stała się równa prężności maksymalnej. (e=E) [ºC].
wilgotność bezwzględna - gęstość pary wodnej zawartej w powietrzu atmosferycznym wyrażona liczbą gramów pary wodnej na m3
wilgotność właściwa - stosunek masy pary wodnej do masy całkowitej wilgotnego powietrza
stosunek zmieszania - iloraz masy pary wodnej i masy suchego powietrza w powietrzu wilgotnym
Parowanie:
W wyniku dopływu energii cieplnej z otoczenia następuje odrywanie się cząsteczek od powierzchni parującej i przedostawanie się ich do powietrzna atmosferycznego. Jednocześnie trwa zjawisko przechodzenia cząsteczek cieczy parującej z atmosfery do powierzchni parującej.
Do wyparowania 1 g wody potrzeba 2500 J - jest to ciepło utajone parowania.
Prędkość parowania zależy od temperatury powierzchni parującej, od aktualnego nasycenia powietrza przez parę wodną, od ruchu powietrza nad powierzchnią parującą i ciśnienia atmosferycznego.
Prawo Daltona:
Q - wielkość parowania
A - współczynnik proporcjonalności;
E' - prężność pary nasyconej;
e - aktualna prężność pary wodnej w temperaturze;
p - ciśnienie
f(v) - funkcja prędkości wiatru.
Metody i przyrządy do wyznaczania wilgotności powietrza:
absorpcyjna - w której wykonuje się zjawisko zmiany objętości przy pochłanianiu pary wodnej przez różne ciała.
Przyrządy: higrometr włosowy; higrograf włosowy.
psychrometryczna - w której wykorzystuje się zawartość intensywności parowania od niedosytu wilgotności; intensywność parowania wpływa na mierzoną w tej metodzie różnicę temperatury, miedzy termometrami suchym i wilgotnym.
Przyrządy: psychrometr Assmanna - przyrząd meteorologiczny złożony z dwóch termometrów: jeden suchy mierzy temperaturę powietrza, drugi zwilżony owinięty batystem- wskazuje temperaturę równowagi miedzy dopływem ciepła z otoczenia i jego stratami.
kondensacyjna (pomiaru punktu rosy)
elektryczna - zależność przewodności elektrolitu np. LiCl od wilgotności higrometru elekrtycznego
Ciepło zużyte na parowanie jest proporcjonalne do niedosytu wilgotności, określonego przez prężność pary nasyconej E'. Jeśli temperatura termometru zwilżonego ustali się, to oba strumienie ciepła są sobie równe:
A - stała psychrometryczna dla prędkości wiatru 0,8 m/s
p - ciśnienie
Ts - temperatura term. suchego
Tw - temperatura term. wilgotnego
E' - prężność pary nasyconej
e - prężność pary wodnej
Charakterystyki klimatyczne:
Stosuje się charakterystyki tj. średnie dobowe, miesięczne, sezonowe. Przy analizie zwraca się uwagę na najniższą wilgotność względną powietrza, najwyższe ciśnienie pary wodnej, najwyższy niedosyt wilgotności powietrza.
Liczba dni charakterystycznych:
z wilg. powyżej 70% w długim terminie obserwacji
z wilgotnością względną powyżej 30%
z ciśnieniem pary wodnej powyżej 18,8 hPa- dni parne
Średnie dobowe:
eśr = (e6 + e12 + e18)/3
Δśr = (Δ6 + Δ12 + Δ18)/3
fśr = (2f6 + f12 + f18)/4
ZACHMURZENIE
Chmura jest to zbiór małych kropli wody lub kryształów lodu, albo ich mieszanina, zawieszona w swobodnej atmosferze, utrzymująca się w powietrzu dzięki sile tarcia i ruchom turbulencyjnym.
Oceny stopnia pokrycia nieba przez chmury dokonuje się wizualnie, tzn. szczuje się najczęściej, ile dziesiętnych części nieba pokrywają chmury. Od 1966 roku na stacjach meteorologicznych ocenia się, ile części ósmych (oktanów) sklepienia nieba pokryłyby wszystkie widoczne chmury, gdyby zostały zsunięte szczelnie do siebie bez luk.
Podstawową charakterystyką zachmurzenia jest jego średnia wielkość. Oblicza się średnią wielkość zachmurzenia w terminach obserwacyjnych i średnią dobową, miesięczną, sezonową, roczną z pojedynczych lat i wieloletnią.
Pogodne są te dni w których suma wartości z trzech terminów pomiarowych jest ≤ 4 (średnie zachmurzenie < 20%) zaś dni z sumą zachmurzenia ≥ 20 to dni pochmurne (średnie zachmurzenie > 80%).
Całkowite zachmurzenie / chmury niskie i średnie / chmury niskie; np. 4 / 2 / 0.
OPADY ATMOSFERYCZNE
Opadem atmosferycznym nazywamy wodę w stanie ciekłym lub stałym wypadającą z chmur i dochodzącą do powierzchni Ziemi. Opady należą do grupy zjawisk atmosferycznych zwanych hydrometeorami.
Opady atmosferyczne charakteryzujemy przez określenie rodzaju (postaci) opadów, ilości spadłej (lub uzyskanej ze śniegu, gradu, krupy) wody, czasu ich trwania i natężenia.
Ilość spadłej wody określa się wysokością (grubością) warstwy wody, która utworzyła by się na powierzchni poziomej, gdyby woda nie parowała, nie wsiąkała i nie spływała.
Wysokość opadów określa się w mm z dokładnością do 0,1 mm.
Wysokość opadów równa 1 mm odpowiada jednemu litrowi wody, która spadła na powierzchnię 1m2.
1,000 m2 . 0,001 m = 0,001 m3 = 1 l 1 ha = 10 000 m2 (na 1ha spada 10 t wody)
Deszczomierz Hellmanna:
pierścień o powierzchni 200 cm3; odbiornik opadu; podstawa przyrządu; zbiornik na wodę opadową menzurka (miarka); wkładka umieszczona w porze zimowej mająca zapobiegać wywiewaniu śniegu z odbiornika opadu.
Pluwiograf - przyrząd samopiszący: ciągła rejestracja opadów atmosferycznych.
Totalizator - pomiar wysokości opadów w miejscach trudno dostępnych odbywa się za pomocą totalizatora.
Charakterystyki klimatologiczne:
suma opadów atmosferycznych z okresu: pentady, dekady, miesiąca, pory roku, półrocza, okresu wegetacyjnego, całego roku; skrajne wartości; odchylenia od wartości średniej; prawdopodobieństwo wystąpienia sumy opadów w odpowiednio ustalonych przedziałach; najwyższa suma opadów (podając datę ich wystąpienia).
(dni z opadem ≥ 0,1 mm)
izohiety - linie równych sum opadów.
POKRYWA ŚNIEŻNA
Pokrywa śnieżna - warstwa śniegu o grubości ponad 1 cm, pokrywająca więcej niż połowę obserwowanej powierzchni
Po stwierdzeniu wystąpienia pokrywy śnieżnej jej grubość (wysokość) mierzy się śniegowskazami.
Z innych obserwacji dotyczących pokrywy śnieżnej należy wymienić pomiar zawartości w niej wody poprzez wyznaczenie gęstości śniegu oraz równoważnika wodnego śniegu. [mm/cm]
Śniegomierz objętościowy (wagowy) Chomicza
Gęstość śniegu z dokładnością 0,01 g/cm3 (wielkość zmienia się od 0,03 - 0,4)
d = c/v
d - gęstość śniegu [g/cm3]
c - masa próbki śniegu pobranej śniegomierzem wagowym [g]
v - objętość próbki śniegu, wyznaczonej z iloczynu wysokości pokrywy śnieżnej [cm] i przekroju rury [cm2]
Gęstość śniegu pomnożona przez 10 równa się liczbowo równoważnikowi wodnemu śniegu, zaś równoważnik pomnożony przez grubość pokrywy śnieżnej równa się zapasowi wody zawartej w danej pokrywie.
Z = r h
z - zapas wody w śniegu [mm]
r - równoważnik wodny śniegu [mm/cm]
h - grubość pokrywy śniegu [cm]
Charakterystyki klimatologiczne
Rozróżnia się okres z szatą śnieżną (występowaniem śniegu) oraz okres z pokrywą śnieżną (trwałą; dopuszczalne przerwy 3-dniowe; w okresie 30 dniowym - 10%)
Określa się początek wystąpienia szaty śnieżnej i trwałej pokrywy śnieżnej oraz ich koniec. Skrajne daty w okresie wieloletnim pozwalają na wyznaczenie potencjalnego (możliwego) okresu wystąpienia szaty i pokrywy śnieżnej. Szatę i pokrywę śnieżną można też scharakteryzować podając licbę dni, w których wystąpiła oraz częstość ich występowania. Liczbę dni można wyrazić w liczbach bezwzględnych i w procentach dni.
WIATR
Wiatr to poziomy ruch powietrza względem powierzchni Ziemi, spowodowany różnicą ciśnienia atmosferycznego. Określa się dwie jego cechy, prędkość i kierunek.
Kierunek wiatru (skąd wieje) wyznacza się w stopniach miary kątowej według 16-stopniowej skali lub w rumbach, a jego prędkość w metrach na sekundę lub w kilometrach na godzinę. Oznaczenia literowe kierunków N, S, W, E, w kierunkach pośrednich pierwszeństwo mają N i S, potem E i W.
Wyróżniamy prędkość chwilową i prędkość średnią. Jest to droga jaką cząsteczki powietrza przebywają w jednostce czasu. (Jednostki: km/h, m/s, Mn/h - mila morska/h, węzły - 1 węzeł = 0,5 m/s).
W pomiarach na standardowej wysokości 10m nad powierzchnią gruntu stosuje się wiatromierz Wilda (pomiar trwa 2 minuty) i anemorumbometrem (pomiar trwa 10 min.).
Obok prędkości wiatru często używa się pojęcia siły wiatru, która oznacza parcie przemieszczających się cząsteczek powietrza na napotkaną przeszkodę i wyrażona jest w kg/m2.
Siła wiatru jest proporcjonalna do prędkości wiatru i wysokości ciśnienia powietrza:
zależność miedzy siła wiatru a prędkością.
Skala Beauforta (ºB): 0-12 - prędkość wiatru określa się na podstawie charakterystycznego oddziaływania wiatru na otoczenie człowieka.
Podanym przeliczeniem można posłużyć się dla wiatru o sile do 7ºB.
Do pomiaru kierunku i prędkości wiatru na posterunkach klimatologicznych najczęściej wykorzystywane są proste wiatromierze Wilda. Na stacjach synoptycznych, klimatologicznych oraz automatycznych stosuje się anemorumbometry
W pomiarach prędkości wiatru są wykorzystywane ręczne anemometry czaszowe Robinsona i Rosenmullera.
Kierunek wiatru dla małej wysokości można określić bez użycia przyrządów: używając tyczki z wstążeczką, z odczucia powiewu na twarzy, z ruchu drobnych przedmiotów, z pochylenia małych drzew, z ruchu dymu z komina.
Opracowania klimatologiczne przeprowadza się opracowując: tylko kierunek, tylko prędkość, kierunek i prędkość.
Kierunek wiatru opracowujemy podając liczebność wg oktantów wyrażoną w liczbach przypadków lub % obserwacji. Średnią wieloletnią oblicza się jako średnią arytmetyczną z poszczególnych lat.
Podaje się również częstość cisz.
Zestawione materiały dotyczące kierunków wiatru przedstawia się w tabeli, za pomocą wykresów biegunowych (róży wiatrów, wykres liniowy i sektorowy) i rozwiniętej róży wiatrów. Dane przedstawia się również w postaci wykresów liniowych strukturalnych wykorzystując metodę izoplet (interpolacja geometryczna). Sposób kombinowany: na ośmiobok foremny nanosi się częstość kierunków wiatru w kolejnych miesiącach.
Inną charakterystyką jest liczba dni z ciszą oraz liczba dni z wiatrem silnym (≥10m/s) i bardzo silnym (>15m/s) 3 obs.
Prędkość wiatru najczęściej opracowuje się łącznie z kierunkiem, oblicza się średnią ważoną (wagi stanowią liczby przypadków wiatru o różnej prędkości). Nie łącząc jej z kierunkiem podaje się średnią arytmetyczną w miesiącu, sezonu, roku.
Innym sposobem wiązania kierunków wiatru i ich prędkości jest przedstawienie częstości kierunków wiatru w przedziałach prędkości. Liczy się, ile razy wystąpił wiatr z danego kierunku w określonym przedziale prędkości. Związek prędkości wiatru z kierunkiem przedstawia się graficznie za pomocą tzw. kierunkowo-prędkościowych róż wiatrów.
4
t1 - temperatura średnia w miesiącu poprzedzającym temperaturę progu;
t2 - temperatura średnia w miesiącu następującym po temperaturze progu;
tp - temperatura progu;
x - liczba dni dzieląca dzień z temperaturą progu od 15 dnia miesiące poprzedzającego.
Wyszukiwarka