Циркулација на влага

Почетен извор на атмосферска влага е Светскиот океан, од чија површина испарува водата. Дел од него се кондензира во облаците и паѓа како врнежи токму таму на океанот, завршувајќи го малиот циклус на влага. Друг дел од испарената влага во форма на водена пареа се пренесува на копно, каде што исто така се кондензира во облаците и паѓа во форма на течни или цврсти врнежи, навлегува во земјата, тече во реките во океанот и се троши од растенијата и животните. Оваа врска во циклусот на влага не е затворена, бидејќи поголемиот дел од водената пареа на растенијата се распаѓа на водород и кислород за време на фотосинтезата, а помалиот дел е врзан, неповратно исклучувајќи го од размена на вода. Циркулацијата на влагата се карактеризира квантитативно воден биланс.

Воден биланс - ϶ᴛᴏ алгебарскиот збир на сите форми на прилив и одлив на влага во атмосферата, на одредена територија или на море, на континентот или океанот и на површината на земјата како целина.

Врнежите (P) што паѓаат на територијата делумно испаруваат (E) во атмосферата, делумно течат (R): во океанот

P = E + R,

односно врнежите се еднакви на испарување плус истекување.Тоа е водениот биланс. Горенаведената равенка беше предложена од А.И.Воеиков во 1884 година.

Во 1932 година ᴦ. Г.Н. Висоцки предложи равенка во која испарувањето и истекувањето се поделени на нивните составни делови. Евапотранспирација Есе состои од директно испарување Е n и транспирација Т:

E = En + T.

Целосно одводнување Рбеше расчленет на површински Си подземниот У :

K = S + U.

Во водниот биланс на територијата учествува и снабдувањето или недостигот на подземни води во изминатите години. ±Ш.

Денес формулата за балансот на водата изгледа вака:

P = En + T + S + U ±Ш

Комплетната равенка на водниот биланс на ограничена површина вклучува (покрај веќе наведените компоненти) кондензација на влага на површината, површински дотек, подземен дотек, промени во резервите на вода во снежната покривка, истото кај мочуриштата, зафатот на вода, префрлање во други системи и враќање на водата од потребите на домаќинствата. Со помош на неколку компоненти, тој ги рефлектира различните односи помеѓу водата, атмосферскиот воздух, почвата и вегетацијата.

Испарување се состои во преминување на водата од течна или цврста фаза во гасовита фаза и влегување на водена пареа во атмосферата.

Испарувањето е првенствено енергетски процес. Тоа зависи од количината на топлинска енергија што може да се потроши на дадена површина по единица време, и затоа се одредува со равенката на топлинската рамнотежа на површината на земјата. На океаните, до 90% од енергијата на сончевото зрачење се троши на испарување.

Втората метеоролошка состојба која го одредува количеството на испарување е капацитетот на влага на воздухот, степенот на сувост или влажност. Квантитативно, се карактеризира со дефицит на влага, кој пак зависи од температурата на воздухот и, во помала мера, од ветерот. Се разбира, испарувањето може да се случи само во присуство на вода. На копно, оваа состојба не е присутна насекаде и не секогаш: сушните зони се карактеризираат со дефицит на влага, додека во влажните зони може да има недостаток на влага во одредени периоди. Во овој поглед, метеорологијата го разви концептот на нестабилност (Ec).

Нестабилност - ϶ᴛᴏ максималното можно испарување под дадени метеоролошки услови, неограничено со резервите на влага. Истото важи и за терминот „потенцијално испарување“.

Испарувањето е еден од најважните процеси на географската обвивка. Тој троши најголем дел од сончевата топлина . Латентната топлина на испарување, ослободена за време на кондензација на влага, ја загрева атмосферата, а тоа е главниот извор на топлина за атмосферата. Испарената влага влегува во континентите и им обезбедува врнежи.За време на фазните премини на водата топлината се апсорбира или ослободува, а при атмосферската циркулација се прераспределува. Еден од видовите на испарување, транспирацијата, учествува во биолошки процесии формирање на биолошка маса.

Климатското и особено биофизичкото значење на испарувањето е суштински во тоа што ја покажува способноста за сушење на воздухот: колку повеќе може да испари со ограничени резерви на влага во почвата, толку поизразена е сушноста. На некои места тоа доведува до појава на пустини, на други предизвикува привремени суши, и трето, каде што испарувањето е занемарливо, се создаваат услови за затрупаност.

ВО Северна Европаиспарувањето е блиску до неговата горна граница - испарување - околу 100 mm годишно. Во сувата степска зона на Југоисточна Европа, како и во сушните региони на медитеранските суптропски предели, испарувањето достигнува 1200 - 1300 mm, но вистинското испарување поради недостаток на влага е само 300 mm. Недостаток на влага - разликата помеѓу врнежите и испарувањето во сушните зони е приближно 600-800 mm.

Максималното испарување, природно, се случува во пустините, особено во Сахара. Во неговите централни делови надминува 4500 mm.Испарувањето, ограничено со незначително количество врнежи, не надминува 100 mm годишно. Овде не се трошат само врнежите за испарување, туку и подземните води што течат од планините Атлас и од сливот. Централна Африка. Разликата помеѓу потенцијалното (4500 mm) и вистинското (околу 100 mm) испарување го изразува степенот на сувост на Сахара.

Најголемо испарување (околу 1.200 mm) се случува во мочурливите низини на Централна Африка - во басенот на езерото Чад и Горниот Нил. Растенијата обезбедени овде со топлина и влага обезбедуваат најголемо зголемување на растителната маса на Земјата. Во екваторијална Африка, слој од вода од 1000 mm испарува годишно.

Испарувањето и испарувањето ги рефлектираат и обрасците на врнежите и топлината. Односот на приливот и одливот на атмосферската влага обично се нарекува атмосферско навлажнување.

Вода во атмосферата. Својства на водата

Водата е насекаде на земјата. Океаните, морињата, реките, езерата и другите водни тела заземаат 71% од површината на земјата. Водата, која е содржана во атмосферата, е единствената супстанца што може да биде таму во сите три фазни состојби (цврста, течна и гасовита) истовремено.

Најважните физички својства на водата за метеорологија се претставени во Табела 6.

Табела 6 - физички карактеристикивода (Русин, 2008)

Својства на водата важни за формирање на климата:

· водата е апсорбер на зрачна енергија;

· има една од највисоките вредности на специфичен топлински капацитет меѓу другите супстанции на земјата (ова влијае на разликата во загревањето на копното и морето, пенетрацијата на зрачењето и топлината длабоко во почвата и водните тела);

· идеален (речиси) растворувач;

· диполната (биполарна) структура на молекулите на водата обезбедува висока точка на вриење (без водородни врски, точката на вриење би била -80°C).

Се проширува кога е замрзнат, за разлика од другите супстанции што се собираат. (максималната густина на водата се забележува на температура од +4°C; густината на мразот е помала од густината на водата: дестилирана за 1/9, море за 1/7; полесен мраз лебди на површината на водата ).

Благодарение на процесите на испарување и кондензација, во атмосферата континуирано се јавува циклус на вода, во кој учествува значителна маса од неа. Во просек, долгорочниот циклус на вода се карактеризира со следните податоци (Табела 1):

Табела 1 - Карактеристики на водниот циклус на Земјата (Матвеев, 1976)

	Врнежи, mm/година	Испарување, mm/година	Истекување, mm/година
Континенти
Светски океан
Земјата

Слој вода дебел 1127 mm (или 4,07 10 17 kg вода) испарува од површината на океаните (361 милиони km 2) во текот на годината, а 446 mm (или 0,66 10 17 kg вода) од површината на континенти. Дебелината на слојот на врнежи што паѓа годишно на океаните е 1024 mm (или 3,69 10 17 kg вода), на континентите - 700 mm (или 1,04 10 17 kg вода). Количината на врнежите на континентите значително го надминува испарувањето (за 254 mm, или 0,38·10 17 kg вода). Тоа значи дека значителна количина на водена пареа доаѓа до континентите од океаните. Од друга страна, водата што не испарила на континентите (254 mm) се влева во реките и понатаму во океанот. На океаните, испарувањето го надминува (за 103 mm) количината на врнежи. Разликата се надополнува со истекување на водата од океаните.

Испарување и нестабилност

Водата влегува во атмосферата како резултат на испарување од површината на Земјата (акумулации, почва); се лачи од живите организми во процесот на живот (дишење, метаболизам, транспирација кај растенијата); тоа е нуспроизвод на вулканска активност, индустриско производство и оксидација на различни материи.

Испарување(најчесто вода) - влегување на водена пареа во атмосферата поради одвојување на најбрзо движечките молекули од површината на водата, снегот, мразот, влажната почва, капките и кристалите во атмосферата.

Испарувањето од површината на земјата се нарекува физичко испарување. Физичко испарување и транспирација заедно - евапотранспирација.

Суштината на процесот на испарување е одвојување на поединечни молекули на вода од површината на водата или од влажна почва и пренесување на воздухот како молекули на водена пареа. Пареата содржана во атмосферата се кондензира кога воздухот се лади. Кондензација на водена пареа може да се случи и преку сублимација (процес на директна транзиција на супстанција од гасовита во цврста, заобиколувајќи ја течноста). Водата се отстранува од атмосферата со врнежи.

Молекулите на течноста се секогаш во движење, а некои од нив можат да се пробијат низ површината на течноста и да избегаат во воздухот. Тие молекули се откачуваат чија брзина е поголема од брзината на движење на молекулите на дадена температура и е доволна за надминување на силите на адхезија (молекуларна привлечност). Како што се зголемува температурата, се зголемува и бројот на молекули кои излегуваат. Молекулите на пареата можат да се вратат од воздух во течност. Кога температурата на течноста се зголемува, бројот на молекули што ја напуштаат станува поголем од бројот што се враќа, т.е. течноста испарува. Намалувањето на температурата ја забавува транзицијата на течните молекули во воздухот и предизвикува кондензирање на пареата. Ако водената пареа влезе во воздухот, таа, како и сите други гасови, создава одреден притисок. Како што молекулите на водата се движат во воздухот, притисокот на пареата во воздухот се зголемува. Кога ќе се постигне состојба на мобилна рамнотежа (бројот на молекули што ја напуштаат течноста е еднаков на бројот на молекули кои се враќаат), испарувањето престанува. Оваа состојба се нарекува сатурација , водена пареа во оваа состојба - заситувачки , и воздухот богат . Притисокот на водената пареа при заситеност се нарекува притисок на заситена водена пареа (Е), или еластичност на сатурација, или максимална еластичност.

Додека не се постигне состојба на заситеност, се случува процесот на испарување на водата, а еластичноста на водената пареа (д) над течноста е помала од максималната еластичност: д<Е.

Ако бројот на молекулите на водата што се враќаат е поголем од бројот на оние што излегуваат, тогаш се одвива процесот на кондензација или сублимација (над мразот): e>E.

Притисокот на заситената водена пареа зависи од

· температура на воздухот,

за природата на површината (течност, мраз),

на обликот на оваа површина,

соленоста на водата.

Најголем дел од водената пареа влегува во атмосферата од површината на морињата и океаните. Ова особено се однесува на влажните, тропски региони на Земјата. Во тропските предели, испарувањето ги надминува врнежите. На големи географски широчини се јавува спротивен однос. Генерално, низ целиот свет, количината на врнежи е приближно еднаква на испарувањето.

Испарувањето го регулираат некои физички својстватеренот, особено температурата на површината на водата и големите водни тела, брзината на ветерот што преовладува таму. Кога ветрот дува над површината на водата, тој го носи навлажнетиот воздух настрана и го заменува со свеж, посув воздух (т.е., адвекцијата и турбулентната дифузија се додаваат на молекуларната дифузија). Колку е посилен ветерот, толку побрзо се менува воздухот и толку е поинтензивно испарувањето.

Испарувањето може да се карактеризира со брзината на процесот. Стапка на испарување (V) се изразува во милиметри воден слој испаруван по единица време од единица површина. Тоа зависи од дефицитот на заситеност, атмосферскиот притисок и брзината на ветерот.

Тешко е да се измери испарувањето во реални услови. За мерење на испарувањето, испарувачи со различен дизајн или базени за испарување (со површина пресек 20 m2 или 100 m2 и 2 m длабочина). Но, вредностите добиени од испарувачите не можат да се изедначат со испарувањето од вистинска физичка површина. Затоа, тие прибегнуваат кон пресметковни методи: испарувањето од површината на земјата се пресметува врз основа на податоците за врнежите, истекувањето и содржината на влага во почвата, кои полесно се добиваат со мерења. Испарувањето од површината на морето може да се пресмета со формули блиски до целокупната равенка.

Се прави разлика помеѓу вистинското испарување и испарувањето.

Нестабилност– потенцијално испарување во дадена област под постојните атмосферски услови.

Ова значи или испарување од површината на водата во испарувачот; испарување од отворена водена површина на големо водно тело (природна слатка вода); испарување од површината на претерано влажна почва. Испарувањето се изразува во милиметри од слојот на испарената вода по единица време.

Во поларните региони, испарувањето е ниско: околу 80 mm/годишно. Ова се должи на фактот дека постојат ниски температурииспарувачка површина, а притисокот на заситената водена пареа E S и вистинскиот притисок на водената пареа се мали и блиску еден до друг, затоа разликата (E S – e) е мала.

Во умерените географски широчини, испарувањето се менуваво широк опсег и има тенденција да се зголемува при движење од северозапад кон југоисток на континентот, што се објаснува со зголемување на дефицитот на заситеност во иста насока. Најниски вредностиво овој појас на Евроазија се забележани на северозапад од континентот: 400–450 mm, најголеми (до 1300–1800 mm) во Централна Азија.

Во тропските пределииспарувањето е ниско на бреговите и нагло се зголемува во внатрешните делови на 2500–3000 mm.

На екваторотиспарувањето е релативно ниско: не надминува 100 mm поради малата вредност на дефицитот на сатурација.

Вистинското испарување на океаните се совпаѓа со испарувањето. На копно е значително помалку, главно во зависност од режимот на влага. Разлика помеѓу испарување и врнежиможе да се користи за пресметување на дефицитот на навлажнување на воздухот.

Најважната компонента на водната рамнотежа е испарувањето. Проблемот со добивање климатски веродостојни информации за испарувањето е многу поакутен отколку за врнежите. Огромното мнозинство на познати податоци се засноваат на пресметковни методи. Пресметките се повеќе или помалку сигурни водена површина, каде што испарувањето може да се земе како испарување и оваа вредност може да се пресмета. Над копно, таквиот пристап е невозможен, затоа, директните мерења на испарувањето се прават на ретка мрежа, но просторната климатска генерализација на овие податоци е тешка (Кислов А.В., 2011).

На сл. 3.5 и во табела. Табелата 3.3 ги прикажува пресметаните годишни количини на испарување од основната површина, од што произлегува дека испарувањето од океаните значително го надминува испарувањето од копното. Над поголемиот дел од Светскиот океан на средни и ниски географски широчини, испарувањето варира од 600 до 2500 mm, а максималните достигнуваат 3000 mm. Во поларните води, во присуство на мраз, испарувањето е релативно мало. На копно, годишните количини на испарување се движат од 100-200 mm во поларните и пустинските региони (уште помалку на Антарктикот) до 800-1000 mm во влажните тропски и суптропски области (јужна Азија, сливот на реката Конго, југоисточен САД, источниот брег на Австралија , острови Индонезија, Мадагаскар). Максималните вредности на копно се нешто повеќе од 1000 mm (Khromov S.P., Petrosyants M.A., 2001).

Ориз. 3.5. Распределба на просечните годишни вредности (мм/година) на испарување од основната површина (Атлас на топлинска рамнотежа на глобусот, 1963)

Табела 3.3. Годишни вредности на испарување (мм) за различни зони на северната хемисфера (според М.И. Будико, 1980 година)

Така, во просек над географските зони на северната хемисфера, највисоките годишни вредности на испарување се забележани во тропските предели. Како што се движите од тропските предели кон половите, испарувањето се намалува. Во екваторијалната зона и на високите широчини, просечните годишни вредности на испарување над копното и морето се приближно исти, но во тропските и умерените географски широчини, испарувањето од површината на морето е поголемо отколку од површината на копното. Распределбата на испарувањето е слична на јужната хемисфера, но во целата хемисфера, испарувањето е поголемо и изнесува приближно 1250 mm, така што површината што ја зафаќа океанот е поголема во таа хемисфера (за Северната хемисфера, просечната годишна вредноста на испарување е околу 770 mm) (Climatology, 1989).

За да се добијат физички поткрепени идеи за карактеристиките на просторната шема на испарување, може да се земе предвид фактот дека турбулентниот проток на водена пареа е одреден од вертикалниот градиент на влага во површинскиот слој и развојот на турбулентниот режим, кој може параметарски да се карактеризира со големината на векторот на брзината на ветерот и критериумот за стабилност на атмосферската стратификација. Од оваа гледна точка, станува јасно, на пример, зошто по должината на прачките топли струи(Голф Стрим, Курошио, Бразилец, Источна Австралија) испарувањето е високо. Особено се зголемува во зимско време, кога сув ладен воздух, формиран во екстратропски континентални центри со висок притисок, влегува во морето (поради доминацијата на западниот транспорт). Во исто време, специфичниот градиент на влажност се зголемува и турбуленцијата нагло се зголемува поради нестабилната температурна стратификација.

Разгледаните одредби овозможуваат да се објасни постоењето на големи врнежи во ITC од гледна точка на билансот на врнежите (р)и количината на испарување (Д)(сл. 3.6). Над огромните делови од океаните, трговските воздушни маси акумулираат влага (тука Е– р> 0) и „истурете“ ја оваа вода во VZK (каде Е– р< 0). Облачните системи на поларни фронтални циклони се формираат во тропски влажен воздух, така што водената пареа што ја транспортираат до високите географски широчини и континенти (каде Е– р< 0) беше собран и од тропските и суптропските води на Светскиот океан.

Билансот на влага „испарување минус врнежи“ ни овозможува да ги разбереме главните географски обрасци на формирање на речниот тек - најдлабоките реки се оние чии сливови се наоѓаат на територии каде што Е -р< 0. Типични примери се реките Амазон, Конго, Ганг, Брамапутра итн. Освен тоа, не само наведените големи реки, кои се протегаат на илјадници километри, се полнотечни, туку и релативно мали реки на големи острови, на пример Индонезија, се хранат во текот на целата година со обилни врнежи, чие количество е значително го надминува испарувањето.

За океанот, рамнотежата на атмосферската влага на „испарување минус врнежите“ е вертикалниот проток на „слатка вода“. Таа во своите главни карактеристики ја одредува просторната хетерогеност на полето на соленоста на водата. ВО Тихиот Океанврнежите го надминуваат испарувањето, а во Атлантскиот (и Индискиот Океан) испарувањето ги надминува врнежите и поголемата површинска соленост, а нејзината просторна дистрибуција ја следи распределбата на балансот „врнежи минус испарување“. Сепак, не сите карактеристики на полето на соленоста се одредуваат исклучиво од оваа рамнотежа. Така, бигорот на водата се зголемува локално во близина на устата големи реки(Амазон, Конго, Ганг). Во поларните географски широчини, покрај горенаведените фактори, полето на соленоста игра активна улога во процесот на формирање. свежи води, формирана кога се топи снегот и ледената покривка (Кислов А.В., 2011).

Ориз. 3.6. Рамнотежа на атмосферска влага „испарување минус врнежи“ над океаните (cm/година): 1 – изолини >0 ; 2 – изолини <0 (Кислов А.В., 2011)

Испарување и нестабилност. Географска дистрибуција на испарување и нестабилност (анализа на карти на испарување и нестабилност)

ПАРУВАЊЕ (руски) - премин на супстанција од течна или цврста состојба во гасовита состојба - во пареа. Во природата, водената пареа влегува во атмосферата од површината на водата, почвата, вегетацијата, мразот и снегот. Испарувањето зависи од температурата и влажноста на воздухот, од површината на испарување и брзината на ветерот.

ИСПАРНОСТ - максимално можно испарување под дадени метеоролошки услови од доволно навлажнета подлога, односно во услови на неограничено снабдување со влага. Испарувањето се изразува во милиметри од слојот на испарената вода и е многу различно од вистинското испарување, особено во пустината, каде што испарувањето е блиску до нула, а испарувањето е 2000 mm годишно или повеќе.

Топлината се троши на испарување, како резултат на што температурата на испарувачката површина се намалува. Ова е од големо значење за растенијата, особено во екваторијално-тропските широчини, каде што испарувањето го намалува нивното прегревање. Јужната океанска хемисфера е поладна од северната хемисфера делумно поради истата причина.

Дневниот и годишниот тек на испарување е тесно поврзан со температурата на воздухот. Вредностите на испарување во поларните географски широчини се околу 60-80 mm со максимална вредност од 100-120 mm поради ниските температури на воздухот и, како последица на тоа, блиските вредности на E1 (реален притисок на водена пареа) и e (максимум еластичност).

Во поларните региони, при ниски температури на испарувачката површина, и заситената еластичност Es и вистинската еластичност e се мали и блиску една до друга. Затоа, разликата (Es - e) е мала, а заедно со неа и стапката на испарување е мала. Во Шпитсберген е само 80 mm годишно, во Англија околу 400 mm, во Централна Европа околу 450 mm. На европската територија на Русија, испарувањето се зголемува од северозапад кон југоисток заедно со зголемување на недостатокот на влажност. Во Ленинград е 320 mm годишно, во Москва 420 mm, во Луганск 740 mm. Во Централна Азија, со високи летни температури и голем дефицит на влажност, испарувањето е многу поголемо: 1340 mm во Ташкент и 1800 mm во Нукус.

Во тропските предели, испарувањето е релативно ниско на бреговите и нагло се зголемува во внатрешноста, особено во пустините. Така, на атлантскиот брег на Сахара, годишната стапка на испарување е 600-700 mm, а на растојание од 500 km од брегот - 3000 mm. Во најсушните области на Арабија и пустините Колорадо е над 3000 mm. Само во Јужна Америка нема области со годишна стапка на испарување од повеќе од 2500 mm.

На екваторот, каде што дефицитот на влажност е мал, испарувањето е релативно ниско: 700-1000 mm. Во крајбрежните пустини на Перу, Чиле и Јужна Африка, годишното испарување исто така не е повеќе од 600-800 mm.

Географската дистрибуција на вистинското испарување по географска ширина е како што следува:

На географска ширина 0-10 °, испарувањето на копно е 112 см, во океанот - 110 см.

На географска ширина од 20-30 °, испарувањето на копно е 37 см, во океанот - 130 см.

На географска ширина од 40-50 °, испарувањето на копно е 37 см, во океанот - 70 см.

На географска ширина од 60-90 °, испарувањето на копно е 8 см, во океанот - 15 см.