A víz fázisdiagramja A légköri vízgőz mennyiségének mérése
Alapfogalmak
A vízgőz telítési gőznyomása
• Harmatpont: Az a hőmérséklet, amelyhez tartozó telítési gőznyomás a vízgőz aktuális parciális nyomása
• Abszolút nedvesség: térfogategységben foglalt vízgőz tömege
m⎡ g ⎤ Ha = ⎢ 3 ⎥ V ⎣m ⎦
• Keverési arány:
r=
Clausius-Clapeyron egyenlet:
1000
Telítési gőznyomás [Pa]
• Relatív nedvesség: vízgőznyomás és a telítési p vízgőznyomás hányadosa Hr = v ⋅ 100% pt
10000
100
log p = −
10
1
A +B T
0.1 -80
-60
-40
-20
0
20
40
Hőmérséklet [°C]
mv [ppm] msz
Miért fontos a vízgőz mérése?
Időjárás-előrejelzés
• Idő Időjárás elő előrejelzé rejelzés • Környezetvé rnyezetvédelem • Éghajlati vá változá ltozások elő előrejelzé rejelzése (GCM) • A lé légkö gkör fizikai és ké kémiai folyamatainak megé megérté rtése
1
A ví vízgő zgőz szerepe a lé légkö gköri folyamatokban
A víz körforgása
• A ví víz kö körforgá rforgása • Az OHOH-gyö gyökök forrá forrása • Üveghá vegház hatá hatású gáz • Felhő Felhőképző pződés/kö s/ködké dképző pződés • A lé légré grétegek kö közti energiacsere kö közvetí zvetítője
A vízgőz eloszlása a légkörben
A vízgőz mint az OH-gyökök forrása • ózon elektrolí elektrolízise+ví zise+vízgő zgőz • légkö gkör tisztí tisztító folyamatai
1% 99%
A ví vízgő zgőz mint üveghá vegház hatá hatású gáz
• savas eső esők kialakulá kialakulás
A vízgőz mint üvegház hatású gáz – pozitív visszacsatolás üveghá vegház hatá hatás
több ví vízgő zgőz kerü kerülhet a levegő levegőbe
hőmérsé rséklet emelkedik
2
Felhőképződés
Felhőképeződés
• Harmatpont elé elérésekor kondenzá kondenzáció ció
• Kondenzá Kondenzáció ciós mag szü szüksé kséges
• Légkö gköri frontok,
hegysé hegységek, felszá felszálló lló meleg levegő levegő
A vízgőz szerepe az energiatranszportban
A levegő vízgőztartalmának mérése Meteoroló Meteorológiai mé mérések
Idő Időjárás-elő előrejelzé rejelzés
Légkö gkörkutatá rkutatási mé mérések
Éghajlatghajlat-kutatá kutatás, éghajlati modellek
Párolgá rolgás – energia leadá leadás
Kondenzá Kondenzáció ció – energia felvé felvétel
Nedvességmérő mérleg
•inin-situ mérések •szimulá szimuláció ciós mé mérések
Hajszálas higrométer
Nedvessé Nedvességská gskála Hajszá Hajszál
3
Pszichrométer
Hőelemes nedvességmérő
Nyomáskülönbség nedvességmérő
Gravimetrikus nedvességmérő
Elektrolítikus higrométerek
Diffúziós nedvességmérő
• P2O5 • elektrolí elektrolízis hatá hatására áram keletkezik
• főleg magas
nyomá nyomáson érzé rzékeny
4
A vízgőz mennyiségének magasság szerinti változása 15
3,5
4 6
10
Szimulációs mérések • Forschungszentrum Karlsruhe
200
• 80 m3-es alumí alumínium
400
10
250
1000 5
600
tartá tartály
Nyomás (mbar)
Magasság (km)
50
• Kontrollá Kontrollált mé mérések • Csak bizonyos
3000
hatá határfelté rfeltételek mellett
800
1000
0 Jan. Febr. Márc. Ápr. Máj. Jún. Júl. Aug. Szept. Okt. Nov. Dec.
A légkör vízgőztartalmának in-situ mérése • • • • •
Földi telepí telepítésű távérzé rzékelő kelők – LIDAR (light (light detection and ranging) • éjszaka • jó térbeli felbontá felbontás (3 m) • érzé rzékeny
Földi eszkö eszközök Műholdak Ballonok Kutató Kutató-repü repülőgépek Rádió ó szondá di szondák
A légkör vízgőztartalmának in-situ mérése
Földi telepí telepítésű távérzé rzékelő kelők Rádió diószondá szondák • 10 km magassá magasságig • mikrohullá mikrohullámú sugá sugárzá rzás
• • • • •
Földi eszkö eszközök Műholdak Ballonok Kutató Kutató-repü repülőgépek Rádió diószondá szondák
5
Műholdas mérések
Műholdas mérések – GEOS-8
Teljes ví vízgő zgőztartalom mé mérése Pálya szerint: • geostacioná geostacionárius • polá poláris
• 3000 km x 3000 km 41 sec alatt • 1 K pontossá pontosság
Megfigyelé Megfigyelés szerint: • földfelszí ldfelszín sugá sugárzá rzása • napsugá napsugárzá rzás Mérési tartomá tartomány szerint: • látható tható • mikrohullá mikrohullámú • infravö infravörös
Műholdas mérések – GEOS-8 GOESGOES-8 • 1 lá látható tható, 4 IR érzé rzékelő kelő • rossz fü függő ggőleges felbontá felbontás
Műholdas mérések – SAGE II.
Műholdas mérések - EUMETSAT EUMETSAT
Műholdas mérések - GPS
• SAGE II (Stratospheric (Stratospheric Aerosol
• Global Positioning
•
• Ismerve a vevő vevő helyé helyét,
•
and Gas Experiment II) Earth Radiation Budget Satellite (EBRS) 1 kmkm-es felbontá felbontás
System
a jel idő időkéséséből a légkö gkör ví vízgő zgőztartalma meghatá meghatározható rozható
6
A légkör vízgőztartalmának in-situ mérése • • • • •
Földi eszkö eszközök Műholdak Ballonok Kutató Kutató-repü repülőgépek Rádió diószondá szondák
A tükrös harmatpontmérő
Ballonos mérések • 30 kmkm-es mé mérési • •
magassá magasság elő előre nem meghatá meghatározható rozható mérési hely rádió diószondá szondás mérések
Kvarc kristály oszcillátorok • rezonanciarezonancia-frekvencia mérése
• 0-10000 ppm • aká akár 0,05 ppm • • • •
-90 °C - +40 °C 0,1 °C pontossá pontosság válaszidő laszidő: né néhány perc túlhű lhűlt ví víz, szennyezé szennyezések
Kapacitás szenzorok
detektá detektálási kü küszö szöb
Rádiószondák
• Al2O3 • Al és Au elektró elektródok • inin-line mérések • -110 °C - +80 °C • gyakori kalibrá kalibrálás
7
A légkör vízgőztartalmának in-situ mérése
Lyman-alpha higrométer
• 0,2 ppm érzé rzékenysé kenység • ~300 mbar nyomá nyomásig
Kutatórepülőgépek NASA ERER-2
• • • • •
Földi eszkö eszközök Műholdak Ballonok Kutató Kutató-repü repülőgépek Rádió diószondá szondák
Optikai abszorpciós rendszerek BeerBeer-Lambert törvé rvény:
M55 Geophysica
I0 − I =σ0NL I0
Airbus A340
Menetrendszerinti repülőgépek 60 50
22
47
40
Latitude (°N)
Repülőgépre telepített TDLAS berendezés
30 20
6
10 0 -10 -20 -30 -40 -100 -80 -60 -40 -20
0
20
40
60
80
Longitude (°E)
8
Fotoakusztikus jelkeltés
Fotoakusztikus mérőrendszer Fotoakusztikus kamra Lézer
Elektronika Lézer vezérlés Jelfeldolgozás
Mikrofon
Számítógép
CARIBIC – fotoakusztikus mérőberendezé berendezés
MEASURED H2O MIXING RATIO (ppm)
Kalibráció 10000
1000
100
10
1 1
10
100
1000
10000
REFERENCE H 2 O CONCENTRATION (ppm )
CARIBIC – mérési eredmények CARIBIC flight LH-158 Manila - Guangzhou 06 July 2006
10000
H2O (ppmv)
CARIBIC – fotoakusztikus mérőberendezé berendezés
Teljes víz (vízgőz + felhő) Vízgőz
1000
100
12:20
12:40
13:00
13:20
13:40
Idő
9
A légköri mérések jövője
Éghajlati modellezés • Minden platform mé mérése szü szüksé kséges á zis • Közös adatbá adatb • Modellek tö tökéletesí letesítése
10
