Атмосфера Земли содержит около 78 процентов азота, 21 процент кислорода и 0,9 процента аргона. Остальные 0,1 процента состоят из диоксида углерода, оксидов азота, метана, озона и водяного пара. Несмотря на их небольшие количества, даже незначительные изменения в этих атмосферных газах влияют на глобальный энергетический баланс и температуру. Водяной пар, самый важный парниковый газ, колеблется в зависимости от температуры.
Процент водяного пара в воздухе
Процент водяного пара в воздухе зависит от температуры. Процент водяного пара в холодной Арктике и Антарктике (и в высокогорных альпийских регионах) может достигать 0,2 процента, в то время как самый теплый тропический воздух может содержать до 4 процентов водяного пара.
Водяной пар и температура
Короче говоря, чем выше температура сухого воздуха, тем больше водяного пара может удерживать воздух. С понижением температуры воздуха содержание водяного пара падает. Итак, процентное содержание водяного пара в воздухе зависит от температуры (и давления). Когда количество воды в атмосфере достигает насыщения, влажность составляет 100 процентов.
При 100-процентном уровне насыщения водяной пар конденсируется с образованием водяных капель. Если капли воды становятся достаточно большими, идет дождь. Капли воды меньшего размера выглядят как облака или туман. Ниже насыщения процент водяного пара в атмосфере обычно указывается как относительная влажность.
Определение относительной влажности
Влажность относится к количеству воды в атмосфере. Относительная влажность сравнивает количество водяного пара в атмосфере с теоретическим максимальным количеством водяного пара, которое воздух может удерживать при этой температуре.
Относительную влажность можно определить с помощью специальных психрометрических таблиц и стропного психрометра или двух термометров. Стропный психрометр состоит из двух термометров, установленных вместе на небольшой доске, прикрепленной к вертлюгу или короткой цепочке. У одного термометра есть сухая груша. Колба второго термометра, термометра с влажным термометром, обернута куском влажной ткани.
Термометр с сухим термометром измеряет температуру воздуха. Термометр с влажным термометром измеряет температуру с охлаждающим эффектом испаряющейся воды. Для использования смочите ткань термометра с влажным термометром, а затем поверните термометры в течение 10-15 секунд. Считайте обе температуры.
Разница относительной влажности и температуры
Повторите вышеуказанные измерения два или три раза, чтобы убедиться, что термометр с влажным термометром достиг минимального значения. Разница между двумя показаниями используется для определения относительной влажности. Чем больше разница в показаниях, тем ниже относительная влажность.
Например, при 86 ° F (30 ° C) разница в 2,7 ° F (1,5 ° C) означает, что относительная влажность очень высока при 89 процентов, тогда как разница в 27 ° F (15 ° C) означает, что относительная влажность чрезвычайно низка и составляет 17 процентов. На психрометрической диаграмме показания термометра с сухим термометром показаны вертикальными линиями от оси абсцисс.
Показания влажного термометра показаны в виде изогнутой линии в верхней левой части диаграммы. Найдите точку пересечения вертикальной линии температуры по сухому термометру и наклонной линии температуры по влажному термометру, чтобы определить относительную влажность.
Водяной пар и абсолютная влажность
Абсолютная влажность складывается из концентрации пара или плотности воздуха. Абсолютную влажность можно рассчитать по формуле плотности:
dv = мv ÷ V
Где Dv - плотность пара, мv - масса пара, V - объем воздуха. Плотность или абсолютная влажность изменяются с изменениями температуры или давления, потому что изменяется объем (V). Объем воздуха увеличивается с увеличением температуры, но уменьшается с увеличением давления.
С человеческой точки зрения, чем влажнее воздух, тем больше водяного пара в атмосфере. Испарение уменьшается по мере увеличения количества водяного пара в воздухе. Поскольку пот не испаряется так легко, когда парообразователь в окружающем воздухе высок, охлаждение кожи менее эффективно при высокой влажности.
Почему водяной пар имеет значение
Водяной пар, а не углекислый газ, является самым опасным парниковым газом Земли. Водяной пар является вторым источником тепла Земли, помимо Солнца, на долю которого приходится около 60 процентов эффекта потепления. Водяной пар улавливает и удерживает тепло от земли и переносит это тепло в атмосферу.
Водяной пар перемещает тепло от экватора к полюсам, распределяя тепло по земному шару. Тепло, поглощаемое молекулами воды, дает энергию для испарения. Этот водяной пар поднимается в атмосферу, унося тепло в атмосферу.
По мере того, как водяной пар поднимается, он в конечном итоге достигает уровней, когда атмосфера менее плотная, а воздух более холодный. Поскольку тепловая энергия водяного пара теряется в окружающий более холодный воздух, водяной пар конденсируется. Когда конденсируется достаточное количество водяного пара, образуются облака. Облака отражают солнечный свет, помогая охлаждать поверхность Земли.
