Hơi nước và Độ ẩm

Phép đo và nhiệt động lực học của hơi nước trong không khí, thành phần khí quyển biến đổi nhiều nhất và quan trọng nhất về mặt bức xạ.

Definition

Độ ẩm là lượng hơi nước có trong không khí, được biểu thị qua nhiều phép đo khác nhau, và nhiệt động lực học của nó được điều chỉnh bởi sự cân bằng giữa pha hơi và pha ngưng tụ của nước.

Scope

Bao gồm các phép đo độ ẩm khí quyển như áp suất hơi, tỷ lệ trộn, độ ẩm riêng, độ ẩm tương đối và điểm sương; mối quan hệ Clausius-Clapeyron điều chỉnh áp suất hơi bão hòa; sự phụ thuộc của độ bão hòa vào nhiệt độ; và vai trò của hơi nước trong vận chuyển nhiệt tiềm ẩn và như một khí nhà kính.

Core questions

• Hàm lượng ẩm trong không khí được định lượng như thế nào, và các phép đo này liên quan đến nhau ra sao?
• Tại sao lượng hơi nước tối đa mà không khí có thể chứa lại tăng mạnh theo nhiệt độ?
• Hơi nước vận chuyển năng lượng và ảnh hưởng đến cân bằng bức xạ như thế nào?

Key theories

Mối quan hệ Clausius-Clapeyron

Một phương trình nhiệt động lực học cho thấy áp suất hơi bão hòa tăng gần như theo cấp số nhân với nhiệt độ, thiết lập khả năng giữ ẩm của không khí.

Mechanisms

Ở bất kỳ nhiệt độ nào, không khí có thể chứa hơi nước lên đến áp suất hơi bão hòa, áp suất này tăng mạnh theo nhiệt độ theo mối quan hệ Clausius-Clapeyron, khoảng bảy phần trăm mỗi độ C. Độ ẩm tương đối là tỷ lệ giữa áp suất hơi thực tế và áp suất hơi bão hòa; điểm sương là nhiệt độ mà không khí phải nguội đi để đạt đến trạng thái bão hòa. Sự bay hơi và ngưng tụ truyền một lượng lớn nhiệt tiềm ẩn, liên kết chu trình nước với cân bằng năng lượng khí quyển.

Clinical relevance

Các phép đo độ ẩm rất cần thiết cho dự báo thời tiết, dự đoán sự hình thành mây và sương mù, đánh giá sự thoải mái của con người và căng thẳng do nhiệt, và hiểu phản hồi hơi nước trong khí hậu.

History

Nhiệt động lực học của cân bằng pha làm nền tảng cho áp suất hơi bão hòa đã được Clapeyron và Clausius thiết lập vào thế kỷ XIX, cung cấp cơ sở định lượng cho độ ẩm vẫn là trung tâm của khoa học khí quyển.

Key figures

• Rudolf Clausius
• Benoit Clapeyron

Seminal works

• iribarne1981

Frequently asked questions

Điểm sương là gì?

Điểm sương là nhiệt độ mà không khí phải được làm lạnh, ở áp suất và hàm lượng ẩm không đổi, để nó trở nên bão hòa và bắt đầu ngưng tụ.