ВСТУП
РОЗДІЛ 1 ВОДА В АТМОСФЕРІ
1.1 Випаровування і випаровуваність
1.2Кількісні характеристики вмісту водяної пари в повітрі
1.3 Кругообіг води в природі
РОЗДІЛ 2 КОНДЕНСАЦІЯ І СУБЛІМАЦІЯ ВОДЯНОЇ ПАРИ В АТМОСФЕРІ
2.1 Процеси конденсації та сублімації
2.2 Утворення туманів, їх класифікація
РОЗДІЛ 3 ВИНИНЕННЯ ХМАР, КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ОСОБЛИВОСТІ
3.1 Виникнення хмар
3.2 Класифікація та характеристика хмар
3.3 Випадання опадів як наслідок протікання конденсаційних та сублімайних процесів в атмосфері
3.4 Розподіл опадів на земній поверхні
РОЗДІЛ 4 ВПЛИВ АНТРОПОГЕННИХ ФАКТОРІВ НА КОНДЕНСАЦІЙНІ ТА СУБЛІМАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ ВОДИ В АТМОСФЕРІ
4.1 Парниковий ефект
4.2 Кислотні дощі
РОЗДІЛ 5 ДИНАМІКА ЗМІНИ ТЕМПЕРАТУРИ ТА КІЛЬКОСТІ ОПАДІВ ПО ЧЕРНІГІВСЬКІЙ ОБЛАСТІ ЗА 2002 – 2007 РОКИ
ВИСНОВКИ
СПИСОК ВИКОРСИАНИХ ДЕЖЕРЕЛ
ДОДАТКИ
Атмосфера являє собою повітряну оболонку навколо земної поверхні, яка бере участь в обертанні Землі.
Метеорологія - це наука про атмосферу - повітряну оболонку Землі, яка оточує земну поверхню, наука про фізичні процеси та явища в атмосфері Землі в їх взаємодії з земною поверхнею та космічним середовищем.
Найбільший і найважливіший підрозділ метеорології — фізика атмосфери — вивчає фізичний механізм метеорологічних явищ і процесів. Досліджують процеси конденсації водяної пари, утворення хмар, висхідні та низхідні рухи повітря, механізм випадання опадів, туманів тощо.
Фізичні процеси у приземному шарі повітря, зокрема теплообмін між підстилаючою поверхнею і атмосферою, тепловий режим, розвиток турбулентних та вертикальних рухів, випаровування і конденсація — питання фізики приземного шару повітря. Стан атмосфери біля земної поверхні в даний час і в даній місцевості називається погодою.
В атмосфері відбувається дуже багато процесів пов`язаних з випаданням опадів, а їх кількість певною мірою залежить від інтенсивності протікання конденсаційних та сублімаційних процесів.
Предметом дослідження даної роботи є наслідки конденсаційних та сублімаційних процесів перетворення води в атмосфері.
Об`єкт дослідження – конденсаційні та сублімаційні процеси в атмосфері.
Мета дослідження полягає втому, щоб проаналізувати сутність процесів конденсації та сублімації води в атмосфері.
Головними завданнями роботи є:
1) охарактеризувати основні процеси, що відбуваються при перетворенні води в атмосфері;
2) розглянути процеси конденсації і сублімації водяної пари в атмосфері;
3) проаналізувати процеси вининення хмар, класифікацію та особливості кожного виду хмар;
4) дати аналіз випадання опадів як наслідок протікання конденсаційних та сублімайних процесів в атмосфері;
5) охарактеризувати динаміку зміни температури та кількості опадів по Чернігівській області за 2002 – 2007 роки;
6) проаналізувати вплив антропогенних факторів на конденсаційні і сублімаційні процеси води в атмосфері (кислотні дощі, смог, парниковий ефект).
Відомо, що в природі існує кругообіг води. Це другий за значенням після кругообігу тепла кліматоутворюючий процес, який складається з випаровування її з земної і водної поверхні, конденсації водяної пари в атмосфері, випадання опадів і стоку (поверхневого і підземного).
Водяної пари в повітрі буває до 4%. Вона майже в півтора рази легша за повітря, а тому вологе повітря має меншу густину ніж сухе. Водяна пара скупчується головним чином в нижніх шарах повітря; до висоти 2 км зосереджена майже половина всієї пари. Водяна пара справді невидима і безбарвна. І тільки при переході водяної пари в рідину з'являються крапельки води, що висять, плавають у повітрі [12].
Випаровування - це фізичний процес переходу води з рідкого стану в газоподібний. Водяна пара постійно поступає в атмосферу внаслідок випаровування з поверхні ґрунту і води (підстилаючої поверхні), а також транспірації рослин. Випаровування, на відміну від транспірації, називають ще фізичним випаровуванням, а випаровування і транспірацію разом - сумарним випаровуванням.
Процес випаровування складається з того, що окремі молекули води, які швидко рухаються, долають сили зчеплення і відриваються від водної поверхні або від вологого ґрунту та переходять в повітря у вигляді молекул водяної пари. В повітрі вони швидко поширюються догори і в боки від джерела випаровування. Це відбувається частково внаслідок власного руху молекул. Процес поширення молекул називають молекулярною дифузією. До молекулярної дифузії в атмосфері приєднується ще і поширення водяної пари в горизонтальному напрямку із вітром, і у вертикальному - шляхом турбулентної дифузії, тобто разом з турбулентними вихорами, які виникають в повітрі. Одночасно із відривом молекул від водної поверхні чи ґрунту протікає зворотний процес переходу їх із повітря у воду чи грунт. Якщо досягається стан рухомої рівноваги, коли повернення молекул дорівнює їх відриву від поверхні, то випаровування припиняється. Процес відриву молекул продовжується, але він покривається поверненням молекул. Такий процес називається насиченням, водяна пара в цьому стані - насичуюча, а повітря - насиченим.
Швидкість та величина випаровування залежить від температури, швидкості вітру, дефіциту вологи, характеру випаровуючої поверхні, рослинного покриву та атмосферного тиску. Чим вища температура поверхні з якої відбувається випаровування, тим швидше рухаються молекули і тим більша кількість їх попадає в атмосферу [4].
Кожен кубічний метр повітря при відповідній температурі може містити тільки певну кількість водяної пари. При підвищенні температури повітря ця кількість збільшується завдяки розширенню повітря при нагріванні. Потенційно можливе випаровування, не обмежене запасами вологи, зветься випаровуваністю. Над водною поверхнею випаровування та випаровуваність майже однакові, над сушею (наприклад, пустелями) випаровуваність значно перевищує випаровування.
Таблиця 1.1
Максимальна кількість водяної пари та пружність насичення при різних температурах
| Тем-ра, °С | 30 | 25 | 20 | 15 | 10 | 5 | 0 | -5 | -10 | -15 | -20 | -25 | -30 |
| Вміст водяної пари, q, г/м3 | 30,3 | 23,0 | 17,3 | 12,8 | 9,4 | 6,8 | 4,8 | 3,4 | 2,4 | 1,6 | 1,1 | 0,7 | 0,5 |
| Пружність насич., Е, мбар | 42,4 | 32,3 | 23,4 | 17,1 | 12,3 | 9,1 | 6,1 | 4,2 | 2,8 | 1,8 | 1,2 | 0,7 | 0,5 |
Оскільки випаровування і випаровуваність значною мірою залежать від температури, то їх географічний розподіл характеризується широтною зональністю. На суші, у помірному поясі, найбільше випаровування спостерігається в зоні мішаних лісів (500 – 600 мм), воно зменшується до 100 – 155 мм за рік у зоні тундри через пониження повітря і до 200 – 100 мм у зоні пустель як помірного так і тропічного поясів, внаслідок відсутності вологості. Найбільше випаровування на суші характерне для вологих, тропічних, субтропічних і екваторіальних лісів – до 800 – 1000 мм за рік.
На екваторі випаровування дорівнює випаровуваності.
На відміну від випаровування випаровуваність залежить від температури і насиченості повітря вологою, тому в полярних областях вона не значна (80 – 100 мм за рік) і поступово збільшується на південь до 300 - 400 мм у лісовій зоні, до 1000 мм у степах і 1500 – 2000 мм у пустелях помірного поясу. У тропіках на західних узбережжях материків випаровуваність становить 600 – 700 мм за рік, а в пустелях понад 3000 мм. Біля екватора випаровуваність відносно невелика (700 – 1000 мм), внаслідок високої вологості повітря. Вологий грунт вкритий рослинністю, можу випаровувати більше, ніж водна поверхня, оскільки до фізичного випаровування тут додається транспірація. За рік із земної поверхні випаровується в середньому 1000 мм вологи [14].
Атмосферне повітря постійно змінює свої характеристики: температуру, щільність, вологість. Вміст водяної пари в повітрі залежить від того, скільки водяної пари попадає в атмосферу шляхом випаровування. Природно, що над поверхнею океанів (морів) випаровування більше, ніж над материками, оскільки випаровування з водної поверхні не обмежене запасами вологи, змінюючись від 600мм за рік у середніх широтах до 2500 – 300мм за рік у тропічних та екваторіальних широтах.
За рік з поверхні земної кулі випаровується в середньому 1000 мм води; з них з океанів 1240 мм/рік, із суші - 480 мм/рік.
Вміст водяної пари в повітрі зветься його вологістю. Коли вміст водяної пари в повітрі стає максимально можливим, повітря стає насиченим.
Для кожної температури існує стан насичення, тобто деякий граничний вологовміст, який не може бути перевищений.
Для кількісного виразу вмісту водяної пари в повітрі використовують різні характеристики: абсолютну вологість; пружність водяної пари; відносну вологість; дефіцит пружності водяної пари; температуру точки роси.
Абсолютною вологістю повітря (q) називається фактична кількість водяної пари в грамах, що міститься в 1 м3 повітря (г/м3).
Пружністю водяної пари (е) називається парціальний тиск водяної пари, що міститься в повітрі, тобто це щільність (густина) водяної пари, тобто її маса в одиниці об'єму повітря (в г/м ). Пружність водяної пари вимірюється в мілібарах (мбар), мм. рт. ст., в гектопаскалях (гПа), а у Міжнародній системі одиниць SI - в ньютонах на одиницю площі (1 мбар = 100 Н/м2 ). Кількість водяної пари в повітрі залежить від його температури. Якщо температура знижується, повітря досягає стану насичення і, за умови подальшого знижені температури, надлишок водяної пари починає конденсуватися. Розрізняють фактичну (тобто реальну на час спостереження) пружність (е) і пружність насичення водяної пари (Е).