Wasserdampf und Feuchtigkeit

Die Messung und Thermodynamik von Wasserdampf in der Luft, dem variabelsten und strahlungsrelevantesten atmosphärischen Bestandteil.

Definition

Feuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf, die in der Luft vorhanden ist, ausgedrückt durch verschiedene Maße, und ihre Thermodynamik wird durch das Gleichgewicht zwischen Dampf- und kondensierten Phasen des Wassers bestimmt.

Scope

Umfasst Maße der atmosphärischen Feuchtigkeit, einschließlich Dampfdruck, Mischungsverhältnis, spezifischer Feuchtigkeit, relativer Feuchtigkeit und Taupunkt; die Clausius-Clapeyron-Beziehung, die den Sättigungsdampfdruck regelt; die Abhängigkeit der Sättigung von der Temperatur; und die Rolle des Wasserdampfes beim Transport latenter Wärme und als Treibhausgas.

Core questions

• Wie wird der Feuchtigkeitsgehalt der Luft quantifiziert und wie hängen die Maße zusammen?
• Warum steigt die maximale Wasserdampfmenge, die Luft aufnehmen kann, steil mit der Temperatur an?
• Wie transportiert Wasserdampf Energie und beeinflusst den Strahlungshaushalt?

Key theories

Clausius-Clapeyron-Beziehung

Eine thermodynamische Gleichung, die zeigt, dass der Sättigungsdampfdruck nahezu exponentiell mit der Temperatur ansteigt und die Feuchtigkeitsaufnahmekapazität der Luft bestimmt.

Mechanisms

Bei jeder Temperatur kann Luft Wasserdampf bis zu einem Sättigungsdampfdruck aufnehmen, der gemäß der Clausius-Clapeyron-Beziehung steil mit der Temperatur ansteigt, etwa sieben Prozent pro Grad Celsius. Die relative Feuchtigkeit ist das Verhältnis des tatsächlichen zum Sättigungsdampfdruck; der Taupunkt ist die Temperatur, auf die die Luft abkühlen muss, um Sättigung zu erreichen. Verdunstung und Kondensation übertragen große Mengen latenter Wärme und koppeln so den Wasserkreislauf an den atmosphärischen Energiehaushalt.

Clinical relevance

Feuchtigkeitsmessungen sind wesentlich für die Wettervorhersage, die Vorhersage von Wolken- und Nebelbildung, die Beurteilung des menschlichen Komforts und der Hitzebelastung sowie das Verständnis der Wasserdampf-Rückkopplung im Klima.

History

Die Thermodynamik des Phasengleichgewichts, die dem Sättigungsdampfdruck zugrunde liegt, wurde im neunzehnten Jahrhundert von Clapeyron und Clausius etabliert und lieferte die quantitative Grundlage für die Feuchtigkeit, die in der Atmosphärenwissenschaft weiterhin von zentraler Bedeutung ist.

Key figures

• Rudolf Clausius
• Benoit Clapeyron

Seminal works

• iribarne1981

Frequently asked questions

Was ist der Taupunkt?

Der Taupunkt ist die Temperatur, auf die Luft bei konstantem Druck und Feuchtigkeitsgehalt abgekühlt werden muss, damit sie gesättigt wird und Kondensation beginnt.