34684

Водяной пар в атмосфере и гидрологический цикл

Лекция

Экология и защита окружающей среды

В отличие от большинства других присутствующих в атмосфере газов содержание водяного пара может очень сильно меняться. По мере того как молекулы воды переходят в воздух давление пара в воздухе увеличивается. Если температура воздуха продолжает увеличиваться то для поддержания насыщенного состояния пара число молекул поступающих в воздух также должно увеличиваться если конечно жидкость еще имеется. Давление пара служит мерой для другой величины также выражающей количество пара содержащегося в воздухе и называемой абсолютной влажностью.

Русский

2013-09-08

44.5 KB

3 чел.

Водяной пар в атмосфере и гидрологический цикл

При испарении воды ее молекулы образуют водяной газ, называемый водяным паром. В атмосфере содержится также вода в жидком состоянии в виде облачных капелек и дождевых капель. Ледяные кристаллы, снежинки и градины - это атмосферная вода в замерзшем состоянии.

В отличие от большинства других присутствующих в атмосфере газов содержание водяного пара может очень сильно меняться. Оно зависит от температуры воздуха и состояния испаряющей поверхности (вода, почва влажная или сухая, лед). В очень холодном и поэтому сухом воздухе водяной пар может находиться в лишь малом, с трудом измеряемом количестве; в жарком воздухе его содержание может достигать 4 процентов объема воздуха и тогда такой воздух становится влажным.

Когда водяной пар поступает в воздух, он, как и все другие газы, создает определенное давление, называемое парциальным. Оно выражается в единицах давления (гПа). По мере того как молекулы воды переходят в воздух, давление пара в воздухе увеличивается. Когда достигается равновесие между числом молекул, покидающих воду и возвращающихся в неё, пар становится насыщенным, а его давление равновесным. Если температура воздуха продолжает увеличиваться, то для поддержания насыщенного состояния пара число молекул, поступающих в воздух, также должно увеличиваться, если, конечно, жидкость еще имеется.

Давление пара служит мерой для другой величины, также выражающей количество пара, содержащегося в воздухе, и называемой абсолютной влажностью. Абсолютная влажность представляет собой массу водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха. Обычно её выражают в г/м3.

Содержание в воздухе водяного пара часто выражается в единицах относительной влажности, значение которой сообщаются в ежедневных сводках погоды. Она представляет собой отношение количества пара, фактически содержащегося в воздухе, к количеству насыщенного пара при данной температуре и выражается в %. Величину эту легко пояснить с помощью примеров из жизни. Когда воздух насыщен, его относительная влажность составляет 100%; можно сказать, что насыщенный воздух заполнен водяным паром, а если она 10%, то пара в воздухе находится 10% от максимально возможного. Поэтому, если относительная влажность мала, скажем 10%, то мокрое белье на улице высохнет быстро, особенно в жаркий день.

Хорошо известно, что температура +30°С легче переносится человеком в сухом климате, чем во влажном. Когда относительная влажность мала, пот с поверхности тела быстро испаряется, и это приносит ощущение прохлады.

Водяной пар попадает в атмосферу в результате испарения воды океанов и озер, с поверхности земли, в результате транспирации (испарения воды растениями). С поверхности океанов ежегодно испаряется 5,05·108 Мт, а с поверхности материков 0,72·108 Мт воды. Водяной пар переносится атмосферными движениями, конденсируется и возвращается на поверхность земли в виде дождя и снега. Большая часть вернувшейся воды вновь испаряется; остальная впитывается в землю, попадает в ручьи и реки и течет к озерам и океанам, а затем испаряется с их поверхности. Этот ход событий называется гидрологическим циклом.

Общее количество воды, участвующее в гидрологическом цикле составляет 12-14 тыс. км3, что можно выразить слоем воды толщиной 25 мм, равномерно покрывающим весь земной шар. Как видно из табл.1, осадки и испарение для земли в целом составляют по 1130 мм в год. Осадки над сушей (800 мм) больше испарения (485 мм) и их разность равна годовому стоку рек в океан (315 мм). Над океаном, напротив испаряется воды больше (1400 мм), чем выпадает осадков (1270 мм), и эта разность представляет собой сток водяного пара с океана на сушу. В многолетнем выводе количество воды участвующей во влагообороте, остается постоянным. Таким образом, осадков за год выпадает на Земле в 40 раз больше, чем содержится водяного пара в атмосфере.

Таблица 1

Составляющие годового водного баланса океана, суши и всей Земли

Элементы водного баланса

Объем, тыс.км3/год

Слой,

 мм/год

%

Земной шар (площадь - 510·106 км2)

Осадки

577,1

1130

100

Испарение

577,1

1130

100

Суша (площадь - 149·106 км2)

Осадки

119,1

800

100

Сток

46,8

315

39,3

Испарение

72,3

485

60,7

Мировой океан (площадь - 361·106 км2)

Осадки

485

1270

90,7

Сток

46,8

130

9,3

Испарение

504,8

1400

100

В году наблюдается в среднем для Земли 45 циклов испарение - осадки, а водной пар в атмосфере обновляется через каждые 8-10 суток. Это время жизни водяного пара значительно короче времени жизни многих других находящихся в атмосфере газов. К примеру, время жизни в атмосфере двуокиси углерода составляет несколько десятков лет, кислорода - около 3000 лет.

Несмотря на относительно короткое время жизни, водяной пар переносятся на огромные расстояния от места испарения до места выпадения в виде осадков. Скорость переноса водяного пара воздушными течениями по широте (зональный перенос) составляет в среднем 220 км/сут. При этом среднее число смен водяного пара за один оборот вокруг Земли равно 13,5.

За год в виде различных осадков из атмосферы выпадает 577 000 км3 воды. На испарение такого количества воды затрачивается много тепла. Для всей земной поверхности это составляет 1024 Дж/год, т.е. 25% солнечной энергии, поступающей на Землю. При конденсации водяного пара в атмосфере это тепло возвращается в атмосферу, как говорят, в форме скрытого тепла конденсации.

В атмосферных процессах водяной пар и продукты его конденсации во многом определяют погодные условия, не только вследствие развития облачности и выпадения осадков, но и участвуя в энергетических процессах. Водяной пар как активный поглотитель инфракрасного излучения земной поверхности и атмосферы определяет наряду с СО2 (двуокись углерода, которая будет рассмотрена в следующей теме) формирование теплового режима земной поверхности и атмосферы, являясь важнейшим фактором парникового эффекта. Более того, водяной пар это основной парниковый газ и за счет него приземная температура, более чем на 20°С выше, чем была бы в его отсутствии.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16511. Основы эмбриологического рисунка 180.61 KB
  Основы эмбриологического рисунка Современные способы получения изображений биологических объектов становятся все более привычными для специалистовбиологов. Так классический фотопроцесс вытесняется методами видеомикроскопии объект исследования все чаще фотограф...
16512. ПРАВИЛА ВИКОНАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ СХЕМ ЦИФРОВОЇ ТЕХНІКИ 143.5 KB
  Лабораторна робота 3 Тема: ПРАВИЛА ВИКОНАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ СХЕМ ЦИФРОВОЇ ТЕХНІКИ Електрична схема це конструкторський документ в якому умовними графічними позначеннями УГП показано складові частини виробу і звязки між ними. Їх виконують у відповідності д...
16513. Прикладная численная математика 134 KB
  Лабораторная работа №5 Прикладная численная математика 1.1 Вычисление определенных интегралов В MATLAB определены команды quad и quadl для приближенного вычисления определенных интегралов I = dx. Команда quad или quadl имеет следующие модификации: quad'fx' ab; quad'fx' a...
16514. Вычисление пределов – команда limit 62 KB
  Лабораторная работа №6 1.1 Вычисление пределов команда limit Для вычисления пределов функции Fx заданной в аналитическом символьном виде служит команда limit которая используется в одном из следующих вариантов: limitFxa возвращает предел символьного выражения F
16515. Разложение в ряд Тейлора – команда taylor 208.5 KB
  Лабораторная работа №7 1.1 Разложение в ряд Тейлора команда taylor В задачах аппроксимации и приближения функций fx важное место занимает их разложение в ряд Тейлора в окрестности точки a: fx = . Частным случаем этого ряда при a = 0 является ряд Маклорена: fx = ...
16516. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ И ЦЕПЕЙ 789.5 KB
  ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ И ЦЕПЕЙ Методические указания к лабораторной работе № 1 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность В методических...
16517. ПРОСТЕЙШИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ 141 KB
  ПРОСТЕЙШИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ при гармоническом воздействии Методические указания к лабораторной работе №2 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопа
16518. АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ 186.5 KB
  АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ЛИНЕЙ...
16519. ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННЫЕ ЦЕПИ 188.5 KB
  ИНДУКТИВНОСВЯЗАННЫЕ ЦЕПИ Методические указания к лабораторной работе № 4 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность Составители Е.В. Вострец