ΑΣΚΗΣΗ 5 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ

ΑΣΚΗΣΗ 5 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ Με τον όρο ατμοσφαιρική υγρασία περιγράφουμε την ποσότητα των υδρατμών που περιέχονται σε ορισμένο όγκο ατμοσφαιρικού αέρα. Η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε υδρατμούς μπορεί να εκφραστεί με πολλούς τρόπους. Υπάρχουν δυο ομάδες υγρομετρικών παραμέτρων: α) εκείνες που αποτελούν ένα απόλυτο μέτρο της υγρασίας και εξαρτώνται μόνο από το ποσό των υδρατμών στον αέρα και β) εκείνες που αποτελούν ένα σχετικό μέτρο της υγρασίας και εξαρτώνται όχι μόνο από το ποσό των υδρατμών, αλλά επίσης και από τη θερμοκρασία του αέρα. Η απόλυτη υγρασία (ρ w, absolute humidity) Καθορίζει το ποσό των υδρατμών σε γραμμάρια που περιέχεται σε δοσμένο όγκο υγρού ατμοσφαιρικού αέρα. Η απόλυτη υγρασία δίνεται από τον τύπο: ρ w = m v /V (gr/m 3 ) όπου V είναι ο όγκος που περιέχει την μάζα των υδρατμών m v.για κάθε μια τιμή θερμοκρασίας του αέρα υπάρχει και μια αντίστοιχη μέγιστη τιμή απόλυτης υγρασίας. Ειδική υγρασία (q, specific humidity) q = m w /(m d + m w ) όπου m d + m w είναι η μάζα του υγρού αέρα που περιέχει τους υδρατμούς m w. Αναλογία μίγματος (w, mixing ratio) w = m w / m d όπου m w είναι η μάζα των υδρατμών και m d η μάζα του ξηρού αέρα που τους περιέχει. Το ποσό των υδρατμών που μπορεί να περιέχει ο αέρας είναι ορισμένο και εξαρτάται από την θερμοκρασία του. Η πίεση των κορεσμένων υδρατμών ορίζεται ως η πίεση των υδρατμών όταν αυτοί βρίσκονται σε ισορροπία με μια επίπεδη επιφάνεια νερού της ίδιας θερμοκρασίας. Η πίεση των κορεσμένων υδρατμών πάνω από το νερό υπολογίζεται από την σχέση: 1

Η πίεση των κορεσμένων υδρατμών πάνω από πάγο υπολογίζεται από την σχέση: όπου e sw και e si είναι η πίεση των υδρατμών κόρου εκφρασμένη σε hpa και Τ η θερμοκρασία σε Κ. Η σχετική υγρασία (r, Relative Humidity), δείχνει το βαθμό κορεσμού της ατμόσφαιρας και ορίζεται από την σχέση: όπου r είναι η σχετική υγρασία εκφρασμένη σε επί τοις εκατό (%), e είναι η πίεση των υδρατμών και e s είναι η πίεση των κορεσμένων υδρατμών. Χαρακτηρίζει το λόγο των υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα σε μια δεδομένη τιμή θερμοκρασίας και πίεσης σε σχέση με την μέγιστη ποσότητα των υδρατμών, την οποία ο αέρας είναι ικανός να κρατήσει στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Μια μεταβολή στη σχετική υγρασία του ατμοσφαιρικού αέρα μπορεί να προκληθεί με ένα από τους δυο παρακάτω τύπους: α) Αν υπάρχει μια ελεύθερη επιφάνεια νερού, η υγρασία μπορεί να αυξηθεί με την εξάτμιση. Αυτή η διεργασία είναι βαθμιαία και προϋποθέτει τη διάχυση των υδρατμών μέσα στην ατμόσφαιρα. β) Όταν αυξάνει η θερμοκρασία του αέρα, παράλληλα αυξάνει και η ικανότητα του να συγκρατεί περισσότερη υγρασία. Σε μια τέτοια περίπτωση, εφόσον δεν προστίθενται καινούρια ποσά υδρατμών, η σχετική υγρασία θα ελαττωθεί, αντίθετα με τη μείωση της θερμοκρασίας η σχετική υγρασία αυξάνεται γιατί μειώνεται η ικανότητα κατακράτησης υδρατμών από τον αέρα. Το σημείο δρόσου (Td, Dew Point) Το σημείο δρόσου ορίζεται σαν η θερμοκρασία στην οποία παρουσιάζεται συμπύκνωση των υδρατμών της ατμόσφαιρας όταν αυτή αρχίζει να ψύχεται κάτω από σταθερή πίεση. Αφού ο θερμός αέρας είναι ικανός να συγκρατεί περισσότερους υδρατμούς από τον ψυχρό αέρα, το σημείο δρόσου, κατά μέσο όρο, είναι μεγαλύτερο το καλοκαίρι παρά τον χειμώνα, και γενικότερα αυξάνει με την αύξηση της θερμοκρασίας. 2

όπου η θερμοκρασία δρόσου Τ d δίνεται σε βαθμούς Κελσίου και η μερική πίεση των υδρατμών e, σε hpa. ΑΡΧΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Διαστολή: Κάποια φυσικά σώματα (π.χ. τρίχες) διαστέλλονται όταν απορροφούν υγρασία. Η διαστολή αυτή μεταφέρεται σε έναν δείκτη πάνω σε κλίμακα ή κινούμενη ταινία. Συμπύκνωση: Τα προϊόντα της συμπύκνωσης (π.χ. υδροσταγονίδια-δρόσος) φαίνονται με παρατήρηση πάνω σε κατάλληλα ψυχόμενες επιφάνειες. Ηλεκτρικές ιδιότητες: Η ηλεκτρική αντίσταση και η διηλεκτρική σταθερά του αέρα εξαρτώνται από την περιεκτικότητά του σε υγρασία. Εξασθένιση ακτινοβολίας: Ορισμένες φασματικές περιοχές της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (υπέρυθρο, μικροκύματα) απορροφώνται από τους υδρατμούς ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Ψυχρόμετρο August. Αποτελείται από ένα ζευγάρι ομοίων θερμομέτρων που στερεώνονται κατακόρυφα και σε απόσταση περίπου 10cm το ένα από το άλλο, μέσα στον μετεωρολογικό κλωβό. Το ένα θερμόμετρο διατηρείται γυμνό και ξηρό και παρέχει την θερμοκρασία αέρα κατά την παρατήρηση. Το δοχείο του άλλου θερμομέτρου καλύπτεται από λεπτό ύφασμα και το θερμόμετρο αυτό καλείται υγρό. Το ύφασμα διατηρείται συνεχώς υγρό μέσω ειδικής σύνδεσής του με δοχείο γεμάτο νερό. Σε συνήθεις ατμοσφαιρικές συνθήκες το υγρό θερμόμετρο δείχνει θερμοκρασία χαμηλότερη του ξηρού και υπό ειδικές συνθήκες, ίση προς αυτή. Σε αυτή την περίπτωση θεωρείται ότι η σχετική υγρασία είναι 100%. Η παρατήρηση είναι η ανάγνωση των δύο θερμομέτρων (ξηρό-υγρό) και γίνεται ανά 3-ωρο ή ανά 24-ωρο. Στη συνέχεια ανατρέχοντας σε ειδικό πίνακα καθορίζεται η σχετική υγρασία που αντιστοιχεί στην προηγούμενη διαφορά θερμοκρασιών. Η ακρίβεια των θερμομέτρων είναι 0.1 ο C και η μονάδα μέτρησης είναι % Ψυχρόμετρο με ανεμιστήρα ASSMAN Αποτελείται από δύο όμοια θερμόμετρα, ένα ξηρό και ένα υγρό. Το υγρό θερμόμετρο έχει το δοχείο του καλυμμένο με ειδικό ύφασμα, το οποίο βρέχεται πριν την παρατήρηση. Στη συνέχεια, με την βοήθεια ενός μηχανισμού δημιουργείται ρεύμα αέρα που περνά από τα δοχεία των δύο θερμομέτρων με ταχύτητα 4-10 m/s. Ψυχρόμετρο August 3

Ψυχρόμετρο ASSMAN Υγρογράφος Υγρογράφος Είναι όργανο όπου το ευπαθές μέρος του αποτελείται από ειδικό σύστημα ανθρώπινων τριχών των οποίων η μεταβολή του μήκους τους, ανάλογα με την σχετική υγρασία, προκαλεί την κάθετη κίνηση γραφίδας πάνω σε χάρτινη ταινία που είναι περιτυλιγμένη πάνω σε περιστρεφόμενο κύλινδρο. Η ταινία είναι εβδομαδιαίας καταγραφής και καταγράφει σχετική υγρασία από 0 έως 100%. Ο Υγρογράφος τοποθετημένος κάτω αριστερά μέσα στον μετεωρολογικό κλωβό. 4

Ψυχρομετρικός πίνακας Για δεδομένη ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια θάλασσας, (π.χ. 1007 mb), η σχετική υγρασία υπολογίζεται για διάφορες τιμές της θερμοκρασίας T από την διαφορά του υγρού και υγρού θερμομέτρου (T-T w ). Στην πρώτη στήλη η τιμή e w δίνεται σαν συνάρτηση της θερμοκρασίας T (για T < 0 C, δίνεται επίσης η διαφορά e w -e i ). T-T w T e w e w -e i 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-10 2.86 0.26 85 70 55 40 26 11 - - - -9 3.09 0.26 86 72 58 44 30 16 3 - - - -8 3.34 0.25 87 73 60 47 34 21 9 - - - -7 3.61 0.24 87 75 62 50 38 26 14 2 - - -6 3.9 0.22 88 76 64 53 41 30 18 7 - - -5 4.21 0.2 89 77 66 55 44 33 23 12 2 - -4 4.54 0.17 89 79 68 58 47 37 27 17 7 - -3 4.9 0.14 90 80 70 60 50 40 31 21 12 2-2 5.27 0.1 90 81 71 62 52 43 34 25 16 7-1 5.68 0.05 91 82 72 63 55 46 37 29 20 12 0 6.11 0 91 82 74 65 57 48 40 32 24 16 T-T w T e w 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 6 7 8 0 6.11 91 82 74 65 57 48 40 32 16 - - - 1 6.57 92 83 75 67 59 51 43 35 20 5 - - 2 7.06 92 84 76 68 60 53 45 38 23 9 - - 3 7.58 92 85 77 70 62 55 48 41 27 13 - - 4 8.13 93 85 78 71 64 57 50 43 30 17 4-5 8.72 93 86 79 72 65 59 52 45 33 20 8-6 9.35 93 86 80 73 67 60 54 48 35 24 12 1 7 10.02 93 87 80 74 68 62 56 50 38 27 15 5 8 10.73 94 87 81 75 69 63 57 51 40 29 19 8 9 11.48 94 88 82 76 70 64 59 53 42 32 22 12 10 12.28 94 88 82 77 71 66 60 55 44 34 24 15 11 13.12 94 89 83 77 72 67 62 56 46 37 27 18 12 14.02 94 89 84 78 73 68 63 58 48 39 30 21 13 14.97 95 89 84 79 74 69 64 59 50 41 32 23 14 15.98 95 90 85 80 75 70 65 60 51 42 34 26 15 17.05 95 90 85 80 75 71 66 62 53 44 36 28 T-T w T e w 1 2 3 4 5 6 7 8 10 12 15 20 15 17.05 90 80 71 62 53 44 36 28 13 - - - 16 18.18 90 81 72 63 54 46 38 30 15 1 - - 17 19.37 90 81 72 64 55 47 40 32 18 4 - - 18 20.64 91 82 73 65 57 49 41 34 20 7 - - 19 21.97 91 82 74 66 58 50 43 36 22 10 - - 20 23.38 91 83 74 66 59 51 44 37 24 12 - - 5

21 24.86 91 83 75 67 60 53 46 39 26 14 - - 22 26.43 92 83 76 68 61 54 47 40 28 16 0-23 28.09 92 84 76 69 62 55 48 42 30 18 3-24 29.83 92 84 77 69 63 56 49 43 31 20 5-25 31.67 92 85 77 70 63 57 50 44 33 22 7-26 33.61 92 85 78 71 64 58 52 46 34 24 9-27 35.65 92 85 78 71 65 59 53 47 36 25 11-28 37.79 93 85 79 72 66 59 53 48 37 27 13-29 40.05 93 86 79 72 66 60 54 49 38 28 15-30 42.42 93 86 79 73 67 61 55 50 39 30 17-31 44.92 93 86 80 73 67 62 56 51 41 31 18-32 47.54 93 86 80 74 68 62 57 52 42 32 20 1 33 50.29 93 87 80 74 69 63 58 52 43 33 21 3 34 53.18 93 87 81 75 69 64 58 53 44 35 22 5 35 56.21 93 87 81 75 70 64 59 54 44 36 24 7 36 59.4 94 87 81 76 70 65 60 55 45 37 25 8 37 62.73 94 87 82 76 70 65 60 55 46 38 26 9 38 66.23 94 88 82 76 71 66 61 56 47 39 27 11 39 69.9 94 88 82 77 71 66 61 57 48 39 28 12 40 73.74 94 88 82 77 72 67 62 57 48 40 29 13 6

Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 5. Υγρασία Ονομ/μο:... Τμήμα:... Α.Μ.... Ημερομηνία:... 1. Με τη βοήθεια του ψυχρομετρικού πίνακα που θα βρείτε στο τέλος της άσκησης να υπολογίσετε από τη θερμοκρασία του ξηρού και υγρού θερμομέτρου τη σχετική υγρασία και να τη συγκρίνετε με την πειραματική τιμή που έχει μετρηθεί. Όταν αυξάνει/ελαττώνεται η ταχύτητα του ανέμου τι συμπεραίνετε για τη σχετική υγρασία του αέρα αντίστοιχα? Ώρα Ταχύτητα ανέμου (m/s) Θερμοκρασία ξηρού θερμομέτρου ( o C) Θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου ( o C) Σχετική υγρασία (%) 12:00:00 3.7 16.5 11.8 58.0 12:01:00 1.9 16.1 11.2 56.1 12:02:00 2.1 16.1 11.0 54.9 12:03:00 3.5 16.0 11.0 54.8 12:04:00 1.2 16.2 11.0 54.0 12:05:00 2.6 16.8 12.1 59.1 12:06:00 2.9 15.9 11.0 56.5 12:07:00 4.1 15.9 11.0 55.8 12:08:00 2.6 16.8 12.3 60.2 12:09:00 2.6 15.8 10.9 55.6 12:10:00 4.3 15.6 10.6 55.4 12:11:00 3.0 15.6 10.8 55.8 12:12:00 2.3 15.8 10.9 55.3 12:13:00 2.7 16.3 11.4 57.1 12:14:00 2.6 16.5 11.6 57.7 12:15:00 1.8 16.9 12.2 59.4 12:16:00 3.3 16.1 11.1 54.9 12:17:00 3.6 15.9 10.5 51.9 12:18:00 0.8 16.8 12.0 58.1 12:19:00 3.5 16.0 11.0 55.0 12:20:00 1.0 16.7 11.8 57.0 12:21:00 3.3 16.6 11.9 58.6 12:22:00 3.0 16.5 11.7 57.6 12:23:00 2.0 15.8 10.6 53.5 12:24:00 1.7 15.9 10.6 53.4 12:25:00 3.6 16.2 11.3 56.3 12:26:00 2.8 16.3 11.3 56.3 12:27:00 3.4 16.2 11.2 55.3 12:28:00 4.1 16.2 11.2 55.3 12:29:00 4.2 16.2 11.2 55.5 12:30:00 3.8 16.6 11.6 56.3 Σχετική υγρασία από τον ψυχρομετρικό πίνακα (%) 7

2. Να παραστήσετε σε κοινό διάγραμμα τη μέση ωριαία θερμοκρασία του αέρα και τη μέση ωριαία σχετική υγρασία του αέρα. Τι παρατηρείτε? Ώρα Σχετική υγρασία (%) Θερμοκρασία αέρα ( C) Ώρα Σχετική υγρασία (%) Θερμοκρασία αέρα ( C) 1 84.59 8.18 13 45.74 18.75 2 83.93 8.77 14 45.62 18.27 3 80.26 8.49 15 46.46 17.06 4 68.95 8.57 16 55.19 15.02 5 71.34 8.57 17 62.38 13.69 6 67.73 10.69 18 68.28 12.79 7 58.99 13.14 19 63.57 11.94 8 49.35 16.19 20 38.35 14.97 9 49.10 16.97 21 27.61 15.64 10 46.56 18.12 22 29.02 15.04 11 47.28 18.88 23 45.22 13.27 12 45.74 18.82 24 69.07 11.60 ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ Παρακάτω δίνεται το τμήμα του ψυχρομετρικού πίνακα που αντιστοιχεί στο εύρος θερμοκρασιών της Άσκησης 1 T-T w T e w 1 2 3 4 5 6 7 8 10 12 13 14.97 89 79 69 59 50 41 32 23 - - 14 15.98 90 80 70 60 51 42 34 26 - - 15 17.05 90 80 71 62 53 44 36 28 13-16 18.18 90 81 72 63 54 46 38 30 15 1 17 19.37 90 81 72 64 55 47 40 32 18 4 18 20.64 91 82 73 65 57 49 41 34 20 7 8