Образование и физические характеристики туманов

КОНДЕНСАЦИЯ ВОДЯНОГО ПАРА В АТМОСФЕРЕ.

Общие указания

Одной из возможных причин конденсации водяного пара в атмосфере является понижение температуры воздуха и наземных предметов. Если температура воздуха или предметов понижается ниже температуры точки росы, то на поверхности образуется роса (если температура понизится ниже 0°С, то образуется иней), а в воздухе вблизи земной поверхности образуется туман. В зави­симости от вида процесса, ведущего к понижению температуры воздуха, образуются туманы: ра­диационные, адвективные, туманы восхождения. Кроме того, туманы могут образовываться под влияни­ем испарения с поверхности теплой воды в относительно холодный воздух. Такой туман называет­ся туманом испарения. Туман может образовываться также при перемещении воздушных масс с различными термогигрометрическими свойствами. Такой туман называется туманом смешения. До образования тумана общее абсолютное влагосодержание воздуха W (г/м³) состоит из абсолютной влажности а (г/м³). После образования тумана оно состоит из водности тумана а_w (г/м³) и абсолют­ной насыщяющей влажности, т.е. W = a_w + a _н(Т₂). Если влагосодержание не изменилось (как при радиационном тумане), то W = a (Т₁), где Т₁ и Т₂ - температура воздуха до образования тумана и при тумане соответственно. Абсолютную влажность, в зависимости от Т можно рассчитать по формуле:

(1)

где е – парциальное давление водяного пара в гПа.

Зная a (Т₁) и а _н(Т₂) из формулы(1) можно найти водность тумана a_w. Приближенно водность радиационного тумана можно найти иначе. Понижение температуры, необходимое для образования туманов определенной водности, рассчитывается по формуле ,где DT₁ - понижение температуры до точки росы, которые можно определить по психрометрическим таблицам, а также по формуле: DТ₁ = 0,115 Т(2 – lgf),где Т - температура в вечерний срок в К, f - относительная влажность воздуха в этот же срок в %.

DT₂ - понижение температуры ниже точки росы, необходимое для образования тумана определен­ной водности a_w, которое рассчитывается по формуле:

(2)

где a_w - в г/м³, е - в гПа.

Туманы смешения образуются в случае, если водяной пар смешиваемых масс воздуха бли­зок к состоянию насыщения (f > 95%), а разность их температур не менее 10°С. После смешения температура (смеси) будет , где t₁ и t₂ - температура теплой и холодной массы соответственно. Парциальное давление смеси ,где е₁ = f₁E(t₁), a e₂ = f₂E(t₂), f₁ и f₂ - относительная влажность теплой и холодной масс.

Если е_ср > E(t_ср), то образуется туман смешения, Dе = е_ср – Е(t_ср), тогда водность этого тумана:

(г/м³) (3)

Метеорологическую дальность видимости S_м в тумане можно определить по формуле:

(4)

где S_м - в метрах, r - поверхностно-эквивалентный радиус капель тумана, a_w - водность тумана в г/м³.

Задание 1

Вечером температура почвы и воздуха была 10°С, относительная влажность воздуха 80%. В течение ночи парциальное давление водяного пара не менялось, но температура почвы понизилась на 5°С. Обра­зовалась ли роса?

Задание 2

При ветреной и пасмурной погоде температура воздуха повысилась от 5°С до 10°С. Капли воды, появившиеся на наземных предметах, наблюдатель зафиксировал как росу. Верна ли запись? Ответ обосновать.

Задание 3

Температура воздуха 6°С, относительная влажность 50%. До какой температуры долж­на охладиться поверхность земли, чтобы на ней мог образоваться иней?

Задание 4

Вечером в ясную погоду при слабом ветре температура воздуха была равна 15°С, отно­сительная влажность 80%. К утру температура воздуха понизилась до 10°С. Образуется ли туман? Какова его водность?

Задание 5

При заходе солнца температура воздуха составляла 17°С, относительная влаж­ность 70%. Утром ожидается понижение температуры до 5,5°С. Считая средний поверхностно-эквивалентный радиус капель тумана равным 10 мкм, определить:

а) какой будет минимальная видимость?

б) через сколько времени после захода Солнца видимость уменьшится до 250м., если ожи­дается, что каждый час температура будет понижаться на 2°С?

Задание 6

Две массы воздуха, насыщенные водяным паром, имеющие температуры 20 и 10°С, смешиваются. Какова будет в результате смешения водность тумана (в 1м, в 1 кг воздуха)? Дав­ление воздуха 1000 гПа.

Контрольные вопросы

1. Какие условия благоприятны для образования росы и жидкого налета?

2. Как влияют на образование продуктов наземной конденсации теплофизические

характеристики подстилающей поверхности и наземных предметов?

3. При каком знаке радиационного баланса и каком вертикальном распределении температуры

образуется радиационный туман?

4.В какое время года при одинаковом охлаждении воздуха следует ожидать образования

тумана большей водности?

5. При каких условиях возможно образование тумана смешения?

Лабораторная работа № 7

Дата добавления: 2015-06-28