Влажность и водяной пар

Водяной пар — невидимый, но мощный компонент воздуха, и многочисленные способы его измерения, от точки росы до относительной влажности, показывают, насколько атмосфера близка к конденсации влаги в облака, туман или дождь.

Definition

Влажность — это количество водяного пара, присутствующего в воздухе, выражаемое такими показателями, как относительная влажность, удельная влажность, отношение смеси и температура точки росы, которые все связывают фактическое содержание пара со значением насыщения.

Scope

Эта тема охватывает термодинамику водяного пара в воздухе, включая давление насыщенного пара и его температурную зависимость через уравнение Клаузиуса-Клапейрона, различные меры влажности, такие как относительная и удельная влажность, отношение смеси и точка росы, а также их измерение.

Core questions

• Что определяет, сколько водяного пара может удерживать воздух до насыщения?
• Как различные показатели влажности соотносятся друг с другом?
• Почему относительная влажность изменяется при изменении температуры даже при постоянной влажности?
• Как на практике измеряется атмосферная влажность?

Key theories

Уравнение Клаузиуса-Клапейрона

Давление насыщенного пара возрастает почти экспоненциально с температурой, поэтому более теплый воздух может удерживать значительно больше водяного пара — это соотношение лежит в основе влажности, образования облаков и интенсификации круговорота воды в условиях потепления климата.

Показатели влажности и точка росы

Удельная влажность и отношение смеси количественно определяют фактическое содержание пара, относительная влажность сравнивает его с насыщением, а точка росы — это температура, до которой воздух должен охладиться для насыщения, что в совокупности описывает состояние влажности воздуха.

Mechanisms

Максимальное количество водяного пара, которое может удерживать воздух, определяется давлением насыщенного пара, которое резко возрастает с температурой согласно уравнению Клаузиуса-Клапейрона. Фактическое присутствие пара измеряется отношением смеси или удельной влажностью, тогда как относительная влажность — это отношение фактического давления пара к давлению насыщенного пара. Поскольку насыщение зависит от температуры, охлаждение влажного воздуха повышает его относительную влажность до тех пор, пока в точке росы он не насытится и не начнется конденсация, образуя росу, туман или облака.

Clinical relevance

Показатели влажности являются основными входными данными для прогнозирования тумана, заморозков, нижних границ облаков и осадков, для индексов теплового стресса, которые объединяют температуру и влажность, а также для понимания того, как потепление атмосферы удерживает больше водяного пара и может приводить к более сильным осадкам.

History

Исследования давления пара, проведенные Джоном Дальтоном в начале XIX века, наряду с термодинамическим соотношением, выведенным Клапейроном и Клаузиусом, установили количественное описание водяного пара в воздухе; гигрометр, а затем электронные и дистанционные приборы сделали возможным рутинное измерение атмосферной влажности.

Key figures

• Rudolf Clausius
• Benoit Paul Emile Clapeyron
• John Dalton

Seminal works

• wallace2006
• bohren1998

Frequently asked questions

Почему относительная влажность повышается ночью, даже если нет дождя?

Относительная влажность сравнивает влажность воздуха с максимальным количеством, которое он может удерживать, а это количество уменьшается по мере охлаждения воздуха; поэтому в ясную ночь, когда температура падает, относительная влажность повышается, хотя фактическое количество водяного пара не изменилось.

Что такое точка росы?

Точка росы — это температура, до которой воздух должен быть охлажден при постоянном давлении и влажности, чтобы он стал насыщенным; более высокая точка росы означает больше водяного пара в воздухе и большую вероятность росы, тумана или осадков.