Вода в атмосфере

Влагооборот один из трех климатообразующих процессов. Влагооборот включает:

1) испарение воды с земной поверхности;

2) конденсация воды в атмосфере;

3) выпадение осадков;

4) стока (сток и его характеристики рассматриваются в гидрологии).

Испарение и насыщение

Водяной пар поступает в атмосферу в результате испарения воды с земной поверхности, с поверхности растений, почвы, снежного и ледового покрова и т. д.

Молекулы воды преодолевают силы молекулярного сцепления и отрываются от поверхности, затем быстро распространяются в результате молекулярной (собственно движение молекул) и турбулентной (при помощи воздушных течений) диффузии. При процессах испарения постоянно протекают и процессы конденсации.

Состояние, когда количество испарившейся воды равно количеству сконденсировавшемуся пару, называется равновесным. Давление водяного пара в состоянии насыщения называют давлением насыщенного водяного пара (Е, ГПа).

Влажность воздуха зависит от того, сколько водяного пара поступает в атмосферу путём испарения с поверхности. Над водной поверхностью она, естественно, больше, чем над сушей. В тоже время влажность зависит и от атмосферной циркуляции – воздушные течения приносят в данный район более влажный или более сухой воздух.

Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере используют понятие парциального давления водяного пара (е, ГПа).

Относительная влажность (f, %) – отношение фактического парциального давления к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре:

Абсолютная влажность (а, г/м³)– масса водяного пара (г) в 1 м³ воздуха:

а = 220е/Т

Точка росы – температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар достигает состояния насыщения при неизменном давлении.

Дефицит влажности - разность между давлением насыщенного пара (Е) и парциальным давлением водяного пара (е).

Влажность воздуха можно определить психрометрическим методом, т.е. по показаниям двух термометров, один из которых имеет смоченный резервуар. Используют и волосяные гигрометры, а также и другие методы.

Испарение в естественных условиях

В естественных условиях скорость испарения зависит:

1. географической широты

2. от дефицита влажности

3. температуры и скорости ветра

В течение суток максимальное испарение и максимальная скорость испарения наблюдается в первые часы после полудня и затихает по мере уменьшения высоты солнца. Испарение в естественных условиях характеризуется скоростью испарения, которая определяется в мм слоя воды испаряющегося за единицу времени с единицы площади.

Испарение происходит даже тогда, когда воздух насыщен паром, но испаряющая поверхность теплее окружающего воздуха. Испарение также зависит и от глубины залегания грунтовых вод. Растительный покров значительно уменьшает испарение с поверхности почвы, однако сами растения испаряют много воды.

Конденсация влаги

Конденсация наступает в тех случаях, когда водяной пар достигает насыщения, чаще всего это происходит при понижении температуры атмосферного воздуха.

Водяной пар с понижением температуры до точки росы достигает состояние равновесия, последующие понижение температуры приводит к конденсации избытка водяного пара и его перехода в жидкое состояние.

Образование капель происходит на ядрах конденсации. Ими могут быть кристаллики солей, твёрдые частицы, являющиеся продуктами сгорания (над океаном в 1 см³ содержится 60 – 800 ядер конденсации, а над промышленным районом – несколько миллионов). В результате конденсации водяного пара образуются скопления продуктов конденсации – капель и кристаллов. Эти скопления называют облаками.

Облачные элементы настолько малы, что уравновешиваются силой трения. Скорость падения капель в неподвижном воздухе равна нескольким долям сантиметров в секунду.

При наличии турбулентного движения капли и кристаллы длительное время остаются во взвешенном состоянии, перемещаясь то вверх, то вниз. Размеры облачных элементов варьируются в широких пределах – от долей до сотен микрометров. При определенных условиях часть облачных элементов укрупняется настолько, что выпадают из облаков в виде осадков. Причина укрупнения – электростатическое взаимодействие. Облака переносятся воздушными течениями, если относительная влажность воздуха уменьшается, то облака испаряются.