MÉRNÖKI METEOROLÓGIA (BME GEÁT 5128) Bevezetés, alapfogalmak, a légkör jellemzői, összetétele, kapcsolat más szférákkal Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Áramlástan Tanszék, 2008 Dr. Goricsán István WIND ENGINEERING Balczó Márton, 2007 1
WIND ENGINEERING RáczNorbert, 2007 Balogh Miklós, 2007 A LÉGKÖR KIALAKULÁSA Föld kialakulása ~ 4,6 milliárd éve Ősbolygó légköre: H 2, He, CH 4, NH 3, H 2 O, H 2 S Kémiai reakció a Föld szilárd alkotóelemeivel, disszipáció, elsődleges atmoszféra eltűnt (szél) METEOSAT-műholdkép a Földről 1994.július 23. Másodlagos atmoszféra: vulkáni gázok+vízgőz (CO 2, H 2 O, S, H 2, N 2 ) Vékony réteg a felszín felett Hosszúhullámú sugárzás elnyelése Hőmérséklet emelkedése (3,5-3,6 milliárd éve 0 ºC) Vízgőztartalom emelkedése» víz körforgása» ősóceánok kialakulása Első puhatestűek megjelenése ~ 1 milliárd éve UV akadálytalanul jut el a vízfelszínre» élet ~10 m mélyen (elegendő fény) Fotószintetizáló élőlények anyagcseréje révén O 2 feldúsulás» szárazföldi élet UV sugárzás O 2»O 3» ózonpajzs kialakulása EUMETSAT-felvétel, www.met.hu 2
AZ ATMOSZFÉRA SZERKEZETE ÉS JELLEMZŐI I. (ISA, ICAO) Tömege: M A =5,19 10 15 t (M F =5,98 10 21 t ) 50%-a 5,5 km alatt; 99%-a 30 km alatt ICAO Standard Atmosphere jellemzői 45 szélességre Átlagos tengerszinti légnyomás: p 0 = 1013.25 mbar Eddig mért max/min: p max = 1079mb, p min = 877 mb Hőmérsékleti gradiens a troposzférában: -0,0065 K/m Léghőmérséklet tengerszinten: 15 C (288,15K) Közepes molekulasúly: 28,9644 kg/mol Sűrűség a tengerszinten: 1,225 kg/m 3 Univerzális gázállandó: 8314,32 J/mol K Homoszféra ~90 km magasságig, levegő összetétele azonos Heteroszféra >90 km gázok molekulasúly szerint rendeződnek AZ ATMOSZFÉRA SZERKEZETE ÉS JELLEMZŐI II. (ISA) 3
SZFÉRÁK JELLEMZÉSE Troposzféra Trópusokon 16-18 km, sarkkörön ~10 km, Időjárási jelenségek, üvegházhatás Atmoszféra tömegének ~80%-a Tropopauza (1-2 km vastag) Sztratoszféra Hőmérséklet ~ 20 km-ig állandó felette emelkedés két lépcsőben, Ozonoszféra 20 km felett, maximum 20-30 km Sztartopauza (48-50 km) Mezoszféra Izotermia majd csökkenés, minimum ~180K 79-80 km magasságban Mezopauza (78-80 km) Termoszféra (Ionoszféra) Izotermia majd rohamos növekedés, 220K ~100 km magasságban, Nap erősen ionizálja az itt található gázokat, Sarki fény, Nemzetközi Űrállomás Termopauza Exoszféra Felső határa ~10000 km, hőmérséklete ~ 1000 ºC LÉGKÖR ÖSSZETÉTELE Összetevő Térfogat % ppm Tartózkodási idő Állandó összetevők N 2 O 2 Ar Ne He Kr Xe 78,084 20,946 0,934 18,18 5,24 1,14 0,087 10 6 év 5 10 3 év Változó összetevők CO 2 CH 4 H 2 N 2 O O 3 354 2 0,5 0,31 0,04 15 év 4 év 6,5 év 8 év ~2 év Erősen változó összetevők CO H 2 O (vízgőz) NO 2 NH 3 SO 2 H2 S 0-4 0-0,05 0-0,003 0-0,02 0-0,002 0-0,003 ~0,3 év (100 nap) 10-14 nap ~6 nap ~7 nap ~4 nap ~2 nap 4
IDŐ, IDŐJÁRÁS, ÉGHAJLAT Idő: a levegő pillanatnyi fizikai állapota (az állapotjelzők - légnyomás, hőmérséklet, mozgási viszonyok, nedvességtartalom, felhőzet, csapadék stb. - pillanatnyi értéke) Időjárás: e paraméterek időbeli alakulása Éghajlat: adott hely lehetséges időjárásainak rendszere. Növekvő időlépték. A mérnöki szemléletben mindhárom lépték szerepet kap. KAPCSOLAT MÁS SZFÉRÁKKAL HIDROSZFÉRA KRIOSZFÉRA Folyékony halmazállapotú vizek Hó és jégtakaró ATMOSZFÉRA LITOSZFÉRA BIOSZFÉRA Kontinensek és szigetek Földi vegetáció, kontinentális fauna, óceánok faunája és flórája + EMBER 5
KÖLCSÖNHATÁS A SZFÉRÁK KÖZT I. HIDROSZFÉRA <> ATMOSZFÉRA: HŐÁTADÁS: hidroszféra: nagy hőkapacitás hőmérsékletszabályzás az atmoszférában ANYAGÁTADÁS:hidroszféra + atmoszféra: víz-körfolyamat (párolgás, kondenzáció, csapadékképződés, elfolyás). Óceánok: kondenzációs magvak forrásai. Csapadék: az óceáni sókoncentráció befolyásolója. IMPULZUSÁTADÁS: a tengeráramlásokat többek között az állandó jellegű szélrendszerek tartják fenn KRIOSZFÉRA <> ATMOSZFÉRA: HŐÁTADÁS: krioszféra: fokozott EM-sugárzás-visszaverő és igen alacsony hővezető képesség - az atmoszféra termodinamikai folyamatait befolyásolja a levegő erős lehűlése a jég- és hófelszínek felett: stabilizáló (áramlást mérséklő) tényező KÖLCSÖNHATÁS A SZFÉRÁK KÖZT II. LITOSZFÉRA <> ATMOSZFÉRA: HŐÁTADÁS: litoszféra: mozaikszerűen változatos hőelnyelő és EM-sugárzás-visszaverő képesség, eltérő talajnedvességi viszonyok - egyenetlen energetikai viszonyok (egyenetlen melegedés) - mikroklimatikus folyamatok kialakítása - légmozgások forrásai ANYAGÁTADÁS: pl. vulkáni tevékenység: CO2, aeroszol, gázok: üvegházhatás módosítása, kondenzációs magvak (csapadék). Csapadék visszajutása a litoszférára. IMPULZUSÁTADÁS: mechanikai turbulencia a légmozgásban; energia-disszipáció. Szélerózió. BIOSZFÉRA <> ATMOSZFÉRA: bioszféra: módosítja a felszín érdességét, visszaverő képességét, párologtató képességét, hőkapacitását, a csapadék elfolyását. Hatást gyakorol a CO2- mérlegre és az oxigén-körfolyamatra. Alakítója és szenvedő részese a klímának. ANTROPOGÉN HATÁSOK (állattartás, növénytermesztés, erdőirtás, erdősítés, urbanizáció, iparosodás - légszennyezés). 6