Øvelse 5 - Luftens temperatur og fugtighed - rgsj
Øvelse 5 - Luftens temperatur og fugtighed - rgsj
Øvelse 5 - Luftens temperatur og fugtighed - rgsj
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Øvelse</strong> 5 - <strong>Luftens</strong> <strong>temperatur</strong> <strong>og</strong> <strong>fugtighed</strong><br />
5.1. <strong>Luftens</strong> <strong>temperatur</strong><br />
Som følge af årstiderne <strong>og</strong> dag/nat kan <strong>temperatur</strong>en i Danmark variere betydeligt. Siden 1974 er 36.4 °C registeret<br />
som den absolut højeste maksimums<strong>temperatur</strong> <strong>og</strong> den blev målt ved Holstebro den 10. august 1975, mens<br />
absolut laveste minimums<strong>temperatur</strong> på -31.2 °C blev målt ved Hørsted/Thy den 8. januar 1982.<br />
Ved et frostdøgn forstår man et døgn i hvilket minimums<strong>temperatur</strong>en har været under frysepunktet, mens et<br />
isdøgn kræver, at maksimums<strong>temperatur</strong>en har været under 0 °C. Frostdøgn kan forekomme alle måneder, -0.9<br />
°C er således målt ved Gludsted Plantage den 16. juli 1903. Der er naturligvis færrest frost- <strong>og</strong> isdøgn ved kysterne,<br />
hvor perioden med frost <strong>og</strong>så har været kortere end inde i land. Den længste isdøgnsperiode blev på 54<br />
døgn ved Lyngby i 1947.<br />
Ved en sommerdag forstås en dag med en maksimums<strong>temperatur</strong> på 25 °C eller derover, mens et tropedøgn er<br />
et døgn hvor <strong>temperatur</strong>en ikke kommer under 20 °C. I juli 1994 var antallet af sommerdage 15 på landsgennemsnit<br />
<strong>og</strong> n<strong>og</strong>le steder kom over 20 dage. Samme måned registrerede man ikke færre end 10 tropedøgn ved Møn<br />
Fyr, <strong>og</strong> i perioden 1961-1993 havde man kun registreret 2 tropedøgn.<br />
Figur 5.1. Normalisotermerne for hele året 1961-90. Temperaturen har gennemsnitlig<br />
ligget på 8 °C med de højeste værdier i hovedstadsområdet, Bornholm <strong>og</strong> de sydligste<br />
dele af landet, mens de laveste har ligget i Vendsyssel <strong>og</strong> midten af Jylland.<br />
Figur 5.2. I perioden 1874-2000 er års gennemsnits<strong>temperatur</strong>en steget<br />
fra 7.1 °C til 8.1 °C. Den største stigning ses i efterårsmånederne (sep.nov.),<br />
hvor <strong>temperatur</strong>en er steget fra 7.9°C til 9.2°C, mens sommermånederne<br />
(jun.-aug.) kun er steget fra 15.0°C til 15.5 °C. De største variationer<br />
ses i vintermånederne (dec.-feb.), hvor der i gennemsnit blev målt -<br />
3.6 °C i vinteren 1939/40 <strong>og</strong> 4.5 ° i vinteren 1988/1989.<br />
1
5.2. Temperaturvariation gennem døgnet<br />
N<strong>og</strong>le af de mange faktorer, der styrer <strong>temperatur</strong>variation gennem døgnet (<strong>og</strong>så kaldet den daglige <strong>temperatur</strong>gang)<br />
er listet i nedenstående tabel. Begreberne Tx <strong>og</strong> Tn er forklaret i figur 5.3. Tommelfingerreglen kan anvendes<br />
som en simpel metode til at beregne <strong>temperatur</strong>variationen der er bestemt af den solare indstråling (ΔT= 2<br />
°C/100 W/m²).<br />
Tabel 5.1 Parametre der er bestemmende for luft<strong>temperatur</strong>en.<br />
↓ = fald <strong>og</strong> ↑ = stigning.<br />
parameter Tx (dag) max.<br />
temp.<br />
Tommelfingerregel<br />
(dag)<br />
solar indstråling↑ Tx ↑ 2 °C/100 W/m²<br />
skydække↑ Tx ↓ se Ångstrøm Tn ↑<br />
2<br />
Tn(nat)<br />
min.temp<br />
vind↑↓ Tx ↓↑ Tn ↑↓<br />
luftfugt ↑ Tn ↑<br />
Tommelfingerregel<br />
(nat)<br />
terræn m.o.h↑ Tx ↓ -1°C/ 100 m Tn ↓ -1°C /100m<br />
terrænform Tn ↓ se fig 5.6.<br />
hældning se stråling eksempel 3.3<br />
albedo ↑ Tx ↓ se stråling<br />
vegetation↑ Tx ↓ Tn ↑<br />
bebyggelse↑ Tx ↑ se fig 5.1 Tn ↑<br />
tør flade↑ Tx ↑ Tn ↑<br />
Den kortbølgede indkommende stråling er den klimafaktor, der styrer <strong>temperatur</strong>en mest. I løbet af natten falder<br />
<strong>temperatur</strong>en mere eller mindre konstant frem til det tidspunkt, hvor solen står op. Den stigende indstråling bevirker,<br />
at jordoverfladen opvarmes først. Herfra spredes varmen til atmosfæren dels som 1) langbølget stråling, 2)<br />
som fri varme (konvektion) <strong>og</strong> 3) som latent varme, dvs vand der fordamper fra overflader <strong>og</strong> senere kondenserer<br />
i atmosfæren. I figur 5.3 er vist et eksempel på daglig <strong>temperatur</strong>variation.<br />
Fig. 5.3. Eksempel på daglig <strong>temperatur</strong>variation.<br />
Tx: maksimum<strong>temperatur</strong><br />
Tn: minimum<strong>temperatur</strong><br />
Tm: middel<strong>temperatur</strong>
5.3. Graddage, kulde- <strong>og</strong> varmesummer<br />
Døgnets middel<strong>temperatur</strong> (Tm) anvendes i en række tekniske beregninger. Blandt disse er estimering af behovet<br />
for opvarmning, hvor tærskelværdien er 17°C. Er middel<strong>temperatur</strong>en en dag således 14 °C, vil den pågældende<br />
dag tælle for (17-14)=3 graddage. Antallet af graddage = 0 for en middel<strong>temperatur</strong> >17°. Antallet af graddage<br />
ses <strong>og</strong>så angivet som kuldesummen, <strong>og</strong> ved varmeberegninger for parcelhuse skønnes et forbrug på 1 liter fy-<br />
ringsolie pr. graddag.<br />
I kolde klimater er plantevæksten nært knyttet til <strong>temperatur</strong>en,<br />
her anvendes begrebet varmesummer typisk med tærskelværdien<br />
5 °C. Varmesummen for en dag med Tm=8°C er således (8-5)<br />
= 3 graddage (gd). Man opererer <strong>og</strong>så med begrebet vækstperiodens<br />
længde som den periode, hvor en given tærskelværdi<br />
overskrides (f.eks. Tm>5°C). En ny klassifikation af jordens plantebælter<br />
anvender en varmesum på 1200 gd som grænse for<br />
løvskov i den tempererede zone, mens den nordlige skovgrænse<br />
ligger ved 350 graddage.<br />
Figur 5.4. Viser kuldesummerne for vintrene i Danmark i perioden 1874-2000. Der ses en faldende trend fra ca. 3400 graddage til ca.<br />
3100 graddage, <strong>og</strong> gennemsnittet for perioden ligger på 3275 graddage. Største kuldesum var på 4116 graddage for vinteren 1941/42,<br />
mens kuldesummen for vinteren 1989/90 kun var på 2612 graddage.<br />
Figur 5.5. Viser varmesummerne for somrene i Danmark i perioden 1874-2000. Der ses en stigende trend fra ca. 1400 graddage til<br />
knapt 1600 graddage. Laveste varmesum var på 1114 graddage i 1902 <strong>og</strong> højeste varmesum var på 1825 graddage i 1947.<br />
3<br />
Tabel 5.2. Optimal varmesum for forskellige danske<br />
afgrøder<br />
Afgrøde Σtemp . > 5°<br />
C<br />
Vedvarende græs 350<br />
Kartofler 650<br />
Byg 1100<br />
Hvede 1200<br />
Roer 1400<br />
Majs 1600
5.4. Temperaturvariationer bestemt af terrænformen<br />
4<br />
Som det fremgår af fig. 5.6, varierer dag<strong>temperatur</strong>en<br />
indenfor et afgrænset område<br />
kun n<strong>og</strong>le få °C. Om natten derimod kan<br />
<strong>temperatur</strong>variationerne blive betydelige,<br />
som det <strong>og</strong>så ses af fig. 5.6. Om natten afkøles<br />
jordoverfladen ved langbølget udstråling.<br />
Hvis det er skyfrit, vil kun ca. 60 %<br />
af denne stråling blive absorberet <strong>og</strong> vende<br />
tilbage til jorden som atmosfærisk modstråling.<br />
Hvor der er høje træer, skydække eller<br />
tæt bebyggelse bliver den langbølgede stråling<br />
mere effektivt absorberet <strong>og</strong> returneret til<br />
jorden.<br />
Ser vi på fig. 5.6. er de højeste <strong>temperatur</strong>er<br />
målt i de bebyggede <strong>og</strong> beplantede områder.<br />
På de åbne flader stråler varmen ud af jordoverfladen,<br />
hvorved de jordnære luftlag afkøles.<br />
Luften bliver herved tungere <strong>og</strong> begynder<br />
at glide mod de lavest beliggende<br />
dele af bassinet.<br />
Figur 5.6. viser <strong>temperatur</strong>målinger, dag <strong>og</strong> nat, foretaget 13. juni 1994 i et svagt kuperet terræn vest for Uppsala. Målingerne er foretaget<br />
fra en bil med termometre monteret i 2 højder hhv. 0.5 <strong>og</strong> 4 m over terræn. Dagen er letskyet, vind 3-4 m/s, natten er vindstille <strong>og</strong><br />
næsten skyfri.<br />
5.5. Temperaturfordeling omkring bebyggede områder<br />
Temperaturen i bymæssige områder er typisk n<strong>og</strong>le °C<br />
højere end i det omgivende landskab. Der er flere årsager<br />
hertil: 1) Der sker en opvarmning ved afbrænding af fossilt<br />
brændsel 2) mursten har en større varmekapacitet end<br />
græs, varmen om dagen bliver derfor lettere gemt til om<br />
natten <strong>og</strong> (3) byen er tør, dvs. at der ikke skal bruges<br />
varme til fordampning. (se <strong>Øvelse</strong> 8). Jo større byen er, jo<br />
større er effekten. Som det fremgår af fig. 5.7. er der <strong>og</strong>så<br />
<strong>temperatur</strong>forskelle, der skyldes forskellig bygningsstil i<br />
Nordamerika <strong>og</strong> Europa.<br />
Figur 5.7. Y-aksen viser <strong>temperatur</strong>forskellen mellem by <strong>og</strong> land som funktion af befolkningsantallet i en række byer i Nordamerika <strong>og</strong> i<br />
Europa.
5.6. Temperaturvariation gennem året<br />
Ud fra gennemsnits<strong>temperatur</strong>en for de enkelte måneder taget over en årrække kan der fremstilles en kurve over<br />
<strong>temperatur</strong>ens gang gennem året. Den årlige <strong>temperatur</strong>svingning, f.eks. til beregning af kontinentalitetsindeks<br />
(s.29 i klimakompendiet), kan aflæses direkte af kurven. Indekset ligger mellem 100 for en ekstrem kontinental<br />
station, mens en ekstrem maritim station ligger nær 0. Også tidspunkterne for varmeste <strong>og</strong> koldeste månedsmiddel<br />
er et mål for kontinentaliteten. Der er således en tendens til, at disse vil ligge tidligere i kontinentale klimater<br />
(jan./juli) end i maritime (feb.-mar./aug.).<br />
Station Breddegrad min. temp. max.temp. Gorczynski, Cg<br />
Dublin 53°26'N 4.5 15.0 1.8<br />
Berlin 52°27'N -0.5 19.0 21.4<br />
Moskva 55°45'N -10.5 18.5 39.2<br />
Verhojansk 67°33'N -48.5 15.5 97.3<br />
5.7. <strong>Luftens</strong> <strong>fugtighed</strong><br />
Figur 5.8. Gorczynski’s kontinentalitets index i Nordvesteuropa.<br />
5.7.1. Mættet damptryk<br />
Der findes mange måder at angive luftens <strong>fugtighed</strong> på, men de vigtigste har udgangspunkt i vanddampens partialtryk,<br />
damptrykket = e. Trykket angives i hPa eller mbar (1 hPa = 1 mbar). Ved en bestemt <strong>temperatur</strong> kan luften<br />
kun indeholde en vis (maksimal) mængde vanddamp. Når dette er tilfældet, siger man, at luften er mættet af<br />
vanddamp, <strong>og</strong> dampen udøver da et ganske bestemt tryk, mætningstrykket eller de mættede dampes tryk - em. I<br />
tabel 5.6. er angivet em som funktion af <strong>temperatur</strong>en. Mættede vanddampes tryk stiger eksponentielt med stigende<br />
<strong>temperatur</strong>, som vist i figur. 5.9., <strong>og</strong> em kan derfor <strong>og</strong>så beregnes ud fra følgende udtryk: (Bemærk <strong>og</strong>så at<br />
udtrykket findes på tabel-form i tabel 5.6 bagest i noten)<br />
em = 2.1718·10 8 ·e [-4157/((273+T)-33.91)] [hPa] (5.1.)<br />
Ved at indsætte T=18.4 °C i ovenstående formel fås: em = 21.16 hPa.<br />
Damptrykkurvens hældning Δ = de/dt = (em2-em1)/(T2-T1).<br />
Ved T=18.4 °C er Δ = (21.29-21.02)/(18.5-18.3) = 0.27/0.2 = 1.35 hPa/°C.<br />
5
Ved at differentiere ovenstående formel for em, kan Δ <strong>og</strong>så mere nøjagtigt beregnes ved:<br />
Δ = 2.1718·10 8 ·[4157/((273+T)-33.91)²]e [-4157/((273+T)-33.91)] [hPa/°C] (5.2.)<br />
Indsættes T = 18.4 °C i ovenstående bliver Δ = 1.33 hPa/°C<br />
5.7.2. Aktuelt damptryk<br />
I naturen er luften sjældent mættet med vanddamp, <strong>og</strong> man taler derfor om det aktuelle damptryk, ea, som værende<br />
damptrykket fra den eksisterende vandmængde i luften.<br />
<strong>Luftens</strong> aktuelle damptryk kan findes vha. et psykrometer, som består af to termometre, hvoraf det ene er almindeligt,<br />
mens det andet er forsynet med en fugtet gazesok omkring kviksølvsbeholderen. Med en aspirator sendes<br />
en konstant luftstrøm (> 2 m/s) forbi termometrene. Ved det fugtede termometer falder <strong>temperatur</strong>en, idet fordampnings-varmen<br />
tages fra termometret. Efter <strong>temperatur</strong>ligevægt kan man aflæse våd- <strong>og</strong> tør<strong>temperatur</strong>en <strong>og</strong><br />
derefter finde det aktuelle damptryk, ea, idet man såvel teoretisk som eksperimentelt har kunnet opstille følgende<br />
formel for damptrykket:<br />
ea = ev - γ(T-Tv) [hPa] (5.3.)<br />
hvor T = tør <strong>temperatur</strong>en = luftens <strong>temperatur</strong> (°C)<br />
Tv = våd<strong>temperatur</strong>en (°C)<br />
ev = mættede dampes tryk ved Tv (hPa)<br />
γ = psykrometerkonstanten = 0.667 hPa/°C<br />
Hvis T=25.0°C <strong>og</strong> Tv=22.0°C bliver ev=26.434 hPa, hvorved ea=26.434-0.667(25-22)=24.433 hPa<br />
5.7.3. Dugpunkts<strong>temperatur</strong><br />
Dugpunks<strong>temperatur</strong>en, Td, er den <strong>temperatur</strong>, til hvilken den givne mængde luft skal afkøles for at luften vil være<br />
mættet ved det aktuelle damptryk. Ved en lettere omskrivning af ligning 5.1. kan Td bestemmes som følgende:<br />
Td = (-4157/ln(ea/2.1718·10 8 ))-(273-33.91) [°C] (5.4.)<br />
dvs. hvis ea=24.433 hPa, så bliver Td = 20.7 °C<br />
Figur 5.9. Hvis T=20 °C <strong>og</strong> Tw=14 °C så er em=23.374 hPa <strong>og</strong> ew=15.979 hPa jvf. ligning 4.1. Derefter bliver ea=11.977 hPa jvf. ligning<br />
5.3. RH=51.2% jvf. ligning 5.5. <strong>og</strong> endelig bliver Td=9.6 jvf. ligning 5.4. Hvis P=1013 hPa bliver χ=0.0089 kg/m 3 <strong>og</strong> q=0.0077 kg/kg, jvf.<br />
ligning 5.7. <strong>og</strong> 5.8.<br />
6
Figur 5.10. Viser damptrykket som funktion af <strong>temperatur</strong> (°C) <strong>og</strong> relativ <strong>fugtighed</strong> (RH). Det blå felt angiver de hyppigste værdier under<br />
danske forhold. Hvis T=17.5 °C <strong>og</strong> RH=60% bliver em=20 mbar <strong>og</strong> ea=12 mbar.<br />
Tabel 5.3. På baggrund af ligning 5.3. <strong>og</strong> aflæsningerne af våd- <strong>og</strong> tør<strong>temperatur</strong>er fra et psykrometer er det muligt at udarbejde en<br />
tabel til hurtig bestemmelse af den relative <strong>fugtighed</strong>. Fra målingerne til figur 5.9. blev T=20°C <strong>og</strong> Tw=14 °C hvilket ifølge tabellen giver<br />
RH = 51 %.<br />
5.7.4. Relativ <strong>fugtighed</strong><br />
Den relative <strong>fugtighed</strong>, RH, eller <strong>fugtighed</strong>sgraden er forholdet mellem aktuelt damptryk, ea, <strong>og</strong> mættet damptryk,<br />
em, ved samme <strong>temperatur</strong>:<br />
RH = ea/em (dimensionsløs men angives ofte i procent =100*ea/em [%]) (5.5.)<br />
RH er et almindeligt udtryk til bestemmelse af luftens indhold af vanddamp i forbindelse med mikroklimatol<strong>og</strong>iske<br />
målinger, men det er oprindeligt et menneskeligt komfortindeks. Høj relativ <strong>fugtighed</strong> hæmmer fordampningen fra<br />
hudoverfladen <strong>og</strong> dermed legemets <strong>temperatur</strong>-regulering, så at selv moderate <strong>temperatur</strong>er på 20-25 °C virker<br />
ubehagelige. Da em er afhængig af <strong>temperatur</strong>en, er relativ <strong>fugtighed</strong> udtrykt uden <strong>temperatur</strong>angivelse kun anvendeligt<br />
som et kvalitativt mål. I Danmark ligger typiske RH-værdier i området 50-90 <strong>og</strong> er ofte 100 % om natten<br />
7
<strong>og</strong> ved regn eller tåge, men ved middagstid om sommeren i tørre perioder kan RH antage værdier ned til 20 %.<br />
5.7.5. Mætningsdeficit<br />
Som et absolut mål for hvor meget vanddamp luften kan indeholde før mætning, anvendes ofte mætningsdeficitet,<br />
δe:<br />
δe = em - ea (5.6.)<br />
Når mætningsdeficitet antager små værdier, kan atmosfæren ikke optage ret meget vand før der sker kondensation<br />
(dvs. at RH er stor). Omvendt gælder det at når mætningsdeficitet er stort, så kan atmosfæren optage relativt<br />
store mængder vanddamp før mætning; dvs. at atmosfæren har en udtørrende effekt <strong>og</strong> at RH er lille.<br />
5.7.6. Absolut <strong>og</strong> specifik <strong>fugtighed</strong><br />
<strong>Luftens</strong> indhold af vanddamp kan endvidere angives ved dens masse af vanddamp som absolut <strong>fugtighed</strong> eller<br />
specifik <strong>fugtighed</strong>.<br />
Absolut <strong>fugtighed</strong>, χ er defineret som massen af vanddamp (mw) pr. volumenenhed fugtig luft (V):<br />
χ = mw/V = eaMw/(RT) = 2.167·10 -3 (ea/T) [kg/m 3 ] (5.7.)<br />
Mw=vanddamps molvægt = 0.01802 kg/mol <strong>og</strong> R = gaskonstanten = 8.314 J/mol/K. Absolut <strong>fugtighed</strong> afhænger af<br />
luftens <strong>temperatur</strong>.<br />
Hvis T=25.0°C <strong>og</strong> ea=24.433 hPa bliver χ = 2.167·10 -3 ·100·(24.433/(273+25))=0.0177 kg/m 3 . Der ganges med<br />
100 idet der skal omregnes fra hPa til Pa.<br />
Specifik <strong>fugtighed</strong>, q, er defineret som massen af vanddamp pr. masseenhed fugtig luft:<br />
q = mw/(md+mw) = εea/(P-(1-ε)ea) = 0.622ea/(P-0.378ea) [kg/kg] (5.8.)<br />
ε=forholdet mellem molvægt for vanddamp Mw <strong>og</strong> molvægt for tør atmosfærisk luft Md (18.02 g mol -1 /28.98 g mol -<br />
1 =0.622). Den specifikke <strong>fugtighed</strong> er i modsætning til absolut <strong>fugtighed</strong> uafhængig af <strong>temperatur</strong>en men afhængig<br />
af lufttrykket, P. Hvis man ikke har oplysninger om P indsættes 1013 = normaltrykket i hPa.<br />
Hvis P=1013 hPa <strong>og</strong> ea=24.433 hPa bliver q = 0.622·24.433/(1013-0.378·24.433) = 0.0151 kg/kg eller 15.1<br />
gram/kg. Hvis P=970 hPa bliver q = 15.8 gram/kg.<br />
5.8. Vigtige begreber<br />
Graddage (kuldesummer): Antal grader under 17°C gange antallet af dage.<br />
Varmesum: Antal grader over 5°C gange antallet af dage.<br />
Mættet damptryk: em Maksimal vanddamp i luften ved en given <strong>temperatur</strong> [hPa]<br />
Aktuelt damptryk: ea Aktuel vanddamp i luften ved en given <strong>temperatur</strong> [hPa]<br />
Dugpunkts<strong>temperatur</strong>: Td Temperatur hvor vanddampen ved det aktuelle damptryk kondenserer.<br />
Relativ <strong>fugtighed</strong>: RH = 100*ea/em [%]<br />
Mætningsdeficit: em-ea Den mængde vanddamp der kræves for at mætte luften (ea = em) ved en<br />
given <strong>temperatur</strong> [hPa]<br />
(Absolut <strong>fugtighed</strong>:) χ massen af vanddamp per volumen luft. [kg/m 3 ]<br />
(Specifik <strong>fugtighed</strong>:) q massen af vanddamp per masse luft. [kg/kg]<br />
8
5.9. Eksempler<br />
Tabel 1. Energiforbruget til opvarmning i et<br />
normalt år for huse afhængig af byggeår.<br />
Huse bygget<br />
i perioden<br />
Før 1939 186<br />
1940-1959 170<br />
1960-1969 140<br />
1970-1979 110<br />
1980-1985 94<br />
Efter 1985 90<br />
Lavenergi 75<br />
Energiforbrug til opvarmning<br />
kWh/m 2<br />
Eksempel 5.1.<br />
Familien Hansen (4 personer) bor i et lavenergihus på 140 m 2 . Huset opvarmes med gas. Hvor stort er deres<br />
energibehov på et normalt år. Hver person i husstanden bruger 1000 kWh/år til varmt vand.<br />
Energiforbrug = 1000 kWh/person⋅4 personer + 75 kWh/m 2⋅140 m 2 = 14500 kWh/år<br />
Varmeudgiften var i begyndelsen af 2002 på 0.42 kr./kWh⋅14500 kWh = 6090 kr.<br />
<strong>og</strong> i slutningen af året er den steget til 0.62 kr./kWh⋅14500 kWh = 8990 kr.<br />
Opvarmningsbehovet for denne hustype i et normalt år er på 3275 graddage,<br />
dvs. 75⋅140/3275 = 3.2 kWh/graddag<br />
Hvis opvarmningsbehovet den kommende vinter stiger til 3900 graddage, så vil familiens energiforbrug være:<br />
Energiforbrug = 1000⋅4+3900*3.2 = 16480 kWh eller 16480⋅0.62 = 10218 kr.<br />
Gentag regneeksemplet for bedsteforældrene, som bor i et elopvarmet hus på 140 m 2 <strong>og</strong> som er opført i 1920.<br />
9<br />
Tabel. 2. Energipriserne i 2002. På grund af stigning i oliepriserne<br />
er alle energipriser steget i løbet af året undtagen prisen<br />
på bøgebrænde, som er faldet bl.a. på grund af storme i 1999<br />
<strong>og</strong> 2000. Ca. halvdelen af prisen er moms <strong>og</strong> afgifter.<br />
Type kr/kWh<br />
El 1.01-1.20<br />
Petroleum 0.60-0.75<br />
Gas 0.42-0.62<br />
Olie 0.45-0.65<br />
Fjernvarme 0.45-0.65<br />
Bøgebrænde 0.20-0.50
Eksempel 5.2.<br />
Beregning af snesmeltning vha. graddagsmodellen, som er givet ved:<br />
S = G(T+To) [mm/dag]<br />
S = smeltning [mm/dag]<br />
G = graddagsfaktor [mm/ °C/dag]<br />
T = middel<strong>temperatur</strong> [°C]<br />
To = basis<strong>temperatur</strong> [°C]<br />
G er afhængig af breddegrad, højdeniveau, hældning, skovprocent m.v. Værdien varierer mellem 0.5-3.0<br />
mm/°C/dag <strong>og</strong> sættes ofte til 3.0 mm/°C/dag i Danmark.<br />
To er afhængig af snepakkens kuldemagasin <strong>og</strong> af den tilgængelige globalstråling. I Danmark sættes To til følgende<br />
værdier:<br />
Måned To, °C<br />
November 0.0<br />
December -0.5<br />
Januar -1.0<br />
Februar -0.5<br />
Marts 0.0<br />
April 0.0<br />
Densiteten for nyfalden sne sættes til 0.1-0.2 <strong>og</strong> gammel sne sættes til 0.4-0.5.<br />
Albedoen for nyfalden sne sættes til 0.7-0.9 <strong>og</strong> gammel sne sættes til 0.5-0.7.<br />
1998/99 Nov Dec Jan Feb Mar Apr Vinter<br />
Temp. °C 1.9 1.3 2.2 0.9 3.6 7.6 2.9<br />
Snesmelt, mm H2O 171 74 112 34 335 684 1210<br />
Snedække-dage 2.7 7.5 4.5 8.9 1.5 0.2 25.3<br />
10
Eksempel 5.3<br />
Undersøg gyldigheden af Si/Tx-tommelfingerreglen i Danmark.. I fig 3.6 i klimakompendiet s. 26 er vist et eksempel<br />
på <strong>temperatur</strong>variationen gennem døgnet d. 9. februar <strong>og</strong> den 26. juni 1977. På figur x.x aflæses hhv. Tx <strong>og</strong><br />
Tn for februar, <strong>og</strong> opvarmningen fås til ca. 3.5 °C (=Tx-Tn). Sammenlign denne opvarmning med tommelfingerreglen<br />
(2 °/100 W/m 2 ).<br />
Indstrålingen beregnes som Sio kl.12 i nedenstående tabel:<br />
Tabel 5.4<br />
Deklination (februar) [°] = -12.9<br />
Breddegrad [°] = 56<br />
Solhøjde, h12 [°] = 21.1<br />
0.7⋅1350⋅sin(h12) [°] = 340<br />
Resultatet i tabel 5.4 vil jvf. tommelfingerreglen give 2 ° *340 W*m -2 / 100 W*m -2 = 6.8 °C opvarmning. Gennemfør<br />
samme beregning for den 26. juni 1977. Hvorfor passer tommelfingerreglen bedre om sommeren end om vinter<br />
en? Hvilken indvirkning har vind- <strong>og</strong> skyforhold på <strong>temperatur</strong>en?<br />
Figur 5.11 (Se figur 3.6 i klimakompendiet). Venstre kurve er fra 9. februar 1977, højre kurve er fra 26. juni 1977<br />
11
Eksempel 5.4.<br />
Brug Si/Tx-tommelfingerreglen fra tabel 5.1 til at bestemme <strong>temperatur</strong>forskellen v.h.a. strålingsdata fra Tabel 3.2<br />
(<strong>Øvelse</strong> 3). Her kender vi ikke <strong>temperatur</strong>en for Si=0 (om natten). Vi kan derimod forvente at luften over den sydvendte<br />
skråning er ca. 5 °C varmere end over den nordvendte skråning: 0,02*807-0,02*554= 5 °C (tommelfingerreglen<br />
samt forskellen i indstråling på de to skråninger). På dage med vind vil så store <strong>temperatur</strong>forskelle d<strong>og</strong><br />
kun forekomme tæt ved jordoverfladen.<br />
Eksempel 5.5<br />
Udfyld de tomme rubrikker i tabel 5.5 for dagsværdierne. Kommenter resultatet.<br />
Tabel 5.5. Værdier fra Billund 26 juni 1976 (Klimakompendiet figur 3.6)<br />
Parameter enhed værdi,nat værdi,dag<br />
<strong>temperatur</strong>, T °C Tn=12.0 Tx=<br />
rel. <strong>fugtighed</strong>, RH % 95<br />
mættet damptryk, em hPa 14,02<br />
aktuelt damptryk, ea hPa 13,32<br />
dugpunktet, Td °C 11,22<br />
absolut <strong>fugtighed</strong>, χ kg/m 3 0,01<br />
specific <strong>fugtighed</strong>, q kg/kg 0,0082<br />
em = 2.1718·10 8 ·e [-4157/((273+T)-33.91)] eller opslag i tabel 5.6 [hPa]<br />
Ved at indsætte T=12.0 °C i ovenstående formel fås: em = 14,02 hPa.<br />
ea = RH*em = 13,32 hPa<br />
Td = (-4157/ln(ea/2.1718·10 8 ))-(273-33.91) [°C]<br />
dvs. hvis ea=13,32 hPa, så bliver Td = 11,22 °C<br />
χ = 2.167·10 -3 (ea/T)= 2.167·10 -3 ·100·(13,32/(273+12)) = 0,01 kg/m 3<br />
q = 0.622ea/(P-0.378ea) = (0.622*13,32)/(1013-0.378*13,32) = 0,0082 kg/kg<br />
5.10. Opgaver<br />
Opgave 5.1<br />
Beregn i lighed med eksempel 5.4. <strong>temperatur</strong>forskellen mellem nedbørsområdets nord- <strong>og</strong> sydvendte skråning<br />
(opg. 3.3).<br />
Opgave 5.2<br />
a)Tegn flg.kurver på månedsbasis for det aktuelle nedbørsområde i 1997, 1998 <strong>og</strong> 2000 vha. griddata <strong>og</strong> sammenlign<br />
med landsgennemsnittet for normalperioderne 1931-1960 <strong>og</strong> 1961-1990 (se tabel 1.5.):<br />
12
(Husk I allerede har tegnet kurver over indstrålingen i opgave 3.2 <strong>og</strong> nedbøren i opgave 1.3).<br />
- Nedbør<br />
- Temperatur<br />
- Solar indstråling, Si<br />
- Relativ <strong>fugtighed</strong><br />
- Mættet <strong>og</strong> aktuelt damptryk<br />
Forskelle kurverne i mellem kommenteres <strong>og</strong> sammenlignes med opgave 3.2. <strong>og</strong> 1.3.<br />
b) Udregn dugpunkts<strong>temperatur</strong>en måned for måned vha. ligning 5.4. Først findes em vha. ligning 5.1. Denne<br />
indsættes i ligning 5.5 sammen med RH, hvorefter ea isoleres <strong>og</strong> indsættes i ligningen for dugpunkts<strong>temperatur</strong>en,<br />
Td (ligning 5.4).<br />
Bemærk <strong>og</strong>så tabel 5.6. Her er tabelværdier for em beregnet med ligning 5.1 fra -5°C til 40°C. Den kan være en<br />
godt støtte til at skære ned på lommeregneriet til eksamen. Det er <strong>og</strong>så en god idé at stifte bekendtskab med figur<br />
5.9 (se <strong>og</strong>så fig 4.1 i klimakompendiet). Opgives både en våd -<strong>og</strong> en tør<strong>temperatur</strong> i en opgave, kan ea, em <strong>og</strong> Td<br />
umiddelbart findes ud fra figurerne.<br />
Opgave 5.3<br />
Varmeforbruget til opvarmning af et parcelhus er proportionalt med antallet af kuldedage.<br />
a) Beregn antallet af graddage i 1997, 1998 <strong>og</strong> 2000, samt for normalperioderne 1931-60 <strong>og</strong> 1961-90 (se<br />
tabel 1.5.) <strong>og</strong> bestem udgiften til opvarmning i de 3 år, idet forbruget sættes til 1 liter olie á 8 kr. pr. graddag.<br />
b) Beregn endvidere varmesummerne for de tre år, samt de to normalperioder <strong>og</strong> vurder muligheden for<br />
dyrkning af afgrøderne i tabel 5.2. Er der afgrøder der kan dyrkes flere gange på et år? Hvorfor gør man<br />
det (oftest) ikke?<br />
Opgave 5.4<br />
I fig. 5.11 <strong>og</strong> fig. 5.12. er vist <strong>temperatur</strong>fordelingen omkring Vejle på to forskellige tidspunkter <strong>og</strong> målt med 2<br />
forskellige metoder. I fig. 5.11. er det samme metode som i fig. 5.6. mens fig. 5.12. er beregnet ud fra et satellitbillede<br />
(Landsat-TM). Beskriv <strong>temperatur</strong>fordelingen i begge tilfælde. I fig. 5.11. lægges vægt på de 4 områder markeret<br />
med (1)-(4). Undersøg om <strong>temperatur</strong>forskellen mellem land <strong>og</strong> by lever op til modellen i fig. 5.6.<br />
Opgave 5.5<br />
a) Udregn, hvor meget sne den månedlige solare indstråling teoretisk set kunne smelte i januar <strong>og</strong> juli; albedoen<br />
for sne er angivet i klimakompendiet s. 13. Smeltevarmen for is er 0.335 MJ/kg.<br />
b) Hvor meget sne kan der ifølge graddagsmodellen teoretisk smelte i de samme perioder? Se eksempel<br />
5.2.<br />
13
Figur 5.11. Temperaturfordelingen omkring Vejle målt fra bil.<br />
Figur 5.12. Temperaturfordelingen omkring Vejle målt fra satellit. Hvid streg er bygrænsen som indtegnet på figur 5.11.<br />
14
Tabel 5.6. Mættet vanddamps tryk (em) (i hPa eller mbar) som funktion af luft<strong>temperatur</strong>en (i °C). Heltals °C-værdier er angivet yderst til<br />
venstre <strong>og</strong> førstedecimal øverst. Således bliver em ved 8.0 °C = 10.72 hPa, men em ved 8.4 °C = 11.02 hPa.<br />
-5<br />
-4<br />
-3<br />
-2<br />
-1<br />
-0<br />
0<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
18<br />
19<br />
20<br />
21<br />
22<br />
23<br />
24<br />
25<br />
26<br />
27<br />
28<br />
29<br />
30<br />
31<br />
32<br />
33<br />
34<br />
35<br />
36<br />
37<br />
38<br />
39<br />
40<br />
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9<br />
4.22 4.19 4.15 4.12 4.09 4.06 4.03 4.00 3.97 3.94<br />
4.55 4.52 4.48 4.44 4.41 4.38 4.35 4.32 4.28 4.25<br />
4.90 5.87 4.83 4.79 4.76 4.73 4.69 4.65 4.61 4.58<br />
5.27 5.24 5.20 4.16 5.12 5.09 5.05 5.01 4.97 4.94<br />
5.68 5.64 5.59 4.55 5.51 5.47 5.43 5.39 5.35 5.31<br />
6.10 6.06 6.02 5.98 5.93 5.89 5.85 5.81 5.76 5.72<br />
6.10 6.15 6.19 6.24 6.28 6.33 6.37 6.42 6.47 6.51<br />
6.56 6.61 6.66 6.70 6.75 6.80 6.85 6.90 6.95 7.00<br />
7.05 7.10 7.15 7.20 7.25 7.31 7.36 7.42 7.46 7.52<br />
7.57 7.63 7.68 7.73 7.79 7.84 7.90 7.96 8.01 8.07<br />
8.13 8.18 8.24 8.30 8.36 8.42 8.48 8.54 8.60 8.66<br />
8.72 8.78 8.84 8.90 8.96 9.03 9.09 9.16 9.22 9.28<br />
9.34 9.41 9.47 9.54 9.61 9.68 9.74 9.81 9.88 9.94<br />
10.01 10.08 10.15 10.22 10.29 10.36 10.43 10.50 10.58 10.65<br />
10.72 10.79 10.87 10.94 11.02 11.09 11.17 11.25 11.32 11.40<br />
11.47 11.55 11.63 11.71 11.79 11.87 11.95 12.03 12.11 12.19<br />
12.27 12.36 12.44 12.52 12.61 12.69 12.78 12.86 12.95 13.03<br />
13.12 13.21 13.30 13.38 13.47 13.56 13.65 13.74 13.84 13.93<br />
14.02 14.11 14.20 14.30 14.39 14.49 14.58 14.68 14.78 14.87<br />
14.97 15.07 15.17 15.27 15.37 15.47 15.57 15.67 15.77 15.88<br />
15.98 16.08 16.19 16.29 16.40 16.51 16.61 16.72 16.83 16.94<br />
17.05 17.16 17.27 17.38 17.49 17.60 17.72 17.83 17.94 18.06<br />
18.18 18.29 18.41 18.53 18.64 18.76 18.88 19.00 19.13 19.25<br />
19.37 19.49 19.62 19.74 19.87 19.99 20.12 20.25 20.37 20.50<br />
20.63 20.76 20.89 21.02 21.16 21.29 21.42 21.56 21.69 21.83<br />
21.97 22.10 22.24 22.38 22.52 22.66 22.80 22.94 23.09 23.23<br />
23.37 23.52 23.67 23.81 23.96 24.11 24.26 24.41 24.56 24.71<br />
24.86 25.01 25.17 25.32 25.48 25.64 25.79 25.95 26.11 26.27<br />
26.43 26.59 26.76 26.92 27.08 27.25 27.41 27.58 27.75 27.92<br />
28.09 28.26 28.43 28.60 28.77 28.95 29.12 29.30 29.46 29.66<br />
29.83 30.01 30.19 30.37 30.56 30.74 30.92 31.11 31.30 31.49<br />
31.67 31.86 32.05 32.24 32.43 32.63 32.82 33.02 33.21 33.42<br />
33.61 33.81 34.01 34.21 34.41 34.62 34.82 35.03 35.23 35.45<br />
35.65 35.86 36.07 36.28 36.49 36.71 36.92 37.14 37.36 37.58<br />
37.80 38.02 38.24 38.46 38.69 38.91 39.14 39.37 39.59 39.83<br />
40.06 40.29 40.52 40.76 40.99 41.23 41.47 41.71 41.95 42.19<br />
42.43 42.68 42.92 43.17 43.42 43.66 43.91 44.17 44.42 44.68<br />
44.93 45.19 45.44 45.70 45.96 46.23 46.49 46.75 47.02 47.29<br />
47.55 47.82 48.09 48.37 48.64 48.92 49.19 49.47 49.75 50.03<br />
50.31 50.59 50.88 51.16 51.45 51.74 52.03 52.32 52.62 52.91<br />
53.21 53.50 53.80 54.10 54.40 54.71 55.01 55.32 55.62 55.93<br />
56.24 56.56 56.87 57.18 57.50 57.82 58.14 58.46 58.78 59.10<br />
59.43 59.76 60.09 60.42 60.75 61.08 61.42 61.76 62.09 62.43<br />
62.78 63.12 63.46 63.81 64.16 64.51 64.86 65.21 65.57 65.92<br />
66.28 66.64 67.00 67.36 67.73 68.10 68.46 68.83 69.21 69.56<br />
69.95 70.33 70.71 71.09 71.47 71.86 72.24 72.63 73.02 73.41<br />
73.80 74.20 74.59 74.99 75.39 75.80 76.20 76.61 77.01 77.42<br />
15