Projekt AS KOMPETENCJI jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie

PROJEKT MGP Nazwa szkoły: Zespół Szkół Zawodowych im. Prof. Gerharda Domagka Zespół Szkół Ogrodniczych im. Saperów Wojska Polskiego ID grupy: 97/47_MF_G197/38_MF_G1 Kompetencja: Matematyczno - Fizyczna Temat projektowy: Fizyka opadów atmosferycznych Semestr/rok szkolny: Trzeci – 2010/2011

FIZYKA OPADÓW ATMOSFERYCZNYCH

OPAD ATMOSFERYCZNY Zjawisko wypadania, opadania, stałych i ciekłych hydrometeorów z chmur w kierunku Ziemi pod działaniem siły grawitacji. Hydrometeory (kropelki i kryształki), gdy są odpowiednio ciężkie (masywne), poddawane są sile przyciągania ziemskiego, Dlatego kierunek i wzrost wektora ich prędkości jest zgodny z kierunkiem i zwrotem wektora przyspieszenia ziemskiego, a więc w stronę powierzchni Ziemi.

WARUNKIEM KONIECZNYM POWSTAWANIA OPADÓW ATMOSFERYCZNYCH POWSTANIE CHMURY JEST

CHMURY Chmura jest układem koloidalnym, zawieszonym w atmosferze. Koloid ten składa się z mikroskopijnych kropelek wody (chmury wodne np. Cumulus) lub kryształków lodu (chmury lodowe np. Cirrus) albo tych faz jednocześnie (chmury mieszane np. Altostratus, Cumulonimbus), które rozproszone są w fazie gazowej, czyli powietrzu. Kropelki i kryształki są zwane hydrometeorami.

Jednak, jeśli z pewnych przyczyn masa cząstek chmurowych wzrośnie np. przez wzajemne zderzenia i łączenia małych hydrometeorów w większe agregaty), równowaga sił ulega zaburzeniu a prym zaczyna wieść siła przyciągania ziemskiego.

Porywa ona kropelki lub kryształki w kierunku Ziemi i z chmury wypada opad, czyli zawiesina hydrometeorów w atmosferze. Zjawisko to jest podobne do wytrącania trudno rozpuszczalnego osadu lub do próby rozpuszczenia piasku w wodzie. Otrzymujemy wtedy zawiesinę, w której cząsteczki substancji rozpuszczonej (piasku) opadają na dno naczynia.

Charakter opadu atmosferycznego jest wieloraki. Z chmur pada opad ciekły, czyli deszcz i mżawka, zamarzający lub niezamarzający w kontakcie z podłożem. Zimą występują opady stałe (śnieg, krupa śnieżna, deszcz lodowy) a podczas letnich burz nieraz pada grad.

Występują też opady wielofazowe (mieszane), jak śnieg z deszczem, gdzie obok opadu stałego występuje opad ciekły.

RODZAJE CHMUR Chmury można podzielić na różne sposoby. Ze względu na wysokość występowania dzielimy na: chmury wysokie, chmury średnie, chmury niskie, chmury o rozwoju pionowym. Ze względu na kształt: chmury pierzaste, chmury warstwowe, chmury kłębiaste. Ze względu na materiał z którego są zbudowane: wodne, lodowe, wodno-lodowe.

CHMUR Y WYSOKIE CirrusCirrus - wysoka chmura pierzasta, lodowa, często o haczykowatym kształcie CirrostratusCirrostratus - wysoka chmura pierzasto-warstwowa CirrocumulusCirrocumulus - wysoka chmura pierzasto-kłębiasta, lodowa, "baranek

CHMUR Y ŚREDNIE AltostratusAltostratus - chmura warstwowa średnia, mieszana AltocumulusAltocumulus - średnia chmura kłębiasta Altocumulus lenticularis - wrzecionowata chmura kłębiasta składająca się z przechłodzonej wody NimbostratusNimbostratus - ciemna, gęsta chmura warstwowa, mieszana - chmury deszczowe

CHMUR Y NISKIE StratocumulusStratocumulus - niska chmura kłębiasto- warstwowa zbudowana z kropelek wody StratusStratus - chmura warstwowa dająca gęstą, ciemną pokrywę

DLACZEGO ZAWSZE NIE PADA Z CHMUR? Kiedy wielkość i masa hydrometeorów jest odpowiednio mała, siły prądów wstępujących równoważą siłę grawitacji, przezeń chmura unosi się w powietrzu i jest układem względnie stabilnym.

KIEDY PADA? Gdy z pewnych przyczyn masa cząstek chmurowych wzrośnie np. przez wzajemne zderzenia i łączenia małych hydrometeorów w większe agregaty, równowaga sił ulega zaburzeniu a prym zaczyna wieść siła przyciągania ziemskiego. Porywa ona kropelki lub kryształki w kierunku Ziemi i z chmury wypada opad, czyli zawiesina hydrometeorów w atmosferze.

Gdy już chmura powstanie, przez jakiś czas utrzymuje się w atmosferze, nie dając opadów. Niemniej, opad, prędzej czy później wystąpi (jeśli tylko chmura nie wyparuje).

ZJAWISKA ODPOWIEDZIALNE ZA WZROST MASY HYDROMETEORÓW Koagulacja zachodzi w chmurach wodnych, tj. zbudowanych tylko z kropelek wody. Proces koagulacji - łączeniu się mniejszych drobin w większe. Zachodzi to np. podczas zderzeń cząstek.

I DRUGI PROCES Proces Bergerona – Findaisena - narastania kryształków lodu przy jednoczesnym zmniejszaniu się udziału fazy ciekłej. Występuje w chmurach mieszanych.

PROCES BERGERONA – FINDAISENA Warunkiem do jego zaistnienia jest obecność hydrometeorów w różnych stanach skupienia. Nad powierzchnią kryształków lodu jest duży niedobór wilgotności i gdy para wodna pochodząca z kropli wody znajduje się w pobliżu kryształków na drodze resublimacji przechodzi z cieczy w ciało stałe, przez co przyczynia się do wzrostu kryształków. Gdy jego masa wzrośnie ok 10-krotnie wypada z chmury i w zależności od tego jakie warunki panują na zewnątrz, taki rodzaj opadu powstaje. Jeśli jest ciepło to pada deszcz, jeśli zimno - śnieg.

MOŻNA GO PO KRUTCE PRZEDSTAWIĆ NASTĘPUJĄCO Mamy chmurę zbudowaną z kropelek wody i kryształków lodu. W układzie następuje zjawisko narastania kryształków lodu przy jednoczesnym zmniejszaniu się udziału fazy ciekłej. Ciężkie kryształki wypadają z chmury w postaci śniegu, po czym, w zależności od temperatury otoczenia ulegają lub nie ulegają przemianie fazowej, prowadzącej do opadu ciekłego (deszczu).

JĄDRA KONDENSACJI I ZAMARZANIA Aby powstała chmura, w atmosferze muszą znajdować się mikroskopijne cząstki, tak zwane jądra kondensacji, na których osiada para wodna. Takie cząstki to na przykład produkty spalania, cząsteczki soli dostające się do atmosfery z bryzgów fal morskich, pyły wulkaniczne itp. Podobny warunek występuje w przypadku zamarzania kropli wody - mimo przechłodzenia ich nawet do kilkudziesięciu stopni poniżej zera nie będą one zamarzać jeśli nie będzie w powietrzu jąder zamarzania. Najefektywniejszymi jądrami zamarzania są kryształki lodu.

CHARAKTER OPADU ATMOSFERYCZNEGO Z chmur pada opad ciekły: deszcz, mżawka, zamarzający lub niezamarzający w kontakcie z podłożem. Zimą występują opady stałe: śnieg, krupa śnieżna, deszcz lodowy. Podczas letnich burz nieraz pada grad. Występują też opady wielofazowe (mieszane): śnieg z deszczem.

DESZCZ Opad składający się z pojedynczych kropel wody o średnicy wahającej się od 0,5 mm do 5 mm. Krople o wymiarach większych niż 5 mm nie są trwałe i najczęściej podczas spadania rozpadają się na mniejsze krople. Początkowo krople wody spadają ruchem przyśpieszonym, lecz opór powietrza równoważy w pewnym momencie siłę ciężkości i krople wody zaczynają poruszać się ruchem jednostajnym. Temperatura spadającej wody jest zwykle o 1 o C do 3 o C niższa od temperatury otaczającego go powietrza.

MŻAWKA Opad składający się z drobniutkich kropelek wody nie przekraczających 0,5 mm średnicy. Pada ona zazwyczaj podczas mglistej pogody z chmur warstwowych (stratus)

ŚNIEG Opad złożony z rozgałęzionych sześciokątnych kryształków lodu, z gwiazdek o pięknym rysunku. W pewnych przypadkach (przy bardzo niskich temperaturach) śnieg pada w postaci pojedynczych kryształków. Najczęściej jednak obserwujemy śnieg w postaci luźnych, dużych skupień kryształków tzw. płatków.

KRUPA ŚNIEŻNA Opad składający się z białych, nieprzezroczystych ziaren o średnicy 2-5 mm. Ziarna mają kształt kulisty lub stożkowaty, są łamliwe i można je łatwo rozgniatać. Często krupy są przykryte warstwą szklistego, przezroczystego lodu - nazywamy ją wtedy krupą ciężką lub twardą.

DESZCZ LODOWY Jedną z odmian deszczu jest deszcz lodowy padający w czasami w przejściowych porach roku (przedwiośnie i przedzimie). Opad ten składa się z zamarzniętych kropelek o średnicy 1-4 mm, przy spadaniu odskakujących sprężyście od podłoża. Obserwujemy także deszcz przechłodzony, który przy zetknięciu z chłodnym podłożem tworzy gołoledź.

GRAD Opad w postaci dużych brył lodowych o najrozmaitszym kształcie, najczęściej kulistym. Gradzina ma budowę warstwową. Środek stanowi białe, mętne jądro, które jest otoczone na przemian warstwami szklistego, przezroczystego lodu i warstwami śnieżnymi. Powstanie gradziny o dużych rozmiarach wymaga silnych prądów powietrznych w chmurze typu Cumulonimbus. Aby powstała gradzina o średnicy 30 mm, potrzebuje one prawdopodobnie prądów powietrza o prędkości 100 km/godz. Prądy turbulencyjne w chmurze zamieniają zamarzniętą krople wody w jądro gradziny.

Para wodna w zasobnej w wilgoć chmurze kondensuje i zamarza na powierzchni jądra. Tak powstała gradzina jest miotana do góry i na dół prądami powietrznymi, a na jej powierzchni przyrastają kolejne warstewki lodu. Przezroczysta gradzina utworzy się w tedy, gdy do lodu dostanie się pęcherzyk powietrza. Przezroczyste warstewki mogą formować się też w cieplejszej, położonej niżej, części chmury. Czasami można doliczyć się w gradzinie 25 warstewek i ostatniej - jasnej warstwy lodu, która najczęściej tworzy się już w czasie spadku gradziny z chmury.

ŚNIEG Z DESZCZEM

OSADY ATMOSFERYCZNE ROSA - powstaje w ciepłe, pogodne noce pod wpływem wypromieniowania ciepła przez podłoże. Para wodna osadza się wtedy w postaci oddzielnych kropelek przede wszystkim na tych przedmiotach, które mają największa zdolność promieniowania i są złymi przewodnikami ciepła. Podczas tworzenia się rosy wyzwala się duża ilość ciepła, które hamuje oziębianie się powietrza w warstwie przygruntowej.

SZRON Szron - powstaje w podobnych warunkach jak rosa, ale w temperaturach ujemnych. Nie pokrywa przedmiotów jednolitą powłoką, lecz wykształca się w postaci pojedynczych piórek lodowych, a dokładniej w postaci mikroskopijnych kulek lodowych układających się jedna na drugiej lub stapiających się ze sobą.

SZADŹ Szadź - osad powstający w wskutek zamarzania przechłodzonych cząstek mgły przy zetknięciu się z przedmiotami twardymi. Szadź osadza się na przedmiotach zwróconych w kierunku wiatru w postaci białego nalotu śnieżnego

GOŁOLEDŹ Gołoledź - naziemna, szklista pokrywa lodowa tworząca się przy temperaturze bliskiej 0 o C wskutek zamarzania spadających przechłodzonych kropel deszczu, mżawki lub opadania mgły roszącej. Gołoledź może powstać również z opadu nie przechłodzonego, jeżeli zetknie się on z podłożem silnie wychłodzonym wskutek panujących poprzednio bardzo niskich temperatur.

Zjawiska atmosferyczne należą do czynników, które najsilniej oddziałują na człowieka w otaczającym go świecie. Człowiek od najdawniejszych czasów obserwował przyrodę i próbował wyjaśniać i przewidywać różne zjawiska.

Projekt AS KOMPETENCJI jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie