A felhők víztartalma

A felhők víztartalma a felhőközeg  egységnyi térfogatában található szilárd és folyékony fázisú nedvesség tömege . Megkülönböztetni az abszolút víztartalmat, amely egységnyi felhőtérfogatra esik (g/m 3 ) és a fajlagos víztartalmat, amely egységnyi légtömegnek felel meg (g/kg) [1] [2] . A felhős környezet víztartalma általában sok paramétertől függ, és még ugyanazon a felhőn belül sem állandó [3] .

Ennek a fogalomnak a formális meghatározása megegyezik a kolloidkémiában alkalmazott " súlykoncentráció " kifejezéssel , azonban a víztartalom hagyományos mértékegysége hat nagyságrenddel eltér a tömegkoncentráció mértékegységétől [4] .

A felhős környezet víztartalmának becslésére általában fűtött vezetékes érzékelőket (Nevzorov-érzékelők) [5] [6] használnak .

Történelem

Ennek a paraméternek a gyakorlati értéke sokáig bizonytalan maradt, mérésére nem volt módszer. A légkör víztartalmának kísérleti vizsgálatát először 1851-ben A. Schlagintveit német természettudós végezte hegyvidéken, sűrű ködben. Ezeket a méréseket sokáig egyedülinek tartották, mígnem a századfordulón új adatok jelentek meg: 1899-ben W. Konrad német kutató végzett kis számú mérést az Alpok felhőinek víztartalmáról . A második világháború után a víztartalommal kapcsolatos információk a repülőgépek jegesedésének problémáival, a VHF rádióhullámok felhős környezetben való terjedésének vizsgálatával, a felhőbefolyásolási módszerek megjelenésével stb . 4]

A Szovjetunióban a felhők víztartalmának kísérleti vizsgálatát főként a Központi Aerológiai Obszervatórium és a Fő Geofizikai Obszervatórium [4] csapatai végezték . A gomolyfelhők víztartalmára vonatkozó kísérleti adatokat először 1946-1948-ban V. A. Zaicev szovjet tudós szerezte meg speciálisan tervezett repülési berendezések segítségével, amelyek között szerepelt egy repülőgép víztartalom-mérő (SIV) [7] .

Definíció

A kevert felhő teljes víztartalma két fő összetevőből áll. Az első tag a folyékony fázis víztartalma, amely a levegő térfogategységére eső folyékony nedvességtartalom. A második komponens a szilárd fázis víztartalma, vagyis a kristályos jég teljes tömege térfogategységben. Ezt a paramétert gyakran jégtartalomnak nevezik [ 3] .

Folyadék-csepp víztartalom

A folyékony fázis víztartalmának szigorú meghatározása matematikai formában a felhős környezet egységnyi térfogatára vonatkoztatott integrálként fejezhető ki [8] [3] :

ahol:

 a részecskeméret-eloszlás ,  - a víz sűrűsége, a csepp  sugara ,  a cseppek teljes száma.

Az érték felső határa megközelítőleg megfelel az adiabatikus víztartalomnak, amelyet a részecskeelmélet alapján számítanak ki [9] . Az adiabatikus víztartalom a felhő alsó határán és magasságában uralkodó nyomástól és hőmérséklettől függ [3] .

A szilárd fázis víztartalma

Kristályos zavarosság esetén a víztartalom meghatározása a következő formában történik [3] :

ahol az összegzést egységnyi térfogaton végezzük , és ez a -edik jégkristály tömege .

Nagyon gyakran a kapott értéket a felhős környezet jégtartalmának nevezik [3] .

Általános információk

A víztartalom magasságtól való függését és az időbeli dinamikát a légköri hőenergia- és páraátviteli folyamatok határozzák meg. Ennek ellenére ismert, hogy a felhőközeg víztartalma a legérzékenyebb a levegő hőmérsékletének változásaira, és átlagosan a hőmérséklettel növekszik. Szintén jelentősen befolyásolja a légtömegek függőleges mozgásának sebessége és a turbulens csere intenzitása [10] .

Általános szabály, hogy a felhős környezet víztartalmának változási tartománya alacsony negatív hőmérsékleten ezred g/m 3 -től pozitív hőmérsékleten több tized g/m 3 -ig terjed. Magas környezeti hőmérséklet és nagy függőleges sebesség esetén a víztartalom elérheti a több g/m 3 -t is, ami jellemző a gomolyfelhőkre [11] . A vízfelhőkben légköbméterenként 0,1-0,3 gramm nedvesség található, gomolyfelhőkben a víztartalom valamivel magasabb, és alul 0,7 g / m 3 -től felül 1,8 g / m 3 -ig változhat, és egyes esetekben megközelíti az 5,0 g/m 3 értéket [12] .

A különböző típusú felhők átlagos víztartalmát, évszaktól függően, a következő táblázat foglalja össze (g/m3 ) [ 13] :

Évad felhő alakja
Gomolyos rétegfelhő rétegzett Nimbosztrátusz Középmagas gomolyos felhő Középmagas rétegfelhő
Téli 0.21 0.30 0.23 0.16 0.21
Tavaszi 0.22 0,28 0,33 0.19 0,20
Nyár 0.26 0,35 0,32 0.24 0,42
Ősz 0,28 0,36 0,38 0.24 0,34

A víztartalom meghatározza az elektromágneses sugárzás (rádióhullámok és fény) csillapítását, valamint a láthatóságot felhős környezetben. A láthatóság és a víztartalom között nincs egyértelmű összefüggés, azonban egy hozzávetőleges empirikus minta ábrázolható a következőképpen [14] :

A víztartalom és a láthatóság aránya
Víztartalom, g/ m3 2.3 0,85 0,48 0.23 0.13 0,085
Láthatóság, m harminc 60 90 150 225 300

Jegyzetek

  1. ↑ Khromov, Mamontova, 1974 , A felhők víztartalma, p. 85.
  2. ↑ Khromov, Petrosyants, 2001 , A felhők mikroszerkezete és víztartalma, p. 271.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Mazin, Khrgian, 1989 , A felhők víztartalma, p. 328.
  4. ↑ 1 2 3 Khrgian, 1961 , A felhők víztartalma, p. 103.
  5. ↑ RD 52.04.674-2006, 2006 , Közvetlen mérések, p. 12-13.
  6. ↑ Koroljev, Strapp, 1998 , p. 1495.
  7. ↑ Matvejev, 1984 , Statisztikai adatok a réteg- és hullámos felhőkről, p. 474.
  8. ↑ Rogers, 1979 , A felhők mikrofizikai jellemzői, p. 91, 92.
  9. ↑ Rogers, 1979 , A felhők mikrofizikai jellemzői, p. 92.
  10. ↑ Khromov, Mamontova, 1974 , A felhők víztartalma, p. 85, 86.
  11. ↑ Khromov, Mamontova, 1974 , A felhők víztartalma, p. 86.
  12. ↑ Khromov, Petrosyants, 2001 , A felhők mikroszerkezete és víztartalma, p. 272.
  13. ↑ Matvejev, 1984 , Statisztikai adatok a réteg- és hullámos felhőkről, p. 475.
  14. ↑ Sztyepanenko, 1966 , Mikrorádióhullámok csillapítása a légkörben, p. 99.

Irodalom