11 Влажность воздуха

Влажность воздуха в каждом конкретном районе зависит от количества водяного пара, поступающего в атмосферу путем испарения с подстилающей поверхности и от атмосферной циркуляции, т.е. от того, приносят ли воздушные течения более влажные или более сухие массы воздуха.

Характеристикой влажного воздуха является его парциальное давление e и относительная влажность f, определяемая формулой где e – парциальное давление водяного пара, E – давление насыщенного водяного пара приданной температуре.

Абсолютная влажность определяется массой водяного пара, содержащегося в 1м³ воздуха. Она измеряется в г/м³. С учетом размерности переходного коэффициента, формула для вычисления абсолютной влажности имеет вид

(4.2), где T – температура, К.

Абсолютная влажность изменяется в ходе адиабатических процессов. При адиабатическом расширении воздуха его объем увеличивается, а масса водяного пара остается неизменной, поэтому абсолютная влажность воздуха уменьшается. При адиабатическом сжатии воздуха его абсолютная влажность возрастает.

Массовая доля водяного пара S определяется отношением массы водяного пара в некотором объеме воздуха к общей массе влажного воздуха, в том же объеме , учитывая, что и получим (4.3), пренебрегая величиной ввиду ее малости, можно записать (4.4)

Точкой росы τ соответствует температура, при которой водяной пар достигает насыщения в случае, когда температура воздуха снижается до этой величины, а атмосферное давление остается неизменным.

Дефицит влажности представляет собой разность между давлением насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха и его фактическим давлением в рассматриваемом моменте времени .

Влажность воздуха измеряется психрометрическим методом, основой которого служит измерение разности температур между показаниями сухого и смоченного термометров. По разности их показаний с помощью психрометрических таблиц вычисляются давление водяного пара, относительная и абсолютная влажность воздуха, точка росы и дефицит влажности.

Для измерения относительной влажности используется волосной гигрометр. В этом приборе датчиком является синтетическая нить, длина которой увеличивается с увеличением влажности и уменьшается при ее уменьшении. На том же принципе устроен и самопишущий прибор, который называется гигрограф.

Годовой ход давления водяного пара параллелен годовому ходу температуры воздуха. Годовая амплитуда колебания абсолютной влажности тем больше, чем больше годовая амплитуда температуры воздуха.

12 Испарение и насыщение

Весь влагооборот на Земле состоит из испарения воды с земной поверхности, ее конденсации, выпадения осадков и стока. Вопросы стока являются предметом исследования в гидрологии.

Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу путем испарения с поверхности воды, почвы и транспирации. Испарение с поверхности почвы и воды называется физическим испарением, которое совместно с транспирацией образует суммарное испарение.

Процесс испарения заключается в том, что отдельные молекулы воды отрываются от подстилающей поверхности и переходят в воздушную среду в виде водяного пара. В воздухе эти молекулы быстро распространяются вверх и в стороны от источника испарения за счет молекулярной и турбулентной диффузии.

При насыщении воздуха водяным паром количество молекул, уходящих с поверхности равно количеству возвращающихся на нее. Капли жидкой воды в атмосфере часто находятся в переохлажденном состоянии. В обычных для атмосферы условиях замерзание этих капель начинается при температуре ниже –10⁰С, поэтому в атмосфере вода и лед часто находятся в непосредственной близости.

Если в воде растворены соли, то давление насыщенного пара снижается. Над морской водой уровень насыщения устанавливается при давлении водяного пара на 2% меньшем, чем над пресной водой. Соответственно снижается и уровень насыщающего давления водяного пара для капель , образовавшихся на солевых ядрах конденсации.

Скорость испарения измеряется в миллиметрах слоя воды, испарившейся в единицу времени, например за 1 час или другой промежуток времени, с данной поверхности. По закону Дальтона скорость испарения прямо пропорциональна разности между давлением насыщенного водяного пара при определенной температуре испаряющей поверхности E_s и фактическим давлением водяного пара e. В том случае, если испаряющая поверхность теплее воздуха, насыщающее давление, которого равно E, т.е. E_s>E, то процесс испарения продолжается, оно происходит даже в том случае, если e=E.

Скорость испарения обратно пропорциональна величине атмосферного давления P и тесно связана с турбулентностью, которая, в свою очередь, зависит от скорости ветра V, что выражается зависимостью (4.1)

Непосредственное измерение величины и скорости испарения является очень трудной задачей, не решенной до настоящего времени. Количество испарившейся с земной поверхности воды вычисляют по другим элементам водного баланса: осадкам, поверхностному стоку и увлажнению почвы. Испаряемостью W называется максимально возможное испарение с поверхности, не ограниченной запасами влаги. Величина испаряемости не всегда совпадает с фактическим испарением, поскольку для ее достижения во многих случаях отсутствует достаточное количество влаги.

Фактическое испарения с поверхности океанов и морей, равное испаряемости, намного превышает испарение с суши. В океанах, расположенных в средних и низких широтах фактическое испарение колеблется в пределах от 600 до 3000 мм в год