湿度与水汽

水汽是空气中一种无形但重要的成分，通过露点到相对湿度等多种测量方式，可以了解大气凝结成云、雾或雨的接近程度。

Definition

湿度是空气中水汽的含量，通过相对湿度、比湿、混合比和露点温度等指标来表示，所有这些指标都将实际水汽含量与饱和值联系起来。

Scope

本主题涵盖空气中水汽的热力学，包括饱和水汽压及其通过克劳修斯-克拉佩龙方程体现的温度依赖性，各种湿度测量方法，如相对湿度、比湿、混合比和露点，以及它们的测量。

Core questions

• 空气在饱和前能容纳多少水汽是由什么决定的？
• 不同的湿度测量方法之间有什么关系？
• 为什么在水汽含量不变的情况下，相对湿度会随温度变化而变化？
• 大气湿度在实践中是如何测量的？

Key theories

克劳修斯-克拉佩龙方程

饱和水汽压随温度呈近似指数级增长，因此温暖的空气能容纳更多的水汽，这一关系是湿度、云形成以及气候变暖中水循环加剧的基础。

湿度测量和露点

比湿和混合比量化实际水汽含量，相对湿度将其与饱和度进行比较，露点是空气必须冷却到饱和的温度，它们共同描述了空气的湿度状态。

Mechanisms

空气能容纳的最大水汽量由饱和水汽压决定，饱和水汽压随温度升高而急剧增加，遵循克劳修斯-克拉佩龙方程。实际存在的水汽通过混合比或比湿测量，而相对湿度是实际水汽压与饱和水汽压之比。由于饱和度取决于温度，冷却潮湿空气会提高其相对湿度，直到达到露点时饱和并开始凝结，形成露水、雾或云。

Clinical relevance

湿度测量是预测雾、霜、云底和降水，结合温度和湿度的热应激指数，以及理解变暖的大气如何容纳更多水汽并产生更强降雨的基本输入。

History

约翰·道尔顿在19世纪早期对水汽压的研究，以及克拉佩龙和克劳修斯推导出的热力学关系，确立了空气中水汽的定量描述；湿度计以及后来的电子和遥感仪器使大气湿度的常规测量成为可能。

Key figures

• Rudolf Clausius
• Benoit Paul Emile Clapeyron
• John Dalton

Seminal works

• wallace2006
• bohren1998

Frequently asked questions

为什么在不下雨的情况下，夜间相对湿度会升高？

相对湿度是将空气中的水汽量与空气能容纳的最大水汽量进行比较，而最大水汽量会随空气冷却而下降；因此，在晴朗的夜晚，随着温度下降，即使实际水汽量没有改变，相对湿度也会升高。

什么是露点？

露点是指在恒定压力和水汽含量下，空气必须冷却到饱和的温度；露点越高意味着空气中水汽越多，形成露水、雾或降水的可能性越大。