5/10/2010
1
Meteorologia
W3 – Bilans Energetyczny,
Strumienie Ciepła, Wilgod w
Atmosferze
Bilans Energetyczny
R>0
G – Strumieo Ciepła w Gruncie
SH – Ciepło Odczuwalne
LH – Ciepło Utajone
R=SH+LH+G
5/10/2010
1
Meteorologia
W3 – Bilans Energetyczny,
Strumienie Ciepła, Wilgod w
Atmosferze
Bilans Energetyczny
R>0
G – Strumieo Ciepła w Gruncie
SH – Ciepło Odczuwalne
LH – Ciepło Utajone
R=SH+LH+G
5/10/2010
2
Strumienie Ciepła – wybrane
definicje
Pojemnośd Cieplna [c
v
] J/(m
3
deg)
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 ΔT, w stałych warunkach
kierunek transferu ciepła zależy jedynie od
gradientu temperatury
dz
dT
dt
dQ
5/10/2010
3
C
v
&
Obiekt
C
v
Czysta Woda
(w bezruchu)
4.18
0.57
Lód
1.93
2.24
Powietrze
(w bezruchu)
0.0012
0.025
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
t
dz
dT
G
5/10/2010
4
Strumieo Ciepła Odczuwalnego
a
potencjaln
ra
temperatu
-
θ
gęstość
-
ρ
encyjnosci
nik turbul
współczyn
k
masy
wymiany
lencyjnej
nnik turbu
współczy
-
A
cisnieniu
stałym
przy
własciwe
ciepło
c
:
gdzie
p
k
A
dz
d
A
c
SH
p
b
p
dz
dT
c
k
SH
5/10/2010
5
Strumieo Ciepła Utajonego
dz
dq
k
L
LH
Zużycie Energii w Procesie Parowania
Energia wykorzystana w procesie parowania –
2.5MJkg
-1
Założenie: Powierzchnia 1m
2
, Głębokośd: 0.01m
LH wystarczające aby (pole podstawy - 1m
2
):
Podgrzad objętośd wody o wysokości 10cm o 6 C
Podgrzad objętośd (słup) powietrza o wysokości: 33m o
60 C
5/10/2010
6
Wilgotnośd
5/10/2010
7
Miary wilgotności
Prężnośd pary wodnej – e [mb]
Wilgotnośd względna – f [%]
Temperatura punktu rosy t
d
[
o
C]
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 masę 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
5/10/2010
8
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.
T
e
m
g
V
m
a
7
,
216
3
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.
5/10/2010
9
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.
da
w
w
m
m
m
q
Prężnośd Pary Wodnej
Prężnośd pary wodnej określa zawartośd
pary wodnej przy wykorzystaniu
cząstkowego ciśnienia pary wodnej w
powietrzu
5/10/2010
10
Wilgotnośd Względna
%
100
E
e
f
Stosunek Zmieszania
Określa masę pary wodnej w objętości
powietrza do wagi pozostałego (suchego)
powietrza
da
w
m
m
r
5/10/2010
11
Temperatura Punktu Rosy
Temperatura punktu rosy – t
d
– objętości
powietrza jest temperaturą do jakiej
należałoby obniżyd jego temperaturę przy
stałym ciśnieniu atmosferycznym aby
powietrze stało się nasycone parą wodną
Psychrometr
(sling psychrometer)
5/10/2010
12
Tablice Psychrometryczne
Obieg Wody
5/10/2010
13
Obieg wody w przyrodzie
Opad
Opad jest skondensowaną parą wodną,
która opada na powierzchnię Ziemi.
Większośc opadu wystepuje pod postacią
deszczu – inne formy opadu: snieg,
mżawka, grad itd.,
Około 505 000 km³ spada na powiezchnię
Ziemi jako opad w tym 398 000 km
3
nad
oceanami
5/10/2010
14
Intercepcja - Canopy interception
Opad przechwytywany przez pokrywę
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 się 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
5/10/2010
15
Infiltracja
Przepływ wody z powierzchni w grunt. Po
infiltracji staje się wilgocią glebową lub też
wodą podziemną
Przepływ podpowierzchniowy
Przepływu podpowierzchniowy – przepływu wody
pod powierzchnią w strefie saturacji oraz w
warstwach wodonośnych
Woda gruntowa może powrócid na powierzchnię
jako źródło lub w procesie pompowania, może też
może zostad drenowana do kanałów rzecznych
lub w koocu do oceanów
Cecha charakterystyczna – bardzo wolny obieg.
5/10/2010
16
Parowanie
Parowanie jest zmianą stanu skupienia z cieczy w
gaz. Źródłem 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 km
3
, 434 000 km
3
paruje z
powierzchni oceanów
Adwekcja
Adwekcja jest to przemieszczanie się 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
5/10/2010
17
Tutaj dalej
Struktura zasobów wodnych
Zbiornik
Objętośd(10
6
km
3
)/%
Oceany
1370 /97.25%
Lodowce& Lądolody
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 %
5/10/2010
18
5/10/2010
19
Parowanie & Opad
Kula Ziemska
Opad=Parowanie = 1130 mm
Ląd
Parowanie – 529mm
Opad – 924mm
Oceany
Parowanie – 1400mm
Opad – 1270mm
5/10/2010
20
Średni 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
5/10/2010
21
Dzienny przebieg RH i
temperatury powietrza
Heat Index
5/10/2010
22
Bilans Wodny
5/10/2010
23
Precipitable Water
Opad
5/10/2010
24
Klimatyczny Bilans Wodny
Odpływ
5/10/2010
25
Wilgod Glebowa
Źródła
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