Globalne Masy Wody: Temperatura, Wilgotność i Ich Wpływ
- Szczegóły
Zdecydowana większość badań z zakresu klimatologii prowadzonych na świecie poświęcona jest temperaturze powietrza, jako wiodącemu elementowi klimatu.
W centrum zainteresowania znajdują się również ciśnienie i opady atmosferyczne, przy czym ten ostatni element często analizowany jest w ujęciu środowiskowym, tzn. w kontekście potencjalnych skutków zarówno z uwagi na nadmiar, jak i brak opadów.
Rozwój modeli klimatycznych, uwzględniających coraz więcej zmiennych i przedstawiających coraz bardziej precyzyjnie procesy zachodzące w atmosferze, podniósł w ostatnich kilkunastu latach rolę pary wodnej jako czynnika istotnego w badaniach klimatycznych.
Para wodna ma bowiem kluczowe znaczenie w bilansie promieniowania, powstawania chmur oraz wymianie energii w systemie ocean-atmosfera, przez co uważana jest za najbardziej istotny gaz śladowy w atmosferze.
Rola Pary Wodnej w Atmosferze
Para wodna jest jednym z głównych składników atmosfery.
Przeczytaj także: Szczegółowy przewodnik po wzorze na wilgotność
W przeciwieństwie jednak do azotu i tlenu, których zawartość pozostaje stała do wysokości około 100 kilometrów, koncentracja pary wodnej w atmosferze waha się w czasie i przestrzeni do 4, 0%, a jej maksymalna ilość jest ściśle zależna od temperatury (Stuli 2017).
Złożoność powiązań pomiędzy temperaturą powietrza i zawartością pary wodnej wpływa w istotny sposób m.in. na obieg wody, bilans radiacyjny i transport energii.
Relacje opisane równaniem Clausiusa-Clapeyrona wymuszają wzrost prężności maksymalnej pary wodnej i tym samym zdolności absorpcji pary wodnej o około 6-7% przy jednoczesnym wzroście temperatury powietrza o 1K (Manabe, Wetherald 1967; Boer 1993; Wentz, Schabel 2000; Held, Soden 2000; Allen, Ingram 2002; Trenberth i in. 2003, 2005; Willet i in. 2008).
Na obszarach, gdzie możliwa jest stała dostawa pary wodnej (oceany), wraz ze wzrostem T następuje nasilenie procesów parowania i wzrost wilgotności właściwej powietrza (q).
Natomiast ograniczone możliwości parowania, np. nad lądami, powodują redukcję wilgotności względnej i wzrost deficytu wilgotności (Willet i in.
Przeczytaj także: Proces Recyklingu PET
Zdecydowana większość pary wodnej w atmosferze pochodzi z procesów ewapo-transpiracji i parowania na powierzchni lądów i oceanu, a jej transport jest podstawą cyklu hydrologicznego (ryc. 1.1), przy czym zawartość wilgoci nad lądem jest w większości efektem parowania oceanicznego.
Powiązania procesów składowych obiegu wody sprawiają, że jakakolwiek zmiana zawartości pary wodnej nad powierzchnią oceanów znajduje odzwierciedlenie w jej dostępności nad lądem.
Spowolnione lub przyspieszone procesy ogrzewania powietrza nad oceanem, prowadzą do mniej lub bardziej intensywnego wzrostu zdolności pochłaniania pary wodnej, co z kolei ogranicza bądź intensyfikuje tempo parowania wpływając na ilość pary wodnej dostarczanej w kierunku lądu.
Podobnie, zmiana zawartości pary wodnej w dolnych, przypowierzchniowych warstwach troposfery implikuje konsekwencje m.in. w górnej troposferze, gdzie para wodna dociera w skutek pionowego transportu jej cząsteczek w procesach turbulencji i konwekcji (Willet i in. 2013).
Zwiększona ilość pary wodnej przy powierzchni Ziemi będzie skutkowała zatem wzrostem jej zawartości w wyższych warstwach troposfery, co będzie bezpośrednio i pośrednio wpływało na bilans promieniowania (por. podrozdział 1.1.3).
Przeczytaj także: Definicja wilgotności masy formierskiej
Transport pary wodnej odgrywa istotną rolę w kształtowaniu klimatu globalnego.
Przemiany fazowe generują bowiem przepływ energii wywołany dostawą ciepła utajonego, co jest jednym z podstawowych źródeł energii dla systemów cyrkulacyjnych.
Główną komórką cyrkulacyjną, inicjowaną i sterowaną uwolnieniem ciepła utajonego w wielkoskalowych procesach konwekcji w szerokościach okołorównikowych jest komórka Hadleya.
Jej zasięg pionowy i horyzontalny oraz intensywność przepływu materii ulegają zmianom związanym ze wzrostem temperatury powietrza i tym samym prężności maksymalnej pary wodnej, przy czym ograniczenia fizyczne (m.in. strefowy bilans pędu i wielkość turbulencyjnych strumieni pędu) w istotny sposób hamują dynamikę pary wodnej (Schneider i in.
Strumień ciepła utajonego w atmosferze stanowi około 50% całkowitego strumienia energii atmosferycznej skierowanego w stronę biegunów (Pierrehumbert 2002; Trenberth, Stepaniak 2003), co potwierdza istotną rolę pary wodnej w dynamice atmosfery w szerokościach pozazwrotnikowych.
Wpływ pary wodnej na kształtowanie bilansu radiacyjnego i energetycznego Ziemi przyjmuje formę zarówno oddziaływania bezpośredniego, związanego z obecnością cząstek gazu w atmosferze, jak i poprzez rolę, jaką zawartość pary wodnej odgrywa w powstawaniu i rozwoju chmur oraz procesów wewnątrzchmurowych.
Ponadto, ze względu na udział w pochłanianiu promieniowania podczerwonego Ziemi, para wodna uważana jest za najbardziej istotny gaz cieplarniany (Elliott 1995; Kiehl, Trenberth 1997; Held, Soden 2000; Schmidt i in. 2010; Turco 2010).
Istotną rolę w bilansie radiacyjnym odgrywa także para wodna biorąca udział w tworzeniu i w rozwoju zachmurzenia.
Ich przebieg i intensywność, związane ściśle z obecnością pary wodnej, mają w konsekwencji wpływ także na bilans radiacyjny.
A. Devasthale i in. (2011) podkreślają, iż duże znaczenie dla tych procesów, zwłaszcza w obszarach okołobiegunowych, ma struktura pionowa zawartości pary wodnej, w tym występowanie inwersji wilgotności powietrza.
Struktura pionowa zawartości pary wodnej w atmosferze w znaczący sposób wpływa na dostawę promieniowania słonecznego oraz procesy powstawania chmur i opadów atmosferycznych.
Wzrost zawartości pary wodnej zwiększa ilość promieniowania długofalowego zatrzymanego przy powierzchni Ziemi, tym samym powoduje wzrost temperatury powietrza i wzmacnia ocieplenie.
Równocześnie jednak obecność pary wodnej w atmosferze powoduje pośrednio także ujemne sprzężenia zwrotne, gdyż rozkład, transport i konwergencja pary wodnej determinuje właściwości chmur odbijających promieniowanie słoneczne.
Dlatego też szczególnie istotne są obszary występowania inwersji wilgotności, gdyż wzrastająca wraz z wysokością ilość pary wodnej implikuje zwiększony udział promieniowania zwrotnego atmosfery w bilansie radiacyjnym, co A. Devasthale i in. (2011) potwierdzają dla sezonu zimowego.
Wilgotność Powietrza
Wilgotność powietrza to po prostu ilość pary wodnej znajdującej się w danej objętości powietrza, ale opisuje się ją kilkoma różnymi wielkościami fizycznymi.
W codziennych komunikatach najczęściej pojawia się wilgotność względna, bo dobrze oddaje odczucia człowieka i ryzyko zjawisk takich jak mgła czy opady.
Para wodna pojawia się w powietrzu głównie dzięki parowaniu z powierzchni oceanów, mórz, jezior, rzek oraz wilgotnej gleby, a także w wyniku transpiracji roślin, które oddają wodę przez liście.
Te procesy są zasilane energią słoneczną, która ogrzewa wodę i powoduje przejście cząsteczek do stanu gazowego.
Ta sama para wodna prędzej czy później opuszcza atmosferę, ponieważ obieg wody na Ziemi ma charakter zamknięty.
Tak tworzą się chmury, z których następnie w sprzyjających warunkach powstają opady deszczu lub śniegu.
Ilość pary wodnej w powietrzu jest bardzo zmienna, ponieważ na jej zawartość wpływają temperatura powietrza, ciśnienie, ruchy poziome i pionowe mas powietrza oraz lokalne warunki powierzchni terenu.
Wilgotność odgrywa kluczową rolę w powstawaniu chmur, mgieł i opadów, ponieważ to od stopnia nasycenia powietrza parą wodną zależy, czy nastąpi kondensacja.
Gdy wilgotne powietrze unosi się i ochładza, jego zdolność do utrzymywania pary wodnej maleje.
W momencie osiągnięcia punktu rosy zaczynają powstawać kropelki wody lub kryształki lodu, które tworzą chmury.
Wilgotność wpływa także na sposób, w jaki człowiek odczuwa temperaturę.
W gorące dni organizm chłodzi się poprzez odparowywanie potu ze skóry, a im wyższa wilgotność, tym trudniej ten proces przebiega.
W efekcie przy wysokiej temperaturze i wilgotności pojawia się wrażenie „parnego upału”, a odczuwalna temperatura jest wyższa niż wskazują termometry.
W mroźne dni wilgotność powietrza również ma duże znaczenie.
Suchy mróz przy niskiej wilgotności bywa odczuwany jako mniej dokuczliwy, mimo bardzo niskiej temperatury, ponieważ powietrze słabiej przewodzi ciepło od ciała.
Wilgotności powietrza nie da się wiarygodnie ocenić wyłącznie na podstawie wrażeń zmysłowych, dlatego korzysta się z różnych typów przyrządów pomiarowych.
Wpływ Zmian Klimatycznych na Gospodarkę Wodną
Świadectwo obserwacji wskazuje, że ocieplenie systemu klimatycznego Ziemi wraz z efektami towarzyszącymi nie ulega wątpliwości.
Globalne projekcje na przyszłość pokazują, że zmiana klimatu może zwiększyć ryzyko deficytów wody i pogorszyć bezpieczeństwo wodne, a także zwiększyć ryzyko suszy i powodzi w wielu regionach świata, również w Polsce.
Obserwacje i projekcje na przyszłość wyraźnie pokazują wzrost temperatury w Polsce.
Z uwagi na wzrost temperatury zmienia się faza opadów.
Zimą możemy spodziewać się mniej śniegu, a więcej deszczu.
Śnieg jest podstawą odnawiania się zasobów wód podziemnych, które zasilają ekosystemy wodne (rzeki, zbiorniki, jeziora) i ekosystemy od wód zależne (obszary wilgotne, podmokłe, obszary bagienne, torfowiska).
tags: #globalne #masy #wody #temperatura #i #wilgotność
