Физика вод суши / Презентации Доклады / Испарение снега и льда

Испарение - поступление в атмосферу водяного пара; происходит при отрыве молекул с поверхности воды, капель и кристаллов в воздухе, снега, льда, влажной почвы, смоченной растительности. Отрываются те молекулы, скорость движения которых выше средней при данной тем-ре и достаточна для преодоления сил молекулярного притяжения. Одновременно часть оторвавшихся молекул возвращается обратно, и по существу испарение – это разность между потоками молекул, отрывающихся от жидкости или кристаллов и возвращающихся обратно. С возрастанием тем-ры число отрывающихся молекул растёт, и, следовательно, увеличивается испарение. Испарение также зависит от влажности воздуха над данной поверхностью: чем выше его влагосодержание, тем больше поток молекул пара, возвращающихся из воздуха обратно к жидкости или кристаллам, и меньше испарение. При полном насыщении воздуха водяным паром испарение прекращается. Для испарения 1 кг воды требуется 2,5 МДж энергии, для испарения 1 кг снега или льда – 2,834 МДж. Испарение – единственный источник водяного пара для атмосферы и один из наиболее эффективных механизмов расходования энергии на поверхности Земли, приводящий к её заметному охлаждению. Нередко в общее (суммарное) испарение с территории включают транспирацию – испарение воды растениями. Испарение измеряется в единицах массы воды на единицу площади за единицу времени – напр., кг/м² с

Методы расчетов и методы измерений.

Экспериментальные данные показывают, что потери влаги за счет испарения с поверхности снега могут составить 10-20 % количества снегозапасов на равнине и до 24-50% в горах. Суточное испарение зимой в наиболее холодные месяцы в различных географических районах доходит до 0.05 -0.4 мм. Сут.

В предвесенний период интенсивность испарения возрастает за счет возрастания солнечной радиации. Опыты с измерением испарения на освещенных солнцем участках и в тени показали, что в тени испарение может быть на 60 – 70% меньше, чем на освещенном участке. Сопоставление испарения за солнечные и пасмурные дни дало превышение 24%. Влияние солнечной радиации сказывается прежде всего на температуре поверхности снега, следствием чего и является возрастание интенсивности испарения. Суммарное испарение за весну определяется ее типом.

На интенсивность испарения должны оказывать свойства снега. Большая воздухопроницаемость снега, вынос водяных паров из более глубоких слоев и неровная поверхность снега – все это должно приводить к увеличению испарения за счет увеличения шероховатости и площади испаряющей поверхности.

Суточный ход испарения зависит от суточного хода метеоэлементов, но общим для дней с низкой влажностью воздуха и ясной погодой является наступление максимума в интервале 11-13 ч. По наблюдениям на большом гидравлическом испарителе (Валдай) средняя интенсивность испарения для ясных дней в эти часы составляла 0.13 мм за 2 ч. В пасмурную погоду четко выраженного суточного хода испарения не наблюдалось, хотя испарение может достигать тех же значений, что и в ясную погоду. Измерение испарения с поверхности снежного покрова представляет некоторые трудности вследствии его малости между сроками наблюдений и недостаточно разработанной методики измерений.

Общепринятым методом измерения испарения является весовой метод, при котором исследуемый монолит снега, помещенный в сосуд, установленный на снегоиспарительной площадке, периодически взвешивается. Разность весов между двумя сроками наблюдений принимается за испарение со снежного покрова.

Испаритель, в который помещается монолит снега, должен быть достаточно большим, чтобы не нарушить нормальную циркуляцию воздуха в снежном покрове и создать возможность полного учета выноса водяных паров из глубины. В испарителе должен быть предусмотрен отвод талой воды в период снеготаяния. Глубина снега должна быть достаточной, чтобы солнечная радиация поглощалась снежным покровом, не достигая дна испарителя.

Наблюдения за испарением с поверхности снега пока еще недостаточно стандартизированы, что затрудняет их сравнение и обобщение.

Для наблюдений чаще всего используют цилиндрические, а иногда прямоугольные сосуды (металлические или из пластмассы) со сьемным дном, площадь которых составляет 1000, 500, 300, 250, 100, 70 см^2, а глубина 2 – 4 – 6 – 10 см.

Стандартный испарителю, рекомендованный для наблюдений «Руководством по производству наблюдений над испарением с почвы и снежного покрова», представляет собой цилиндр из дюралюминия со сьемным дном и крышкой. Площадь испаряющей поверхности 500 см, высота 6 см.

Испаритель в период таяния снега устанавливается в специальное гнездо-футляр, зимой, при отрицательных температурах – непосредственно в снежный покров. Испарение определяется по измерению веса испарителя со снегом между сроками наблюдений.

Испаритель таких размеров обеспечивает нужную точность измерений – взвешивание испарителя с точностью до 1 г обеспечивает определение слоя испарения с точностью до 0.02 мм.

Несколько сложнее по конструкции испаритель СИИП также являющийся весовым прибором с площадью испаряющей поверхности 500 или 1000см и глубиной 15 см.

Снеговой испаритель СИИП состоит из трех прямоугольных ящиков. Первый – внутренний – служит испарителем, имеет площадь 500 см, снизу – выдвижное дно с отверстиями для стока воды. Второй с водонепроницаемым дном сохраняет при взвешивании талую воду, просочившуюся из монолита. Третий – наружный является футляром, в котором устанавливается взвешиваемая часть прибора, и предохраняет ее от налипания снега, смачивания водой, а также предохраняет гнездо установки испарителя от обрушения. Авторы прибора рекомендуют при установке испарителя создавать «противопоземочную» насыпь, окружающую испаритель в форме ромба, вытянутого по направлению преобладающих ветров, с уплотненными, подмороженными откосами. Создание такой насыпи вряд ли целесообразно, хотя она и предохраняет испаритель от накопления в нем снега при горизонтальном переносе, но исказит профиль ветра и распределение влажности над испарителем и вокруг него.

Испарение со льда.

Наблюдения за испарением с поверхности льда еще менее распростанены, чем наблюдения за испарением с поверхности снега. Методика измерений та же – лед помещается в сосуд (чаще всего круглый) площадью 500 см имеющий глубину от 1.5 до 5.5 см и периодически взвешивается. Интенсивность испарения по эксперементильным данным составляет от 0.05 до 0.8 мм. Сут и более.

Несмотря на малое испарение с поверхности льда и снега, следует отметить в виду, что затраты тепла здесь более значительны, чем при испарении того же слоя с водной поверхности. Количество тепла, расходуемое на испарение с единицы площади со снега или льда, подсчитывается по формуле S =ELp , или учитывая размерность

S = 0.1 E (597 + 80)р кал\см^2

Где Е – слой испарений мм, L – теплота испарения льда (или снега)

В период весеннего таяния при благоприятных условиях потери тепла на испарение с поверхности снега (или льда) могут быть существенной величиной теплового баланса.