Общие указания. 2. Тверской П.Н. Курс метеорологии, Л., Гидрометеоизд

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ВЛАЖНОСТИ И ПЛОТНОСТИ СУХОГО И ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Лабораторная работа №2

Дополнительная

Основная

1. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. 4-е изд. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994.

2. Тверской П.Н. Курс метеорологии, Л., Гидрометеоиздат, I962.

3. Матвеев Л.Т., Общая метеорология. Физика атмосферы. Л. - Гидрометеоиздат, 1984.

4. Курбатова А. В.,Ушакова Т.В. Задачник по курсу "Общая метеорология".Л., Изд-во ЛГМИ, 1980.

5. Задачник по общей метеорологии. Под ред. В.Г. Морачевского. Л. - Гидрометеоиздат, 1984.

6. Гуральник, С.В. Мамикова, М.А. Полковников, Сборник задач по метеорологии,

Гидрометеоиздат, 1978, главы 5,8

1. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л.: Гидрометеоиздат, 1980.

2. Монин А.С., Шишков Ю.А. История климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1979.

3. Полтараус Б.В., Кислов А.В. Климатология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986.

5. Хабутдинов Ю.Г., Шанталинский К.М. Метеорология и климатология. Учение об атмосфере. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2000. (www.ozon.ru)

6. Атлас облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1978.

7. http://www.dvgu/ru/meteo/book/meteobook.htm

На метеорологических станциях измеряются основные метеорологические величины, характеризующие состояние атмосферного воздуха. Это температура, давление и ряд характеристик влажности воздуха, скорость и направление ветра. По этим метеовеличинам могут быть рассчитаны и другие функции состояния, в частности плотность сухого и влажного воздуха. Плотность сухого воздуха (r) может быть вычислена по известному атмосферному давлению (Р) и температуре (Т) из уравнения состояния сухого воздуха.

(1)

где R - удельная газовая постоянная сухого воздуха равная 287 Дж/ кгК, Т – температура воздуха в °К, Р – атмосферное давление в гПа, r - плотность сухого воздуха в кг/м³. Прежде, чем рассчитывать плотность влажного воздуха, рассмотрим характеристики влажности. Основной характеристикой влажности является парциальное давление водяного пара (е), а также парциальное давление насыщенного пара (Е), т.е. максимально возможное значение (е) при данной температуре. Единицами фактического и максимального давления водяного пара являются единицы давления, т.е. Па или гПа в системе СИ или внесистемные единицы - 1мбар или 1 мм рт. ст. Парциальное давление насыщения Е может быть найдено по «Психрометрическим таблицам» по заданной температуре воздуха. При положительных температурах оно всегда находится над поверхностью воды, при отрицательных - над поверхностью воды или льда, причем Е_в (над водой) всегда больше, чем Е_л (надо льдом). Для расчета относительной влажности и других гигрометрических характеристик при температурах выше -30°С пользуются значениями Е_в (над водой).

Относительная влажность - это отношение фактического парциального давления водяного пара е, к давлению насыщенного пара Е (при той же температуре), т.е.:

(2)

Обычно она выражается в %, поэтому пользуются формулой:

(3)

Разность между давлением насыщенного пара и фактическим парциальным давлением называется дефицитом влажности (d) или недостатком насыщения.

d = E – e (4)

выражается в тех же единицах, что Е и е.

Абсолютной влажностью воздуха (а) называется масса водяного пара, содержащаяся в единице объема влажного воздуха. Ее принято измерять в г/м³, поэтому очевидно, что она связана с плотностью водяного пара (), содержащегося в воздухе следующим соотношением:

a = 10^-3 r_п (5)

где а в г/м³, а р_n в кг/м³. Абсолютная влажность может быть рассчитана по формулам:

(6) (7)

где а в г/м³, Т - в °К, t - в °С, a = .

Удельной влажностью воздуха ( q ) называется масса водяного пара, содержащаяся в единице массы влажного воздуха, т.е. может быть выражена как отношение плотности пара (r_n) к плотности влажного воздуха ( r_вл )

q = (8)

Формула (8) может быть преобразована в более удобную для расчетов:

q = 622 (9)

Хотя по существу q - величина безразмерная, ее принято выражать в г/кг = °/оо. Поскольку e << Р, то обычно используют приближенную формулу:

q = 622 (10)

Отношение плотности водяного пара (r_n) к плотности сухого воздуха (r), содержащегося в единице объема влажного воздуха, называется отношением смеси ( s ).

s = (11)

Так как r мало отличается от r_вл, то отношение смеси близко к удельной влажности, лишь слегка превышая ее. Точная формула расчета s имеет вид:

s = 622 (12)

а приближенной является формула (11).

Очень важной характеристикой влажности воздуха является температура точки росы ( t ).

Это такая температура, до которой нужно понизить температуру воздуха, чтобы водяной пар, содержащийся в нем, достиг состояния насыщения при неизменном давлении. Как и температура воздуха, температура точки росы может выражаться в °С и °К.

Температуру точки росы можно найти по известному значению е по «Психрометрическим таблицам».

При этом следует считать, что при е = Е, температура t, соответствующая данному значению Е, будет равна температуре точки росы t.

Разность температуры воздуха Т и температуры точки росы t называется дефицитом точки росы ( Dt ).

Dt = Т - t (13)

где Т и t может выражаться либо в °К, либо °С, (но одновременно). Для того, чтобы охарактеризовать содержание парообразной воды во всей толще атмосферы, вводится понятие общего содержания водяного пара ( W ). Это масса водяного пара, содержащаяся в столбе атмосферы (от данного уровня до верхней границы) единичного сечения. W выражается в кг/м² или г/см² (1 кг/м² = 0,1 г/см²).

Согласно определению W должно вычисляться по формуле:

W = (14)

Так как может быть довольно сложной функцией высоты (z), для приближенных расчетов W можно использовать формулу:

W = 2,08 a (15)

где а - абсолютная влажность на начальном уровне в г/м³, W - общее содержание водяного пара в кг/м².

После рассмотрения характеристик влажности вернемся к расчетам плотности влажного воздуха (r_вл).

Аналогично уравнению состояния сухого воздуха (1) можно представить уравнение состояния влажного воздуха в виде

(16)

где Т_в - виртуальная температура в °К, которую можно вычислить по формуле:

Т_в = Т (1 + 0,378 ) = Т + (17)

где = 0,378 Т —называют виртуальным добавком.

Следовательно, Т_в > Т поэтому при одном и том же давлении ρ_вл < ρ.

Задание 1

Рассчитать все перечисленные выше характеристики влажности (q и s по точным и приближенным формулам), а также плотность сухого и влажного воздуха. Результаты расчетов занести в таблицу 1.

Варианты исходных данных

Вар.
Р, гПа
t, °С	-20	-15	-10	-5
f, %

Таблица 1

r, кг/м^3

P,гПа

Е, гПа

е, гПа

f, %

d, гПа

а, г/м^3

qт, г/кг

qп, г/кг

sт, г/кг

sп, г/кг

t, °С

W, кг/м^2

r, кг/м^3

r вл, кг/м^3

Задание 2

Провести такие же расчеты, что и в Задании 1, заполнить Таблицу 1, при следующих исходных данных.

Варианты исходных данных

Вар.
t °С	-25	-17	-12	-7
t °С	-10	-10	-10	-3

Задание 3

В 1 м³ воздуха содержится 10 г пара при температуре t°С. Каковы его парциальное давление, относительная влажность, температура точки росы?

Варианты исходных данных

Вар.
t °С

Задание 4

Температура воздуха равна t°С, давление Р гПа, дефицит влажности d гПа. Определить относительную, абсолютную, удельную влажность воздуха.

Варианты исходных данных

Вар.
Р гПа
t °С	-6	-2
d гПа	0,62	1,20	2,00	2,50	3,00	3,50	4,20	5,50	5,80	6,00

Контрольные вопросы

1.Каков порядок различий в величинах плотности сухого и влажного воздуха, как он зависит

температуры?

2.На сколько отличаются значения удельной влажности и отношения смеси при одном и том

же давлении?

3.Чему равен дефицит влажности, если точка росы равна температуре воздуха? Какова при

этом относительная влажность?

4.Как и почему изменится общее содержание водяного пара, при увеличении температуры

воздуха?

.

Дата добавления: 2015-06-28