Изменение влажности воздуха с высотой

Убывание парциального давления водяного пара с высотой выражается эмпирическими формулами. Для горных местностей выведена формула

                                               (5.11)

где е₀, е_z — парциальное давление водяного пара на уровне моря и на высоте z.

Для свободной атмосферы по аэрологическим данным

                                              (5.12)

Н. Ф. Накоренко по аэрологическим данным вывела другую формулу

                                           (5.13)

где t₀ и t – температура воздуха у земной поверхности и на высоте z, k – эмпирический коэффициент. Например, для среднего годового распределения влажности в Павловске k = 0,0387.

Пример. У поверхности земли относительная влажность воздуха соста­вляет 70% при температуре 20°С. Какова относительная влажность на высоте 2000 м, если вертикальный градиент температуры равен 0,5°С/100 м?

Решение. Определяем парциальное давление водяного пара у поверхности земли

(при t = 20°С, Е = 23,4 гПа).

Определяем парциальное давление водяного пара на высоте:

Определяем температуру и относительную влажность на высоте 2000 м:

Задачи и упражнения

5.71. У подножия горного перевала высотой 500 м парциальное давление водяного пара равно 12 гПа. Определить парциальное давление водяного пара на вершине перевала.

5.72. Определить парциальное давление водяного пара и отно­сительную влажность на высоте 1000 м, если у поверхности земли парциальное давление составляет 8,5 гПа при температуре 283 К, а вертикальный градиент температуры равен 0,5°С/100 м.

5.73. На уровне моря дефицит насыщения равен 5 гПа при температуре 288,4 К. Определить дефицит насыщения на уровне 1000 м, если вертикальный градиент температуры равен 0,6°С/100 м.

5.74. В предгорной зоне Колхидской низменности среднее мно­голетнее значение парциального давления водяного пара состав­ляет 23 гПа. Определить среднее многолетнее парциальное давле­ние водяного пара на высоте 2 км.

5.75. В Антарктиде на ст. Оазис средняя температура самого теплого месяца января равна –8,1°С, а средняя относительная влажность составляет 44%. Определить среднюю относительную влажность января на высоте 500 м над этой станцией, если вер­тикальный градиент температуры 0,5°С/100 м.

5.76. Чему равна абсолютная влажность воздуха в изотерми­ческой атмосфере на высоте 1 км, если у поверхности земли температура 20°С, а относительная влажность 50%.

5.77. В мае 1963 г. в Курске отмечалось наименьшее среднее месячное значение относительной влажности, равное 14%, при среднемесячной температуре 17,7°С. Определить среднюю месяч­ную относительную влажность на высоте 1000 м, если вертикаль­ный градиент температуры 0,6°С/100 м.

5.78. У поверхности земли отмечалась температура 18,5°С при относительной влажности 50%. Определить парциальное давле­ние водяного пара на высоте 1 км, если вертикальный градиент температуры 0,5°С/100 м.

5.79. У подножия горного перевала высотой 1500 м отмечена температура воздуха 293 К при относительной влажности 40%. Определить абсолютную влажность воздуха на вершине перевала при условии, что вертикальный градиент температуры равен 0,5°С/100 м?

5.80. Определить массовую долю влаги па высоте 1 км при давлении 880 гПа, если у поверхности земли парциальное дав­ление водяного пара равно 5 гПа.

5.81. У поверхности земли температура 291,5 К при относи­тельной влажности 60%. Определить дефицит насыщения на вы­соте 1700 м, если вертикальный градиент температуры равен 0,5°С/100 м.

5.82. В Якутске под влиянием сибирского максимума в январе создается приземный инверсионный слой высотой 20 м. Каково парциальное давление водяного пара на верхней границе этого слоя, если у поверхности земли водяной пар насыщен при темпе­ратуре –50°С?

5.83. На берегу Красного моря отмечен абсолютный максимум температуры 58°С при относительной влажности 40%. Опреде­лить точку росы на высоте 2 км, если средний вертикальный градиент температуры 0,6°С/100 м.

5.84. Пользуясь формулой Н. Р. Накоренко, построить кривые распределения парциального давления водяного пара для Пав­ловска до высоты 1000 м через каждые 200 м при вертикальных градиентах температуры 0,5; 1,0 и –0,5°С/100 м, если темпера­тура у поверхности земли 10°С и парциальное давление водяного пара 10 гПа.

Испарение

Единицей скорости испарения в СИ служит кг/(с∙м²). На прак­тике испарение рассчитывают за более длительный период (час, сутки, месяц). Чаще всего для практических целей испарение выражается толщиной слоя испарившейся воды в миллиметрах.

Слой воды высотой 1 мм, испарившийся с площади 1 м², соот­ветствует массе воды 1 кг. Наиболее простой эмпирической фор­мулой для определения скорости испарения с больших водоемов является формула В. В. Шулейкина

Q = cv (Е – е),                                              (5.14)

где Q – скорость испарения (г/(с∙м²), Е – давление насыщен­ного пара (гПа) при температуре испаряющей поверхности, е – парциальное давление водяного пара (гПа), с – коэффициент, зависящий от высоты, на которой измеряется парциальное давле­ние водяного пара, v – скорость ветра (м/с).

Если скорость ветра и парциальное давление водяного пара измеряется на высоте 2 м, коэффициент с равен 0,34∙10^-6 г/(см³∙гПа).

Пример. Вычислить, сколько воды испарится с 1 м² морской поверхно­сти за 1 мин, если температура воды 21,4°С, парциальное давление водяного пара 13,5 гПа, а скорость ветра на высоте 2 м составляет 8 м/с.

Решение. Q = 0,34∙10^-6∙8(23,5 – 13,5)∙60∙10⁴ = 16,3 г/м².

По данным градиентных измерений скорость испарения (мм/ч) рассчитывается по формуле

Q = 2,1k₁Δe,                                                (5.15)

где Δе – разность парциальных давлений водяного пара на высо­тах 0,5 и 2,0 м, k₁ – коэффициент турбулентности (м²/с) на высоте 1 м, который определяется по формуле

,                                             (5.16)

где Δv и Δt — разность скоростей ветра (м/с) и температуры воздуха (°С) на высотах 2,0 и 0,5 м.

Задачи и упражнения

5.85. 19 октября 1949 г. в ночное время в Ялте отмечался рекордный случай низкой относительной влажности. При скорости ветра 20 м/с и температуре воздуха 20°С относительная влаж­ность понизилась до 3%. Сколько воды испарилось за час с 1 м² поверхности моря, если температура водной поверхности 18°С?

5.86. На берегу Красного моря было зафиксировано парци­альное давление водяного пара 42,5 гПа при температуре воздуха 58°С и скорости ветра 1 м/с. Определить скорость испарения в миллиметрах, если температура водной поверхности 31,5°С.

5.87. 18 ноября 1941 г. в Кутаиси в результате фёна отме­чался резкий скачок метеорологических величин: в 7 ч темпера­тура была 14°С, относительная влажность 54%, скорость ветра 1 м/с. К 13 ч температура повысилась на 14,5°С, относительная влажность уменьшилась на 40%, а ветер усилился до 10 м/с. Во сколько раз увеличилась скорость испарения с водной поверх­ности, температура которой 14,2°С?

5.88. В Алма-Ате по многолетнему ряду наблюдений в самом холодном месяце (январь) средние значения температуры, пар­циального давления водяного пара и скорости ветра равны соот­ветственно –7,4°С, 2,9 гПа и 1,3 м/с. Средние месячные значения этих метеорологических величии в самый теплый месяц (июль) равны соответственно 23,0°С, 13,3 гПа и 2,7 м/с. Определить годо­вую амплитуду скорости испарения с поверхности водохранилища.

5.89. На ст. Гурьев средняя многолетняя температура самого теплого месяца (июль) составляет 25,4°С при среднем парциаль­ном давлении водяного пара 17,7 гПа и средней скорости ветра 4 м/с. Сколько воды испарится с 1 м² поверхности Каспийского моря за июль, если средняя температура поверхности воды 23°С?

5.90. На берегу моря температура воздуха равна 22,5°С при относительной влажности 37% и скорости ветра 2,0 м/с. Опреде­лить скорость испарения с поверхности моря при температуре воды 17,0°С.

5.91. Какой слой воды испаряется за 1 ч с поверхности моря при температуре воздуха 288,3 К, относительной влажности 40% и скорости ветра 10 м/с, если температура водной поверхности 22,6°С?

5.92. Сколько воды испаряется за 1 ч с морской поверхности при температуре воздуха 12,5°С, дефиците насыщения 4 гПа и средней скорости ветра 5 м/с, если температура поверхности воды 14,3°С?

5.93. Наиболее высокая температура водной поверхности 35,6°С отмечалась в Персидском заливе. Какая масса воды испа­ряется с 1 м² поверхности залива за 1 ч, если температура воздуха 39,5°С, относительная влажность 50% и скорость ветра 2 м/с?

5.94. Над поверхностью моря движется воздух со скоростью 5 м/с. Какой слой воды испаряется за 1 мин, если температура воздуха и воды 288,5 К, а дефицит насыщения 5 гПа?

5.95. Температура поверхностного слоя морской воды состав­ляет 295,5 К, парциальное давление водяного пара 12 гПа, ско­рость ветра 6 м/с. На сколько изменится скорость испарения, если при неизменных метеорологических условиях температура водной поверхности повысится на 4°С?

5.96. При градиентных наблюдениях получены следующие значения метеорологических величин: на высоте 0,5 м температура 292,3 К, парциальное давление водяного пара 11,3 гПа, скорость ветра 2 м/с; на высоте 2 м температура 292 К, парциальное дав­ление водяного пара 10,8 гПа, скорость ветра 2,5 м/с. Какова скорость испарения?

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: