Meteorologia i Klimatologia
Meteorologia - nauka geofizyczna; procesy w zewnętrznej części atmosfery.
Klimatologia - nauka geograficzna.
Pogoda - chwilowy fizyczny stan atmosfery w dany miejscu
Klimat - przeciętny stan pogody w danym miejscu
Pojęcie klimatu i jego pochodne
Klimat powierzchni granicznej - określenie warunków dotyczące małych obiektów terenowych np. powierzchnia liścia.
Mikroklimat
jednostkowy - elementarne jednostki środowiska przyrodniczego („ekologiczne”) np. otoczenie większego głazu, korona drzewa
warstwowy - nad jednolitym położeniem do 20 m wys.
Topoklimat - elementarne jednostki geograficzne (nie są to jednostki samoistne) np. brzeg jeziora, polany w lesie
Mezoklimat - określony wielkością samoistnych jednostek geograficznych (np. dolina, las)
Makroklimat - region, subregion lub obszar podobnej kategorii (np. Nizina Mazowiecka)
Geoklimat - dotyczący znacznej części kontynentu lub oceanu (np. Europa Środkowa)
Klimat planetarny - cała lub znaczna część Ziemi (np. strefa umiarkowana, Ameryka Południowa)
Skład i Budowa Atmosfery
Skład powietrza:
składniki I - rzędne
N2 78,1%
O2 21%
Ar 0,9%
CO2 0,03%
składniki II - rzędowe - naziemne
Me 18 ppm
He 5 ppm
Kr 1 ppm
Xe 0,09 ppm
CH4 1,5 ppm
CO 0,1 ppm
H2 0,5 ppm
H2O 0,25 ppm
zmienne
O3 do 10 ppm w stratosferze, 5-50 ppb w czystym powietrzu do 500 ppb w zanieczyszczonym (grunt)
H2S 0,02 ppb (nad lądem)
SO2 0,2 ppb (nad lądem)
NH3 6 ppb (nad lądem)
NO2 1 ppb (nad lądem)
CH2 0-10 ppb
ppm - część na milion
ppb - część na miliard
Główne składniki powietrza występują wszędzie, jednak wysoko (u góry) w wersji zjonizowanej.
Pozostałe składniki są lekkie, więc u góry ...
Stratosfera:
Troposfera - dolna część stratosfery, znajdująca się ciągłym ruchu, duże zmiany pogody.
Wraz ze wzrostem wysokości temperatura spada - pionowy gradient temperatur powietrza: na 100 m średnio 0,6oC; w szczególnych przypadkach (w zależności od procesów zachodzących w atmosferze) 0,3o C na 100 m
Przy ziemi temperatura powietrza wynosi około 15o C w górze -50o C
Przypadki szczególne:
Inwersja - odwrócenie układu normalnego
Nagrzana powierzchnia Ziemi powoduje ogrzanie powietrza, w wyniku czego powietrze zwiększy swoją objętość.
Po ogrzaniu będzie się ono unosiło do góry, a wraz ze wzrostem wysokości temperatura będzie się obniżała -
Proces Adiabatyczny.
Powietrze ma pewną wilgotność. Poprzez ochładzanie następuje nasycenie parą wodną i skraplanie - Utajone ciepło kondensacji. Później powietrze będzie się wolniej ochładzało.
Wyróżniamy dwa gradienty utajone:
Suchoadiabatyczny - w powietrzu nienasyconym parą wodną będzie wynosił 1oC na 100m
Wilgotnoadiabatyczny - 0,5oC na 100m
Sytuacja odwrotna
Wraz ze spadkiem wysokości następuje sprężanie powietrza i staje się ono coraz suchsze, dlatego chmury będą zanikały - zjawisko suchoadiabatycznego gradientu. Powietrze spływając ogrzewa się coraz szybciej.
Nasz warstwa Troposfery ma około 10-12 km Wyróżnia się w niej trzy piętra ze specyficznymi chmurami:
Niskie Średnie Wysokie
Tropopauza - warstwa przejściowa, temperatura się nie zmienia, -50 do -55oC, wynosi około 1 km
Stratosfera - temperatura zmienia się powoli, pod koniec szybciej i dochodzi do 0oC . Warstwa ta kończy się około 50 km nad ziemią. Występuje w niej Ozonosfera, która przejmuje promieniowanie krótkofalowe (stąd też się nagrzewa)
Stratopauza - warstwa przejściowa izotermiczna.
Mezosfera - temperatura wzrasta wraz ze wzrostem wysokości od 0oC do -80oC (-90oC), a warstwa to kończy się na
80-90 km nad ziemią.
W Mezopauzie temperatura znowu wzrasta.
Termosfera -sięga do 500 km nad ziemią, dużą jej część stanowi Jonosfera - zjonizowane powietrze, jony tworzą zgrupowania D,E,F
Jonosfera w dzień jest bardziej aktywna i wówczas schodzi niżej, stanowi ochronę przed promieniowaniem słonecznym, odbija fale radiowe (w nocy lepszy odbiór radia - jonosfera wyżej), w tej strefie powstaje Zorza.
Egzosfera - strefa przejściowa do przestrzeni kosmicznej około 2000 km nad ziemią. Na wysokości 20 000 km znajdują się jeszcze śladowe ilości gazów ziemskich.
Magnetosfera - warstwa najbardziej zewnętrzna, która działa jak magnes.
Promieniowanie Słoneczne
Elektromagnetyczne - charakteryzuje się długością fali (λ) i częstotliwością (liczba drgań na sekundę)
Proces promieniowania określają prawa:
Kirchoffa - jeżeli ciało emituje przy danej temperaturze ciepło o danej długości fali, to absorbuje ono promieniowanie o tej samej długości fali przy tej samej temperaturze.
Planca - każdej długości fali odpowiada określona zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego
Wiena (czyt. Wina :) - maksimum promieniowania (energii) przypadające przy określonej fali jest odwrotnie proporcjonalne do temperatury emitera (im cieplejsze ciało, tym krótsze fale wysyła).
Stefana-Bolzmana - cała zdolność do wysyłania promieniowania jest równa temperaturze do czwartej potęgi
Charakterystykami energetycznymi promieniowania słonecznego są:
Natężenie promieniowania - energia przenoszona w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni z jednostkowego kąta bryłowego. (ilość energii jaka pada na daną powierzchnią w danym czasie)
[ 1 cal / cm2 - min = 69,8 mW/cm2] 4,2 J = cal
[W/m2 - J/m2*s]
Strumień promieniowania - ilość energii emitowana w jednostce czasu przechodząca (otrzymana) przez jednostkę powierzchni (prostopadle do kierunku max promieniowana)
Rozkład natężenia promieniowania słońca (około 6 tys. oC)
Atmosfera pochłania częściowo promieniowanie słoneczne (w określonych
długościach fali), działa selektywnie (dlatego wykres się załamuje).Stała słoneczna - natężenie promieniowania słonecznego na górnej granicy atmosfery bez wstrzymującego działania atmosfery (mierzone na powierzchnię prostopadłą do promieniowania).
= 1,98 cal / cm2 * min = 1380 W/m2
Pasmo fal |
nm (10-9m) |
częstotliwość |
Ultrafiolet w tym: UVC UVB UVA |
1,0 - 400 |
3*105*750 |
Widzialne (fiolet, niebieskie, zielone, żółte, pomarańczowe, czerwone) |
360 - 760 |
833*394 |
Podczerwone |
760 - 375 000 |
394*0,8 |
Zakres najlepszej rozróżnialności |
470 - 670 |
|
Zakres standardowy oka ludzkiego |
380 - 770 |
|
Zakres fotosyntetyczny Pochłanianie chlorofilu Odbijanie chlorofilu |
400 - 700 590 - 760 490 - 540 |
|
Zakres promieniowania długoflowego |
3000 - 375 000 |
|
Zakres promieniwania krótkofalowego (słońca) |
290 - 3000 |
1034*100 |
Zakres promieniwania słonecznego |
1*1011 |
3*105 |
Pochłanianie
nieselektywne - pyły
selektywne - np. ozon zatrzymuje tylko jeden rodzaj promieniowania
Promieniowanie długofalowe zatrzymywane jest przez gazy - głównie CO2 , H2O (bierze udział w efekcie szklarniowym).
Rozpraszanie - zależy od składu w atmosferze; gdy jest dużo cząstek małych, wówczas silniej są rozpraszane fale krótkie(czyli czyste powietrze). Natomiast gdy dużo jest dużych cząstek, to rozpraszane są fale długie (zanieczyszczone powietrze).
Ekstynkcja (osłabienie) promieniowania
Prawo Bougera
I = I0 pm
I - natężenie promieniowania przy Ziemi
p - współczynnik przezroczystości atmosfery
m - masa optyczna atmosfery
masa optyczna atmosfery
h0 |
900 |
600 |
400 |
200 |
50 |
30 |
m |
1 |
1,16 |
1,55 |
2,9 |
10,4 |
15,4 |
w drugim (2) przypadku promieniowanie prawie nie dociera
Powierzchnie naturalne |
odbijanie |
Śnieg |
95 % |
Czarnoziem gleby |
5-10 % |
Gleby jasne, wilgotne |
15 -20 % |
suche |
20 - 25 % |
Las bezlistny |
15% |
ulistniony |
20% |
iglasty |
10 - 15 % |
od ALBEDa zależy nagrzewanie
Wpływ promieniowania na roślinność
ultrafioletowe - bez znaczenia na fotosyntezę, ma znaczenie morfogenetyczne
światło - ma wpływ na wszystko
podczerwone - nie ma wpływu na fotosyntezę (cieplne tak), umiarkowane znaczenie morfogenetyczne.
Bilans promieniowania (zyski i straty)
zysk : - promieniowanie bezpośrednie słońca
- promieniowanie atmosfery
- promieniowanie zwrotne długofalowe
straty : - odbite promieniowanie
- promieniowanie własne powierzchni Ziemi
Wynik bilansu w nocy jest ujemny.
Powierzchnia czynna - to powierzchnia, na którą może padać promieniowanie, i która może ją pochłaniać np. trawnik stacji meteo, pierwsze piętro drzewostanu w lesie (runo już nie, bo promieniowanie albo wcale tam nie dociera, albo jest tak niewielkie, że nie ma znaczenia energetycznego).
Bilans cieplny pewnego obszaru
zestawienie przychodów i rozchodów na obszarze
Elementy :
Q - wymiana ciepła przez promieniowanie (przychody i rozchody)
G - wymiana między powierzchnią czynną (terenu otwartego) w głąb gruntu
A - wymiana ciepła między powierzchnią czynną a atmosferą
E - energia zużywana w przemianach gazowych
„G” - właściwości cieplne gleby
przewodnictwo cieplne - ilość ciepła, która przepływa w jednostce czasu przez przekrój 1 cm2 substancji o grubości 1 cm [cal /cm * s * 0C]
pojemność cieplna - objętościowa, wagowa ilość ciepła potrzebna, by podgrzać kostkę 1 grama o 10C
Podłoże |
Przewodnictwo cieplne |
Pojemność ciplne |
Minerały ilaste |
0,007 |
0,48 |
Substancje organiczne |
0,0006 |
0,6 |
Woda (bezruch) |
0,0014 |
1,0 |
Lód |
0,006 |
0,45 |
Powietrze (bezruch) |
0,00005 |
0,0003 |
Gleba sucha |
0,0004 |
0,25 |
Gleba wilgotna |
0,004 |
0,7 |
Świeży śnieg ma dużo powietrza, więc jest dobrym izolatorem.
Wilgotność gleby ( % )
|
Pojemność cieplna |
|||
|
0 |
20 |
50 |
100 |
Piasek |
0,3 |
0,38 |
0,51 |
0,71 |
Glina |
0,24 |
0,36 |
0,53 |
0,82 |
„G” Termoizoplety - pokazują jak się zmienia temperatura wraz z głębokością. Zmiany temperatury z uwzględnieniem miesięcy w roku.
Białowieża
G - energia cieplna przekazywana w głąb gleby
Co należy zmierzyć by wyliczyć G ?
- zmiana temperatury z głębokością
Jak zmienia się temperatura z głębokością :
prawo Fourniera
niezależnie od typu gruntu okres wahań temperatury nie zmienia się z głębokością (trwa tyle samo godzin)
amplituda temperatur gruntu z głębokością maleje
amplituda na powierzchni 300C
amplituda na 20 cm 50C
amplituda poniżej 40 cm poniżej 10C
terminy max i min opóźniają się z głębokością; przy każdych 10 cm w głąb - 3 h opóźnienia (dobowy tryb); o 1 miesiąc na 1 m (cykl roczny)
na pewnej głębokości będzie stała temperatura
na głębokości 1 m nie mamy wahań cyklu dobowego
na głębokości około 19 m brak wahań cyklu rocznego
„A” - Ciepło przekazywane do atmosfery
Potrzebne :
gęstość powietrza przy ziemi
ciepło właściwe powietrza
gradientowe pomiary temperatury na różnych wysokościach
Przyczyny zmian temperatury powietrza
Jak „A” dostanie się do atmosfery
w bezpośredni sposób powietrze ogrzewa się bardzo słabo
turbulencja (mieszanie) - główna przyczyna, która powoduje nagrzewanie ( przenikanie z dolnych warstw do góry; chaotyczny ruch, ponieważ ziemia w różnych miejscach ma różna temperaturę).
„E” - współczynnik.
I - ciepło na nagrzewanie gleby
II - ciepło na parowanie (ono zmienia się)
III - ciepło na nagrzewanie powietrza
DOBOWY PRZEBIEG TEMPERATURY POWIETRZA
Termograf na stacji
min temperatura w godzinach wschodu słońca (jeszcze słońce nie zaczyna działać na grunt, ? energii jest najwięcej stracone)
max w godzinę po południu występują w specyficznych sytuacjach ( w niżu - z sytuacjami frontowymi)
Chłodny front - zmiana gwałtowna (100C)w 1/2h temperatura w dół
Front ciepły - powoli wzrasta
Strefa zwrotnikowa - największe amplitudy (Sahara, pustynie), w stronę równika maleje.
Adwekcja - napływ różnych mas powietrza
Pionowe zmiany temperatury - stratyfikacja pionowa temp (spadek wraz z wysokością)
Przymrozkowy dzień - gdy występuje temp min
mniejsza niż 00C przy temp maksymalnej wyższej od 00C ( w okresie wegetacyjnym)
PRZYMROZKI
Przygruntowy - notowany na 5cm nad ziemią
Gruntowy - ( 2m. nad ziemią )
podział według czasu
Wczesny ( jesienią)
Póżny ( wiosenne)
Podział według genezy:
Radjacyjny - przez wypromieniowanie ciepła z podłoża i przygruntowych warstw powietrza, ochładza się
Adwekcyjny - ( napływowy) - w Polsce wywołane przez powietrze arktyczne ( rzadko), występuje często w maju
Adwekcyjno - radjacyjny - najczęściej występują razem, powyższe rzadko występują osobno
ZMROZOWISKO - obszar predysponowany z większą częstotliwością występują przymrozki ( kotliny, doliny) tam gdzie spływa powietrze (w lesie to polany, z nad koron spływa - gniazda)
WYKŁAD V
Przymrozki
Ostrzeżenia
Przymrozki radjacyjne ( miejscowe ) - można sobie z nimi radzić
??????????
można wyprognozować + gatunki roślin odporne na zimno, przykrywanie ich, wczesna orka zapobiega, nowożenie osłabia odporność na mróz.
Roczny przebieg temperatury zależy od strefy geograficznej (im dalej na północ tym chłodniej )( im dalej na wschód tym większe różnice temp.)
Oceanizm
Kontynentalizm
Układ temperatury na ziemi
Z - zimny prąd obniża temp i opady
I
M - występują anomalia - ciepły prąd na krótko zmienia i powstają odnogi EMINIO .
A
L - temp strefowo poukładana, gdzienigdzie tylko prąd oddziaływuje
A
T - ma miejsce silne nagrzewanie się mas kontynentalnych ( Afryka, Ameryka).
O
Lipiec - najcieplejszy miesiąc, pod wpływem morskim, niekiedy też sierpień
Styczeń - najchłodniejszy, luty nad morzem
Pory klimatyczne - za wyróżnik brane są średnie temp doby
5 15 - progi termiczne pór roku . Im bardziej klimat morski, tym okresy przejściowe dłuższe.
Poniżej 00C - Zima
0 - 50C - przedwiośnie lub jesień
5 - 150C - wiosna lub wczesna jesień
powyżej 150C - lato
50c - od tego progu zaczyna się też okres wegetacyjny ( śr powyżej 50c)
drzewa zaczynają wegetację od 90C koniec przy 50C czyli, wiosna lato, jesień
WPŁYW TEMPERATUR NA ROŚLINNOŚĆ
temp minimalne - wytrzymuje większość roślin (maksymalne -400C, ale sporadycznie );
do -300C nie będzie większych uszkodzeń, ale -200C + wiatr jest to grożne
temp maksymalne -do 400C przy silnych mogą doprowadzić do obumarcia.
Amplitudy temperatury - niekorzystne są częste zmiany temperatury np. 550C jednego dnia może spowodować odpadnięcie kory.
Przymrozki jesienne - wczesne nie są dla naszych gatunków grożne ( dąb szypułkowy)
Przymrozki wiosenne póżne - grożniejsze ponieważ zaczyna się kiełkowanie i kwitnienie.
RÓWNOWAGI TERMICZNE W ATMOSFERZE:
Tempo zmiany temp w powietrzu unoszącym się z temp otaczającego powietrza.
Chwiejna
300-------7,0---------5,5
200-------8,0---------7,0
100-------9,0---------8,5
0-------100C-------10
unoszące w otoczeniu
- Powstaje komin powierza a z nim para idzie do góry i tak powstają chmury (kłębiaste) -pionowy ruch powietrza
Obojętna
300------7,0--------7,0
200------8,0--------8,0
100------9,0--------9,0
0 -----100C------10,0
Gdy cząstki powietrza unoszącego się będą miały temp jak powietrze otaczające, to już nie będzie się ono unosiło
Stała
300------7,0-------8,8
200------8,0-------9,2
100------9,0-------9,6 powietrze będzie schodziło w dół
0-------10-------10,0
gradient powietrza spadającego jest większy od otaczającego
γ - grzadient rzeczywisty
γs - gradient suchoadiabatyczny
γn - gradient wilgotnoadiabatyczny
Wilgotne powietrze jest lżejsze
CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE
-na cząstkę powietrza działa ciśnienie z każdej strony
p. - od dołu
p.+dp.- od góry
G=pqd2 p.= gęstość q=grawitacja G- siła ciężkości d2- wysokość
12,5 Hpa/1m. przy p. =1,29kg/m3
WZORY BARYCZNE - niwelacja baryczna
Z- punkty tm. -średnia harmoniczna
WZÓR BABINETA
Po - ciśnienie w dolnym punkcie
T - śr temp
Stopień baryczny - wysokość na jaką trzeba się wznieść lub obniżyć aby ciśnienie zmieniło się o 1hPa
WYKŁAD VI
ROZKŁAD CIŚNIENIA W PIONIE
POWIERZCHNIA IZOBARYCZNA - im wyżej tym ciśnienie mniejsze
Wyż i niż baryczny - gdy powietrze jest zimne, to ciśnienie szybko się zmienia i odwrotnie; ciśnienie przy samej ziemi (im bliżej) to ciepłe powietrze
ROZKŁAD CIŚNIENIA W POZIOMIE
(przy powierzchni ziemi)
Równik - obniżone
Podzwrotnik - wyższe
Zwrotnik - niż
Bieguny - wyż
„Zatoka” - wew. Najmniejsze ciśnienie niż baryczny „Klin” - wew. Największe ciśnienie wyż baryczny
W
„Wał” dotyczy wyższego „ Bruzda” „Siodło”
ciśnienia między niżami
Ruch powietrza - wpływ na ruch powietrza w poziomie lub pionie ma ciśnienie
Ruch w pionie - czyli „konwekcja” - prąd wstępujący lub zstępujący.
Ruch poziomy - czyli wiatr zależy od:
grawitacji (w zimie spływa )
istnienie poziomego gradientu ciśnienia(różnice te są główną przyczyną)
wiatr geostroficzny -izobary są równoległe i ruch zachodzi powyżej powierzchni tarciowej (ok. 1-1,5km nad ziemią, bo tamta warstwa zanika).
G - siła poziomego gradientu ciśnienia
Dp/dn - zmiana ciśnienia na odległość n (ok. 100km)
A - siła Knolisa, wynika z ruchu wirowego ziemi ( to odchylenie na półkuli północnej w prawo, a w lewo na południowej) np.: woda.
ω - Prędkość kątowa w ruchu wirowym
Sinp - szerokość geograficzna
Siła na równiku nie działa , im dalej tym mocniej.
V- prędkość cząstek poddanych ruchowi . Ruch będzie odbywał się w prawo
WIATR GRADIENTOWY
w niżu
w wyżu
Powyższy wiatr - to izobary krzywoliniowe taka sytuacja jest najczęstsza .Prędkość i kierunek zależą od A,B,C
WIATRY - prądy, strumienie w górnej sferze stratosfery
stały - pasat (od zwrotników do równika)
sezonowo-zmienne monsun (Azja) w cyklu rocznym, w lecie od morza do lądu (pora opadowa),zima odwrotnie(pora sucha)
Wpływ na niego mają: morze ogrzewanie oraz Pasat. U nas - bryza ( nad morzem i jeziorami),wynika z nierówności nagrzewania wód i lądów cykl dobowy ( w dzień od morza w noc odwrotnie)
wiatr dolin i gór - cykl dobowy zmienność. W dzień gdy zbocza się nagrzewają powietrze wędruje w górę i w nocy spływa zimne powietrze do dolin
lokalne nieokresowe
Cyklon tropikalny (powstaje na bazie niżu blisko równika obok morza, wilgotne powietrze zawirowuje, wew tworzy się niż i dużo różnica gradientu, stąd wiatr. Nazywane są też tajfunami i huraganami w zależności od regionu
Bora - nad Adriatykiem ( zimny), z niewysokich gór spływa nad morze np. we Francji - Mistral
W Polsce - fen W Tatrach halny. Zaczerpnięty z Alp występuje w Sudetach
Słowacja
powietrze
wyż
Poziom kondensacji
Pary wodnej
Gradient -10C/100m
roztopy
Rozprężanie powietrza,
sprężanie powietrza
Spadek temp wzrost temp Wzrost wilgotności względnej spadek wilgotności względnej
WYKŁAD VII
PARA WODNA W ATMOSFERZE
Parowanie - ewaporacja:
parowanie potencjalne - wynika z warunków meteorologicznych
parowanie aktualne - w rzeczywistości w przyrodzie występujące ( transpiracja roślin i gruntu, wodyewapotranspiracja)
a: wzór Daltona - masa wody wyparowana w jednostce czasu
c - kształt powierzchni parującej
s - prędkość ruchu powietrza
(E - e ) - ciśnienie pary wodnej nasyconej w temp danej - ciśnienie aktualne
P - ciśnienie atmosferyczne
m - masa wody wyparowanej
b: E - sumy miesięczne parowania potencjalnego wg Schmucka
k - wsp redukcyjny ustalona dla miesięcy ( inny dla każdego miesiąc
Δ
- niedosyt wilgotności powietrza
V - prędkość wiatru
Wg Iwanowa
E=0,0018(25+f)2*(100-f) zauważ się ,że:
T - średnie miesięczne temp
f - śr wartość miesięczna względna powietrza
wg Ostromęckiego ( dla użytków zielonych)
Δ - niedosyt wilgotności z całego miesiąca
β - współczynnik higrometryczny ( zależy od wilgotności gleby, rodzaju roślin, wysokości plonu.).
k - współczynnik jak u Schmucka
wg Penmana
ETP ~BILANS PROMIENIOWANIA, TEMP, WILGOTN, POW, v WIATRU
Eta -= k*ETP
k - wsp biologiczny zależy od rodzaju roślin i fazy rozwoju.
Parowanie z bilansu cieplnego:
część ciepła idzie na wyparowanie wody śr różnica temp na wysok
E - parowanie w [mm/h]
Q -bilans radiacyjny [cal/cm2h] śr różnica ciśnienia aktualnego
G - wymiana ciepła z glebą [ j-w]
L - utajone ciepło parowania
Parowanie z bilansu wodnego
Opady, parowanie, odpływ podziemny, różnica retencji
Zróżnicowanie :
potencjalne - niewiele w rejonach polarnych, sięga 80 - 100 mn rocznie
równikowe 1000 i więcej, największe w strefie zwrotnikowej do 3000mm ( w rzeczywistości jest inaczej)
pomiary - w terenie:
ewaparometry - przyrządy dają wskażniki (parowanie wskażnikowe - Pichea); inne owaparometry z powierzchni wody - Wilda ; ewaparometry glebowe GGI 500
Wilgotność powietrza
ciśnienie pary wodnej dobowy przebieg wilgotności względnej
hPa odparowanie pary wodnej %
14 . 80
12
6 12 18 24 6 12 18 24
średni roczny rozkład pary w zależności od szerokości geograficznej
hPa
28
8
60 40 20 40 60 s
średni roczny rozkład wilgotności względnej powietrza zależnie od szerokości
%
80
70
60 40 20 0 20 40 60 s
Kondensacja pary wodnej ( skraplanie ) z gazowej jak i kryształków.
Warunki, które muszą być spełnione, aby doszło do kondensacji:
temp musi spaść co najmniej do temp punktu rosy, co może być spowodowane:
ochładzaniem się podłoża i powietrza drogą radiacji
zetknięcia się ciepłego powietrza z chłodnym podłożem
mieszaniem się mas powietrza bliskich stanu nasycenia, ale w różnych temp.
adiabatyczne wznoszenie się powietrza spadek temp spowodowany spadkiem ciśnienia (wzrost objętości)
Obecność jąder kondensacji - jest ich nad lądem ok. 104 - 106/cm3,a nad morzem ok. 1000/cm3(drobinki wobec których będzie się zbierała para gdzie pyły, substancje czyli dochodzi do smogu - tereny przemysłowe)
PRODUKTY KONDENSACJI PARY WODNEJ
Osady które powstają na podłożu
Rosa (musi być osiągnięta temp punktu rosy)
szron
szadż
gołoledż
a i b przez radiacyjne wypromieniowanie
osad kryształków lodu na drutach, siatkach, powoduje też łamanie gałęzi, powstaje gdy mamy napływ cieplejszego powietrza po długicz chłodach np. -28 do -27 ( to cieplejsze powietrze będzie miało więcej pary)
zamarznięta woda na ziemi, gdy pada deszcz i nagle mróz i odwrotnie.
WYKŁAD VIII
Mgła - występuje w swobodnej atmosferze, jest produktem kondensacji pary wodnej. Widzialność do 1 km. Podczas gdy widzialność wzrasta powyżej jednego km, mówimy o zamgleniu.
MGŁY:
radiacyjna - występuje podczas stabilnej pogody, bez wiatru, przy bezchmurnym niebie. Powstaje przez wyparowywanie ciepła z przygruntowych warstw powietrza .
adwekcyjna - powstaje w wyniku napływu powietrza wilgotnego, ciepłego nad chłodne podłoże. Para się wzbija i następuje skraplanie pary wodnej.
Wyparowania - występuje jesienią nad zbiornikami wodnymi. Powstaje gy chłodne powietrze naplywa nad ciepłą wodę.
Radiacyjno - adwekcyjna
Gdzieniegdzie(pustynie) woda z osadów i mgieł dostarcza większość wody.
CHMURY - dostarczają wilgoci do podłoża - to widzialny zbiór małych kropelek wody lub kryształków lodu, lub tego i tego zawieszonej w swobodnej atmosferze, nie dotyka do podłoża. Aby spadł opad musi być odpowiednia wodność chmury, kropelki wystarczająco duże aby nie wyparowały, pokonały siłę wiatru i spadły na ziemię. Powstawanie większych kropel, kryształków lodu odbywa się przez zlewanie się kropli wody.
WYSTĘPOWANIE CHMUR
Zachmurzenie - stopień pokrycia nieba chmurami
Całkowite w skali od 0 - 10
Z 10
A
C 8 I
H
M 7
U śr
R 6
Z
E 5 II
N
I 6 12 18 24 GODZ
E
PODSTAWOWE PROCESY CHMUROWÓRCZE
Proces konwekcji termicznej - polega na tym, że fragmenty terenu ogrzewają się bardzo mocno, powstaje bąbel ciepłego powietrza, dalej słup ciepłego powietrza i dalej powstaje chmura.
wyślizgiwanie się powietrza po pow. Frontowych, wymuszony ruch powietrza ku górze
ruchy falowe w atmosferze, jeżeli powietrze przy ziemi jest inne niż wysoko to pomiędzy warstwami powietrza powstaje zafalowanie
mieszanie tumbulencyjne powietrza - na skutek mieszania powietrza mogą powstawać chmury poszarpane, szybko przemieszczające się.
wypromieniowanie ciepła
wznoszenie powietrza , zawirowania (rotory) wywołane orografią. Wystarczają małe wzniesienia morenowe aby zwiększyć zachmurzenie i sumę opadów.
KLASYFIKACJA CHMUR
SZEROKOŚĆ GEOGRAFICZNA |
|||
PIĘTRO |
POLARNE |
UMIARKOWANE |
ZWROTNIKOWE |
WYSOKIE |
3-8km |
5-13km |
6-18km |
ŚREDNIE |
2-4km |
2-7km |
2-8km |
NISKIE |
do 2 km |
do 2 km |
do 2 km |
RODZAJE CHMUR |
WYSOKOŚĆ (KM) |
|||
|
PODSTAWY |
GRANICA GÓRNA |
||
Pierzasta Cirrus Ci |
7-10 |
13 |
Piętro wysokie |
|
Kłębiasto-pierzasta Cirrocumulus Cc |
6-8 |
13 |
|
|
Warstwowo-pierzasta Cirrostratus Cs |
7-8 |
13 |
|
|
Srednio-kłębiasta Altocumulus Ac |
2,5-5 |
6 |
Piętro średnie |
|
Średnia-warstwowa Altostratus As |
2,5-5 |
6 |
|
|
Warstwowo-opadowa Nimbostratus Ns |
0,1-2 |
6-8 |
Piętro niskie |
|
Kłębiasto-opadowa Stratocumulus Sc Źródło deszczu |
0,2-2,5 |
2,5 |
|
|
Warstwowa Stratus St Mżawka |
0,05-0,6 |
1-2 |
|
|
Budowa pionowa |
Kłębiasta Cumulus Cu |
0,3-2,5 |
6,8 |
|
|
Burzowa opadowo-kłębiasta Cumulonimbus Cb |
0,6-2,0 |
8-12 |
Masa powietrza : pewna objętość powietrza wypełniająca określoną przestrzeń i zalegająca nad jakimś obszarem o charakterystycznych własnościach fizycznych
Obszar źródłowy - nad nim formuje się masa powietrza
Podział geograficzny mas powietrza
powietrze arktyczne - PA, PAm,k m - morskie k - kontynentalne
powietrze polarne PPm,k w tej strefie jesteśmy
powietrze zwrotnikowe PZ (PZm - PZk)
powietrze równikowe PR - wilgotne i gorące pow do nas nie dociera
Podział termodynamiczny mas powietrza
powietrze ciepłe
powietrze chłodne
WYKŁAD IX
FRONTY
Rozwój niżu wg falowej teorii Bierknesa
Powietrze chłodne przepływa z północy na południe, a ciepłe odwrotnie.
P - ciśnienie atmosferyczne
Kierunek ruchu masy chłodnej
Kierunek ruchu masy ciepłej
***** front atmosferyczny ciepły
^^^^^ front atmosferyczny chłodny
*^*^* front atmosferyczny zokludowany
Powietrze chłodne szybsze od ciełego tak powstaje niż baryczny
1) W 2)
P
***************************** v
vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv v
W P
4)
3) p-1 p-1
p-2 N >
p-3 *
> *
> * Wycinek powietrza ciepłego coraz mniejszy i w końcu front
> * chłodny dogania ciepły (stan okluzji) pow ciepłe wyparte w
> * górę troposfery
wycinek powietrza ciepłego, zostaje wyparte przez 5) W P
powietrze chłodne szybsze od ciepłego i w takim miejscu
powstaje niż baryczny.
N ^*^*^*^*^*^*^
W P
Powietrze chłodne całkowicie połączone ze sobą, ciśnienie się wyrównuje i niż zanika. Niż przechodzi z zachodu na wschód i zanika
Front atmosferyczny.
Front atmosferyczny ciepły, przekrój przez atmosferę
|
Przed frontem |
Podczas frontu |
Po froncie |
Csnienie P |
Równomiernie obniża się |
Bez zmian |
Mały spadek |
Wiatr |
Wzmaga się lekko skręca przeciw ruchowi zegara |
Czasem wzmaga się, ruch Zgodny z ruchem zegara |
Bez zmian i kierunku |
Temperatura T |
Bez zmian lub lekko rośnie |
Stopniowo rośnie |
Wyraźnie rośnie |
Zachmurzenie |
Na rysunku u góry |
Ns i St |
St lub Sc |
Widoczność |
Dobra poza opadami |
Słaba (mgły) |
Zła (mgły) |
Pogoda |
Opad ciągły |
Opad ustaje |
Silne zachmurzenie mżawka słaby deszcz |
W powietrzu chłodnym widoczność dobra, po i we froncie zła!!!
Wiatr równomiernie do izobar
Front chłodny
I - rodzaj opad związany z Ns
>
II - rodzaj pogoda w miarę słoneczna
> strefa opadów 60 - 80 km
>
|
Przed frontem |
W czasie frontu |
Po froncie |
Ciśnienie P |
|
|
|
Wiatr |
|
|
|
Temperatura |
|
|
|
Zachmurzenie |
|
|
|
Widoczność |
|
|
|
Pogoda |
|
|
|
2000
Strona 20 z 20
izometria
h
t
t
h
t
h
inwersja
Powietrze o charakterze stagnacyjnym
0,5oC / 100m
1oC / 100m
Stopień kondensacji
chmury
natężenie
μ m (długość fali)
Tw. Plancka
h1
0,6
0,3
p1
h0
h2
p2
p1 < p2
h1 < h2
2
1
krótkie
10
30
50
70
90
XII
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
6
4
2
0
2
22
20
7
10
13
16
19
Las
32
28
24
20
7
7
Teren otwarty
Rozchód ciepła
pszenica
ugór
γ = γ s
γ > γ s
γ < γ s
klin
N
zatoka
N
N
W
N
N
N
W
N
N
N
N
W
V
p-1
p
N
G
p. -2
p.-1
p
A
C=V2/R
w
A
P.+2
P.+1
P
C
G
niż
Chmury znikają
+10C/100m
Tatry
E=kβΣΔ
ΔT
Δe
Burzowa chmura
Słup powietrza
Chmura kłębiasta
Poziom kondensacji pary wodnej
Chmury średnie kłębiaste
Czyste niebo
Punkt kondensacji pary wodnej
p chłodne
p ciepłe
p-1
*******
*
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
Powietrze chłodne
Strefa przejściowa
front
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800km 20 - 40km/h V frontu
Ws
As
Cs
Ci
St
Jako pierwszy zwiastun złej pogody
Powietrze chłodne
Strefa opadów
9km
7,5
6
4,5
3
1,5
300 200 100
Cm
Powietrze chłodne
Strefa opadów
Sc
Cb
Cs
As
Ns
Powietrze ciepłe
9km
7,5
6
4,5
3
1,5
Cb
Cc
Cu
Cb