Wilgotność  powietrza

Wilgotnością powietrza nazywamy zawartość pary wodnej w powietrzu, w postaci aerozolu bądź pary, podawana jest zazwyczaj w jednostkach względnych. Za 100% w określonej temperaturze przyjmuje się maksymalną zawartość pary wodnej, od której zaczyna się w danych warunkach jej skraplanie. Im wyższa jest temperatura powietrza, tym większa może być zawartość w nim pary wodnej. Wilgotność powietrza w przyrodzie występuje praktycznie wszędzie z wyjątkiem obszarów pustynnych i polarnych. W lesie tropikalnym wilgotność powietrza może dochodzić nawet do 100 procent. Na terenie otwartym odsetek pary wodnej w powietrzu zależy od panujących warunków (głownie opadów atmosferycznych i temperatury). W pomieszczeniach zawartość pary wodnej jest zależna od wielu kształtujących ją czynników:

• Rodzaju aktywności osób przebywających w pomieszczeniu oraz ich liczby.

• Od źródeł wilgoci takich jak: gotująca się woda, procesy technologiczne pochłaniające lub wydzielające parę wodną.

• Wilgotności powietrza na zewnątrz pomieszczenia.

• Techniki wentylacji i ogrzewania pomieszczenia.

Przyjmuje się, że wilgotność odpowiednia dla człowieka zawiera się w przedziale od 40 do 60 procent. Niższa wilgotność powoduje wysychanie błon śluzowych i wzmaga zagrożenia infekcjami, a wyższa skutkuje uczuciem parności. Wilgotność powietrza może być wyrażana na różne sposoby, najczęściej spotykane to:

• Wilgotność bezwzględna – liczba gramów pary wodnej znajdującej się w jednym metrze sześciennym powietrza.

• Wilgotność względna – stosunek ciśnienia cząsteczkowego pary wodnej do prężności nasyconej pary wodnej podawany w procentach.

• Prężność pary wodnej – wywierane przez parę wodną w powietrzu  ciśnienie cząstkowe.

• Wilgotność właściwa – liczba gramów pary wodnej w jednym kilogramie powietrza z tą parą.

Do pomiaru wilgotności powietrza używa się higrometrów (wilgotnościomierzów, gr  hygros - wilgotny, mokry). Przykładowe rodzaje higrometrów:

• Włosowy – pierwotnie używano włosów ludzkich lub zwierzęcych, które zmieniają swoją długość w zależności od pochłoniętej wilgoci (im więcej wilgoci pochłonie tym jest dłuższy). Z powodu słabej powtarzalności wyników i problemów ze standaryzacją włosów obecnie są wykorzystywane głównie w domowych, amatorskich stacjach pogodowych.

• Kondensacyjny – bazujący na zjawisku skraplania się pary na gładkich powierzchniach. W tego typu higrometrach ustala się temperaturę, przy jakiej rosa skrapla się na ściankach higrometru, dzięki czemu poznajemy wilgotność bezwzględną, a następnie przy znajomości  temperatur otoczenia możemy za pomocą wzorów lub wykresów obliczyć wilgotność względną.

• Szczególnym rodzajem higrometru jest psychrometr. Za pomocą dwóch identycznych termometrów, z których jeden pozostaje suchy, a pojemniczek z rtęcią drugiego owinięty jest wilgotnym batystem. Termometr owinięty batystem zawsze pokazuje niższą temperaturę, dzięki czemu na podstawie tablic psychrometrycznych i różnicy temperatur można z dużą dokładnością określić wilgotność powietrza. Metoda ta jest na tyle skuteczna i dokładna, że jest powszechnie stosowana do dziś.

Higrometr włosowy

Współczesny higrometr włosowy

Psychrometr wewnątrz stacji meteo

Mgły

Następstwem ochładzania się powietrza i zmniejszania się jego zdolności do absorpcji pary wodnej jest mgła, czyli zawiesina bardzo małych w przyziemnej warstwie powietrza powodująca ograniczenie widoczności poniżej jednego kilometra. Wyróżniamy trzy rodzaje mgły:

• Adwekcyjna – jest wynikiem poziomego (adwekcyjnego) przemieszczania się ciepłego i zimnego powietrza nad zimną powierzchnią Ziemi. Jest to najczęściej spotykany w praktyce rodzaj mgły morskiej.

• Frontalna – spowodowana oziębianiem się ciepłego i wilgotnego powietrza na granicy frontu ciepłego w miejscu gdzie nasuwa się on na klin frontu zimnego.

• Radiacyjna – powstaje najczęściej na lądzie w czasie bezchmurnych nocy, kiedy nagrzana powierzchnia Ziemi szybko oddaje ciepło ochładzając stykające się z nią powietrze do temperatury poniżej punktu rosy.

Mgła frontalna

Mgła adwekcyjna

Mgła radiacyjna

Widzialność pozioma:

Chmury

Chmury to obserwowane w atmosferze zbiory zawieszonych w atmosferze różnych substancji. Każda planeta, która posiada atmosferę posiada także chmury. Na  Wenus są one tak gęste, że odbijają większość padającego na nie promieniowania słonecznego, jednocześnie uniemożliwiając ucieczkę promieniowania z planety przez co są przyczyną efektu cieplarnianego. Zbudowane są głównie z kropelek kwasu siarkowego. Na Marsie zbudowane z lodu chmury są wysokie i cienkie. Jowisz i Saturn w najniższej części atmosfery posiadają chmury wodne, w części środkowej atmosfery chmury zbudowane z wodorosiarczanu amonu, a w najwyższej zbudowane z amoniaku. Atmosfery  zdominowane przez chmury metanu występują na Uranie i Neptunie. Na Ziemi chmury to zawieszone w powietrzu zbiory bardzo małych kropelek wody, kryształków lodu, kurzu itp.  Są one produktem kondensacji pary wodnej w powietrzu, spowodowanej zmniejszeniem zdolności powietrza do zatrzymywania pary wodnej wraz ze spadkiem temperatury. Każda chmura  przebywa proces życiowy składający się z następujących etapów:

• Tworzenie chmury – osadzanie się cząsteczek wody na jądrach nukleacji (drobinkach kurzu, mikroorganizmach, pyłkach itp. zawieszonych w atmosferze).

•  Rozwój – łączenie się pojedynczych cząsteczek w coraz większe skupiska.

•  Wyparowanie albo opadnięcie jako deszcz lub virga.

Istnieją różne metody podziału chmur:

• Według kształtu:

  - pierzaste,
  - kłębiaste,
  - warstwowe.
  

• Według budowy wewnętrznej:

  - rozciągnięte pionowo,
  - rozciągnięte poziomo.
  

• Według piętra występowania:

  - piętra wysokiego,
  - piętra średniego,
  - piętra niskiego.
  

• Według sposobu powstania:

  - falowe,
  - konwekcyjne,
  - frontowe.
  

Zaobserwowano, że chmury na różnych szerokościach geograficznych występują w różnych przedziałach wysokości:

• W szerokościach międzyzwrotnikowych od średniego poziomu morza do 18 km.

• W średnich szerokościach geograficznych do 13 km.

• Nad obszarami polarnymi do 8 km.

Ze względu na niepowtarzalność budowy oraz wyglądu chmur podzielono je na jedenaście rodzajów. Aby opisać wygląd chmur i wysokość na jakiej się tworzą używa się określeń w języku łacińskim. Taki sposób klasyfikacji został wymyślony w 1803 roku, przez angielskiego chemika Luke`a Howarda. Użył on następujących słów łacińskich: cirrus, które oznacza "lok włosów", stratus, oznaczające "warstwę", cumulus - "stos” oraz nimbus - "ulewa".

Charakterystyka rodzajów chmur:

• Cirrus (Ci) – zbudowana z kryształków lodu chmura pierzasta piętra wysokiego. Występuje w postaci pasm lub ławic o jednolitym połysku, przypomina białe, delikatne włókna, kłaczki.

• Cirrostratus (Cs) – zbudowana z silnie rozproszonych kryształków lodu chmura pierzasto – warstwowa piętra wysokiego. Nadaje niebu przymglony wygląd, występuje w postaci pierzastej białej zasłony o włóknistym wyglądzie. Wywołuje zjawiska halo (spowodowane rozszczepieniem światła na małych kryształkach lodu kręgi świetlne wokół Słońca lub Księżyca o barwie od czerwonej do żółtej).

• Cirrocumulus (Cc) – zbudowana praktycznie w całości z kryształków ludu pierzasto – kłębiasta chmura piętra wysokiego nie przysłaniająca słońca. Występuje w postaci płatków lub ławic o równej rozległości, składa się z małych członów przypominających ziarenka lub zmarszczki.

• Altocumulus (Ac) -  zbudowana z kropelek wody kłębiasta chmura piętra średniego.  Występuje w postaci ławic złożonych z członów między którymi prześwituje niebo. Z tego typu chmur powstają Wigry (charakterystyczne smugi tworzone przez spadający deszcz, który wyparowując nie dociera do powierzchni ziemi).

• Altostratus (As) – zbudowana z kryształków lodu i kropelek wody warstwowa chmura średniego piętra. Ma dużą rozciągłość poziomą, występuje jako szary lub niebieski płat albo warstwa. Widać przez nie niewyraźnie prześwitujące Słońce i Księżyc, daje niewielkie opady deszczu.

• Nimbostratus (Ns) – zbudowana z kropelek wody i kryształków lodu chmura deszczowo – warstwowa. Całkowicie zasłania słońce, dając zazwyczaj ciągłe opady deszczu. Występuje jako rozległa , ciemnoszara, gruba chmura lecąca nisko w towarzystwie innych, mniejszych.

• Stratus (St) – zbudowana z kropelek wody i kryształków lodu chmura niskiego piętra. Podstawa chmur może przysłaniać wierzchołki gór, przy bezwietrznej pogodzie występuje jako mglista, jednolita warstwa. Zasłaniają słońce i księżyc, ale bywają tak cienkie, że widać zarysy słońca i księżyca, mogą przynieść opady mżawki lub śniegu.

• Stratocumulus (Sc) – zbudowana z małych kropelek wody chmura warstwowo – kłębiasta rzadko przynosząca opady deszczu. Jest biała lub szara, występuje jako płat, warstwa lub ławica złożona z zaokrąglonych, regularnie ułożonych członów, brył, między którymi czasem prześwituje błękit.

• Cumulus (Cu) – zwarta, o wyraźnych zarysach, zbudowana z kropelek wody, kłębiasta. Cumulus rozwija się pionowo, podstawa pozostaje zwykle ciemniejsza, spłaszczona i ułożona bardziej poziomo. Chmura przybiera kształty kopułowate, w słońcu jest biała i lśniąca.

• Cumulonimbus (Cb) – zbudowana z kropelek o różnych wielkościach, kryształków lodu, płatków śniegu i gradu chmura kłębiasto – deszczowa. Przybiera kształt wieży o dużej rozciągłości pionowej, jest gęsta i ciemna u podstawy, a u góry gładka, włóknista lub prążkowana i prawie zawsze spłaszczona na kształt kowadła lub wachlarza. Cumulonimbusowi towarzyszą zwykle silne porywy wiatru, błyskawice i silne, przelotne opady deszczu.

Rodzaje chmur

Altocumulus

Altocumulus

Altostratus

Altostratus

Cirrocumulus

Cirrocumulus

Cirrostratus

Cirrostratus

Cirrus

Cirrus

Cumulonimbus

Cumulonimbus

Cumulus

Cumulus

Nimbostratus

Nimbostratus

Stratocumulus

Stratocumulus

Stratus

Stratus

Zachmurzenie nieba jest to stopień zakrycia nieba przez chmury. Jego wielkość ocenia się wizualnie, bez użycia żadnych przyrządów. Stosowane są różne skale i oznaczenia, oto jedna z niech:

Opady atmosferyczne

Opadem atmosferycznym nazywamy ogół spadających na powierzchnię ziemi produktów kondensacji pary wodnej w stanie stałym lub ciekłym. Wyróżniamy opady: deszcz, mżawka (różni się od deszczu wielkością spadających kropel wody, dla mżawki kropla wody ma mniej niż 0,5 mm), śnieg, krupa (zbite kulki śnieżne, bądź śnieżne otoczone warstewką lud, o średnicy od 1 do 15 mm), grad. Do opadów atmosferycznych nie zalicza się rosy, szadzi ani szronu.  Ilość opadu podaje się w litrach na metr kwadratowy, bądź w milimetrach wysokości, jednostki te są sobie równe. Opady klasyfikujemy ze względu na:

1. Przyczyny powstania:

• orograficzny – spowodowany ruchem chmur w górę przy przechodzeniu nad górami, kiedy masy powietrza będące wyżej ochładzają chmury.

Opad orograficzny

• konwekcyjny – masy nagrzanego i wilgotnego powietrza wznoszą się w obszary niższej temperatury, gdzie po osiągnięciu punktu rosy para wodna skrapla się. W ten sposób powstają chmury typu cumulonimbus.

Opad konwekcyjny

• frontowy – występuje w obszarze stykania się ciepłych i chłodnych mas powietrza, często towarzyszą mu wyładowania atmosferyczne

Opad frontowy

2. Czas trwania:

• opad ciągły – trwający bez przerw przez minimum godzinę z zakrywających całe niebo chmur typu stratocumulus, altostratus lub nimbostratus.

• opady przerywany – padający z chmur typu stratocumulus i altostratus, które przysłaniają niebo całkowicie lub w znacznej mierze nawet wtedy, gdy nie pada.

• opady przelotne – spowodowane przez chmury typu cumulus i cumulonimbus pojawiające się i przechodzące bardzo szybko. Trwają krótko, a pomiędzy nimi pojawia się bezchmurne niebo.

Na Ziemi opady są nierównomierne. Spowodowane jest to kilkoma czynnikami, takimi jak:

• Szerokość geograficzna – im dalej od biegunów Ziemi tym opady są większe, co spowodowane jest zróżnicowaniem temperatur (im bliżej równika tym temperatury wyższe) co skutkuje większą zdolnością powietrza do przechowywania pary wodnej. Jednak opady nie zmieniają się w pełni zgodnie z szerokością geograficzną, ponieważ wpływ na ilość opadów ma również ciśnienie atmosferyczne. W strefach wysokiego ciśnienia średnie opady są niższe, natomiast w strefach wonieskiego ciśnienia wyższe.

• Oddalenie od oceanów – w strefach znajdujących się bliżej oceanów opady są znacznie wyższe. Jednak także tutaj nie następuje zgodność w ilościach opadów i oddaleniu od oceanów, ponieważ znaczący wpływ mają ruch wilgotnych i suchych mas powietrza (np. nawet w niewielkiej odległości od oceanu jeśli przeważa cyrkulacja powietrza ze strony lądu w stronę oceanu opady mogą być stosunkowo małe).

• Wysokość nad poziomem morza – ze wzrostem wysokości opady rosną, jednak tylko do wysokości inwersji opadowej (do pasa wysokości ponad którym dochodzi do zmniejszenia opadów w górach, zwykle około jednego – dwóch kilometrów powyżej podstaw,  związanych z ilością pary wodnej w atmosferze).

• Rzeźba terenu – na zboczach wystawionych na napływ wilgotnych mas powietrza opady są wielokrotnie większe niż po stronie tzw. cienia opadowego.

• Prądy morskie – zimne prądy w znacznie mniejszym stopniu sprzyjają wzrostowi niż ciepłe, ponieważ zimna woda słabiej paruje.

przekrój pionowy frontu ciepłego i chłodnego

przekrój pionowy frontu zokludowanego

Największe średnie ilości opadów na Ziemi występują w strefie między 10° szerokości geograficznej N i 10° szerokości geograficznej S i wynoszą ponad 2000 mm w ciągu roku. Takie ilości opadów związane są z deszczami zenitalnymi i silnymi wstępującymi ruchami mas powietrza. Największe zanotowane ilości opadów to 20 000 mm w Czerrapundżi u podnóży Himalajów oraz 11 000 mm w indyjskiej prowincji Assam. Następnie średnie roczne opady maleją w stronę zwrotników, gdzie wynoszą ok. 250 mm w ciągu roku. Związane jest to z wyżami podzwrotnikowymi, w strefie których występują obszary pustynne z rzadkimi lub bez żadnych opadów. Dalej, w strefie umiarkowanych szerokości geograficznych opady wzrastają do 500 – 1000 mm rocznie zależnie od miejsca i wpływu innych czynników opadotwórczych. W stronę biegunów opady znowu maleją i wynoszą poniżej 250 mm rocznie. Oprócz tego opady na Ziemi związane są z porami roku. Zależnie od pór roku wyróżnia się typy opadów:

• Równikowy – całoroczne opady z maksimami w czasie dwóch równonocy.

• Zwrotnikowy – z porą deszczową trwającą przez kilka miesięcy okresu najwyższego położenia Słońca.

• Podzwrotnikowy – opady występują głównie w porze chłodnej i minimalizują się latem.

• Monsunowy zwrotnikowy – pora sucha występuje zimą, a pora deszczowa latem.

• Kontynentalny umiarkowanych szerokości geograficznych – niewielkie opady w ciągu całego roku, mniejsze zimą i większe w czasie lata.

• Morski umiarkowanych szerokości geograficznych – opady występują przez cały rok, zwiększają się zimą.

• Polarny – przez cały rok występują bardzo niskie opady.

Roczne opady na świecie

Średnie opady dla Polski

 Bibliografia:

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Wilgotno%C5%9B%C4%87_powietrza

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Higrometr

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Wilgo%C4%87

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Chmury

• http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1__Chmury/ -_Rodzaje_chmur_3mj.html

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Mikrofizyka_chmur

• http://www.forum.biolog.pl/tematy27/chmury-vt5069.htm

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Opad_frontowy

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Opad_konwekcyjny

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Opad_orograficzny

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Opad_atmosferyczny

• http://www.gridw.pl/raport_pl/caly/rys6.htm

• http://geografik.webpark.pl/opady.html

• http://zagle.pogodynka.pl/index.php/opis-chmur/r-ch

• http://ga.water.usgs.gov/edu/watercyclepolish.html#streamflow

• Andrzej Kolaszewski Piotr Świdwiński „Żeglarz i sternik jachtowy” wydanie 17 zmienione Wydawnictwo Almapress Warszawa 2008 str. 193 - 215

Zdjęcia:

• http://pogodynka.republika.pl/chmburz.jpg

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Konvektionsregen.jpg

• http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:HairHygrometer.PNG&file timestamp=20061025072438

• http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Stevenson_screen_interior .JPG&filetimestamp=20050730043850

• http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Haar-Hygrometer.jpg&file timestamp=20050826125806

• http://ga.water.usgs.gov/edu/graphics/polish/wcprecipitationworldmap.gif

• http://www.wiking.edu.pl/upload/geografia/images/polska_opady_roczne.gif

• www.encyklopedia.servis.pl/ wiki/Opad_orograficzny

• http://xtec.net/~ftrillo/imatges%20nuvols/cirrus.jpg

• http://www.carlwozniak.com/clouds/Graphics/New%20Pix/clouds10.jpg

• http://www.tar.hu/csengeri/felho/Naplemente2.jpg

• http://www.carlwozniak.com/clouds/Graphics/New%20Pix/clouds39.jpg

• http://home.himolde.no/~molka/clouds-cirrocumulus.jpg

• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Cirrocumulus_and_ partial_halo_on_Cirrostratus_over_Warsaw,_June_26,_2005.jpg

• http://meteo.deluxe-players.es/fotos_galeria/fotos_internacionals/viatges_ toni_guillem_rigo/altocumulus_lenticularis_sicilia_ita.JPG

• http://www.victoriaweather.ca/resources/Clouds/altocumulus.jpeg

• http://www.atmos.ucla.edu/~bstevens/rico/photos/Sites-Images/341.jpg

• http://www.desktops-wallpapers.com/Exports%20from%20Aperture/Clouds/ 1280_1024/sun_shining_through_altostratus.jpg

• http://www.desktops-wallpapers.com/Exports%20from%20Aperture/Clouds/ 1280_1024/nimbostratus_and_rainbow.jpg

• http://www.desktops-wallpapers.com/Exports%20from%20Aperture/Clouds/ 1280_1024/nimbostratus.jpg

• http://www.capetownskies.com/full-size-favourites/20_lenticular_layers.jpg

• http://www.maltaweather.info/05_cunim_city.jpg

• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/44/Iridescent_Cirrus_ behind_Stratocumulus_over_Warsaw,_June_26,_2005.jpg

• http://www.holagarta.wz.cz/metodika/images/mraky/stratocumulus1.jpg

• http://frecklescassie.files.wordpress.com/2007/02/cumulus-cloud.jpg

• http://www.edupic.net/Images/Science/clouds650.JPG

• http://www.weatherfiles.com/wp-content/thunderstorm.jpg

• http://www.capetownskies.com/full-size-favourites/10_cumulonimbus.jpg

• http://meteorologiaonline.republika.pl/chmury4.jpg

• http://ocean.am.gdynia.pl/student/meteo1/mgly/IMG_0279s.jpg

• http://www.pasieka.rostkowski.info/images/tapety/photos/mgla.jpg

• Pozostałe zdjęcia pochodzą z książki:
  Andrzej Kolaszewski Piotr Świdwiński „Żeglarz i sternik jachtowy” wydanie 17 zmienione Wydawnictwo Almapress Warszawa 2008 str. 193 - 215

Autor opracowania:

Jan Górecki