Polega na dwóch wzajemnie powiązanych procesach: zwilżaniu powierzchni ziemi opadami atmosferycznymi oraz odparowywaniu z niej wilgoci do atmosfery. Obydwa te procesy precyzyjnie wyznaczają współczynnik zawilgocenia danej powierzchni. Co to jest współczynnik wilgoci i jak się go określa? Dokładnie to zostanie omówione w tym artykule informacyjnym.

Współczynnik wilgotności: definicja

Nawilżanie terytorium i odparowywanie wilgoci z jego powierzchni przebiega dokładnie w ten sam sposób na całym świecie. Jednak na pytanie, jaki jest współczynnik nawilżania, w różnych krajach planety odpowiada się zupełnie inaczej. Sama koncepcja w tym sformułowaniu nie jest akceptowana we wszystkich krajach. Na przykład w USA jest to „stosunek opadów do parowania”, co można dosłownie przetłumaczyć jako „wskaźnik (stosunek) wilgoci i parowania”.

Ale jaki jest współczynnik wilgoci? Jest to pewna zależność pomiędzy wielkością opadów atmosferycznych a poziomem parowania na danym obszarze w określonym przedziale czasu. Wzór na obliczenie tego współczynnika jest bardzo prosty:

gdzie O to ilość opadów (w milimetrach);

i I to wartość parowania (również w milimetrach).

Różne podejścia do wyznaczania współczynnika

Jak określić współczynnik wilgoci? Obecnie znanych jest około 20 różnych metod.

W naszym kraju (a także na przestrzeni poradzieckiej) najczęściej stosowana jest metoda wyznaczania zaproponowana przez Gieorgija Nikołajewicza Wysockiego. Jest wybitnym ukraińskim naukowcem, geobotanikiem i gleboznawcą, twórcą nauk leśnych. W ciągu swojego życia napisał ponad 200 prac naukowych.

Warto zauważyć, że w Europie, a także w USA, stosuje się współczynnik Torthwaite'a. Jednak metoda jego obliczania jest znacznie bardziej skomplikowana i ma swoje wady.

Wyznaczanie współczynnika

Ustalenie tego wskaźnika dla konkretnego terytorium nie jest wcale trudne. Przyjrzyjmy się tej technice na poniższym przykładzie.

Podano obszar, dla którego należy obliczyć współczynnik wilgotności. Ponadto wiadomo, że terytorium to otrzymuje 900 mm rocznie i odparowuje z niego w tym samym okresie - 600 mm. Aby obliczyć współczynnik, należy podzielić ilość opadów przez parowanie, czyli 900/600 mm. W rezultacie otrzymujemy wartość 1,5. Będzie to współczynnik wilgotności dla tego obszaru.

Współczynnik nawilżania Iwanowa-Wysockiego może być równy jedności, być niższy lub wyższy niż 1. Ponadto, jeśli:

K = 0, wówczas wilgotność dla danego obszaru uważa się za wystarczającą;
K jest większe niż 1, wówczas wilgoć jest nadmierna;
K jest mniejsze niż 1, wówczas wilgotność jest niewystarczająca.

Wartość tego wskaźnika będzie oczywiście zależeć bezpośrednio od reżimu temperaturowego na danym obszarze, a także od ilości opadów spadających w ciągu roku.

Do czego służy współczynnik nawilżania?

Współczynnik Iwanowa-Wysockiego jest niezwykle ważnym wskaźnikiem klimatycznym. W końcu jest w stanie dać obraz dostępności zasobów wodnych na danym obszarze. Współczynnik ten jest po prostu niezbędny do rozwoju rolnictwa, a także do ogólnego planowania gospodarczego terytorium.

Decyduje także o stopniu suchości klimatu: im jest ona większa, tym liczniejsze są zawsze jeziora i tereny podmokłe na obszarach o nadmiernej wilgotności. W szacie roślinnej dominuje roślinność łąkowa i leśna.

Maksymalne wartości współczynnika są typowe dla obszarów wysokogórskich (powyżej 1000-1200 metrów). Tutaj z reguły występuje nadmiar wilgoci, który może osiągnąć 300-500 milimetrów rocznie! Strefa stepowa otrzymuje rocznie taką samą ilość wilgoci atmosferycznej. Współczynnik nawilżania w regionach górskich osiąga maksymalne wartości: 1,8-2,4.

Nadmierną wilgoć obserwuje się także w tundrze, tundrze leśnej i obszarach umiarkowanych.Na tych obszarach współczynnik nie przekracza 1,5. W strefie leśno-stepowej waha się od 0,7 do 1,0, ale w strefie stepowej na terytorium jest już niewystarczająca wilgotność (K = 0,3-0,6).

Minimalne wartości wilgotności są typowe dla strefy półpustynnej (ogółem około 0,2-0,3), a także dla (do 0,1).

Współczynnik wilgotności w Rosji

Rosja to ogromny kraj charakteryzujący się różnorodnymi warunkami klimatycznymi. Jeśli mówimy o współczynniku wilgoci, jego wartości w Rosji różnią się znacznie od 0,3 do 1,5. Najniższą wilgotność obserwuje się w regionie kaspijskim (około 0,3). W strefach stepowych i leśno-stepowych jest nieco wyższy - 0,5-0,8. Maksymalna wilgotność jest typowa dla strefy leśno-tundrowej, a także dla wysokogórskich regionów Kaukazu, Ałtaju i Uralu.

Teraz wiesz, jaki jest współczynnik wilgoci. Jest to dość ważny wskaźnik, który odgrywa bardzo ważną rolę dla rozwoju gospodarki narodowej i kompleksu rolno-przemysłowego. Współczynnik ten zależy od dwóch wartości: od ilości opadów i od wielkości parowania w określonym czasie.

Zmienność paliwa określa efektywność procesów tworzenia mieszanin i spalania w silnikach, wielkość strat podczas magazynowania i transportu, możliwość tworzenia się zatorów parowych w układzie napędowym silnika oraz zagrożenie pożarowe i wybuchowe produktów naftowych. Szybkość parowania paliwa zależy od jego właściwości i warunków procesu. Lotność paliwa charakteryzuje się prężnością pary nasyconej, współczynnikiem dyfuzji, ciepłem parowania, pojemnością cieplną i przewodnością cieplną.

Oznaczanie prężności pary nasyconej

Głównym wskaźnikiem lotności paliwa węglowodorowego jest prężność pary nasyconej (SVP) lub prężność pary - jest to ciśnienie, jakie para wywiera na ścianki naczynia, gdy paliwo odparowuje w zamkniętej przestrzeni. Charakteryzuje lotność frakcji benzyny i właściwości wyjściowe paliwa. DNP zależy od składu chemicznego i frakcyjnego paliwa. Z reguły im więcej niskowrzących węglowodorów zawiera paliwo, tym wyższa jest prężność par. DNP wzrasta również wraz ze wzrostem temperatury. Stosowanie paliwa o wysokim ciśnieniu par prowadzi do zwiększonego tworzenia się korków parowych w układzie napędowym, zmniejszonego napełniania cylindrów i spadku mocy. W letnich gatunkach benzyny DNP nie powinno przekraczać 80 kPa.

Aby ułatwić uruchomienie silnika w zimnych porach roku, zimowe gatunki benzyny mają wyższe ciśnienie 80-100 kPa. Ponadto DNP charakteryzuje stabilność fizyczną benzyny.

Ciśnienie nasyconych par paliwa wyznacza się różnymi sposobami: w naczyniu metalowym, za pomocą rurki barometrycznej, przez porównanie z ciśnieniem cieczy wzorcowej oraz szeregiem innych metod.

Wskaźnik ten określa się bezpośrednio mierząc ciśnienie nad cieczą w określonej temperaturze lub temperaturę wrzenia przy danym ciśnieniu. W pierwszym przypadku w naczyniu ustala się równowaga pomiędzy parą i cieczą, co rejestruje się wartością ciśnienia równowagowego za pomocą odpowiedniego urządzenia do pomiaru ciśnienia. W drugim przypadku pod ciśnieniem atmosferycznym destyluje się określoną objętość paliwa i rejestruje się zależność ilości destylowanego produktu od temperatury, tj. określić skład frakcyjny. Prężność pary nasyconej można również określić w szczególności metodą rurki barometrycznej i metodą porównawczą. Prężność par często określa się (GOST 1756-83), przechowując benzynę testową przez 20 minut w zamkniętym pojemniku w temperaturze 38 °C. Po określonym czasie dokonuje się pomiaru prężności par paliwa.

Przy określaniu DNP w urządzeniu metalowym należy dokonać korekty odczytów urządzenia do określania ciśnienia, ponieważ odczyty te odpowiadają całkowitemu ciśnieniu nasyconych par paliwa, powietrza i pary wodnej w temperaturze badania. Pomiary w rurce barometrycznej dają wartości prawdziwego DNP paliwa, ponieważ w tym urządzeniu ustala się równowaga pomiędzy fazą ciekłą i gazową, zawierającą wyłącznie pary paliwa. Zaletami metody porównawczej jest jej mała wrażliwość na wahania temperatury podczas procesu pomiarowego.

Wyznaczanie prężności pary nasyconej w bombie metalowej. Urządzenie (ryc. 27.1) składa się z metalowej bomby 1, kąpiel wodna 2 i manometr rtęciowy 8. Bomba cylindryczna ma dwie komory: na paliwo 10 i powietrze o większej objętości. Pomiędzy komorami umieszczona jest gumowa uszczelka, którą łączy się za pomocą połączenia gwintowego. Komora powietrzna posiada złączkę z gumową rurką 6 przez kran z gazem 5 podłączony do manometru rtęciowego. Łaźnia wodna służy do wytworzenia i utrzymania standardowej temperatury; posiada grzejnik elektryczny 1, mieszadło 7 i termometr 4.

Aby uzyskać dokładne wyniki przy oznaczaniu prężności pary nasyconej, bardzo ważny jest prawidłowy dobór i przechowywanie próbki paliwa do badań, tak aby utrata frakcji lekkich była minimalna. Do pobierania próbek używa się specjalnego próbnika 9, który po napełnieniu przechowuje się w łaźni lodowej lub lodówce.

Ryż. 27.1.

1 - metalowa bomba; 2 - kąpiel wodna; 3 - grzejnik elektryczny;
4- termometr; 5 - kran gazowy; 6 - gumowa rurka; 7 - mieszadło;
8 - manometr rtęciowy; 9 - próbnik;10 - komora paliwowa

Oznaczanie prężności pary nasyconej metodą rurki barometrycznej. Urządzenie składa się z rurki w kształcie litery U 1, naczynie termostatyczne 2, miksery 3, termometr 4, manometr rtęciowy 8, pojemność bufora 5 i pompa próżniowa (ryc. 27.2). Na szyjkę zbiornika buforowego montuje się trójnik z zaworem trójdrogowym 7. Poprzez przełączenie zaworu trójdrogowego można połączyć pompę próżniową ze zbiornikiem buforowym, rurką w kształcie litery U i manometrem rtęciowym lub podłączyć ją do atmosfery. Wszystkie części urządzenia połączone są ze sobą gumowymi rurkami 6.

Ryż. 27.2.

1- Rura w kształcie litery U; 2 - naczynie termostatyczne; 3 - mieszadło;4 - termometr; 5 - pojemność buforowa; 6 - rurki gumowe;
7 - zawór trójdrożny;8 - manometr rtęciowy

Napełnij rurkę w kształcie litery U paliwem testowym tak, aby całkowicie wypełniło kolano z kapilarą do środka zagięcia rurki. Napełnioną rurkę zanurza się w naczyniu termostatycznym, łączy gumową rurką z pojemnikiem buforowym i utrzymuje w temperaturze badania. Na krótki czas zbiornik buforowy zostaje wystawiony na działanie atmosfery i zostaje włączona pompa próżniowa. Pod wpływem podciśnienia i ciśnienia par paliwa ciecz opada w kapilarze i unosi się w kolanie wraz z rozszerzaniem. W momencie wyrównania się poziomów w obu zakrętach rur, rejestrowane są wskazania manometru rtęciowego.

Prężność pary nasyconej paliwa ps w Pa oblicza się ze wzoru:

Gdzie r b- ciśnienie barometryczne, mm Hg. Sztuka.; r i- odczyty manometru rtęciowego, mm Hg. Sztuka.

Oznaczanie prężności pary nasyconej paliwa metodą porównawczą. Urządzenie do pomiaru prężności pary nasyconej i określenia jej zależności od temperatury poprzez porównanie ze standardami (ryc. 27.3) składa się z dwóch kolb 3, urządzenie termostatyczne 1 i rtęciowy manometr w kształcie litery U 8.

Ryż. 27.3.

1- urządzenie termostatyczne;2 - mieszadło;3 - kolba stożkowa;
4- zawór przelotowy; 5 - grzejnik; 6 - termometr;
7 - rurki gumowe;8 - Manometr w kształcie litery U

Kolby szklane zamykane są szlifowanymi korkami z kranikami 4, które są połączone z manometrem za pomocą gumowych rurek 7.

Urządzenie termostatyczne to szklane, cylindryczne naczynie wypełnione wodą, w którym znajdują się kolby, mieszadło 2, grzejnik 5 i termometr 6.

Próbnik służy do pobierania i przechowywania próbki paliwa. Do jednej z kolb wlewa się badane paliwo, a do drugiej kolby taką samą ilość cieczy wzorcowej – dla benzyny, benzenu lub izooktanu. Kolby szczelnie zamyka się korkami i kurkami, umieszcza w termostacie o zadanej temperaturze i trzyma przez 5 minut.

Następnie woda jest podgrzewana w termostacie, a spadek ciśnienia rejestrowany jest na manometrze w określonych odstępach temperatur. Wartość prężności pary nasyconej paliwa oblicza się jako sumę algebraiczną prężności pary nasyconej cieczy odniesienia w danej temperaturze i wskazań manometru. Wartości ciśnienia pary nasyconej cieczy referencyjnych podano w literaturze przedmiotu. Dla benzenu zależność tę pokazano na ryc. 27.4.

Ryż. 27.4.

Zgodnie z otrzymaną zależnością ps = f(T) zbuduj wykres we współrzędnych Ig ps I /T i określ wartości współczynników we wzorze empirycznym:

Gdzie L - odcinek odcięty na osi rzędnych (pod warunkiem T= 0); W - tangens kąta nachylenia prostej do osi odciętej.

Ilość opadów nie daje jeszcze pełnego obrazu zaopatrzenia w wilgoć terytorium, ponieważ część wyparowuje z powierzchni, a druga część przedostaje się do środka.

W różnych temperaturach z powierzchni odparowuje różna ilość wilgoci. Ilość wilgoci, która może odparować z powierzchni wody w danej temperaturze, nazywa się parowaniem. Mierzy się ją w milimetrach warstwy odparowanej wody. Lotność charakteryzuje możliwe parowanie. Rzeczywiste parowanie nie może być większe niż roczna ilość opadów. Dlatego w Azji Środkowej jest to nie więcej niż 150-200 mm rocznie, chociaż parowanie jest tutaj 6-12 razy większe. Na północy parowanie wzrasta, osiągając 450 mm w południowej części i 500-550 mm w Rosji. Dalej na północ od tego pasa parowanie w obszarach przybrzeżnych ponownie spada do 100–150 mm. W północnej części kraju parowanie jest ograniczone nie ilością opadów, jak na pustyniach, ale ilością parowania.

Aby scharakteryzować zaopatrzenie terenu w wilgoć, stosuje się współczynnik nawilżania - stosunek rocznej ilości opadów do parowania w tym samym okresie: k=O/U

Im niższy współczynnik wilgotności, tym bardziej sucho.

W pobliżu północnej granicy ilość opadów jest w przybliżeniu równa rocznej szybkości parowania. Współczynnik nawilżania jest tutaj bliski jedności. To nawodnienie uważa się za wystarczające. Wilgotność strefy leśno-stepowej i południowej części strefy zmienia się z roku na rok, zwiększając się lub zmniejszając, dlatego jest niestabilna. Gdy współczynnik nawilżania jest mniejszy niż jeden, nawilżanie uznaje się za niewystarczające (strefa). W północnej części kraju (tajga, tundra) ilość opadów przekracza parowanie. Współczynnik nawilżania jest tutaj większy niż jeden. Ten rodzaj wilgoci nazywany jest nadmiarem wilgoci.

Zmienność

Ilość opadów nie daje jeszcze pełnego obrazu zaopatrzenia w wilgoć terytorium, ponieważ część opadów odparowuje z powierzchni, a druga część przedostaje się do gleby.W różnych temperaturach różne ilości wilgoci odparowują z powierzchni . Ilość wilgoci, która może odparować z powierzchni wody w danej temperaturze, nazywa się parowaniem. Mierzy się ją w milimetrach warstwy odparowanej wody. Lotność charakteryzuje możliwe parowanie. Rzeczywiste parowanie nie może być większe niż roczna ilość opadów. Dlatego na pustyniach Azji Środkowej jest to nie więcej niż 150-200 mm rocznie, chociaż parowanie jest tutaj 6-12 razy większe. Na północy parowanie wzrasta, osiągając 450 mm w południowej części tajgi zachodniej Syberii i 500-550 mm w lasach mieszanych i liściastych Równiny Rosyjskiej. Dalej na północ od tego pasa parowanie w przybrzeżnej tundrze ponownie spada do 100–150 mm. W północnej części kraju parowanie jest ograniczone nie ilością opadów, jak na pustyniach, ale ilością parowania.

Współczynnik wilgotności

Aby scharakteryzować zaopatrzenie terytorium w wilgoć, stosuje się współczynnik nawilżania - stosunek rocznej ilości opadów do parowania w tym samym okresie.

Im niższy współczynnik nawilżania, tym bardziej suchy klimat. W pobliżu północnej granicy strefy leśno-stepowej ilość opadów jest w przybliżeniu równa rocznej szybkości parowania. Współczynnik nawilżania jest tutaj bliski jedności. To nawodnienie uważa się za wystarczające. Nawilżenie strefy leśno-stepowej i południowej części strefy lasów mieszanych zmienia się z roku na rok, zwiększając się lub zmniejszając, dlatego jest niestabilne. Gdy współczynnik wilgoci jest mniejszy niż jeden, wilgotność uważa się za niewystarczającą (strefa stepowa). W północnej części kraju (tajga, tundra) ilość opadów przekracza parowanie. Współczynnik nawilżania jest tutaj większy niż jeden. Ten rodzaj wilgoci nazywany jest nadmiarem wilgoci.

Współczynnik nawilżania wyraża stosunek ciepła i wilgoci na danym obszarze i jest jednym z ważnych wskaźników klimatycznych, ponieważ określa kierunek i intensywność większości procesów naturalnych.

Na obszarach o nadmiernej wilgoci znajduje się wiele rzek, jezior i bagien. W przemianie reliefu dominuje erozja. Łąki i lasy są szeroko rozpowszechnione.

Wysokie roczne wartości współczynnika wilgotności (1,75-2,4) są charakterystyczne dla obszarów górskich o bezwzględnych wzniesieniach powierzchni 800-1200 m. Te i inne wyżej położone obszary górskie znajdują się w warunkach nadmiaru wilgoci z dodatnim bilansem wilgoci, nadmiarem wilgoci czyli 100 - 500 mm rocznie lub więcej. Minimalne wartości współczynnika wilgoci od 0,35 do 0,6 są charakterystyczne dla strefy stepowej, której zdecydowana większość powierzchni położona jest na wysokościach mniejszych niż 600 m abs. wysokość. Bilans wilgoci jest tu ujemny i charakteryzuje się deficytem od 200 do 450 mm lub więcej, a całe terytorium charakteryzuje się niedostateczną wilgotnością, typową dla klimatu półsuchego, a nawet suchego. Główny okres parowania wilgoci trwa od marca do października, a jego maksymalne natężenie występuje w najgorętszych miesiącach (czerwiec – sierpień). Właśnie w tych miesiącach obserwuje się najniższe wartości współczynnika nawilżania. Łatwo zauważyć, że ilość nadmiaru wilgoci na obszarach górskich jest porównywalna, a w niektórych przypadkach przekracza całkowitą ilość opadów w strefie stepowej.

Współczynnik nawilżania Wysocki - Iwanowa

Współczynnik wilgotności to stosunek ilości opadów w ciągu roku lub w innym czasie do parowania określonego obszaru. Współczynnik nawilżania jest wskaźnikiem stosunku ciepła i wilgoci. Po raz pierwszy metodę charakteryzowania klimatu jako czynnika reżimu wodnego gleb wprowadził do praktyki gleboznawstwa G. N. Wysocki. Wprowadził pojęcie współczynnika wilgotności terenu (K) jako wartość obrazującą stosunek ilości opadów (Q, mm) do parowania (V, mm) w tym samym okresie (K=Q/V). Według jego obliczeń wartość ta dla strefy leśnej wynosi 1,38, dla strefy leśno-stepowej – 1,0, dla strefy czarnoziemsko-stepowej – 0,67, a dla strefy suchego stepu – 0,3.

Następnie koncepcję współczynnika wilgoci szczegółowo opracował B. G. Iwanow (1948) dla każdej strefy geograficznej gleby i zaczęto nazywać współczynnik Współczynnik Wysockiego-- Iwanowa(KU).

Na podstawie zaopatrzenia gruntów w wodę oraz charakterystyki uformowania gleby na kuli ziemskiej można wyróżnić następujące obszary (Budyko, 1968) (tab. 2)

Tabela 2

Regiony klimatyczne

W zależności od dostaw wilgoci i jej dalszej redystrybucji każdy region naturalny charakteryzuje się wskaźnikiem suchości radiacyjnej

gdzie R jest bilansem promieniowania, kJ/(cm 2 * rok); r – roczna ilość opadów, mm; a -- ciepło utajone przemian fazowych wody, J/g.

Współczynnik nawilżania to specjalny wskaźnik opracowany przez meteorologów w celu oceny stopnia wilgotności klimatu w danym regionie. Wzięto pod uwagę, że klimat jest długoterminową cechą warunków pogodowych na danym obszarze. Dlatego postanowiono uwzględnić także współczynnik nawilżania w długim horyzoncie czasowym: z reguły współczynnik ten wyliczany jest na podstawie danych zebranych w ciągu roku.

Zatem współczynnik nawilżania pokazuje, ile opadów przypada w tym okresie w danym regionie. To z kolei jest jednym z głównych czynników determinujących dominujący typ roślinności na tym obszarze.

Obliczanie współczynnika wilgotności

Wzór na obliczenie współczynnika nawilżania jest następujący: K = R/E. We wzorze tym symbol K oznacza rzeczywisty współczynnik nawilżania, a symbol R oznacza ilość opadów, które spadły na danym obszarze w ciągu roku, wyrażoną w milimetrach. Wreszcie symbol E oznacza ilość opadów z powierzchni ziemi w tym samym okresie.

Wskazana wielkość opadów, wyrażona również w milimetrach, zależy od temperatury panującej w danym regionie w danym okresie czasu i innych czynników. Dlatego też, pomimo pozornej prostoty podanego wzoru, obliczenie współczynnika nawilżania wymaga dużej liczby pomiarów wstępnych przy użyciu precyzyjnych przyrządów i może być przeprowadzone jedynie przez odpowiednio duży zespół meteorologów.

Z kolei wartość współczynnika wilgotności na danym obszarze, biorąc pod uwagę wszystkie te wskaźniki, z reguły pozwala z dużą wiarygodnością określić, jaki rodzaj roślinności dominuje w tym regionie. Jeśli więc współczynnik wilgotności przekracza 1, oznacza to wysoki poziom wilgotności na danym obszarze, co wiąże się z przewagą takich typów roślinności jak tajga, tundra czy leśno-tundra.

Wystarczający poziom wilgotności odpowiada współczynnikowi nawilżania równemu 1 i z reguły charakteryzuje się przewagą mieszanego lub. Dla obszarów leśno-stepowych typowy jest współczynnik nawilżania wynoszący od 0,6 do 1, od 0,3 do 0,6 dla stepów, od 0,1 do 0,3 dla obszarów półpustynnych i od 0 do 0,1 dla pustyń.