Метэаралогія і кліматалогія Практыкум

Метэаралогія і кліматалогія

Практыкум
Выдавец: Вышэйшая школа
Памер: 223с.
Мінск 2011
43.45 МБ
Паміж абсалютнай вільготнасцю q і пругкасцю е вадзяной пары паветра існуюць наступныя суадносіны:
д = 217— ці q = °’8е ,	(6.1)
Т 1 + at
дзе Т і t тэмпература вадзяной пары (паветра) у К і °C адпаведна; a тэмпературны каэфіцыент аб’ёмнага расшырэння газаў, роўны 1/273 ці 0,004.
Пругкасць насычэння (Е, гПа, мб, мм рт.сл.) максімальна магчымая пругкасць вадзяной пары пры дадзенай тэмпературы. Пры дасягненні пругкасці вадзяной пары е стану пругкасці насычэння Е пачынаецца працэс кандэнсацыі.
Адносная вільготнасць паветра (f %) адносіны пругкасці вадзяной пары е, што ўтрымліваецца ў паветры, да пругкасці насычэння Е пры дадзенай тэмпературы:
р
/ = -•100%. Е
(6.2)
Удзельная вільготнасць (s, г/кг) маса вадзяной пары, якая ўтрымліваецца ў адным кілаграме вільготнага паветра, інакш кажучы, адносіны шчыльнасці q вадзяной пары да шчыльнасці р вільготнага паветра:
q 622g
р 0,378g
дзе р ціск атмасферы.
Дэфіцыт пругкасці вадзяной пары (вільготнасці), або недахоп насычэння (d), рознасць паміж максімальна магчымай пругкасцю вадзяной пары Е пры дадзенай тэмпературы і пругкасцю вадзяной пары е, што знаходзіцца ў паветры:
d=E е.
(6.4)
Адносіны сумесі (г, г/кг) адносіны масы вадзяной пары, якая ўтрымліваецца ў аб’ёме вільготнага паветра, да масы сухога паветра ў тым жа аб’ёме:
622g
р-е
(6.5)
Пункт расы (td, °C) тэмпература, пры якой вадзяная пара, што знаходзіцца ў паветры, дасягае стану насычэння.
Дэфіцыт кропкірасы (dt, °C) рознасць паміж тэмпературай паветра t і пунктам расы td.
На метэаралагічных станцыях у час назіранняў вызначаюць перш за ўсё парцыяльны ціск вадзяной пары е, адносную вільготнасць паветра/ пункт расы td і дэфіцыт вільготнасці d.
Найбольш распаўсюджанымі метадамі вымярэння вільготнасці паветра з’яўляюцца псіхраметрычны і гіграметрычны. Існуюць і іншыя метады: па пункце расы, электралітычны, кулонаметрычны, дыфузійны, сарбцыйны.
6.2.	Псіхраметрычны метад вымярэння вілыотнасці паветра
Псіхраметрычны метад вымярэння вільготнасці паветра на метэаралагічных станцыях з’яўляецца асноўным. Прыборы, якія выкарыстоўваюцца пры вымярэнні вілыотнасці паветра
псіхраметрычным метадам, называюцца псіхрометрамі. Яны складаюцца з двух аднолькавых тэрмометраў. Адзін з псіхраметрычных тэрмометраў служыць для вызначэння тэмпературы навакольнага паветра. Гэты тэрмометр называюць «сухім». Другі тэрмометр псіхрометра паказвае тэмпературу ўласнага рэзервуара, які абгорнуты батыстам і ўтрымліваецца ва ўвільготненым стане. Ён называецца «намочаным». 3 паверхні рэзервуара «намочанага» тэрмометра адбываецца выпарэнне вілыаці, на якое затрачваецца цяпло. Такім чынам, тэмпература «намочанага» тэрмометра залежыць ад інтэнсіўнасці выпарэння, якое ў сваю чаргу вызначаецца дэфіцытам вільготнасці паветра. Чым большы дэфіцыт вільготнасці, тым болып інтэнсіўна ідзе выпарэнне, а значыць, тым меншыя паказанні «намочанага» тэрмометра.
У адпаведнасці з законам Дальтона колькасць V вады, якая выпарылася з паверхні плошчай S, прама прапарцыянальная дэфіцыту вільготнасці Е е пры тэмпературы t' выпаральнай паверхні і адваротна прапарцыянальная атмасфернаму ціску р:
y = cS(E-e)^	(66)
Р
дзе с каэфіцыент прапарцыянальнасці, які залежыць ад скорасці руху паветра адносна выпаральнай паверхні; Е максімальная пругкасць вадзяной пары пры тэмпературы выпаральнай паверхні; е фактычная пругкасць вадзяной пары ў паветры.
Расход цяпла Q на выпарэнне масы V вады вылічваецца па формуле
р
дзе L цеплыня параўтварэння вады.
Пры памяншэнні тэмпературы «намочанага» тэрмометра адносна навакольнага паветра дзякуючы цеплаабмену з паветра да рэзервуара пачне паступаць цяпло 02, колькасць якога вызначаецца формулай
Q2 = hS(t-f),	(6.8)
дзе h каэфіцыент прапарцыянальнасці; tit' адпаведна тэмпература паветра па «сухім» і «намочаным» тэрмометрах.
Пры ўстойлівым працэсе расход цяпла на выпарэнне з рэзервуара «намочанага» тэрмометра роўны прытоку цяпла да яго з навакольнага паветра: Q\ = ^2, г.зн.
= W-r').	(6.9)
Р
3 ураўнення (6.9) вызначаем фактычную пругкасць е вадзяной пары:
e = E-^-(t-t')p.	(6.10)
Lc
Калі выразіць — праз А, тады атрымаем канчатковую Lc
формулу
e = E-A(t-t')p.	(6.11)
Гэтае выражэнне называецца асноўнай псіхраметрычнай формулай, а каэфіцыент A псіхраметрычным. Псіхраметрычны каэфіцыент залежыць ад скорасці руху паветра адносна выпаральнай паверхні. 3 павелічэннем скорасці каэфіцыент памяншаецца.
Для вымярэння вільготнасці паветра выкарыстоўваюцца псіхрометры двух тыпаў станцыйны і аспірацыйны.
6.2.1.	Станцыйны псіхрометр
Станцыйны псіхрометр складаецца з двух аднолькавых тэрмометраў з цаной дзялення 0,2 °C, устаноўленых вертыкальна на штатыве ў псіхраметрычнай будцы (гл. рыс. 5.11, 5.13), і шклянкі для дыстыляванай вады (рыс. 6.1). Левы тэрмометр, «сухі», прызначаны для вымярэння тэмпературы паветра, а правы, «намочаны», служыць для вымярэння тэмпературы ўласнага рэзервуара. Рэзервуар правага тэрмометра абкручаны кавалачкам батысту, канец якога апушчаны ў шклянку з дыстыляванай вадой. Шклянка зачыняецца вечкам, у сярэдзіне якога маецца прарэз для батысту. 3 дапамогай батысту забяспечваецца капілярнае паступленне вады да паверхні рэзервуара і бесперапыннае яго ўвільгатненне.
Рыс. 6.1. Псіхраметрычная шклянка з дыстыляванай вадой
Батыст павінен быць аднаслойным і шчыльна прылягаць да паверхні рэзервуара тэрмометра. Патрэбна сачыць за тым, каб батыст заўжды быў чыстым і вільготным. Для гэтага батыст мяняюць два разы ў месяц.
Вымярэнні па станцыйным псіхрометры. Адлікі па псіхраметрычных тэрмометрах робяцца як мага хутчэй, каб не адбылося ўплыву назіральніка на паказанні. Спачатку адлічваюцца і запісваюцца дзясятыя долі, а потым цэлыя градусы.
Надзейныя даныя для вызначэння вільготнасці паветра можна
атрымаць пры тэмпературах не ніжэй за -10 °C. Пры вызначэнні вільготнасці па псіхрометры пры адмоўных тэмпературах батыст «намочанага» тэрмометра абрэзваюць на канцы рэзервуара, а шклянку з вадой прымаюць з будкі. За паўгадзіны да назіранняў шклянку з дыстыляванай вадой прыносяць у псіхраметрычную будку і апускаюць рэзервуар «намочанага» тэрмометра ў ваду. Пасля гэтага шклянку прымаюць, будку зачыняюць і праз 30 мін робяць адлік.
Пры адмоўных тэмпературах вада на батысце можа знаходзіцца ў цвёрдым (лёд) або ў вадкім стане. Пры тэмпературы ніжэй за 0 °C вельмі важна ўлічваць агрэгатны стан вады на рэзервуары «намочанага» тэрмометра. Гэта неабходна ведаць для вылічэння вільготнасці, таму што максімальная пругкасць вадзяной пары пры адной і той жа тэмпературы над ільдом меншая, чым над пераахалоджанай вадой (дадаткі 16, 17). Таму пасля адліку неабходна дакрануцца да батысту алоўкам, на канцы якога маецца кавалачак ільду ці снегу, і сачыць за змяненнямі паказанняў «намочанага» тэрмометра. Калі ў момант дакранання слупок ртуці павялічыўся, то на батысце была вада, якая ператварылася ў лёд. Ператварэнне вады ў лёд суправаджаецца вылучэннем скрытай цеплаты, за кошт якой павялічваюцца паказанні тэрмометра. Калі ж пры дакрананні да батысту паказанні тэрмометра не змяняюцца, значыць, на рэзервуары быў лёд і змяненне агрэгатнага стану не адбываецца.
Вылічэнне вільготнасці паветра. Па даных «сухога» і «намочанага» тэрмометраў псіхрометра з дапамогай псіхраметрычных табліц вызначаюць галоўныя характарыстыкі вільготнасці паветра ў тэрмін назіранняў: пругкасць е вадзяной пары, адносную вільготнасць f пункт расы і дэфіцыт вільготнасці d. Псіхраметрычныя табліцы складаюцца па формулах(6.2), (6.4), (6.11).
Псіхраметрычны каэфіцыент А для станцыйнага псіхрометра, устаноўленага ў будцы, прыняты роўным 0,0007947.
Псіхраметрычная табліца ўяўляе сабой гатовыя значэнні t^, e,fid пры розных спалучэннях t і t', пастаяннай велічыні A і атмасферным ціску 1000 гПа. Калі ціск паветра большы або меншы за 1000 гПа, да характарыстык вільготнасці ўводзяцца папраўкі. Папраўкі вылічаны і прыведзены ў «Псіхраметрычных табліцах» (За, 36, Зв). Папраўкі да пругкасці Ае вадзяной пары вызначаюць па вымераным атмасферным ціску ў залежнасці ад значэнняў (tt') і фазы вады на батысце. Пры атмасферным ціску, меншым за 1000 гПа, папраўка дадатная, а пры ціску, большым за 1000 гПа, яе ўводзяць са знакам мінус.
Звернем увагу, што вымярэнні вільготнасці паветра па псіхрометры робяцца пры тэмпературы не ніжэй за -10 °C. Пры больш нізкай тэмпературы істотна павялічваецца хібнасць вымярэнняў псіхраметрычным метадам. Таму вызначэнне вільготнасці паветра пры тэмпературы ніжэй за -10 °C праводзіцца па валасяным гігрометры, паказанні якога параўноўваюць з паказаннямі станцыйнага псіхрометра. Для гэтага пры тэмпературы ад -10 да +10 °C назіранні за вільготнасцю выконваюць адначасова па псіхрометры і гігрометры. Паводле вынікаў гэтых вымярэнняў будуюць пераводны графік. Гэтым графікам карыстаюцца для пераводу паказанняў гігрометра ў значэнні адноснай вільготнасці.
6.2.2.	Аспірацыйны псіхрометр Асмана
Фізічны прынцып дзеяння аспірацыйнага тэрмометра такі ж, як і станцыйнага. Адрозненні заключаюцца ў тым, што псіхрометр Асмана мае аспірацыйнае прыстасаванне, якое забяспечвае штучную вентыляцыю рэзервуараў тэрмометраў з пастаяннай скорасцю руху паветра 2 м/с. Вырабляюць псіхрометры двух тыпаў: з аспіратарам, які мае спружынны механізм, і з электрарухавіком.
Рыс. 6.2. Аспірацыйны псіхрометр
Аспірацыйны псіхрометр (рыс. 6.2) складаецца з двух спецыяльных тэрмометраў 1, 2 з цаной дзялення 0,2 °C. Гэтыя тэрмометры маюць меншы памер, чым тэрмометры станцыйнага псіхрометра. Яны замацаваныя ў металічную аправу. Аправа складаецца з трубкі 3, якая знаходзіцца паміж тэрмометрамі, і планачнай засцярогі 4.
Трубка ўнізе раздвойваецца на два пластмасавыя наканечнікі, да якіх прымацаваны яшчэ дзве, але ўжо падвойныя трубкі 5 і 6. Яны выконваюць ролю засцярогі рэзервуара тэрмометраў. Да верхняга канца трубкі 3 прышрубаваны аспіратар 7, што прапампоўвае вонкавае паветра праз трубкі 5 і 6, у якіх знаходзяцца рэзервуары тэрмометраў 10, 11, і стварае вентыляцыю.
Аспіратар утрымлівае спружынны механізм, які заводзіцца ключом 8. Рэзервуар правага тэрмометра абкручваецца батыстам і намочваецца. Усе металічныя часткі аспірацыйнага псі-