Λύσεις — Κεφάλαιο 5 · Το Νερό στην Ατμόσφαιρα (σελ. 82) – ΝΑΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ Β ΕΠΑΛ

ΝΑΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ Β ΕΠΑΛ ΝΑΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ Β ΕΠΑΛ – ΛΥΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ασκήσεων Σχολικού Βιβλίου Λύσεις — Κεφάλαιο 5 · Το Νερό στην Ατμόσφαιρα (σελ. 82) – ΝΑΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ Β ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 5 · Το Νερό στην Ατμόσφαιρα (σελ. 82)

Απαντήσεις στις Ερωτήσεις Επανάληψης & στις Ασκήσεις-Εργασίες του βιβλίου.

Υγρασία ΚΑΙ σημείο δρόσου

Ερώτηση: (Ερ. 1) Δώστε ένα παράδειγμα στερεάς, υγρής και αέριας μορφής του νερού που εμφανίζεται στη μελέτη των μετεωρολογικών φαινομένων. (Ερ. 2) Γιατί η παρουσία νερού και υδρατμών είναι σημαντική στη μετεωρολογία; (Ερ. 3) Από τι εξαρτάται η ταχύτητα εξάτμισης; (Ερ. 4) Μπορείτε να περιγράψετε τον κύκλο του νερού στην ατμόσφαιρα; (Ερ. 5) Μπορείτε να δώσετε τον ορισμό απόλυτης και σχετικής υγρασίας του αέρα; Σε τι μονάδες μετράται καθεμία από αυτές; (Ερ. 6) Μπορείτε να δώσετε τον ορισμό της θερμοκρασίας δρόσου; (Ερ. 7) Μπορείτε να δώσετε μία σύντομη περιγραφή της αρχής λειτουργίας του υγρόμετρου;

Απάντηση:

Μορφές: στερεή (χιόνι, πάγος, χαλάζι), υγρή (βροχή), αέρια (υδρατμός).
Σημασία: λόγω της μεγάλης θερμοχωρητικότητας και της λανθάνουσας θερμότητας, το νερό είναι μία μεγάλη «αποθήκη θερμότητας» που υπό κατάλληλες συνθήκες δίνεται στην αέρια μάζα και προκαλεί σημαντικές μεταβολές.
Ταχύτητα εξάτμισης: εξαρτάται από τη θερμοκρασία, το μέγεθος της ελεύθερης επιφάνειας και από το αν φυσά αέρας που απομακρύνει τους υδρατμούς που σχηματίζονται.
Κύκλος του νερού: το νερό εξατμίζεται και ανυψώνεται ως υδρατμός· οι υδρατμοί συμπυκνώνονται σε νέφη (που μεταφέρονται και από τους ανέμους), δίνουν βροχή, χαλάζι, χιόνι και επιστρέφουν στην επιφάνεια· το νερό καταλήγει σε θάλασσες, λίμνες, ποταμούς και ξαναμπαίνει στην ατμόσφαιρα με εξάτμιση.
Απόλυτη υγρασία: ο λόγος της μάζας των υδρατμών προς τον όγκο αέρα που τους περιέχει, σε gr/m³. Σχετική υγρασία: ο λόγος της μάζας των υδρατμών σε δεδομένο όγκο αέρα προς τη μάζα που θα υπήρχε αν ο αέρας ήταν κορεσμένος στην ίδια θερμοκρασία, σε ποσοστό (%)· ο κορεσμένος αέρας έχει 100%.
Σημείο (θερμοκρασία) δρόσου: η θερμοκρασία στην οποία πρέπει να ψυχθεί ο αέρας, υπό σταθερή πίεση, για να γίνει κορεσμένος με τους υδρατμούς που περιέχει.
Υγρόμετρο: δύο θερμόμετρα, ένα με ξηρή λεκάνη υδράργυρου και ένα με λεκάνη τυλιγμένη σε υγρό ύφασμα. Η εξάτμιση ψύχει το υγρό θερμόμετρο τόσο περισσότερο όσο ξηρότερος είναι ο αέρας· από τη διαφορά ξηρού-υγρού και τη θερμοκρασία ξηρού βρίσκουμε σχετική υγρασία και σημείο δρόσου από τους πίνακες Bodwitch.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Χιόνι/βροχή/υδρατμός· το νερό αποθηκεύει και αποδίδει θερμότητα· εξάτμιση ανάλογα με θερμοκρασία, επιφάνεια και άνεμο· κύκλος εξάτμιση-συμπύκνωση-κατακρήμνιση· απόλυτη σε gr/m³, σχετική σε %· δρόσος = θερμοκρασία κορεσμού υπό σταθερή πίεση· υγρόμετρο ξηρού-υγρού με πίνακες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κριτήριο: ορισμοί και μονάδες της υγρασίας και αρχή λειτουργίας του υγρόμετρου.

Υγροποίηση, ψύξη ΚΑΙ ομίχλη

Ερώτηση: (Ερ. 8) Κορεσμένος αέρας θερμαίνεται κάτω από σταθερή πίεση. Τι περιμένουμε να συμβεί; (Ερ. 9) Τι είναι η υγροποίηση και πώς προκαλείται στον ατμοσφαιρικό αέρα; (Ερ. 10) Ποιοι οι τρόποι ψύξης του ατμοσφαιρικού αέρα; (Ερ. 11) Τι είναι η υγρά και τι η ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα; Ποια είναι μικρότερη; (Εξηγείστε) (Ερ. 12) Από τι αποτελούνται τα σύννεφα; Ποιες οι ομοιότητες και διαφορές τους από την ομίχλη; (Ερ. 13) Ποια η διαφορά της ομίχλης από την αχλύ; Τι είναι η ξηρά αχλύς; (Ερ. 14) Ποια τα είδη της ομίχλης και οι μηχανισμοί που δημιουργούν καθένα από αυτά; Παρατηρείτε κάποια διαφορά στον τρόπο σχηματισμού του θαλάσσιου καπνού, σε σχέση με ό,τι είδαμε μέχρι αυτή την στιγμή, για τους μηχανισμούς σχηματισμού νεφών και ομίχλης; Γράψτε μια παράγραφο.

Απάντηση:

Ερ. 8: όταν κορεσμένος αέρας θερμαίνεται υπό σταθερή πίεση, μπορεί πλέον να συγκρατήσει περισσότερους υδρατμούς· παύει να είναι κορεσμένος, η σχετική υγρασία του μειώνεται κάτω από 100% και δεν γίνεται υγροποίηση (τυχόν σταγονίδια τείνουν να εξατμιστούν).
Υγροποίηση: η διαδικασία κατά την οποία ο υδρατμός συμπυκνώνεται και επιστρέφει σε σταγονίδια νερού ή πάγου· προκαλείται από την ψύξη του αέρα, ώστε οι υδρατμοί να εγκαταλείψουν την αέρια κατάσταση.
Τρόποι ψύξης: ανάμιξη με αέρα μικρότερης θερμοκρασίας· ψύξη με ακτινοβολία ή με επαφή σε ψυχρή επιφάνεια· αδιαβατική εκτόνωση (η σημαντικότερη).
Ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα: ο μη κορεσμένος αέρας ψύχεται κατά 10° ανά 1000 μ. Υγρή: ο κορεσμένος ψύχεται μόνο κατά 6° ανά 1000 μ. Μικρότερη είναι η υγρή, γιατί καθώς ο κορεσμένος αέρας ψύχεται μέρος της υγρασίας υγροποιείται και αποδίδει τη λανθάνουσα θερμότητα εξαέρωσης πίσω στον αέρα.
Σύννεφα: συγκεντρώσεις υδροσταγονιδίων ή παγοκρυστάλλων από την υγροποίηση των υδρατμών. Ομίχλη: ίδια σύσταση (σταγονίδια νερού), αλλά σχηματίζεται στην επιφάνεια της Γης και περιορίζει την ορατότητα κάτω από 1000 μ.
Αχλύς: όταν η ορατότητα είναι 1000-2000 μ. δεν μιλάμε για ομίχλη αλλά για αχλύ. Ξηρά αχλύς: όταν ο περιορισμός της ορατότητας οφείλεται σε σωματίδια καπνού ή σκόνης.
Είδη ομίχλης: ακτινοβολίας (το έδαφος ψύχεται με γήινη ακτινοβολία και ψύχει τον αέρα σε επαφή)· ανάμιξης (συνάντηση αερίων μαζών διαφορετικής θερμοκρασίας με αρκετή υγρασία)· οριζόντιας μεταφοράς ή θάλασσας (υγρός θερμός αέρας πάνω από ψυχρή επιφάνεια)· εξάτμισης ή θαλάσσιος (αρκτικός) καπνός (πολύ ψυχρός αέρας πάνω από σχετικά θερμή θάλασσα).
Διαφορά θαλάσσιου καπνού: σε όλους τους άλλους μηχανισμούς νεφών και ομίχλης ο αέρας φθάνει στον κορεσμό επειδή ψύχεται· στο θαλάσσιο καπνό φθάνει στον κορεσμό επειδή εμπλουτίζεται σε υδρατμούς από την εξάτμιση της θερμότερης θάλασσας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Θερμαινόμενος κορεσμένος αέρας γίνεται ακόρεστος· υγροποίηση με ψύξη (ανάμιξη, ακτινοβολία-επαφή, αδιαβατική εκτόνωση)· ξηρή 10°/1000 μ. > υγρή 6°/1000 μ. (λανθάνουσα θερμότητα)· ομίχλη = νέφος στην επιφάνεια (<1000 μ.), αχλύς 1000-2000 μ., ξηρά αχλύς από καπνό/σκόνη· ομίχλη ακτινοβολίας, ανάμιξης, οριζόντιας μεταφοράς, εξάτμισης (θαλάσσιος καπνός, με προσθήκη υδρατμών αντί ψύξης).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κριτήριο: σωστή απάντηση για θέρμανση (όχι ψύξη) κορεσμένου αέρα, οι τιμές 10° και 6° ανά 1000 μ., τα όρια ορατότητας και η ιδιαιτερότητα του θαλάσσιου καπνού.

Κατάταξη νεφών ΚΑΙ νέφωση

Ερώτηση: (Ερ. 15) Πώς κατατάσσονται τα νέφη ανάλογα με το ύψος; Ποια είδη συναντώνται σε κάθε κατηγορία; (Ερ. 16) Πώς κατατάσσονται τα νέφη, ανάλογα με το μηχανισμό δημιουργίας τους; Ποια είδη συναντώνται σε κάθε κατηγορία; Δώστε μια σύντομη παράγραφο σχετικά με το πώς δημιουργείται κάθε κατηγορία. (Ερ. 17) Δώστε σύντομη περιγραφή (ίσως και σχήμα) του ουρανού σε δύο παραδείγματα, όπου η νέφωση είναι πέντε-όγδοα. (Ερ. 18) Δώστε μία σύντομη περιγραφή της αρχής πάνω στην οποία βασίζεται ο υπολογισμός του ύψους βάσης νεφών για σωρειτόμορφα νέφη. Μπορείτε να δώσετε μία σύντομη εξήγηση γιατί η μέθοδος δεν εφαρμόζεται στα στρωματόμορφα νέφη;

Απάντηση:

Κατά ύψος: ανώτερα (βάση πάνω από 5500 μ.): θύσανοι (Ci), θυσανοσωρείτες (Cc), θυσανοστρώματα (Cs)· μέσα (βάση 2000-5000 μ.): υψοσωρείτες (Ac), υψοστρώματα (As)· χαμηλά (βάση 150-2000 μ.): στρώματα (St), στρωματοσωρείτες (Sc), σωρειτομελανίες (Ns)· νέφη ανοδικών ρευμάτων: σωρείτες (Cu) και σωρειτομελανίες (Cb), με βάση περίπου στα 500 μ. και κορυφή πολύ ψηλά.
Κατά μηχανισμό: στρωματόμορφα, όταν ο αέρας ψύχεται με ακτινοβολία ή με ανάμιξη με ψυχρότερο αέρα (στρώματα, υψοστρώματα, θυσανοστρώματα, σωρειτομελανίες Ns)· σωρειτόμορφα, όταν υπάρχει ανοδικό ρεύμα και η ψύξη γίνεται με αδιαβατική εκτόνωση (σωρείτες, σωρειτομελανίες Cb)· ενδιάμεση κατηγορία τα σωρειτόμορφα περιορισμένων ανοδικών ρευμάτων (θυσανοσωρείτες, υψοσωρείτες, στρωματοσωρείτες, θύσανοι).
Νέφωση 5/8 (Νεφελώδης): π.χ. (α) σωρείτες καλύπτουν περίπου τα πέντε όγδοα του ουρανού με διάσπαρτα ανοίγματα γαλάζιου· (β) ένα στρώμα υψοστρωμάτων καλύπτει το μισό και λίγο περισσότερο του ουρανού, ενώ το υπόλοιπο είναι καθαρό.
Ύψος βάσης σωρειτόμορφων: η υγροποίηση αρχίζει όταν η ανερχόμενη μάζα ψυχθεί ως το σημείο δρόσου. Επειδή η κατακόρυφη αδιαβατική θερμοβαθμίδα είναι περίπου 1 °F ανά 200 πόδια, το ύψος βάσης (σε πόδια) ≈ (θερμοκρασία ξηρού − σημείο δρόσου σε °F) × 200.
Στα στρωματόμορφα η μέθοδος δεν εφαρμόζεται, γιατί δεν σχηματίζονται από ανοδική κίνηση και αδιαβατική ψύξη αέρα από την επιφάνεια, αλλά από ψύξη με ακτινοβολία ή ανάμιξη σε κάποιο στρώμα· η βάση τους δεν συνδέεται με το σημείο δρόσου του αέρα της επιφάνειας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ανώτερα (>5500 μ.: Ci, Cc, Cs), μέσα (2000-5000 μ.: Ac, As), χαμηλά (150-2000 μ.: St, Sc, Ns), ανοδικών ρευμάτων (Cu, Cb)· στρωματόμορφα (ακτινοβολία/ανάμιξη) και σωρειτόμορφα (αδιαβατική εκτόνωση)· 5/8 = Νεφελώδης· ύψος βάσης σωρειτόμορφων ≈ (T − Td) °F × 200 πόδια, όχι για στρωματόμορφα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κριτήριο: διπλή κατάταξη με τα όρια υψών του βιβλίου, δύο παραδείγματα 5/8 και ο κανόνας «διαφορά σε °F × 200 πόδια».

Κατακρημνίσματα ΚΑΙ καταιγίδα

Ερώτηση: (Ερ. 19) Τι λέγονται ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα; Δώστε δύο-τρία παραδείγματα. (Ερ. 20) Δώστε μία σύντομη περιγραφή του τρόπου δημιουργίας της βροχής και του χαλαζιού. Ποιο είδος νεφών δίνει μεγάλης διάρκειας βροχή και ποιο σύντομη και ραγδαία; (Ερ. 21) Δώστε μία σύντομη περιγραφή του τρόπου δημιουργίας του χιονιού και του χιονολύτου. (Ερ. 22) Δώστε μία σύντομη περιγραφή για τα στάδια δημιουργίας μιας καταιγίδας.

Απάντηση:

Κατακρημνίσματα: οι μορφές με τις οποίες το νερό (σε στερεή ή υγρή μορφή) πέφτει μέσα από την ατμόσφαιρα και φθάνει στην επιφάνεια της Γης, π.χ. βροχή, χιόνι, χαλάζι.
Βροχή: τα σταγονίδια (ή οι παγοκρύσταλλοι) του νέφους ενώνονται, μεγαλώνουν, δεν συγκρατούνται και πέφτουν παρασύροντας και άλλα. Χαλάζι: σχηματίζεται όπως η βροχή, αλλά οι σταγόνες συναντούν ανοδικό ρεύμα αέρα χαμηλής θερμοκρασίας με πυρήνες συμπύκνωσης (π.χ. κόκκους σκόνης) και στερεοποιούνται.
Τα στρωματόμορφα νέφη δίνουν μεγάλης διάρκειας ασθενή ή μέτρια βροχή· τα σωρειτόμορφα ραγδαία βροχή μικρής διάρκειας.
Χιόνι: συμπύκνωση των υδρατμών σε θερμοκρασία κατώτερη από το σημείο πήξης, οπότε σχηματίζονται κρυσταλλικές χιονονιφάδες. Χιονόλυτο: αν στην πτώση του το χιόνι συναντήσει θερμό στρώμα αέρα, λιώνει και σχηματίζει το χιονόλυτο.
Στάδια καταιγίδας: (1) στάδιο του σωρείτη ή ανάπτυξης (ανοδικά ρεύματα, γρήγορη υγροποίηση)· (2) ώριμο στάδιο (ανοδικά και καθοδικά ρεύματα, βροχή, ριπές ανέμου 1-2 λεπτά πριν τη βροχόπτωση, ηλεκτρικές εκκενώσεις)· (3) στάδιο διάλυσης ή του άκμονα (η κορυφή παίρνει σχήμα αμονιού, το απόθεμα υδρατμών εξαντλείται, τα καθοδικά ρεύματα εμποδίζουν την τροφοδοσία και η καταιγίδα διαλύεται).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κατακρημνίσματα: βροχή, χιόνι, χαλάζι· βροχή από ένωση σταγονιδίων, χαλάζι από στερεοποίηση σε ψυχρό ανοδικό ρεύμα· στρωματόμορφα → μακρά ασθενής βροχή, σωρειτόμορφα → ραγδαία σύντομη· χιόνι κάτω από το σημείο πήξης, χιονόλυτο όταν λιώνει σε θερμό στρώμα· καταιγίδα: σωρείτη-ώριμο-διάλυσης (άκμονα).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κριτήριο: ορισμός, μηχανισμοί κατά το βιβλίο (χιονόλυτο ≠ απλό μείγμα χιονιού-βροχής) και τα τρία στάδια.

Σχετική υγρασία ΚΑΙ σημείο δρόσου (πίνακες)

Ερώτηση: Σε μία παρατήρησή σας, έχετε θερμοκρασία υγρού 77 Farenheit, ξηρού 80 Farenheit. Να βρείτε (από τους πίνακες) την σχετική υγρασία και το σημείο δρόσου. Στον ορίζοντα βλέπετε σωρείτες, ποια η εκτίμησή σας για το ύψος της βάσης τους σε πόδια;

Απάντηση:

Διαφορά ξηρού-υγρού: \( 80 - 77 = 3\,°F \), θερμοκρασία ξηρού 80 °F.
Πίνακας 10 (γραμμή 80, στήλη 3): σχετική υγρασία 87%.
Πίνακας 11 (γραμμή 80, στήλη 3): σημείο δρόσου +76 °F.
Ύψος βάσης σωρειτών: \( (80 - 76) \times 200 = 800 \) πόδια (περίπου 245 μ.).

Σύνοψη: Σχετική υγρασία 87%, σημείο δρόσου 76 °F, ύψος βάσης σωρειτών περίπου 800 πόδια.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κριτήριο: σωστή ανάγνωση των Πινάκων 10 και 11 (είσοδος: θερμοκρασία ξηρού και διαφορά ξηρού-υγρού) και εφαρμογή του κανόνα «× 200 πόδια».

Κλίμακα υψών ΚΑΙ πίνακας κατάταξης νεφών

Ερώτηση: Χαράξτε την κλίμακα ύψους και σχεδιάστε τα είδη νεφών που παρατηρούνται σε κάθε περιοχή υψών. Τι παρατηρείτε για τα νέφη των ανοδικών ρευμάτων στο σχήμα σας; · Φτιάξτε ένα πίνακα, που κατακόρυφα να έχει την κατάταξη των σύννεφων ως προς το ύψος και οριζόντια την κατάταξη ως προς το μηχανισμό δημιουργίας των και, τέλος, συμπληρώστε κάθε πεδίο του.

Απάντηση:

Κλίμακα υψών: 150-2000 μ. χαμηλά νέφη (St, Sc, Ns)· 2000-5000 μ. μέσα (Ac, As)· πάνω από 5500 μ. ανώτερα (Ci, Cc, Cs, από κρυστάλλους πάγου)· στο ίδιο σχήμα οι σωρείτες (Cu) και οι σωρειτομελανίες (Cb) ξεκινούν από βάση περίπου 500 μ.
Παρατήρηση: τα νέφη των ανοδικών ρευμάτων δεν χωρούν σε μία μόνο περιοχή υψών· έχουν πολύ μεγάλη απόσταση από τη βάση ως την κορυφή και διασχίζουν κατακόρυφα όλες τις περιοχές.
Πίνακας (γραμμές: ύψος · στήλες: στρωματόμορφα / σωρειτόμορφα περιορισμένων ανοδικών ρευμάτων / σωρειτόμορφα):
Ανώτερα: θυσανοστρώματα (Cs) / θύσανοι (Ci), θυσανοσωρείτες (Cc) / —
Μέσα: υψοστρώματα (As) / υψοσωρείτες (Ac) / —
Χαμηλά: στρώματα (St), σωρειτομελανίες (Ns) / στρωματοσωρείτες (Sc) / —
Ανοδικών ρευμάτων: — / — / σωρείτες (Cu), σωρειτομελανίες (Cb)

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα νέφη ανοδικών ρευμάτων εκτείνονται από τα χαμηλά (βάση ~500 μ.) μέχρι πολύ μεγάλα ύψη· πίνακας ύψους × μηχανισμού με τις κατηγορίες του βιβλίου.

Κριτήρια αξιολόγησης: