Задание 3. 1.Дать определение радиоционного баланса и его составляющих.

Задание 1.

1.Дать определение радиоционного баланса и его составляющих.

2. Вычислить радиоционный баланс.

1. Радиоционный баланс - разность между приходящими к земной поверхности и уходящими от нее потоками лучистой энергии.

В = S + D + Еа—R— Е

где S — прямая радиация солнца, D — рассеянная радиация, Еа —длинноволновое (тепловое) излучение атмосферы, направленное к земной поверхности; R — отражённая радиация, Е — длинноволновое (тепловое) излучение земной поверхности. Составляющие радиоционного баланса измеряются в Вт/м². Зависит от высоты солнца, обусловленной временем суток, временем года и географической широтой, а также от отражат. способности поверхности, прозрачности атмосферы, облачности и др. факторов.

2. Задача.

Задание 2.

1. По данным таб.2 построить градик годового хода температуры воздуха.

2. Определить амплитуду годового хода температуры.

3. Определить даты перехода среднесуточной температуры воздуха через 0, 5 и 10°С. Вычислить продолжительность периодов с температурой выше 0°С, выше 5°С (период вегетации озимых) и выше 10°С (период активной вегетации).

4. Вычислить сумму активных (выше 10°С) температур за каждый месяц, а также в целом за весь период активной вегетации.

2. Амплитуда годового хода температуры -9, 9°С-17, 1°С

3. Даты перехода среднесуточной температуры воздуха через:

0°С – 24 марта, 15 октября

5°С- 24 апреля, 21 сентября

10°С- 15 мая, 18 августа

Продолжительность периодов с температурой:

выше 0°С - с 25 марта по 14 октября

7+30++31+30+31+31+30+14= 204 сут.

выше 5°С (период вегетации озимых) 5°С – с 25 апреля по 20 сентября 6+31+30+31+31+20=149 сут.

и выше 10°С с 16 мая по 17 августа (период активной вегетации)

16+30+31+17=95 сут.

Сумма активных температур (выше 10°С)

t_ср.мая=(10, 2+15)/2=12.6°С

Σ _tмая=12.6*16=201.6°С

Σ _tиюня=15, 4*30=462°С

Σ _tиюля=17, 1*31=530, 1°С

Σ _tавгуста=(16, 2+8)/2*17=205, 7°С

Σ _t=201, 6+462+530, 1+205, 7=1399, 4°С

Сумма активных температур в период активной вегетации достаточна для созревания отдельных видов зерновых культур.

Задание 3.

1. Дать определение характеристик влажности воздуха.

2. Объяснить сущность психометрического метода определения влажности воздуха.

3. Рассчитать значение характеристик влажности воздуха по данным в таблице 3.

1.Влажность воздуха — это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли.

Характеристики влажности воздуха:

абсолютная влажность воздуха - количество водяного пара, содержащаяся в единице объёма воздуха, то есть плотность содержащегося в воздухе водяного пара, [г/м³ ]; в атмосфере колеблется от 0, 1-1, 0 г/м³ (зимой над материками) до 30 г/м³ и более (в экваториальной зоне);

максимальная влажность воздуха (граница насыщения) - количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе при определённой температуре в термодинамическом равновесии (максимальное значение влажности воздуха при заданной температуре), измеряется в г/м³. парциальное давление водяного пара (е)- давление, которое оказывает водяной пар, содержащийся в воздухе (давление водяного пара как часть атмосферного давления). Единица измерения — Па.

дефицит насыщения воздуха водяным паром - разность между максимально возможным и фактическим давлением водяного пара, измеряется в Па.

относительная влажность воздуха (f) - отношение давления водяного пара к давлению насыщенного водяногопара при данной температуре, измеряется в %;

точка росы (t_d) - температура, при которой воздух насыщается водяным паром, измеряется в °C. Относительная влажность газа при этом составляет 100 %.

удельная влажность - масса водяного пара в граммах на килограмм увлажнённого воздуха [г/кг], то есть отношение масс водяного пара и увлажнённого воздуха;

температура мокрого термометра - температура, при которой газ насыщается водяным паром при постоянной энтальпии воздуха. Относительная влажность газа при этом составляет 100 %, влагосодержание увеличивается, а энтальпия равна начальной.

соотношение компонентов смеси (содержание водяного пара) - масса водяного пара в граммах на килограмм сухого воздуха [г/кг], то есть соотношение масс водяного пара и сухого воздуха.

2. Психрометрический метод основан на использовании прибора, называемого психрометром, который состоит из двух расположенных рядом термометров. Один из термометров, обычный, называется сухим, измеряющим температуру воздуха. Баллончик с расширяющейся жидкостью другого термометра обертывают легкой гигроскопической тканью, например батистом, в виде чехла, нижний конец которого опускают в сосуд с водой. Вода по чехлу, как по фитилю, поднимается к баллончику и постоянно смачивает его. Этот термометр называется влажным или мокрым и измеряет температуру воздуха по мокрому термометру. Устройство простейшего психрометра Августа показано на рис. 1.

Остановимся кратко на понятии температуры воздуха по мокрому термометру. Баллончик этого термометра обернут смоченной тканью. На испарение воды с ткани расходуется теплота парообразования, что приводит к понижению температуры влажной ткани и постепенному снижению показаний мокрого термометра. Вследствие образующейся разности температур теплота от окружающего воздуха начинает поступать к влажной ткани. Температура мокрого термометра будет снижаться до такого значения, при котором количество скрытой теплоты, расходуемой тканью на испарение, станет равным количеству явной теплоты, отдаваемой воздухом ткани. Установившееся значение (температуры мокрой ткани и слоя насыщенного воздуха около нее) называют температурой мокрого термометра для воздуха данного состояния. Этот процесс тепловлагообмена между воздухом и водой, т. е. насыщения воздуха, считается адиабатическим, так как воздух и вода обмениваются внутренним теплом без отвода или подвода его извне (вне системы воздух-вода).

Рис. 1. Психрометр Августа: 1 – сухой термометр; 2 – деревянная панель; 3 – влажный (мокрый) термометр; 4 – чехол (ткань); 5 – сосуд с водой.

В установившемся процессе адиабатического насыщения энтальпия воздуха не изменяется, так как переходу от воздуха к воде вследствие разности температур (t – t _м) явной (ощутимой) теплоты эквивалентен возврат скрытой теплоты (парообразования влаги, переходящей от воды к воздуху вследствие разности парциальных давлений водяных паров в насыщенном (над поверхностью воды) и ненасыщенном (измеряемом) воздухе). Это видно из выражения для энтальпии:

I = 1, 0· t + 1, 89· t · d + 2500· d,

в котором при адиабатическом насыщении воздуха первый член (явное теплосодержание) уменьшается, а третий (скрытая часть I) – увеличивается. Второй член этого уравнения практически остается постоянным, так как с уменьшением t увеличивается d.

Однако, идеальный адиабатический процесс возможен только при t _м = 0 °C (линии I = const и t _м = const в d - l диаграмме совпадают только при t _м = 0 °С). При t _м > 0 °C энтальпия насыщенного воздуха (у баллончика) будет больше энтальпии ненасыщенного воздуха (вдали от баллончика термометра) на величину теплоты испарившейся воды 4, 19·(d _н – d)· t _м, где d _н– влагосодержание насыщенного воздуха, a d – влагосодержание ненасыщенного воздуха. Из-за малости величины 4, 19·(d _н– d)· t _м практически этот процесс насыщения и считают адиабатическим, а энтальпию воздуха постоянной.

Таким образом, под температурой мокрого термометра следует понимать температуру, которую принимает воздух в результате его адиабатического насыщения (увлажнения). Разность показаний сухого и мокрого термометров (t – t _м) называется психрометрической разностью или депрессией мокрого термометра. Она тем больше, чем суше воздух, т. е. чем меньше его относительная влажность.

По температуре t воздуха и психрометрической разности (t – t _м) можно определить относительную влажность φ и остальные параметры воздуха. Недостатком психрометра Августа является его сравнительно малая точность из-за существенного влияния радиационных притоков (от окружающей среды и предметов) к незащищенному прибору при недостаточной скорости воздуха около баллончика (движение создается только свободной конвекцией). Поэтому показания мокрого термометра t‘ _мбудут несколько завышены в сравнении с истинной температурой t _м. По данным Каррье, при нулевой скорости воздуха ошибка в определении (t – t _м) достигает 14 %, а при скорости воздуха 0, 8 м/с она уменьшается до 2 %.

Для повышения точности показаний мокрого термометра прибегают к искусственному увеличению скорости воздуха около баллончиков психрометра и защите его от внешних теплопритоков (тепловых излучений). При скоростях воздуха около баллончиков 1, 5…2 м/с ошибка в определении (t – t _м) составляет менее 1 %. Объясняется это тем, что при повышенных скоростях воздуха конвективный приток теплоты, уравновешивающий потери теплоты в слое насыщенного воздуха около шарика термометра от испарения влаги, увеличивается и относительное влияние внешних (радиационных) теплопритоков значительно уменьшается. Удобным и достаточно точным прибором для определения влажности воздуха служит аспирационный психрометр Ассмана (рис. 2). Оба термометра заключены в металлические трубки, через которые специальным вентилятором с пружинным (заводным) или электрическим двигателем, смонтированным в верхней части прибора, пропускается исследуемый воздух со скоростью 2, 5…3, 0 м/с. Поверхность трубок для защиты термометров от теплового облучения полирована и никелирована. В остальном аспирационный психрометр устроен так же, как и психрометр Августа.

Рис. 2. Психрометр Ассмана.

Существуют также электрические психрометры, построенные по принципу электрического мостика сопротивления (сопротивление мокрого термометра меньше, чем сухого).

При положительной температуре воздуха психрометры работают с погрешностью ±1…2 %, при отрицательной точность их показаний резко снижается из-за образования у баллончика мокрого термометра корочки льда, выделения теплоты затвердевания и т. п.; при t ≤ 0 °C практически ими не пользуются.

3. Задача.