Độ ẩm và Hơi nước

Hơi nước là một thành phần vô hình nhưng mạnh mẽ của không khí, và nhiều cách đo lường nó, từ điểm sương đến độ ẩm tương đối, cho biết bầu khí quyển gần đến mức nào để ngưng tụ hơi ẩm thành mây, sương mù hoặc mưa.

Definition

Độ ẩm là lượng hơi nước có trong không khí, được biểu thị thông qua các phép đo như độ ẩm tương đối, độ ẩm riêng, tỷ lệ hỗn hợp và nhiệt độ điểm sương, tất cả đều liên hệ hàm lượng hơi nước thực tế với giá trị bão hòa.

Scope

Chủ đề này bao gồm nhiệt động lực học của hơi nước trong không khí, bao gồm áp suất hơi bão hòa và sự phụ thuộc của nó vào nhiệt độ thông qua mối quan hệ Clausius-Clapeyron, các phép đo độ ẩm khác nhau như độ ẩm tương đối và độ ẩm riêng, tỷ lệ hỗn hợp và điểm sương, cũng như cách đo lường chúng.

Core questions

• Điều gì chi phối lượng hơi nước mà không khí có thể chứa trước khi bão hòa?
• Các phép đo độ ẩm khác nhau liên quan đến nhau như thế nào?
• Tại sao độ ẩm tương đối thay đổi khi nhiệt độ thay đổi ngay cả khi độ ẩm không đổi?
• Độ ẩm khí quyển được đo lường trong thực tế như thế nào?

Key theories

Mối quan hệ Clausius-Clapeyron

Áp suất hơi bão hòa tăng gần như theo cấp số nhân với nhiệt độ, vì vậy không khí ấm hơn có thể chứa nhiều hơi nước hơn, một mối quan hệ làm nền tảng cho độ ẩm, sự hình thành mây và sự tăng cường chu trình nước trong khí hậu ấm lên.

Các phép đo độ ẩm và điểm sương

Độ ẩm riêng và tỷ lệ hỗn hợp định lượng hàm lượng hơi nước thực tế, độ ẩm tương đối so sánh nó với độ bão hòa, và điểm sương là nhiệt độ mà không khí phải nguội đi để bão hòa, cùng nhau mô tả trạng thái độ ẩm của không khí.

Mechanisms

Lượng hơi nước tối đa mà không khí có thể chứa được xác định bởi áp suất hơi bão hòa, áp suất này tăng mạnh theo nhiệt độ theo mối quan hệ Clausius-Clapeyron. Lượng hơi nước thực tế hiện có được đo bằng tỷ lệ hỗn hợp hoặc độ ẩm riêng, trong khi độ ẩm tương đối là tỷ lệ giữa áp suất hơi thực tế và áp suất hơi bão hòa. Vì sự bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ, làm mát không khí ẩm sẽ làm tăng độ ẩm tương đối của nó cho đến khi, tại điểm sương, nó bão hòa và quá trình ngưng tụ bắt đầu, tạo thành sương, sương mù hoặc mây.

Clinical relevance

Các phép đo độ ẩm là đầu vào cơ bản để dự báo sương mù, sương giá, độ cao chân mây và lượng mưa, để tính toán các chỉ số căng thẳng nhiệt kết hợp nhiệt độ và độ ẩm, và để hiểu cách bầu khí quyển ấm lên chứa nhiều hơi nước hơn và có thể tạo ra lượng mưa lớn hơn.

History

Các nghiên cứu của John Dalton vào đầu thế kỷ XIX về áp suất hơi, cùng với mối quan hệ nhiệt động lực học được Clapeyron và Clausius suy ra, đã thiết lập mô tả định lượng về hơi nước trong không khí; ẩm kế và sau đó là các thiết bị điện tử và viễn thám đã giúp việc đo độ ẩm khí quyển trở nên thường xuyên.

Key figures

• Rudolf Clausius
• Benoit Paul Emile Clapeyron
• John Dalton

Seminal works

• wallace2006
• bohren1998

Frequently asked questions

Tại sao độ ẩm tương đối tăng vào ban đêm ngay cả khi không mưa?

Độ ẩm tương đối so sánh độ ẩm trong không khí với lượng tối đa mà nó có thể chứa, lượng này giảm khi không khí nguội đi; vì vậy vào một đêm quang đãng, khi nhiệt độ giảm, độ ẩm tương đối tăng ngay cả khi lượng hơi nước thực tế không thay đổi.

Điểm sương là gì?

Điểm sương là nhiệt độ mà không khí phải được làm mát đến, ở áp suất và độ ẩm không đổi, để nó trở nên bão hòa; điểm sương cao hơn có nghĩa là có nhiều hơi nước hơn trong không khí và khả năng có sương, sương mù hoặc mưa lớn hơn.