MÉRNÖKI METEOROLÓGIA (BME GEÁT 5128)
Bevezetés, alapfogalmak, a légkör jellemzői, összetétele, kapcsolat más szférákkal
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Áramlástan Tanszék, 2008 Dr. Goricsán István
WIND ENGINEERING
© Balczó Márton, 2007
1
WIND ENGINEERING
© Rácz Norbert, 2007
© Balogh Miklós, 2007
A LÉGKÖR KIALAKULÁSA
•Föld kialakulása ~ 4,6 milliárd éve •Ősbolygó légköre: H2, He, CH4, NH3, H2O, H2S •Kémiai reakció a Föld szilárd alkotóelemeivel, disszipáció, elsődleges METEOSAT-műholdkép a Földről atmoszféra eltűnt (szél) 1994.július 23.
•Másodlagos atmoszféra: vulkáni gázok+vízgőz S, H2, N2)
(CO2, H2O,
•Vékony réteg a felszín felett •Hosszúhullámú sugárzás elnyelése •Hőmérséklet emelkedése (3,5-3,6 milliárd éve 0 ºC)
EUMETSAT-felvétel, www.met.hu
•Vízgőztartalom emelkedése » víz körforgása » ősóceánok kialakulása •Első puhatestűek megjelenése ~ 1 milliárd éve •UV akadálytalanul jut el a vízfelszínre » élet ~10 m mélyen (elegendő fény) •Fotószintetizáló élőlények anyagcseréje révén O2 feldúsulás » szárazföldi élet •UV sugárzás O2 » O3 » ózonpajzs kialakulása
2
AZ ATMOSZFÉRA SZERKEZETE ÉS JELLEMZŐI I. (ISA, ICAO) •Tömege: MA=5,19·1015 t (MF=5,98·1021 t ) •50%-a 5,5 km alatt; 99%-a 30 km alatt •ICAO Standard Atmosphere jellemzői 45° szélességre •Átlagos tengerszinti légnyomás: p0= 1013.25 mbar •Eddig mért max/min: pmax= 1079mb, pmin= 877 mb •Hőmérsékleti gradiens a troposzférában: -0,0065 K/m •Léghőmérséklet tengerszinten: 15°C (288,15K) •Közepes molekulasúly: 28,9644 kg/mol •Sűrűség a tengerszinten: 1,225 kg/m3 •Univerzális gázállandó: 8314,32 J/mol·K •Homoszféra ~90 km magasságig, levegő összetétele azonos •Heteroszféra >90 km gázok molekulasúly szerint rendeződnek
AZ ATMOSZFÉRA SZERKEZETE ÉS JELLEMZŐI II. (ISA)
3
SZFÉRÁK JELLEMZÉSE Troposzféra Trópusokon 16-18 km, sarkkörön ~10 km, Időjárási jelenségek, üvegházhatás Atmoszféra tömegének ~80%-a
Tropopauza (1-2 km vastag) Sztratoszféra Hőmérséklet ~ 20 km-ig állandó felette emelkedés két „lépcsőben”, Ozonoszféra 20 km felett, maximum 20-30 km
Sztartopauza (48-50 km) Mezoszféra Izotermia majd csökkenés, minimum ~180K 79-80 km magasságban
Mezopauza (78-80 km) Termoszféra (Ionoszféra) Izotermia majd rohamos növekedés, 220K ~100 km magasságban, Nap erősen ionizálja az itt található gázokat, Sarki fény, Nemzetközi Űrállomás
Termopauza Exoszféra Felső határa ~10000 km, hőmérséklete ~ 1000 ºC
LÉGKÖR ÖSSZETÉTELE Összetevő Állandó összetevők N2 O2 Ar Ne He Kr Xe
Térfogat % 78,084 20,946 0,934
Tartózkodási idő 106 év 5·103 év
18,18 5,24 1,14 0,087
Változó összetevők CO2 CH4 H2 N2 O O3 Erősen változó összetevők CO H2O (vízgőz) NO2 NH3 SO2 H2S
ppm
354 2 0,5 0,31 0,04
15 év 4 év 6,5 év 8 év ~2 év
0-0,05
~0,3 év (100 nap) 10-14 nap ~6 nap ~7 nap ~4 nap ~2 nap
0-4 0-0,003 0-0,02 0-0,002 0-0,003
4
IDŐ, IDŐJÁRÁS, ÉGHAJLAT
Idő: a levegő pillanatnyi fizikai állapota (az állapotjelzők - légnyomás, hőmérséklet, mozgási viszonyok, nedvességtartalom, felhőzet, csapadék stb. - pillanatnyi értéke) Időjárás: e paraméterek időbeli alakulása Éghajlat: adott hely lehetséges időjárásainak rendszere. Növekvő időlépték. A mérnöki szemléletben mindhárom lépték szerepet kap.
KAPCSOLAT MÁS SZFÉRÁKKAL HIDROSZFÉRA
KRIOSZFÉRA
Folyékony halmazállapotú vizek
Hó és jégtakaró
ATMOSZFÉRA LITOSZFÉRA
BIOSZFÉRA
Kontinensek és szigetek Földi vegetáció, kontinentális fauna, óceánok faunája és flórája + EMBER
5
KÖLCSÖNHATÁS A SZFÉRÁK KÖZT I.
HIDROSZFÉRA <> ATMOSZFÉRA:
HŐÁTADÁS: hidroszféra: nagy hőkapacitás hőmérsékletszabályzás az atmoszférában ANYAGÁTADÁS:hidroszféra + atmoszféra: víz-körfolyamat (párolgás, kondenzáció, csapadékképződés, elfolyás). Óceánok: kondenzációs magvak forrásai. Csapadék: az óceáni sókoncentráció befolyásolója. IMPULZUSÁTADÁS: a tengeráramlásokat többek között az állandó jellegű szélrendszerek tartják fenn
KRIOSZFÉRA <> ATMOSZFÉRA:
HŐÁTADÁS: krioszféra: fokozott EM-sugárzás-visszaverő és igen alacsony hővezető képesség - az atmoszféra termodinamikai folyamatait befolyásolja a levegő erős lehűlése a jég- és hófelszínek felett: stabilizáló (áramlást mérséklő) tényező
KÖLCSÖNHATÁS A SZFÉRÁK KÖZT II. LITOSZFÉRA <> ATMOSZFÉRA:
HŐÁTADÁS: litoszféra: mozaikszerűen változatos hőelnyelő és EM-sugárzás-visszaverő képesség, eltérő talajnedvességi viszonyok - egyenetlen energetikai viszonyok (egyenetlen melegedés) - mikroklimatikus folyamatok kialakítása légmozgások forrásai ANYAGÁTADÁS: pl. vulkáni tevékenység: CO2, aeroszol, gázok: üvegházhatás módosítása, kondenzációs magvak (csapadék). Csapadék visszajutása a litoszférára. IMPULZUSÁTADÁS: mechanikai turbulencia a légmozgásban; energia-disszipáció. Szélerózió.
BIOSZFÉRA <> ATMOSZFÉRA:
bioszféra: módosítja a felszín érdességét, visszaverő képességét, párologtató képességét, hőkapacitását, a csapadék elfolyását. Hatást gyakorol a CO2- mérlegre és az oxigén-körfolyamatra. Alakítója és szenvedő részese a klímának. ANTROPOGÉN HATÁSOK (állattartás, növénytermesztés, erdőirtás, erdősítés, urbanizáció, iparosodás légszennyezés).
6
