Zemes atmosfērā ir aptuveni 78 procenti slāpekļa, 21 procents skābekļa un 0,9 procenti argona. Atlikušos 0,1 procentus veido oglekļa dioksīds, slāpekļa oksīdi, metāns, ozons un ūdens tvaiki. Neskatoties uz nelielajiem daudzumiem, pat nelielas šo atmosfēras gāzu izmaiņas ietekmē globālo enerģijas bilanci un temperatūru. Ūdens tvaiki, vissvarīgākā siltumnīcefekta gāze, mainās atkarībā no temperatūras.
Ūdens tvaiku procentuālā koncentrācija gaisā
Ūdens tvaiku procentuālais daudzums gaisā mainās atkarībā no temperatūras. Ūdens tvaiku procentuālais daudzums aukstajā Arktikā un Antarktīdā (un augstākajos Alpu reģionos) var sasniegt pat 0,2 procentus, savukārt siltākajā tropiskajā gaisā var būt līdz 4 procentiem ūdens tvaiku.
Ūdens tvaiki un temperatūra
Īsāk sakot, jo augstāka sausā gaisa temperatūra, jo vairāk ūdens tvaiku var noturēt. Gaisa temperatūrai atdziestot, ūdens tvaiku saturs samazinās. Tātad ūdens tvaiku procentuālais daudzums gaisā mainās līdz ar temperatūru (un spiedienu). Kad ūdens daudzums atmosfērā sasniedz piesātinājumu, mitrums ir 100 procenti.
Pie 100 procentu piesātinājuma līmeņa ūdens tvaiki kondensējas, veidojot ūdens pilienus. Ja ūdens pilieni kļūst pietiekami lieli, līst lietus. Mazāki ūdens pilieni parādās kā mākoņi vai migla. Zem piesātinājuma ūdens tvaiku procentuālo daudzumu atmosfērā parasti uzrāda kā relatīvo mitrumu.
Relatīvā mitruma atrašana
Mitrums attiecas uz ūdens daudzumu atmosfērā. Relatīvais mitrums salīdzina ūdens tvaiku daudzumu atmosfērā ar teorētiski maksimālo ūdens tvaiku daudzumu, ko gaiss var turēt šajā temperatūrā.
Relatīvo mitrumu var noteikt, izmantojot īpašas psihrometriskās diagrammas un siksnas psihrometru vai divus termometrus. Siksnas psihrometrs sastāv no diviem termometriem, kas piestiprināti kopā uz neliela dēļa, kas piestiprināts pie pagriežamās vai īsās ķēdes. Vienam termometram ir sausa spuldze. Otrajā termometrā, mitrās spuldzes termometrā, spuldze ir iesaiņota ar mitras drānas gabalu.
Sausā spuldzes termometrs mēra gaisa temperatūru. Mitrā spuldzes termometrs mēra temperatūru ar iztvaikojošā ūdens dzesēšanas efektu. Lai izmantotu, samitriniet mitrā spuldzes termometra drānu un pēc tam šūpojiet termometrus 10 līdz 15 sekundes. Izlasiet abas temperatūras.
Relatīvā mitruma temperatūras starpība
Atkārtojiet mērījumus virs divām vai trim reizēm, lai pārliecinātos, ka mitrā spuldzes termometrs ir sasniedzis zemāko rādījumu. Atšķirību starp abiem rādījumiem izmanto, lai atrastu relatīvo mitrumu. Jo lielāka ir rādījumu atšķirība, jo zemāks ir relatīvais mitrums.
Piemēram, temperatūrā 86 ° F (30 ° C) starpība 2,7 ° F (1,5 ° C) nozīmē, ka relatīvais mitrums ir ļoti augsts 89 procenti, savukārt 27 ° F (15 ° C) atšķirība nozīmē, ka relatīvais mitrums ir ārkārtīgi zems, 17 procentiem. Psihometriskajā diagrammā sausās spuldzes termometra rādījumi tiek parādīti kā vertikālas līnijas no x ass.
Mitrā spuldzes rādījumi tiek parādīti kā izliekta līnija gar diagrammas augšējo kreiso daļu. Atrodiet vertikālās sausās spuldzes temperatūras līnijas un leņķiskās slapjās spuldzes temperatūras līnijas krustojumu, lai atrastu relatīvo mitrumu.
Ūdens tvaiki un absolūtais mitrums
Absolūtais mitrums sastāv no tvaika koncentrācijas vai gaisa blīvuma. Absolūto mitrumu var aprēķināt, izmantojot blīvuma formulu:
dv = mv ÷ V
Kur dv ir tvaiku blīvums, mv ir tvaiku masa un V ir gaisa tilpums. Blīvums vai absolūtais mitrums mainās, mainoties temperatūrai vai spiedienam, jo mainās tilpums (V). Gaisa tilpums palielinās, palielinoties temperatūrai, bet samazinās, palielinoties spiedienam.
No cilvēka viedokļa, jo mitrāks gaiss, jo vairāk ūdens tvaiku atmosfērā. Iztvaikošana samazinās, palielinoties ūdens tvaiku daudzumam gaisā. Tā kā sviedri neiztvaiko tik viegli, ja apkārtējā gaisa ūdens tvaika spēja ir augsta, tad, ja mitrums ir augsts, ādas dzesēšana ir mazāk efektīva.
Kāpēc ūdens tvaiki ir svarīgi
Ūdens tvaiki, nevis oglekļa dioksīds, ir viskritiskākā Zemes siltumnīcefekta gāze. Bez Saules ūdens tvaiki ir otrais Zemes siltuma avots, kas veido apmēram 60 procentus no sasilšanas efekta. Ūdens tvaiki uztver un notur siltumu no zemes un nes šo siltumu atmosfērā.
Ūdens tvaiki pārvieto siltumu no ekvatora uz polu pusi, sadalot siltumu visā pasaulē. Ūdens molekulu absorbētais siltums nodrošina enerģiju iztvaikošanai. Šie ūdens tvaiki paceļas atmosfērā, nesot siltumu atmosfērā.
Pieaugot ūdens tvaikiem, tas galu galā sasniedz līmeni, kurā atmosfēra ir mazāk blīva un gaiss vēsāks. Tā kā ūdens tvaiku siltuma enerģija tiek zaudēta apkārtējam aukstākajam gaisam, ūdens tvaiki kondensējas. Kad kondensējas pietiekami daudz ūdens tvaiku, veidojas mākoņi. Mākoņi atspoguļo saules gaismu, palīdzot atdzist Zemes virsmu.