大气湿度参数,湿度的科学定义

更新时间:2011.08.27 查看次数:
水汽是实际大气的活跃而重要的成分。大气中水汽所占的比例,随着地点时间和气象条件的不同有较大差异,变化在(依质量计)0.1%-4%之间。含有水汽的空气称为湿空气。
表示大气中水汽含量多少的物理量称为大气湿度或简称为湿度。为了不同目的,湿度可有不同的表示方法。下面介绍几种描述大气湿度的参数及其相互关系。
1.水汽压(e
大气中水汽所产生的那一部分压力称为水汽压e ,它是大气总压力的一部分,单位为百帕,hPa 。水汽压是表示大气中水汽含量的一种物理量,大气中水汽含量多时,水汽压大;反之,水汽压小。
2.饱和水汽压(E
(饱和水汽压本身不能描述大气中水汽的多少,但是它是认识水汽特征的物理学参数,为了后面使用方便,所以也在这里介绍了)
在一定温度条件下,如果空气的水汽含量达到饱和状态,称为饱和空气。饱和空气中的水汽压叫做饱和水汽压 E ,也叫大水汽压。当空气中水汽含量超过饱和水汽压时,水汽就开始发生凝结。饱和水汽压的单位与水汽压相同。
理论计算和实验证明,饱和水汽压仅是温度的函数,通常采用经验公式计算饱和水汽压。常用的经验公式是马格努斯公式:
E=E0×10(7.45t/235+t) 
E=E0×10(9.5t/265+t)
式中:EE分别是清洁水面和清洁冰面的饱和水汽压;E0 是温度为0℃时的饱和水汽压;t为摄氏温度。水汽压随温度的增加而增加。在0℃时,水面与冰面的饱和水汽压相等;在t〈0℃时,过冷却水饱和水汽压比冰面的水汽压大,但随温度的变化均较缓慢。
3.绝对湿度(a
绝对湿度指单位体积湿空气中含有的水汽量,亦即水汽密度,单位为g·cm-3,或g·m-3。绝对湿度表征了空气中水汽的绝对含量,空气中水汽含量愈多,绝对湿度值愈大。绝对湿度不便直接测量,经常是通过其他湿度参数间接计算。应用气体状态方程并取水汽压e的单位为mm(水银柱高度--这个单位在气象上已经不经常用了)及a的单位为g·cm-3可得绝对湿度和水汽压的关系式:(T为绝对温度)
a=289e/T
在饱和湿空气情况下,有绝对湿度
as=289E/T
如果温度为16℃,则T=273+16=289,此时a与e(或asE)在数值上相同,尽管他们的单位和含义有区别。
4.饱和差d
在某一温度下,空气的饱和水汽压与实际水汽压之差称为饱和差,即
d=E-e
饱和差表示了实际空气与饱和空气在水汽压方面相差的距离。它与蒸发能力有密切关系。因此它是蒸发计算中常用湿度参数。
5.相对湿度(f
空气中实际水汽压e与该温度下的饱和水汽压E之比值(用百分数表示)称为相对湿度,即
f=(e/E)×100%
f从水汽压的角度表示了空气与饱和空气相差的百分比。
6.露点(td
饱和水汽压是温度的函数,如果把实际空气中的水汽压e视为饱和水汽压E,它对应的温度称为该空气的露点td
对于饱和空气,显然其温度t等于露点t=td ;未饱和空气,其温度低高于露点,t>td
7. 温度露点差(t-td)
温度与露点的差称为温度露点差。温度露点差越大空气越干。温度露点差在描述高空水汽状态时经常使用。
8.比湿(q
一定的空气中的水汽的质量与该空气总质量的比值称为比湿 q 。利用空气和水汽的气体的状态方程,并且注意到实际空气中水汽压e远比大气压p小,即P>>e,可以得到下面的公式
q=622(e/p)    (单位是g/kg)
q=0.622(e/p)    (单位是g/g)
这两个公式可以从大气压和水汽压计算出空气比湿。
饱和空气的比湿经常用qs表示。显然,qs=622 (E/p)
各个参数的经常用的单位列在表中
名称
水汽压  e
饱和水汽压E
绝对湿度
a
饱和差 d
相对湿度
f
露点 td
温度露点差t-td
比湿  q
单位
百帕,hPa
百帕,hPa
g·cm-3
百帕,hPa
%
无(g/kg)
以上的各种物理量从不同的侧面描述了空气中的水分数量它们都是描述大气湿度的参数(其中饱和水汽压本身不能描述大气中水汽的多少,但是它是认识水汽特征的物理学参数,所以也一并介绍了)。我们在不同的场合使用不同的湿度参数。
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