• Nem Talált Eredményt

fejezet - tanulási egység

In document Hidrológia - hidraulika (Pldal 26-32)

Légnedvesség

Bevezetés

A tanulási egységben a légnedvesség bemutatásával folytatjuk a meteorológiai témakört. A légnedvesség egyrészt fontos befolyásoló tényezője egyes hidrológiai folyamatoknak, másrészt a víz egyik földi megjelenési formája is. A fejezet célja, hogy alaposan, számítási példákon keresztül ismertesse meg Önnel a fontosabb légnedvességi paramétereket. Fontos, hogy a számításokat meg is értse, ugyanis csak így lesz képes arra, hogy a légnedvességet megfelelő módon vegye figyelembe a szakmai munkája során. A gyakorlatban többféle légnedvesség-mérési módszer létezik. Célunk, hogy ezek között is eligazodjon, ismerje a (nagyon különböző) mérési elveket, a műszereket.

A tanulási egységhez kapcsolódó konkrét követelmények:

• Tudja bemutatni a fontosabb légnedvességi paramétereket, és megmagyarázni az ezek közötti összefüggéseket!

• Legyen képes meghatározni (kiszámolni) a relatív nedvesség, a tényleges gőznyomás, illetve a harmatpont értékét a hőmérséklet és egy másik adott légnedvességi paraméter ismeretében!

• Tudja ismertetni a különböző légnedvesség-mérési módszereket!

1. 3.1. Légnedvesség

A Föld teljes vízkészletének elenyészően kis hányada található a légkörben, mint ahogyan az előző fejezetben megállapítottuk. Ehhez képest viszont óriási a jelentősége, hiszen a hidrológiai körfolyamat meghatározó részei kapcsolatosak ezzel a vízformával. A párolgás során vízgőz kerül a légkörbe, ahol légnedvesség transzport megy végbe. A csapadék a légkörben alakul ki, majd a víz kihull a felszínre.

A víz atmoszférikus kicserélődése gyors, tartózkodási ideje a légkörben csupán 10 nap körüli. Ez azt jelenti, hogy átlagosan 10 nap alatt a légkörben levő teljes vízmennyiség kicserélődik. Más szavakkal: a víz esetén a légkörbe való bejutás és az onnan történő kijutás között átlagosan 10 nap telik el.

A levegőben helytől és időtől függően, de mindig van több-kevesebb vízpára. A levegőben levő vízpárát, illetve vízgőzt nevezik légnedvességnek. A légnedvesség jellemzésére többféle paraméter alkalmas. Célszerű ezek közül a leggyakrabban használtakkal megismerkedni.

A légnedvesség jellemzésére szolgáló mennyiségek:

Abszolút nedvességtartalom (a): Egységnyi térfogatú levegőben lévő vízgőz tömege. Megmutatja, hogy 1 m3 levegőben hány gramm vízgőz van.

Gőznyomás (páranyomás) / e: A levegőben lévő vízgőz parciális nyomása. A meteorológiában gyakran így, gőznyomásként (hPa-ban) adják meg a levegőben levő víz mennyiségét.

Telítettségi v. telítési gőznyomás / E : Minden hőmérséklethez tartozik egy maximális nedvességtartalom, azaz egy maximális vízmennyiség, amit a levegő az adott hőmérsékleten vízgőz formában tartalmazhat. Ha a levegő éppen ezt a maximális vízgőz mennyiséget tartalmazza, többet már nem képes felvenni, akkor telítettnek nevezzük. Mennyiségét szintén nyomásegységben (hPa-ban) fejezzük ki. A telítettségi gőznyomás növekszik – méghozzá egyre gyorsuló ütemben - a hőmérséklet emelkedésével (20. ábra). Megj: A telítettségi nedvességtartalmat g/m3 egységben is ki lehet fejezni.

20. ábra. A telítettségi gőznyomás a léghőmérséklet függvényében

Becsüljük meg az ábra alapján, hogy kb. hányszor több vízgőzt tartalmazhat a levegő 30°C-on, mint 0°C-on!

Relatív nedvesség: A legismertebb, gyakran használt légnedvességi mennyiség. A relatív nedvesség megmutatja, hogy a tényleges nedvességtartalom hány százaléka az adott hőmérséklethez tartozó telítettségi (azaz lehetséges maximális) nedvességtartalomnak (gőznyomásnak). Képlettel:

A hányados 0 és 1 közötti érték lehet, azaz a relatív nedvesség értéke elvileg 0 és 100% között lehet.

Természetes körülmények között a 100% előfordulhat, a 0% sohasem. Megj: A hétköznapi életben a légnedvesség alatt szinte mindig ezt a paramétert értjük.

Telítettségi hiány / D: Az adott hőmérséklethez tartozó telítettségi nedvességtartalom és a tényleges nedvességtartalom különbsége. Megmutatja, hogy a levegő mennyi vízgőzt képes még felvenni az adott hőmérsékleten. Szoros kapcsolatban van a párolgással. Minél nagyobb ez az érték, annál nagyobb a levegő párafelvevő képessége. Képlettel kifejezve:

D = E-e (g/m3)

Harmatpont / td: Az a hőmérsékleti érték, amelyre a levegőt (állandó nyomáson) lehűtve, telített állapotba jut.

Telítetlen levegő hűtésével szükségszerűen elérjük a telítettségi állapotot, mert hűtés közben a tényleges nedvességtartalom (gőznyomás) nem változik, a telítettségi nedvességtartalom (telítettségi gőznyomás) viszont csökken a hőmérséklettel együtt. A harmatpontot elérve e = E, azaz R = e/E = 1 = 100%, tehát a relatív nedvesség eléri a 100%-ot.

Ha a levegő a harmatpontja alá hűl, akkor (e-E) mennyiségű pára kicsapódik. A kicsapódást - a párolgással ellentétes folyamatot - kondenzációnak nevezzük. A kondenzáció során tehát légnemű vízből (azaz vízpárából) folyékony halmazállapotú víz keletkezik.

A kondenzáció a felhő-, illetve csapadékképződés egyik alapfeltétele (ezzel részletesen az 5. fejezetben foglalkozunk).

2. 3.2. A légnedvesség mérése

A légnedvesség meghatározására a gyakorlatban háromféle nedvességmérő típus terjedt el: a nedvszívó higrométerek, a pszichrométerek és a harmatpont higrométerek.

Nedvszívó (higroszkópos) higrométerek

A nedvszívó higrométerek érzékelője a légnedvességnek megfelelően változtatja nedvességét. Ez a nedvességváltozás vezet valamilyen fizikai változáshoz (hossz, kapacitás stb.), amit valójában mérünk.

Az ebbe a kategóriába tartozó hajszálas higrométer (21. ábra) érzékelője egy hajszálköteg (a szőke, női hajszál a legjobb!), ami a légnedvesség változásával megváltoztatja a hosszúságát: megnyúlik, ha nő a relatív nedvesség, és viszont. Ez a kismértékű hosszváltozás egy mutató elmozdulását biztosítja a 22. ábrán bemutatott szerkezeti megoldások egyikének segítségével.

21. ábra. Hajszálas higrométer

22. ábra. A hajszálas higrométer szerkezeti megoldásai

A hétköznapi életben elterjedt műszerek, de a meteorológiai gyakorlatban nincs jelentőségük, a pontatlanságuk miatt.

A higrográf (hajszálas légnedvességíró) ugyanezen az elven működik. A mutató szerepét egy írókar/írótoll vesz át, amely egy óraszerkezet által forgatott hengerre erősített és időbeosztással ellátott papírra rajzolja a relatív nedvesség menetét (23. ábra). Csak korrekciók segítségével érhető el megfelelő pontosság. Jelentőségét mára szinte teljesen elvesztette a meteorológiai alkalmazásokban.

23. ábra. A higrográf szerkezeti felépítése

24. ábra. Humicap érzékelővel rendelkező légnedvesség-mérő (Vaisala) http://www.vaisala.com/en/products/humidity/Pages/HMP155.aspx

Az Országos Meteorológiai Szolgálat automata állomásain a légnedvesség mérés érzékelője Humicap típusú.

Pszichrométerek

A pszichrométeres módszer a párolgás okozta lehűlés mérésén alapszik. A pszichrométer két hőmérőből áll. Az egyik a léghőmérsékletet méri (száraz hőmérő). A másik (nedves) hőmérő higanytartályát desztillált vízzel nedvesített muszlin burkolat borítja. Innen a víz párolgása hőt von el, ezért a nedves hőmérő alacsonyabb hőmérsékletet mutat, mint a száraz hőmérő. A telítettségi hiánytól függ a párolgás intenzitása, a hőelvonás és így a hőmérsékletkülönbség. A légnedvesség a leolvasott száraz és nedves hőmérsékleti értékből táblázat segítségével határozható meg. Viszonylag pontos mérést tesz lehetővé.

Legelterjedtebb típusa az Assmann-féle szellőztetett pszichrométer. Itt a mérés során, a nedvesített burkolat körül egy szellőztető berendezés segítségével viszonylag állandó légmozgást biztosítunk. Így kiküszöbölhető a természetes légmozgás befolyásoló hatása. Készül állomási és hordozható kivitelben (25. ábra). Korábban (az automatizálás előtti időszakban) a meteorológiai mérőhálózatokban a légnedvesség mérése állomási kivitelű Assmann-féle pszichrométerrel történt.

25. ábra. Pszichrométerek (bal: állomási, jobb: hordozható) Harmatpont higrométerek

A levegőben levő vízgőz tényleges mennyiségétől függ, hogy milyen hőmérsékletre kell lehűteni a telítettségi állapot eléréséhez. A harmatpont higrométerekben található egy fémfelület, melyet mesterségesen hűtünk. A vízpára kicsapódásának pillanatában megmérjük a felület hőmérsékletét, s ez megfelel a harmatpontnak. A harmatpont értékéből kiszámítható a többi légnedvességi paraméter. A műszer mérési elve egyszerű, de a technikai megvalósítás nehézségei miatt ez a műszertípus inkább speciális célokat szolgál.

3. Összefoglalás

Ismétlésképpen elevenítsük fel a tanulási egység fontosabb megállapításait!

A levegőben mindig jelenlévő több-kevesebb vízpárát légnedvességnek nevezzük.

A légnedvesség térben és időben nagy változatosságot mutat.

A légnedvesség mennyiségével kapcsolatos fontosabb paraméterek: abszolút nedvesség, (tényleges) gőznyomás, telítettségi gőznyomás, relatív páratartalom, telítettségi hiány, harmatpont.

A hőmérséklet ismeretében az egyes légnedvességi paraméterek egymásba átszámíthatók.

A légnedvesség mérők alapvető típusai: nedvszívó higrométerek, pszichrométerek és a harmatpont higrométerek.

Önellenőrző kérdések és feladatok

A következő kérdések és feladatok segítségével felmérheti, hogy mennyire sikerült elsajátítani a témakör egyes fontos részfejezeteit. A választ elegendő átgondolni. Ha valamelyik pontnál bizonytalanságot érez, javasoljuk a kapcsolódó rész újbóli áttekintését.

• Mely légnedvességi paraméterek változnak és melyek nem, ha egy zárt szobában hűtjük a

• Milyen típusú (mérési elv szerint) légnedvességmérőket ismer?

In document Hidrológia - hidraulika (Pldal 26-32)