空氣濕度是表示大氣中水汽含量多少或潮濕程度的物理量。因應(yīng)用的目的不同,表示空氣濕度的物理量也不同。常用的有水汽壓、比濕、相對濕度、飽和差和露點溫度等。
(一) 水汽壓(e)
空氣中水汽所產(chǎn)生的壓強,稱為水汽壓。空氣中水汽含量愈多,水汽壓愈大;反之,水汽壓愈小。水汽壓的單位與大氣壓單位相同,用百帕(hPa)或毫米汞高(mmHg)表示。
空氣中水汽含量達到飽和狀態(tài)時的水汽壓,稱為飽和水汽壓(E)。飽和水汽壓是溫度的函數(shù),它隨著溫度的升高而迅速增大(表4-1)。
表4-1 不同溫度下的飽和水汽壓
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溫度(℃)
飽和水汽壓(hPa)
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-30
0.5
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-20
1.2
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-10
2.9
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0
6.1
|
10
12.3
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20
23.4
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30
42.4
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表4-1中飽和水汽壓與溫度的關(guān)系,是下式計算的結(jié)果:
7.5te
――――
237.3+te
E=Eo10
(4-7)
4-7式稱為馬格奴斯(Magnus)半經(jīng)驗公式。Eo=6.1hPa,為0℃時的飽和水汽壓;te為蒸發(fā)面溫度(℃)。顯然,飽和水汽壓是以指數(shù)律隨溫度升高而迅速增大。
飽和水汽壓除受溫度影響外,還與物態(tài)、蒸發(fā)面的形狀和液體濃度等因子有關(guān)。一般來說,同溫度下,冰面的飽和水汽壓比水面的小;
凹面的飽和水汽壓比平面的小;平面的又比凸面的小;純水的飽和水汽壓比溶液的大,隨濃度增加,飽和水汽壓減小。
(二)
比濕(q)
單位質(zhì)量濕空氣中的水汽質(zhì)量與濕空氣質(zhì)量之比,稱為比濕。用g.g-1或g.kg-1表示其單位。表達式為:
ma
q=-------
md+ma
式中ma、md分別為水汽質(zhì)量和干空氣質(zhì)量。因為水汽和干空氣混在一起,因此二者容積相等,可用密度表示如下:
ρa
q=--------
ρd+ρa
ρa、ρd為水汽和干空氣的密度。由氣體狀態(tài)方程可寫成下式:
e
-----
RaT
q=――――――――
P-e
e
----- + ――
RdT
RaT
式中P為濕空氣氣壓，P-e為干空氣壓力，水汽的氣體常數(shù)Ra=461J.k-1.kg-1,干空氣氣體常數(shù)Rd=287
J.k-1.kg-1,將各常數(shù)代入上式,可得:
e
q=0.622―――――
(g.g-1)
(4-8)
P-0.378e
因為0.378e與P相比,可以忽略不計,所以可寫成:
e
e
q=0.622――(g.g-1)=622――(g.kg-1)
(4-9)
P
P
比濕與水汽壓特性不同。當濕空氣上升膨脹或下降收縮過程中,空氣體積發(fā)生變化,水汽壓相應(yīng)也改變。但比濕不同,只要沒有凝結(jié)現(xiàn)象發(fā)生,比濕就不變,具有保守性。這一特性,在氣象學上常用來判斷氣團的干濕性質(zhì)和有關(guān)溫度的計算。
(三) 相對濕度(r)
空氣中實際水汽壓與同溫度下飽和水汽壓的百分比,稱為相對濕度。通常用下式表示:
e
r=――×100%
(4-10)
E
相對濕度的大小,表示在當時溫度下空氣中水汽含量達到飽和的相對比值。相對濕度與氣溫和水汽含量有關(guān),當氣溫不變時,水汽愈多,相對濕度愈大。反之,水汽愈少,相對濕度愈小。當空氣中水汽含量不變時,相對濕度隨氣溫降低而增大,隨氣溫升高而減小。
一個地方空氣的潮濕程度,決定于當?shù)厮亢蜌鉁馗叩汀Ｒ话愣?氣溫變化比水汽壓的變化既迅速又經(jīng)常。因此氣溫是主導作用。夜間多露霜,天氣轉(zhuǎn)冷易產(chǎn)生云霧等都是由于溫度降低,相對濕度增大的原因。相對濕度在農(nóng)業(yè)上被廣泛應(yīng)用。
(四) 飽和差(d)
同溫度下的飽和水汽壓與實際水汽壓之差,稱為飽和差。單位為百帕(hPa)或毫米汞高(mmHg)。表達式為:
d=E-e
(4-11)
飽和差說明在一定的溫度下空氣中水汽含量距離飽和時的差值。飽和差的大小,決定于溫度和水汽含量,溫度為主導因子。當空氣中水汽含量不變時,飽和差隨溫度升高而增大;反之則減小。飽和差在研究水分蒸發(fā)或植物蒸騰中廣泛被應(yīng)用。
(五)
露點溫度(td)
含有水汽的濕空氣,在不改變氣壓和水汽含量的情況下,降低溫度使空氣達到飽和狀態(tài)時的溫度,稱為露點溫度,簡稱露點,單位為℃。從單位的形式上看,是冷熱程度的特征量,實質(zhì)上是表示空氣濕度的物理量。在定壓和水汽無相變的情況下,水汽含量愈多,露點溫度愈高;反之則露點溫度愈低。
上述各空氣濕度物理量是可以相互換算的。當空氣的實際溫度(t)下降至露點時(t=td),水汽壓等于飽和水汽壓(e=E),相對濕度達最大(r=100%),飽和差最小(d=0)。當氣溫高于露點時(t>td),空氣處于未飽和狀態(tài)(e<E,
r<100%)而且溫并(t>>td)愈大,空氣愈干燥。當氣溫低于露點時(t<td),表示空氣已過飽和狀態(tài)了(E>e,r>100%),半有多余水汽凝結(jié)。由此可見,實際溫度與露點的差值(t-td,稱為露點差)大小能反映空氣干濕程度。在通常情況下,露點差是大于O的。
