Légköri vízzel kapcsolatos mérések TGBL1116 Meteorológiai műszerek

2009.10.26.

Légköri vízzel kapcsolatos mérések TGBL1116 Meteorológiai műszerek Bíróné Dr. Kircsi Andrea Egyetemi adjunktus DE Meteorológiai Tanszék Debrecen, 2009/2010 I. félév

Levegő vízgőztartalma – légnedvesség Kondenzálódott víz:  Felhő, köd  Csapadék: mikro- és makrocsapadék

Párolgás http://web.mit.edu/wplp/course/f98stud/bw/fmhydrol.htm

Hidrológiai ciklus  A Föld vízkészlete ≈ 2 milliárd km3 (kb. 2 1018 tonna)  Ennek 15 %-a kémiailag kötött  A maradék 1,4 milliárd km3 a globális víztározókban található.

Hidrológiai ciklus A légköri víz kb. 13.000 km3 : 99% troposzférában Ha mind kihullna → 25 mm csapadékot jelentene (átlagosan 1000 mm az évi csapadékmennyiség) 1 év alatt kb. 40-szer újul meg a légköri vízkészlet → tartózkodási idő 9 nap. (Ha 900mm/25mm=36x újul 356/36=10.1nap) 97,6%-a légnemű halmazállapotú, 2,2%-a pedig szilárd vagy cseppfolyós halmazállapotban található a légkörben. száraz levegő + vízgőz = nedves levegő

http://blue.utb.edu/paullgj/geog3320/lectures/earthenergy.html

Mérések fontossága

A levegő nedvességtartamának mérése

A levegő pillanatnyi nedvességtartalmának és változásának ismerete számos területen kerül felhasználásra:  Meteorológiai analízis, előrejelzés, éghajlati kutatások  Mezőgazdaság, hidrológia, tengerészet, környezetvédelem, környezeti kutatások

1

2009.10.26.

Légnedvesség mérőszámai Keverési arány (r): vízgőz (mv) és a száraz levegő (ml) tömegének hányadosa. [kg/kg] r

mv e  0.622 ml p

Abszolút nedvesség (a): térfogategységnyi nedves levegőben lévő vízgőz tömege. [kg/m3] a

m V

v

Fajlagos, vagy specifikus nedvesség (q): tömegegységnyi nedves levegőben lévő vízgőz tömege. [kg/kg] mv a q

mv  ml



Légnedvesség mérőszámai Gőznyomás (e’): A nedves levegőben lévő vízgőz parciális nyomása. [hPa] Telítési gőznyomás (e’w) (e’i): Adott hőmérsékleten a párolgás és kondenzáció dinamikus egyensúlyban van. Erre az állapotra vonatkozó gőznyomás a telítettségi gőznyomás. Függ: a levegő hőmérsékletétől, oldatkoncentráció, vízfelszín alakjától, a víz halmazállapotától. Emiatt vízfelszínre és jégfelszínre adjuk meg. [hPa]

a  l

Légnedvesség mérőszámai Relatív nedvesség (U): Adott hőmérsékleten és nyomáson a levegőben lévő vízgőz nyomása hány %-a az adott hőmérséklethez tartozó telítési gőznyomásnak. [%] Harmatpont (Td): Az a hőmérséklet, ahol a nedves levegő telítetté válik adott nyomáson. [°C]

Telítési gőznyomás függése a hőmérséklettől

Telítési gőznyomás Gőznyomás

Telítési hiány

Harmatpont

Telítési gőznyomás függése a hőmérséklettől

Telítési gőznyomás Gőznyomás

Légnedvességmérők higrométerek 1. Abszorpciós – nedvszívóképességtömegváltozás 2. Hajszálas – hosszváltozás 3. Membrán higrométerek - aranyütőhártya 4. Pszichrométerek – termodinamikai módszer 5. Kondenzációs – harmattükör – a harmatpont mesterséges előállítása 6. Elektromos higrométerek – légmagvas kondenzátor kapacitásának a mérése

Harmatpont Harmatpont depresszió

2

2009.10.26.

Abszorpciós higrométerek Abszolút nedvesség mérése nagy pontossággal történik Elsődleges standard műszerek a gravimetrikus higrométerek – laboratóriumokban használják Ismert tömegű nedvszívó anyagon vezetik át az ismert térfogatú levegőt. P2O5 (foszfor pentoxid) vagy Mg(ClO4)2 Magnézium perklorát

Hajszálas higrométer

Abszorpciós higrométerek

1m3

P2O5

Hajszálas higrométerek

Zsírmentesített szőke hajszálköteg hosszváltozása Relatív nedvesség Higrográf 10 perc beállási idő Nemcsak a hossza, átmérője is változik Szennyeződés – kiszáradás hibaforrások Nem túl pontos 5% Termohigrográf

Poliméter Az állomás-higrométer tökéletesített változata, Hőmérőjéről a hőmérséklet és a hozzá tartozó telítési gőznyomás olvasható le, Légnedvesség-mérőjéről a relatív nedvesség és a telítettségi hiány olvasható le.

Poliméter

3

2009.10.26.

Leonardo da Vinci higrométere Membrános higrométer – érzékelője aranyütőhártya

http://www.fortunecity.com/olympia/tilden/186/weather/

Pszichrométer Termodinamikai úton méri a levegő nedvességtartalmát Száraz – nedves hőmérőpár Nedves hőmérő alacsonyabb értéket mér. A pszichrométeres különbség a levegő nedvességtartalmának függvénye – annál nagyobb minél szárazabb a levegő

Pszichrométer táblázat

http://www.museoscienza.org/English/leonardo/igrometro.asp

Pszichrométer Nedves hőmérőt két hőhatás éri: Hőt veszít – párolgás révén Hőt nyer – külső T függvényében Egyensúly alakul ki

c( t  t ' )  c'

E -e p

e  E  Ap (t  t ' ) A - kísérleti úton meghatározott konstans

August-féle pszichrométer  Egyszerű kivitel  Számos hibaforrás  a szélcsend illetve a változó szélsebesség befolyásolja a párolgás intenzitását,  Megoldás:a párolgás számára aspirátorral előidézett állandó légáramlást vezetnek (egységes szélviszonyok) a nedves hőmérőhöz.

4

2009.10.26.

Assmann-féle szellőztetett pszichrométer

Pszichrométer

Kondenzációs higrométerekharmattükör  Harmatpont mesterséges előállítása – telítési gőznyomás előidézése – levegő gőznyomása – relatív nedvesség  Tükör alatt éter, vagy gyorsan párolgó anyag  Lassan hűt – tükör elhomályosodik (alacsony )  Lassan melegít – tükör kitisztul (magas )  A kettő átlaga adja a harmatpontot

Kondenzációs higrométerek- harmattükör  Automatizált: fotocella érzékeli a tükör elhomályosodását  Fényforrás ferdén világítja meg a tükröt – keletkező vízcseppek révén jut fény a fotocellába  Hűtés szárazjéggel hűtött alkohol  Fűtés után termoelem méri a hőmérsékletet

Lambrecht-féle harmattükör

LiCl bevonatú érzékelő kondenzációs higrométeren  Ellenállásmérésen alapul a harmatpont mérése  Higroszkópos tulajdonságú LiCl sóoldat felett a gőznyomás alacsonyabb  A bevonat vizet vesz fel a környezetéből  Sóoldatot melegítjük – egyensúlyi hőmérséklet  Ez arányos a levegő gőznyomásával – a levegő harmatpontjával

Légmagvas kondenzátor Kapacitás mérés A légmagvas kondenzátor töltéstároló-képessége változik A kondenzátor kapacitása arányosan változik a levegő nedvességtartalmával

5

2009.10.26.

Követelmények

Standard higrométerek követelményei

Higrométerek elhelyezése Előírások sokban hasonlítanak a hőmérők elhelyezésére Műszert védeni kell a direkt sugárzástól csapadéktól, széltől, szennyezőanyagoktól Igyekezni kell kerülni, hogy a műszer közvetlen környezetében helyi mikroklíma alakuljon ki . Általában a faházikó képes vizet abszorbeálni, mely befolyásolhatja a légnedvesség méréseket. Egyes műszerekre és éghajlati területekre speciális előírások vonatkozhatnak.

Köszönöm a figyelmet! Bíróné Kircsi Andrea [email protected] http://meteor.geo.klte.hu

6