पृथ्वी के वायुमंडल में लगभग 78 प्रतिशत नाइट्रोजन, 21 प्रतिशत ऑक्सीजन और 0.9 प्रतिशत आर्गन है। शेष 0.1 प्रतिशत में कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रस ऑक्साइड, मीथेन, ओजोन और जल वाष्प शामिल हैं। उनकी छोटी मात्रा के बावजूद, इन वायुमंडलीय गैसों में छोटे परिवर्तन भी वैश्विक ऊर्जा संतुलन और तापमान को प्रभावित करते हैं। जल वाष्प, सबसे महत्वपूर्ण ग्रीनहाउस गैस, तापमान के साथ उतार-चढ़ाव करती है।
वायु में जल वाष्प का प्रतिशत
हवा में जल वाष्प का प्रतिशत तापमान के आधार पर भिन्न होता है। ठंडे आर्कटिक और अंटार्कटिक (और उच्चतम अल्पाइन क्षेत्रों) में जल वाष्प का प्रतिशत 0.2 प्रतिशत तक पहुंच सकता है जबकि गर्म उष्णकटिबंधीय हवा में 4 प्रतिशत तक जल वाष्प हो सकता है।
जल वाष्प और तापमान
संक्षेप में, शुष्क हवा का तापमान जितना अधिक होगा, हवा उतनी ही अधिक जलवाष्प धारण कर सकती है। जैसे ही हवा का तापमान ठंडा होता है, जल वाष्प की मात्रा कम हो जाती है। तो, हवा में जल वाष्प का प्रतिशत तापमान (और दबाव) के साथ बदलता है। जब वातावरण में पानी की मात्रा संतृप्ति तक पहुँच जाती है, तो आर्द्रता 100 प्रतिशत होती है।
100 प्रतिशत संतृप्ति स्तर पर, जल वाष्प संघनित होकर पानी की बूंदें बनाती है। यदि पानी की बूँदें काफी बड़ी हो जाती हैं, तो वर्षा होती है। पानी की छोटी बूंदें बादल या कोहरे के रूप में दिखाई देती हैं। संतृप्ति के नीचे, वायुमंडल में जल वाष्प का प्रतिशत आमतौर पर सापेक्षिक आर्द्रता के रूप में सूचित किया जाता है।
सापेक्ष आर्द्रता ढूँढना
आर्द्रता से तात्पर्य वातावरण में पानी की मात्रा से है। सापेक्षिक आर्द्रता वातावरण में जल वाष्प की मात्रा की तुलना उस तापमान पर वायु द्वारा धारण किए जा सकने वाले जल वाष्प की सैद्धांतिक अधिकतम मात्रा से करती है।
सापेक्ष आर्द्रता को विशेष साइकोमेट्रिक चार्ट और एक स्लिंग साइकोमीटर या दो थर्मामीटर का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। एक स्लिंग साइकोमीटर में दो थर्मामीटर होते हैं जो एक कुंडा या छोटी श्रृंखला से जुड़े एक छोटे बोर्ड पर एक साथ लगे होते हैं। एक थर्मामीटर में एक सूखा बल्ब होता है। दूसरे थर्मामीटर, वेट बल्ब थर्मामीटर में बल्ब को गीले कपड़े के टुकड़े से लपेटा जाता है।
शुष्क बल्ब थर्मामीटर हवा के तापमान को मापता है। वेट बल्ब थर्मामीटर वाष्पित हो रहे पानी के शीतलन प्रभाव से तापमान को मापता है। उपयोग करने के लिए, गीले बल्ब थर्मामीटर के कपड़े को गीला करें और फिर थर्मामीटर को 10 से 15 सेकंड के लिए घुमाएं। दोनों तापमान पढ़ें।
सापेक्ष आर्द्रता तापमान अंतर
यह सुनिश्चित करने के लिए कि वेट बल्ब थर्मामीटर अपने न्यूनतम रीडिंग पर पहुंच गया है, दो या तीन बार ऊपर के मापों को दोहराएं। दो रीडिंग के बीच के अंतर का उपयोग सापेक्षिक आर्द्रता ज्ञात करने के लिए किया जाता है। रीडिंग में जितना अधिक अंतर होगा, सापेक्षिक आर्द्रता उतनी ही कम होगी।
86°F (30°C) पर, उदाहरण के लिए, 2.7°F (1.5°C) के अंतर का अर्थ है कि सापेक्षिक आर्द्रता बहुत अधिक है 89 प्रतिशत, जबकि 27°F (15°C) के अंतर का अर्थ है सापेक्षिक आर्द्रता 17 प्रतिशत पर अत्यंत कम है। साइकोमेट्रिक चार्ट पर, शुष्क बल्ब थर्मामीटर रीडिंग को x-अक्ष से लंबवत रेखाओं के रूप में दिखाया जाता है।
वेट बल्ब रीडिंग को चार्ट के ऊपरी बाएँ भाग के साथ एक घुमावदार रेखा के रूप में दिखाया गया है। आपेक्षिक आर्द्रता ज्ञात करने के लिए ऊर्ध्वाधर शुष्क बल्ब तापमान रेखा और कोण वाली गीली बल्ब तापमान रेखा का प्रतिच्छेदन ज्ञात कीजिए।
जल वाष्प और पूर्ण आर्द्रता
निरपेक्ष आर्द्रता में वाष्प की सघनता या हवा का घनत्व होता है। घनत्व सूत्र का उपयोग करके पूर्ण आर्द्रता की गणना की जा सकती है:
घवी = एमवी वी
जहां घवी वाष्प का घनत्व है, mवी वाष्प का द्रव्यमान है और V वायु का आयतन है। घनत्व या पूर्ण आर्द्रता तापमान या दबाव में परिवर्तन के साथ बदल जाती है क्योंकि आयतन (V) में परिवर्तन होता है। तापमान बढ़ने पर हवा का आयतन बढ़ता है लेकिन दबाव बढ़ने पर घटता है।
मानवीय दृष्टिकोण से, हवा जितनी अधिक नम होती है, वातावरण में उतनी ही अधिक जलवाष्प होती है। वायु में जलवाष्प की मात्रा बढ़ने पर वाष्पीकरण कम हो जाता है। चूंकि आसपास की हवा की जलवाष्प क्षमता अधिक होने पर पसीना आसानी से वाष्पित नहीं होता है, नमी अधिक होने पर त्वचा की ठंडक कम प्रभावी होती है।
जल वाष्प क्यों मायने रखता है
जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड नहीं, पृथ्वी की सबसे महत्वपूर्ण ग्रीनहाउस गैस है। सूर्य के अलावा, जल वाष्प पृथ्वी की गर्मी के दूसरे स्रोत के रूप में रैंक करता है, जो लगभग 60 प्रतिशत वार्मिंग प्रभाव के लिए जिम्मेदार है। जलवाष्प जमीन से गर्मी को पकड़ता है और धारण करता है और उस गर्मी को वातावरण में ले जाता है।
जलवाष्प विषुवत रेखा से ध्रुवों की ओर ऊष्मा को स्थानांतरित करती है, जिससे पूरे विश्व में ऊष्मा वितरित होती है। पानी के अणुओं द्वारा अवशोषित ऊष्मा वाष्पीकरण के लिए ऊर्जा प्रदान करती है। वह जलवाष्प वायुमंडल में ऊपर उठती है और ऊष्मा को वायुमंडल में ले जाती है।
जैसे ही जल वाष्प ऊपर उठता है, यह अंततः उन स्तरों तक पहुँच जाता है जहाँ वातावरण कम घना होता है और हवा ठंडी होती है। जैसे ही जल वाष्प की ऊष्मा ऊर्जा आसपास की ठंडी हवा में खो जाती है, जल वाष्प संघनित हो जाता है। जब पर्याप्त जल वाष्प संघनित होता है, तो बादल बनते हैं। बादल सूर्य के प्रकाश को परावर्तित करते हैं, जिससे पृथ्वी की सतह को ठंडा रखने में मदद मिलती है।