Hidrometeorologija -...
Transcript of Hidrometeorologija -...
27.2.2013
1
Hidrometeorologija
Urbana hidrologija
Predmet meteorologije
Meteorologija se bavi atmosferskom fazom hidrološkog ciklusa
nauka o atmosferskim pojavama i procesima
Hidrometeorologija
nauka o atmosferskim procesima koji utiču na vodne resurse i od interesa su za inženjersku hidrologiju
Klimatologija
nauka o klimi
Primenjena meteorologija/klimatologija
građevinarstvo, saobraćaj, arhitektura, šumarstvo, poljoprivreda, vodoprivreda, ekologija...
27.2.2013
2
Predmet meteorologije
Vreme
stanje atmosfere u datom trenutku i u datom prostoru
opisuje se
kvantitativno (merenjima temperature, vazdušnog pritiska, vetra, vlažnosti vazduha, visinom padavina itd.)
kvalitatitvno (vrsta oblaka, vrsta padavina itd.)
RHMZ Srbijewww.hidmet.gov.rs
Predmet meteorologije
Klima
prosečno stanje atmosfere u dužem periodu vremena
standardni klimatološki periodi: 30 godina (1961-1990 je referentni period)
27.2.2013
3
Meteorologija u inženjerstvu
Faza analiza i projektovanja prikupljanje klimatoloških podataka
npr. vetar za proračun opterećenja na objekte; temperatura i vlažnost za procenu trajnosti materijala; intenzitet padavina za proračun odvodnjavanja
analiza podataka (najčešće u obliku statističkih analiza)
Faza izgradnje objekata
planiranje izgradnje na osnovu kratkoročnih i dugoročnih prognoza i na osnovu poznavanja klime
Faza eksploatacije objekata planiranje eksploatacije na osnovu prognoza (npr. upravljanje
raspodelom vode u akumulacijama, hidroenergetika, upravljanje komunalnim sistemima)
Značaj atmosferskih procesa: Značaj atmosferskih procesa: globalni bilans vodaglobalni bilans voda
A = 150 x 106 km2 A = 360 x 106 km2 A = 510 x 106 km2
P = 120 x 103 km3
(800 mm)P = 457 x 103 km3
(1270 mm)P = 577 x 103 km3
(1130 mm)
Q = 48 x 103 km3
(316 mm)
E = 72 x 103 km3
(483 mm)E = 505 x 103 km3
(1400 mm)E = 577 x 103 km3
(1130 mm)
KOPNO OKEANI I MORA UKUPNO
27.2.2013
4
Atmosferski procesi u hidrološkom Atmosferski procesi u hidrološkom ciklusuciklusu
padavinena kopno
atmosferskavlaga
padavinena okeane
isparavanjesa okeana
isparavanjesa kopna
isparavanjei transpiracija
površinskitokovi
podzemni tokpodzemne vode
potpovršinski tok
nepropusnotlo
zemljišnavlaga
površinskioticaj
infiltracija
Sunčevo zračenje
Vodena para
Temperatura vazduha
Atmosferski pritisak
Vetar
Isparavanje
Padavine
AtmosferaAtmosfera
Atmosfera – vazdušni omotač oko Zemlje
Debljina omotača?
90% mase vazduha ispod 20 km
2/3 mase vazduha ispod Mont Everesta (9 km)
Sastav atmosfere
glavni (nepromenljivi) sastojci: azot (75.51%), kiseonik (23.15%), argon (1.28%), inertni i drugi gasovi (0.06%)
ostali (promenljivi) sastojci: voda (sva tri agregatna stanja), ozon, ugljen dioksid
čvrste čestice – prašina, dim, soli, mikroorganizmi
Gustina vazduha i temperatura opadaju sa visinom (temperatura se menja na nepravilan način)
100
Visina(km)
Pritisak(mb)
Gustina(kg/dm )3
10-4
10-9
10-3
10-2
10-1
1
10
10-6
10-5
10-4
102
103 10-3 Troposfera
Kumulo-nimbus
Cirus
Stratopauza
Mezosfera
Mezopauza
Termosfera
Tropopauza
Stratosfera
Ozo
nosf
era
10-7
90
80
70
60
50
40
30
20
10
oC- 100 - 90 - 80 - 70 - 60 - 50 - 40 - 30 - 20 - 10 0 10 20 30
0
M on t Everest8 882 m
27.2.2013
5
Sunčevo zračenjeSunčevo zračenje
Emitovano Sunčevo zračenje: uglavnom konstantno
Sunčevo zračenje na granici atmosfere, zavisi od:
odstojanja Zemlje od Sunca (ekscentrična orbita), menja se po godišnjim dobima
visine Sunca iznad razmatrane tačke na zemlji, menja se po geografskoj širini, godišnjim dobima i tokom dana
dužine dana, menja se po geografskoj širini i godišnjim dobima
Sunčevo zračenjeSunčevo zračenje
Sunčevo zračenje kroz atmosferu:
gubici refleksijom, apsorpcijom i rasipanjem
27.2.2013
6
SVEMIR
ATMOSFERA
OKEANI I KOPNO
Sunčevo zračenjeSunčevo zračenje
Bilans Sunčevog zračenja (toplotne energije) u atmosferi
51
DolazećeSunčevozračenje100
Neto emis ija odvodene pare iCO2
Emis ija odoblaka
38 26
Apsorpcija navodenoj pari,prašini, ozonu
Apsorpcija naoblacima
16
3
Apsorpcija navodenoj pari iCO2
15
6
Kratkotalasno 30 Dugotalasno 70
Odlazeće zračenje
6 20 4
Rasipanjeu vazduhu
Refleks ijaod površineZemlje
Refleks ijaod oblaka
51
Vidljiva (osetna)toplota
Latentnatoplota
21 7 23
Neto emis ijadugotalasnog zračenja
Sunčevo zračenjeSunčevo zračenje
Merenje
radiometri, aktinometri, piroheliometri
sa zaklonom dole (Sunčevo zračenje), gore (Zemljino zračenje), bez zaklona (neto zračenje)
Proračun: neto zračenje na površinu Zemlje Rn:
bilans neto kratkotalasnog i dugotalasnog zračenja:
n,ln,sn RRR
Ra
Rsr Rs
Rns = (1 – r) Rs
Rnl
granica atmosfere
površina tla
27.2.2013
7
Sunčevo zračenje: proračunSunčevo zračenje: proračun
Sunčevo zračenje na granici atmosfere Ra
relativna insolacija (osunčanost) n/Nn – stvarno trajanje Sunčevog sjaja, N – maksimalno moguće trajanje Sunčevog sjaja (dužina dana)
kratkotalasno Sunčevo zračenje Rs:
a = 0.25, b = 0.5
as RN
nbaR
0
100
200
300
400
500
600
Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Avg Sep Okt Nov Dec
Ra (
W/m
2)
ekvator
20oN
40oN
20oS
40oS
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Avg Sep Okt Nov Dec
N (
sat
i d
ne
vn
o)
ekvator
20oN
40oN
20oS
40oS
Sunčevo zračenje: proračunSunčevo zračenje: proračun
Zračenje na granici atmosfere Ra i dužina dana N
Zračenje na granici atmosfere
Ra (W/m2) Geogr.
širina Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Avg Sep Okt Nov Dec
42.0 160.0 219.8 306.0 394.9 458.5 484.7 471.1 418.6 337.1 246.0 174.0 142.6
42.5 160.0 219.7 305.9 394.9 458.5 484.7 471.1 418.6 337.1 246.0 173.9 142.5
43.0 152.9 213.0 300.4 391.6 457.3 484.8 470.7 416.2 332.4 239.6 166.9 135.5
43.5 152.8 212.9 300.4 391.5 457.3 484.8 470.7 416.2 332.3 239.6 166.8 135.4
44.0 145.8 206.1 294.8 388.1 456.1 484.7 470.1 413.6 327.5 233.2 159.9 128.4
44.5 145.7 206.1 294.8 388.0 456.1 484.7 470.1 413.6 327.5 233.1 159.8 128.3
45.0 138.6 199.3 289.1 384.5 454.8 484.6 469.4 411.0 322.6 226.6 152.8 121.3
45.5 138.6 199.2 289.0 384.4 454.7 484.6 469.4 410.9 322.5 226.6 152.7 121.2
46.0 131.5 192.3 283.3 380.8 453.3 484.4 468.7 408.2 317.5 220.1 145.7 114.3
Dužina obdanice N (h) Geogr.
širina Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Avg Sep Okt Nov Dec
42.0 9.28 10.33 11.70 13.16 14.40 15.05 14.75 13.67 12.25 10.80 9.56 8.95
42.5 9.28 10.33 11.70 13.16 14.41 15.05 14.76 13.67 12.25 10.80 9.56 8.95
43.0 9.18 10.27 11.69 13.20 14.49 15.16 14.86 13.73 12.26 10.75 9.47 8.83
43.5 9.18 10.27 11.69 13.20 14.49 15.16 14.86 13.73 12.26 10.75 9.47 8.83
44.0 9.08 10.21 11.68 13.24 14.59 15.28 14.96 13.79 12.27 10.71 9.38 8.71
44.5 9.08 10.21 11.68 13.24 14.59 15.28 14.97 13.79 12.27 10.71 9.38 8.71
45.0 8.97 10.14 11.66 13.29 14.68 15.41 15.08 13.86 12.28 10.66 9.28 8.59
45.5 8.97 10.14 11.66 13.29 14.68 15.41 15.08 13.86 12.28 10.66 9.28 8.59
46.0 8.85 10.08 11.65 13.33 14.78 15.54 15.19 13.92 12.29 10.62 9.18 8.46
27.2.2013
8
Sunčevo zračenje: proračunSunčevo zračenje: proračun
neto kratkotalasno Sunčevo (dolazeće) zračenje Rns
albedo r – odnos reflektovanog i dolazećeg zračenja
sns RrR )1(
Ra
Rsr Rs
Rns = (1 – r) Rs
Rnl
granica atmosfere
površina tla
Vrsta površine Albedo r
Gusta i tamna šuma 0.05
Trava 0.23
Golo zemljište 0.10 – 0.20
Sneg 0.46 – 0.81
Vodena površina 0.04 – 0.39
Sunčevo zračenje: proračunSunčevo zračenje: proračun
neto dugotalasno Zemljino (odlazeće) zračenje Rnl
Štefan-Bolcmanova konstanta σ = 5.67 x 10-8 Wm-2K-4
apsolutna temperatura Ta (K)
vlažnost vazduha tj. stvarni pritisak vodene pare ea (mb)
relativna insolacija n/N
Rekapitulacija:
N
neTR aanl 9.01.0044.034.04
Ra
Rsr Rs
Rns = (1 – r) Rs
Rnl
granica atmosfere
površina tlanla
nlnsn
RRN
nbar
RRR
))(1(
27.2.2013
9
Sunčevo zračenje: Primer proračunaSunčevo zračenje: Primer proračuna
Palić: GŠ = 46o 06’, maj 2006
podaci:
zračenje na granici atmosfere Ra = 453.2 W/m2,
dužina dana N = 14.8 h
mesečna insolacija 238.7 h (pros. dnevna n = 238.7/31 = 7.7 h)
sr. mes. temperatura vazduha T = 16.5 oC = 16.5 + 273 K = 289.5 K
sr. mes. vlažnost vazduha ea = 12.4 mb
kratkotalasno zračenje na površini Zemlje:
neto kratkotalasno zračenje, za r = 0.05 (vodena površina):
neto kratkotalasno zračenje, za r = 0.23 (trava):
2W/m2.2312.453)8.14
7.75.025.0()( as R
N
nbaR
2W/m7.2192.231)05.01()1( sns RrR
2W/m1.1782.231)23.01()1( sns RrR
Sunčevo zračenje: Primer proračunaSunčevo zračenje: Primer proračuna
Palić: GŠ = 46o 06’, maj 2006
neto dugotalasno zračenje:
Štefan-Bolcmanova konstanta σ = 5.67 x 10-8 Wm-2K-4
neto zračenje na površini jezera:
neto zračenje na travi pored jezera:
248 W/m1.428.14
7.79.01.04.12044.034.05.2891067.5
nlR
2W/m6.1771.427.219 nlnsn RRR
2W/m0.1361.421.178 nlnsn RRR
Palić
0
50
100
150
200
250
Jan Feb Ma r Apr Maj Jun Jul Avg S ep Okt Nov Dec
Rn
(W
/m
2 )
jezero
trava
>> nazad
27.2.2013
10
Sunčevo zračenje i toplota u atmosferi
Zemlja prima Sunčevo zračenje danju, a neprekidno gubi svoju energiju (i danju i noću)
Tlo
površina tla se danju greje, a noću hladi
brzina grejanja/hlađenja zavisi od vrste tla zbijeno tlo bolje provodi toplotu od rastresitog
dnevne promene temperature tla se osećaju do dubine od 70 cm, a sezonske do 10 m
Voda
sporije se greje i hladi od tla
infracrv. zračenje do ~3cm, vidljivo do 20 m dubine
Vazduh
vazduh slabo provodi toplotu (dobar izolator)
mešanje vazduha usled temperaturnih razlika; konvekcija usled dodira vazduha sa toplim tlom
Temperatura vazduhaTemperatura vazduha
Utiče na vrstu padavina, isparavanje, transpiraciju, topljenje snega
Dnevne i sezonske varijacije – posledica pozicije Zemlje u odnosu na Sunce
Prostorne varijacije
geografski položaj
nadmorska visina
temperatura opada za 0.65oC na 100 m visine
Merenje: u met. zaklonima na 2 m visine
termometri (živini i alkoholni)
termografi (kontinualno)
maksimalni i minimalni termometar
27.2.2013
11
Temperatura vazduhaTemperatura vazduha
Srednje dnevne temperature
4
2 21147,
TTTT dnsr
2maxmin
,
TTT dnsr
T (
°C)
Temperatura vazduha
Novi Sad Zlatibor
Niš
RHMZ Srbijewww.hidmet.gov.rs