Ποσοστό υδρατμών στην ατμόσφαιρα

Η ατμόσφαιρα της Γης περιέχει περίπου 78 τοις εκατό άζωτο, 21 τοις εκατό οξυγόνο και 0,9 τοις εκατό αργόν. Το υπόλοιπο 0,1% αποτελείται από διοξείδιο του άνθρακα, νιτρώδη οξείδια, μεθάνιο, όζον και υδρατμούς. Παρά τις μικρές ποσότητες τους, ακόμη και μικρές αλλαγές σε αυτά τα ατμοσφαιρικά αέρια επηρεάζουν την παγκόσμια ενεργειακή ισορροπία και θερμοκρασία. Οι υδρατμοί, το πιο σημαντικό αέριο του θερμοκηπίου, κυμαίνονται με τη θερμοκρασία.

Το ποσοστό υδρατμών στον αέρα ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία. Το ποσοστό υδρατμών στην ψυχρή Αρκτική και την Ανταρκτική (και τις υψηλότερες περιοχές των Άλπεων) μπορεί να φθάσει το 0,2 τοις εκατό, ενώ ο θερμότερος τροπικός αέρας μπορεί να περιέχει έως και 4 τοις εκατό υδρατμούς.

Εν ολίγοις, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ξηρού αέρα, τόσο περισσότεροι υδρατμοί μπορεί να συγκρατήσει ο αέρας. Καθώς η θερμοκρασία του αέρα κρυώνει, η περιεκτικότητα σε υδρατμούς μειώνεται. Έτσι, το ποσοστό υδρατμών στον αέρα αλλάζει με τη θερμοκρασία (και την πίεση). Όταν η ποσότητα νερού στην ατμόσφαιρα φτάσει σε κορεσμό, η υγρασία είναι 100 τοις εκατό.

Σε επίπεδο κορεσμού 100 τοις εκατό, οι υδρατμοί συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν σταγόνες νερού. Εάν οι σταγόνες νερού γίνουν αρκετά μεγάλες, η βροχή πέφτει. Μικρότερα σταγονίδια νερού εμφανίζονται ως σύννεφα ή ομίχλη. Κάτω από τον κορεσμό, το ποσοστό υδρατμών στην ατμόσφαιρα αναφέρεται συνήθως ως σχετική υγρασία.

Η υγρασία αναφέρεται στην ποσότητα νερού στην ατμόσφαιρα. Η σχετική υγρασία συγκρίνει την ποσότητα υδρατμών στην ατμόσφαιρα με τη θεωρητική μέγιστη ποσότητα υδρατμών που μπορεί να συγκρατήσει ο αέρας σε αυτήν τη θερμοκρασία.

Η σχετική υγρασία μπορεί να προσδιοριστεί με τη χρήση ειδικών ψυχομετρικών διαγραμμάτων και ενός ψυχομέτρου με σφεντόνα ή δύο θερμομέτρων. Ένα ψυχρόμετρο σφεντόνας αποτελείται από δύο θερμόμετρα συναρμολογημένα μαζί σε ένα μικρό ταμπλό συνδεδεμένο σε ένα περιστρεφόμενο ή βραχέων αλυσίδων. Ένα θερμόμετρο έχει ξηρό λαμπτήρα. Το δεύτερο θερμόμετρο, το θερμόμετρο υγρού λαμπτήρα, έχει τον λαμπτήρα τυλιγμένο με ένα κομμάτι υγρού υφάσματος.

Το θερμόμετρο ξηρού λαμπτήρα μετρά τη θερμοκρασία του αέρα. Το θερμόμετρο υγρού λαμπτήρα μετρά τη θερμοκρασία με την επίδραση ψύξης του εξατμισμένου νερού. Για να το χρησιμοποιήσετε, βρέξτε το πανί του θερμομέτρου υγρού λαμπτήρα και μετά στρέψτε τα θερμόμετρα για 10 έως 15 δευτερόλεπτα. Διαβάστε και τις δύο θερμοκρασίες.

Επαναλάβετε τις μετρήσεις πάνω από δύο ή τρεις φορές για να βεβαιωθείτε ότι το θερμόμετρο υγρού λαμπτήρα έχει φτάσει στη χαμηλότερη ένδειξη. Η διαφορά μεταξύ των δύο μετρήσεων χρησιμοποιείται για την εύρεση σχετικής υγρασίας. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στις μετρήσεις, τόσο χαμηλότερη είναι η σχετική υγρασία.

Σε 86 ° F (30 ° C), για παράδειγμα, μια διαφορά 2,7 ° F (1,5 ° C) σημαίνει ότι η σχετική υγρασία είναι πολύ υψηλή σε 89 τοις εκατό, ενώ η διαφορά 27 ° F (15 ° C) σημαίνει ότι η σχετική υγρασία είναι εξαιρετικά χαμηλή στο 17 τοις εκατό. Στο ψυχομετρικό γράφημα, οι μετρήσεις του θερμομέτρου ξηρού λαμπτήρα εμφανίζονται ως κατακόρυφες γραμμές από τον άξονα Χ.

Οι μετρήσεις υγρού λαμπτήρα εμφανίζονται ως καμπύλη γραμμή κατά μήκος του άνω αριστερού τμήματος του γραφήματος. Βρείτε τη διασταύρωση της γραμμής θερμοκρασίας κάθετου ξηρού βολβού και της γραμμής θερμοκρασίας υγρού λαμπτήρα γωνίας για να βρείτε τη σχετική υγρασία.

Η απόλυτη υγρασία αποτελείται από τη συγκέντρωση ατμών ή την πυκνότητα του αέρα. Η απόλυτη υγρασία μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο πυκνότητας:

ρε_β = μ_β ÷ V

Όπου δ_β είναι η πυκνότητα του ατμού, m_β είναι η μάζα του ατμού και το V είναι ο όγκος του αέρα. Η πυκνότητα ή η απόλυτη υγρασία αλλάζει με αλλαγές στη θερμοκρασία ή την πίεση, επειδή ο όγκος (V) αλλάζει. Ο όγκος του αέρα αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία αλλά μειώνεται καθώς αυξάνεται η πίεση.

Από την ανθρώπινη προοπτική, όσο πιο υγρός είναι ο αέρας, τόσο περισσότεροι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα. Η εξάτμιση μειώνεται καθώς αυξάνεται η ποσότητα υδρατμών στον αέρα. Δεδομένου ότι ο ιδρώτας δεν εξατμίζεται τόσο εύκολα όταν η ικανότητα υδρατμών του περιβάλλοντος αέρα είναι υψηλή, η ψύξη του δέρματος είναι λιγότερο αποτελεσματική όταν η υγρασία είναι υψηλή.

Οι υδρατμοί, όχι το διοξείδιο του άνθρακα, είναι το πιο κρίσιμο αέριο θερμοκηπίου της Γης. Εκτός από τον Ήλιο, οι υδρατμοί κατατάσσονται ως η δεύτερη πηγή θερμότητας της Γης, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 60 τοις εκατό του φαινομένου της θέρμανσης. Οι υδρατμοί συλλαμβάνουν και συγκρατούν τη ζεστασιά από το έδαφος και μεταφέρουν αυτή τη ζεστασιά στην ατμόσφαιρα.

Οι υδρατμοί μεταφέρουν θερμότητα από τον ισημερινό προς τους πόλους, διανέμοντας θερμότητα σε όλο τον κόσμο. Η θερμότητα που απορροφάται από μόρια νερού παρέχει την ενέργεια για εξάτμιση. Αυτός ο υδρατμός ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα, μεταφέροντας τη θερμότητα στην ατμόσφαιρα.

Καθώς οι υδρατμοί ανεβαίνουν, φτάνει τελικά σε επίπεδα όπου η ατμόσφαιρα είναι λιγότερο πυκνή και ο κρύος αέρας. Καθώς η θερμική ενέργεια του υδρατμού χάνεται στον περιβάλλοντα ψυχρότερο αέρα, ο υδρατμός συμπυκνώνεται. Όταν συμπυκνώνονται αρκετοί υδρατμοί, σχηματίζονται σύννεφα. Τα σύννεφα αντανακλούν το φως του ήλιου, βοηθώντας στην ψύξη της επιφάνειας της Γης.