Знач-е влажности воздуха (в.в) для с\х

3.

Воздух нижних частей атмосферы всегда содержит некоторое количество влаги в виде водяного пара. Влажность воздуха — это содержание в нем водяного пара. При достаточном поступлении влаги в атмосферу влажность зависит от температуры воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он может вместить. Так, 1 м³ воздуха при температуре 30 °С может содержать 30 г водяного пара, при 20 °С—17,3 г; при 10 °С — 9,4; при 0 °С — 4,8; при -10 °С — 2,3; при —20 °С — 1,1 г. Поэтому ход влажности параллелен ходу температуры. Обычно она больше днем, чем ночью. В течение года максимум влажности приходится на летние месяцы, минимум — на зимние. В низких широтах влажность больше, чем в средних и высоких. Влажность воздуха измеряется приборами гигрометрами и психрометрами.

Воздух при данной температуре может содержать определенное количество водяных паров. Предел содержания водяного пара в воздухе при данной температуре называется максимальной влажностью. Фактическое количество водяных паров в воздухе в данный момент — это абсолютная влажность. Отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах, именуется относительной влажностью. Воздух, имеющий максимальную влажность, является насыщенным. В отличие от него ненасыщенный воздух еще обладает способностью поглощать водяные пары. При нагревании насыщенный воздух становится ненасыщенным, в случае охлаждения перенасыщается, и в этих условиях начинается конденсация, т. е. сгущение избыточных водяных паров, переход их в жидкое состояние и образование капелек воды. Насыщение и перенасыщение воздуха вызывается и охлаждением не насыщенного водяными парами воздуха. Воздух охлаждается главным образом во время поднятия и расширения. Охлаждение возможно также при выхолаживании территории и проникновении теплого воздуха в холодную местность.

Влажность воздуха, прежде всего, зависит от того, сколько водяного пара поступает в атмосферу путем испарения с земной поверхности в том же районе. Естественно, что над океаном испарение больше, чем над материками, так как оно не ограничено запасами воды. В то же время в каждом месте влажность воздуха зависит от атмосферной циркуляции: воздушные течения приносят в данный район воздушные массы, более влажные или более сухие, из других областей Земли. Наконец, для каждой температуры существует состояние насыщения, т.е. существует некоторое предельное влагосодержание, которое не может быть превзойдено.

Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере используют различные характеристики влажности воздуха. Это парциальное давление водяного пара е – основная и наиболее употребительная характеристика влажности и относительная влажность f – отношение фактического давления пара к давлению насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах:

f = (e/E) *·100%.

Абсолютная влажность а – масса водяного пара в граммах в 1 м³ воздуха, т.е. плотность водяного пара, выраженная в граммах на кубический метр.

Абсолютная влажность меняется при адиабатических процессах. При расширении воздуха объем его увеличивается, и то же количество водяного пара распределяется на большой объем; следовательно, абсолютная влажность уменьшается. При сжатии воздуха абсолютная влажность растет.

Температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар достигает насыщения при неизменном общем давлении воздуха, называется точкой росы. Так, если при температуре воздуха +27°С давление пара в нем равно 23,4 гПа, то такой воздух не является насыщенным.
Для того чтобы он стал насыщенным, нужно было бы понизить его температуру до +20°С. Вот эта, температура +20°С и является в данном случае точкой росы. Очевидно, что чем меньше разница между фактической температурой и точкой росы, тем ближе воздух к насыщению. При насыщении точка росы равна фактической температуре.

Разность между давлением насыщенного пара Е при данной температуре воздуха и фактическим давлением е пара в воздухе (D = E – e) называется дефицитом насыщения. Иначе говоря, дефицит насыщения показывает, сколько водяного пара недостает для насыщения воздуха при данной температуре. Выражается он в гектапаскалях.

4. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов, происходящих в атмосфере. Оно оказывает также большое влияние на жизнь растений и животных.

Для измерения влажности воздуха используются 2 метода: в теплый период используется психрометрический метод определения влажности воздуха, а в холодный - гигрометрический.

Пcихрометрический метод измерения относительной влажности воздуха основан на зависимости интенсивности испарения с водной поверхности от дефицита насыщения водяного пара соприкасающегося с ней воздуха.

Для определения влажности воздуха пользуются гигрометром и психрометром.

1. Волосной гигрометр изображен на рис. 503. Основная часть прибора — обезжиренный человеческий волос 1, обладающий способностью удлиняться при увеличении относительной влажности воздуха. Волос 1 навит на ролик 2 и держится в натянутом состоянии грузиком 3. При изменении влажности меняется длина волоса, ролик 2 вращается и движет стрелку 4. Деления шкалы указывают

Рис. 503. Волосной гигрометр

Рис. 504. Психрометр

относительную влажность. Если одновременно измерять и температуру воздуха, то можно определить абсолютную влажность воздуха и давление водяного пара.

2. Психрометр изображен на рис. 504. Прибор состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из термометров обернут куском чистого батиста, нижний край которого опущен в небольшой стеклянный стаканчик с дистиллированной водой. Вода смачивает батист и испаряется на шарике термометра, если водяной пар в воздухе не является насыщенным. Вследствие потери тепла на испарение шарик термометра охлаждается и смоченный термометр показывает меньшую температуру, чем сухой. Разница между показаниями термометров тем больше, чем больше отличается давление водяного пара, содержащегося в воздухе, от давления насыщенного пара. По показаниям сухого и смоченного термометров при помощи особых психрометрических таблиц находят давление водяного пара и относительную влажность воздуха.

При понижении температуры воздуха при постоянной массе водяного пара относительная влажность возрастает, так как чем ниже температура воздуха, тем ближе водяной пар к состоянию насыщения. Наконец, при какой-то определенной температуре относительная влажность становится равной 100 %, и дальнейшее понижение температуры приводит к конденсации водяного пара. Появляется туман, «запотевают» окна, на траве оседают капельки росы. Температуру, при которой пар при данном давлении становится насыщенным, или, что то же самое, при которой относительная влажность воздуха становится равной 100 %, называют точкой росы. Точку росы легко определить, медленно охлаждая металлический стакан, например бросая в него кусочки льда, и замечая температуру, при которой стакан запотевает.

Существуют и специальные приборы для определения точки росы, действующие примерно по тому же способу. Зная точку росы, можно определить давление водяных паров и влажность воздуха абсолютную и относительную
Рис. 53. Приборы контроля режима хранения плодов и овощей: А - гигрограф М-21А; Б - гигрометр МВК; В - психрометр аспирационный; Г - психрометр Августа; Д - термограф М-16А (про термограф здесь говорить не нужно – он измеряет температуру воздуха, а не влажность!!!); 1 - часовой механизм; 2 - сухой термометр; 3 - смоченный термометр; 4 - регулировочный винт; 5 - термопара; 6 - барабан часового-механизма; 7 - волос

Знач-е влажности воздуха (в.в) для с\х

1. «+положительное» влияет на рост и развитие растений. Оптим. влажность воздуха 75-80%,

В.в. имеет важное значение для жизни растений и животных и влияет на их распространение по географическим зонам. При большой относительной В.в., малом дефиците влажности растения уменьшают транспирацию; с уменьшением относительной В.в. и увеличением дефицита влажности испарение воды почвой и растениями возрастает, почва больше иссушается. В континентальном климате при пониженной влажности и повышенной температуре воздуха в зерне хлебных растений повышается содержание белка до 20% и более, тогда как в районах с тёплым и влажным климатом в продукции сельскохозяйственных растении наблюдается увеличение углеводов. При небольшой В.в. и высокой температуре развитие растений ускоряется; в винограде, фруктах, бахчевых повышается сахаристость. В. в. необходимо учитывать при уборке урожая и хранении сельскохозяйственной продукции. Например, при уборке в ранние утренние и ночные часы зерно влажнее, чем днём; наибольшая производительность комбайнов на обмолоте — при дефиците упругости выше 8гПа.

2. «-отрицательное» -при высокой влажности и темп-ре происходит израстание растений, усиленно размножаются вредители и болезни, отмечаются больш. потери при уборке, происходит самосогревание зерна (преет и гибнет); при влажности воздуха ниже 30% (суховей) образуется череззерница или оплодотворения не происходит, снижается урожай.

с уменьшением относит. В. в. и увеличением дефицита влажности испарение воды почвой и растениями возрастает, почва большеиссушается.

Гигиеническое значение В. в. в основном заключается в её влиянии на терморегуляцию организмов, в частности на теплоотдачу. Наиболее благоприятной для содержания животных следует считать относительную В. в. в животноводческих помещениях в пределах 50—70%. Высокая В. в. способствует сохранению во внешней среде возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, при низких температураx ускоряет развитие простудных заболеваний. Мероприятия по предупреждению и устранению излишней В. в. в животноводческих помещениях должны осуществляться как при возведении зданий (сухость строительных материалов, обеспечение хорошей вентиляции, подогрева воздуха и др.), так и в период их эксплуатации (утепление помещений на зиму, регулярная уборка загрязнённых подстилок, и тому подобное).

5. Атмосферу условно делят на несколько слоев – тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу.

Границы условных слоев следующие:

тропосфера – до 16 км; стратосфера – до 50 км; мезосфера – до 80 км; термосфера – до 150 км; экзосфера – 150км и выше, преходящая в космическое пространство.

Тропосфера “тропос” - греческое слово – поворот. Это нижний, основной и наиболее плотный слой атмосферы.

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты на 0,65°на каждые 100 м

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %.

Здесь развиваются практически все погодообразующие процессы, происходит тепловой- и влагообмен между Землей и ее атмосферой находится весь водяной пар,, образуются облака, возникают различные метеорологические явления, туманы и осадки. Эти слои земной атмосферы находятся в равновесии и, благодаря активному перемешиванию имеют однородный химический состав, в основном, из молекулярных азота (78%) и кислорода (21%). В тропосфере сосредоточено подавляющее количество природных и техногенных аэрозольных и газовых загрязнителей воздуха. Скорость ветра в приземном пограничном слое сначала быстро растет с высотой, а выше она продолжает увеличиваться на 2–3 км/с на каждый километр. Иногда в тропосфере возникают узкие планетарные потоки (со скоростью более 30 км/с), западные в средних широтах, а вблизи экватора – восточные. Их называют струйными течениями.

Стратосфера “стратум” латинское слово – настил, слой. Здесь находится 1/5 часть атмосферы, это слой стужи, перламутровых облаков, состоящих из кристаллов льда и капелек переохлажденной жидкости, небо здесь черное или темно-фиолетовое;

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С. Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0° С), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Мезосфера “мезо” - греческое слово – средний, промежуточный; воздух здесь разряжен, содержит озон, серебристые облака, которые видны только в сумерки;

начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические обусловливают свечение атмосферы.

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Термосфера – “термо” - греческое слово – тепло; здесь очень жарко при сильно разряжении;

Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород.

Фактическая граница атмосферы земли и ионосферы находится на высоте 118 километров.

Экзосфера внешняя оболочка атмосферы,— зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~1500 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

Методы исследования атмосферы:

применяют радиозонд, отличающийся автоматической передачей их значений по радио. В атмосферу радио­зонд поднимается на шарах-пилотах, наполненных водородом. Радио­сигналы, направленные от зонда, на Земле принимаются специальной радиоприемной аппаратурой с автоматической или полуавтоматичес­кой регистрацией показаний. Высота полета радиозондов — 30—40 км, дальность действия 150—-200 км. К основной аппаратуре радиозонда относятся датчики температуры, давления, влажности, преобразователь измеряемых величин (например, температуры) в электрический кодовый сигнал, радиопередатчик и источник электропитания.

Дальнейшее развитие познания атмосферных процессов связано с развитием дистанционных неконтактных методов контроля, позволяющих получать пространственную и временную информацию об изменении температуры, влажности, загрязнений, скорости и направлении ветра. В связи с этим разрабатываются акустические, радиоакустические, радиолокационные методы.

Радиоакустическое зондирование, которое осуществляют с помощью эхолокаторов либо с наземной станции, либо с борта самолета, основано на измерении скорости распространения звуковых волн от неподвижных или движущихся относительно среды (воздух, водоем) источников колебаний.

С целью повышения точности и достоверности измерений рекомендуется совмещение радиоакустической и акустической систем дистанционного неконтактного контроля приземного слоя атмосферы.

В основе радиолокационных методов наблюдения различных объектов, в том числе природных, лежит область науки и техники — радиолокация. Радиолокационное наблюдение осуществляется тремя способами: 1) облучением объекта радиоволнами и приемом отраженных от него (рассеянных им) радиоволн; 2) облучением объекта и приемом переизлученных (ретранслируемых) им радиоволн; 3) приемом радиоволн, излучаемых самим объектом. При первых двух (активных) способах применяют специальную приемопередающую радиостанцию — радиолокационную станцию, при последнем (пассивном) — приемную.

Радиолокационная станция (PJIC, локатор) — устройство для обнаружения и определения методами радиолокации местоположения объектов в воздухе, на воде или на земле. PJIC широко применяют в военном деле, на транспорте, в астрономии, космонавтике, метеорологии. Радиолокационная станция состоит из мощного радиопередатчика, работающего в метровом, дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн; направленной антенны; радиоприемника, работающего на той же волне, что и радиопередатчик; индикаторного устройства; вспомогательного оборудования (источников электропитания и др.).

Получение изображений местности с помощью радиолокационной аппаратуры, установленной на летательных аппаратах, называется радиолокационной съемкой. Она может проводиться в сложных метеоусловиях и в любое время суток, а также для изучения объектов закрытых снегом, растительностью, рыхлыми отложениями и другим и способна дать дополнительную информацию, которая отсутствует на фотографиях.

В последнее время получает свое развитие лазерный (лидарный) контроль атмосферы. Лазеры — это приборы, испускающие световой луч очень острой направленности, т.е. с очень малой расходимостью световых лучей. Благодаря этому все излучение лазера собирается в пятнышко площадью ~10^-6 см², в котором создается огромная плотность мощности (до 10 ТВт/см²).

Принцип лазерного зондирования атмосферы заключается в том, что лазерный луч при своем распространении рассеивается молекулами, частицами, неоднородностями воздуха, поглощается и изменяет свои физические параметры (частоту, форму импульса и др.). Появляется свечение (флюоресценция), что позволяет качественно и количественно судить о тех или иных параметрах воздушной среды (давлении, температуре, влажности, концентрации газов и т д.). Лазерное зондирование атмосферы осуществляется преимущественно в ультрафиолетовом, видимом и микрометровом диапазонах. Использование лидеров с большой частотой повторения импульсов малой длительности позволяет изучать динамику быстро протекающих процессов в малых объемах и в значительных толщах атмосферы.

Обобщенные результаты вышеперечисленных методов контроля атмосферы позволяют устанавливать закономерности планетарного распределения облачного покрова, определять места зарождения и направление перемещения циклонов, тайфунов, пыльных бурь, аэрозольных и газообразных загрязнителей.

Начиная с 60-х г. в СССР и США проводятся регулярные запуски метеорологических спутников. Запускаются отечественные спутники серии «Космос» и «Метеор», американские спутники серий «Тирос», «Эсса», «Нимбус» и другие. За 1 час спутник накапливает и передает информацию с площади 30 тыс. км². Успешное функционирование космических систем предоставляет большой объем метеорологической информации. Значительное количество этой информации поступало с орбитальной станции «Мир», которая осуществляла непрерывный мониторинг за состоянием природной среды Земли.

Радарная аэросъемка (РАС) — получение изображений местности с помощью радаров, установленных на летательных аппаратах.

Существует разнообразная аппаратура для радарной аэросъемки, которая дает оперативную и подробную информацию. РАС применяют для значительных площадей и получают изображение малых масштабов, благодаря чему радарная аэросъемка является мощным обоб­щающим способом изучения ландшафтных особенностей.

Наземные средства контроля

Биологические методы. Система оценки степени загрязнения атмосферного воздуха, водоемов и почвы, основанная на учете состояния соответствующих экосистем, называется биоиндикацией. Методы биоиндикации основываются преимущественно на двух принципах: регистрации обнаружения характерных организмов (биоиндикаторов) и анализе видовой структуры биоценозов.

Биоиндикатор (indicator — указатель) — организм, вид или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которого можно с большой достоверностью судить о свойствах среды, в том числе о при­сутствии и концентрации загрязнителей.

Согласно В. В. Соколову (1994 г), живые индикаторы имеют большие преимущества, устраняя применение дорогостоящих и трудоем­ких физико-химических методов для определения степени загрязне­ния среды: они суммируют все без исключения биологически важные данные о загрязнениях, указывают скорость происходящих изменений, пути и места скоплений в экосистемах различного рода токсикантов, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека.

В целях биоиндикации используются низшие и высшие расте­ния, микроорганизмы, различные виды животных. Так, чрезвычайно чуткими индикаторами загрязнения воздуха, учитывая особенности их биологии и физиологии, служат лишайники и мхи. Массовая гибель лишайников вызывается относительно малым уровнем загряз­нения воздуха диоксидом серы. Именно по этой причине, как считают специалисты, в окрестностях крупных промышленных городов ряда западноевропейских стран почти полностью исчезли многие виды лишайников. В странах Скандинавии в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами используют сфагновые мхи.

Многочисленные наблюдения показали, что антропогенное загрязнение атмосферы существенно воздействует на высшие растения; изменяет окраску листьев, вызывает некроз (омертвение), опадание листьев, изменение формы роста и ветвления и другие.

Например, типичными признаками повреждения при загрязнении приземного воздуха диоксидом серы являются: у сосны обыкновенной — побурение кончиков игл хвои, у ясеня американского — обширное междужилковое обесцвечивание листьев и т.д. В.А. Вронским (1996 г.) составлена таблица, где даны основные растения — индикаторы загрязнения атмосферного воздуха различными химичес­кими веществами.

Хвойные породы являются наиболее чувствительными к различным химическим загрязнениям воздуха и особенно страдают от диоксида серы. Чувствительность к нему убывает в последовательности: ель — пихта — сосна — лиственница. Надежными индикаторами на озон являются наиболее чувствительные сорта табака, томаты, цитрусовые.

Классические методы изучения ионосферы с Земли сводятся к импульсному зондированию — посылки радиоимпульсов и наблюдения их отражений от различных слоев ионосферы с измерением времени запаздывания и изучением интенсивности и формы отраженных сигналов. Измеряя высоты отражения радиоимпульсов на различных частотах, определяя критические частоты различных областей (критической называется несущая частота радиоимпульса, для которой данная область ионосферы становится прозрачной), можно определять значение электронной концентрации в слоях и действующие высоты для заданных частот, выбирать оптимальные частоты для заданных радиотрасс. С развитием ракетной техники и с наступлением космической эры искусственных спутников Земли (ИСЗ) и других космических аппаратов, появилась возможность непосредственного измерения параметров околоземной космической плазмы, нижней частью которой и является ионосфера.

Измерения электронной концентрации, проводимые с борта специально запускаемых ракет и по трассам полетов ИСЗ, подтвердили и уточнили ранее полученные наземными методами данные о структуре ионосферы, распределении концентрации электронов с высотой над различными районами Земли

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: