大气中的水汽含量及其表示方法

2016-11-10 作者: xuzhiping 浏览: 3373 次

摘要: (一)水汽压(e) 大气中水汽所产生的分压强叫水汽压(vapour pressure)。单位和气压一样,用hPa(百帕)来表示。水汽压的大小和空气中水汽含量的多少有关,当空气中的水汽含量增多时,水汽压就相应地增大,反之,水汽压减小。所以,用水汽压的大小可表示空....

(一)水汽压(e)

大气中水汽所产生的分压强叫水汽压(vapour pressure)。单位和气压一样,用hPa(百帕)来表示。水汽压的大小和空气中水汽含量的多少有关,当空气中的水汽含量增多时,水汽压就相应地增大,反之,水汽压减小。所以,用水汽压的大小可表示空气中水汽含量的多少。

(二)饱和水汽压(E)

空气中所能容纳的水汽量,是随温度的增高而增大的。在一定温度条件下,单位体积的空气中所能容纳的水汽数量有一定的限度,如果水汽含量达到该限度,空气呈饱和状态。此时空气中的水汽压叫做饱和水汽压(saturation vapour pressure)。如果空气中的水汽含量未达到这个限度的,这时的空气叫做未饱和空气;如果空气中的水汽含量超过这个限度这时的空气叫做过饱和空气。在一般情况下,超过的那一部分水汽就要发生凝结。

实验和理论证明:在温度改变时,饱和水汽压也随着改变,温度越高饱和水汽压越大,温度越低饱和水汽压越小。

饱和水汽压除与温度有关外,还与物态、蒸发面形状和溶液浓度等因子有关。

(三)绝对湿地(a)

绝对湿度(absolute humidity)是指单位体积空气中所含水汽量的多少。通常以1立方米的 空气中所含水汽的克数来表示的,单位是g/m3,又称水汽密度。

当水汽压以毫米汞柱高为单位时,水汽压与绝对湿度的关系为

\(a=1.06 \times \frac {e}{1+α t} \)(g/m3)

式中,α 为气体膨胀系数,其值为1/273;t为空气温度;计算表明,两者在数值上相差很小,当温度t=16.4 °C时,a=e。由于绝对湿度的直接测量比较困难,而水汽压值简单易测,所以在实际工作中,常用水汽压代替绝对湿度。

绝对湿度只表示空气中水汽的绝对含量,多用于理论计算。在一定温度下,单位容积空气能 容纳的最大水汽含量称为饱和水汽密度。饱和水汽密度也随温度的升髙而迅速增大。

(四)相对湿度(r)

空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之百分比,称为相对湿度(relative humidity)。其表达式为

\(r= \frac {e}{E} \times 100%\)

相对湿度的大小直接反映空气距离饱和的程度。在温度一定时,E保持不变,e越大,空气越接近饱和。当e=E时,r= 100%,空气饱和;当eE时,r >100%,这时如无凝结现象产生,空气处于过饱和状态。当空气中水汽压(e)一定时,相对湿度随气温的升高而降低,反之升高。

(五)饱和差(d)

在某一温度下,饱和水汽压与空气中实际水汽压之差,称为饱和差(saturation deficit)。即

\(d=E-e\)

饱和差的大小表示空气中水汽含量距离饱和的绝对数值。d随温度的升高而增大,随温度的降低而减小。在一定温度下d值越小,空气越接近饱和,即空气越潮湿;当d= 0,空气达到饱和。

(六)露点温度(Td)

当空气中的水汽含量和气压不变时,降温使水汽压达到饱和时的温度称为露点温度(dewpoint temperature),简称露点。其形式上是温度,实质上是表示湿度情况的一个物理量。当气压一定时,露点的高低只与空气中水汽含量有关,即水汽含量越多,其露点越高,反之越低。当空气未达到饱和时TdT。

空气温度降低到露点温度及其以下,是导致水汽凝结的重要条件之一。

(七)比湿

单位质量空气中所含的水汽质量为比湿(specific humidity)。单位为g • g-1或g • kg-1其表达式为

式中,mw是单位质量空气中水汽的质量;Wd是单位质量空气中干空气的质量。

若e为水汽压,p为气压,由状态方程可以导出下列关系:

\(q=0.622 \frac {e}{p} \) (g•g-1)

\(q=622 \frac {e}{p} \) (g•g-1)

以上两公式为比湿公式,式中的水汽压和气压必须用相同的压强单位。

对一团空气而言,发生膨胀或压缩时,只要气块内没有发生凝结或蒸发,气块总质量和气块中水汽质量就不会发生变化,也就是说气块的比湿保持不变。在讨论空气的上升或下降运动时,通常用比湿表示空气湿度,在讨论水汽输送时,比湿梯度是重要的物理量。

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