ร้อยละของไอน้ำในบรรยากาศ

ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยไนโตรเจน 78 เปอร์เซ็นต์ ออกซิเจน 21 เปอร์เซ็นต์ และอาร์กอน 0.9 เปอร์เซ็นต์ ส่วนที่เหลืออีก 0.1% ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ไนตรัสออกไซด์ มีเทน โอโซน และไอน้ำ แม้จะมีปริมาณเล็กน้อย การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยของก๊าซในชั้นบรรยากาศเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อความสมดุลของพลังงานและอุณหภูมิทั่วโลก ไอน้ำซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุดจะผันผวนตามอุณหภูมิ

เปอร์เซ็นต์ของไอน้ำในอากาศแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ เปอร์เซ็นต์ของไอน้ำในแถบอาร์กติกที่หนาวเย็นและแอนตาร์กติก (และภูมิภาคอัลไพน์ที่สูงที่สุด) อาจถึงระดับต่ำสุดที่ 0.2 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่อากาศเขตร้อนที่อบอุ่นที่สุดอาจมีไอน้ำมากถึง 4 เปอร์เซ็นต์

กล่าวโดยสรุป ยิ่งอุณหภูมิของอากาศแห้งมากเท่าใด ไอน้ำก็จะยิ่งกักเก็บไอน้ำได้มากเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิของอากาศเย็นลง ปริมาณไอน้ำจะลดลง ดังนั้น เปอร์เซ็นต์ของไอน้ำในอากาศจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ (และความดัน) เมื่อปริมาณน้ำในบรรยากาศอิ่มตัว ความชื้นจะอยู่ที่ 100 เปอร์เซ็นต์

ที่ระดับความอิ่มตัว 100 เปอร์เซ็นต์ ไอน้ำจะควบแน่นเป็นหยดน้ำ หากหยดน้ำมีขนาดใหญ่เพียงพอ ฝนก็จะตกลงมา หยดน้ำขนาดเล็กปรากฏเป็นเมฆหรือหมอก ต่ำกว่าความอิ่มตัว เปอร์เซ็นต์ของไอน้ำในบรรยากาศมักจะรายงานเป็นความชื้นสัมพัทธ์

ความชื้นหมายถึงปริมาณน้ำในบรรยากาศ ความชื้นสัมพัทธ์จะเปรียบเทียบปริมาณไอน้ำในบรรยากาศกับปริมาณไอน้ำสูงสุดตามทฤษฎีที่อากาศสามารถกักเก็บได้ที่อุณหภูมินั้น

ความชื้นสัมพัทธ์สามารถกำหนดได้โดยใช้แผนภูมิไซโครเมทริกพิเศษและไซโครมิเตอร์แบบสลิงหรือเทอร์โมมิเตอร์สองตัว ไซโครมิเตอร์สลิงประกอบด้วยเทอร์โมมิเตอร์สองตัวที่ติดตั้งไว้ด้วยกันบนกระดานขนาดเล็กที่ติดอยู่กับสายหมุนหรือสายสั้น เทอร์โมมิเตอร์หนึ่งตัวมีกระเปาะแห้ง เทอร์โมมิเตอร์ตัวที่สองคือเทอร์โมมิเตอร์กระเปาะเปียกมีกระเปาะพันด้วยผ้าเปียก

เทอร์โมมิเตอร์แบบกระเปาะแห้งวัดอุณหภูมิอากาศ เทอร์โมมิเตอร์กระเปาะเปียกจะวัดอุณหภูมิด้วยเอฟเฟกต์ความเย็นของน้ำระเหย ใช้ผ้าเปียกเทอร์โมมิเตอร์กระเปาะเปียกแล้วแกว่งเทอร์โมมิเตอร์เป็นเวลา 10 ถึง 15 วินาที อ่านอุณหภูมิทั้งสอง

ทำซ้ำการวัดข้างต้นสองหรือสามครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าเทอร์โมมิเตอร์กระเปาะเปียกมีค่าต่ำสุด ความแตกต่างระหว่างค่าที่อ่านได้ทั้งสองค่านี้ใช้ในการหาความชื้นสัมพัทธ์ ยิ่งอ่านค่าต่างกันมาก ความชื้นสัมพัทธ์ก็จะยิ่งต่ำลง

ที่ 86°F (30°C ) ตัวอย่างเช่น ความแตกต่าง 2.7°F (1.5°C ) หมายความว่าความชื้นสัมพัทธ์สูงมากที่ 89 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ความแตกต่าง 27°F (15°C) หมายถึงความชื้นสัมพัทธ์ต่ำมากที่ 17 เปอร์เซ็นต์ บนแผนภูมิไซโครเมทริก การอ่านค่าเทอร์โมมิเตอร์แบบกระเปาะแห้งจะแสดงเป็นเส้นแนวตั้งจากแกน x

การอ่านค่ากระเปาะเปียกจะแสดงเป็นเส้นโค้งตามส่วนบนซ้ายของแผนภูมิ หาจุดตัดของเส้นอุณหภูมิกระเปาะแห้งในแนวตั้งกับเส้นอุณหภูมิกระเปาะเปียกที่ทำมุมเพื่อหาความชื้นสัมพัทธ์

ความชื้นสัมบูรณ์ประกอบด้วยความเข้มข้นของไอหรือความหนาแน่นของอากาศ ความชื้นสัมบูรณ์สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรความหนาแน่น:

d_วี = ม_วี ÷ ว

ที่ไหน_วี คือความหนาแน่นของไอ m_วี คือมวลของไอ และ V คือปริมาตรของอากาศ ความหนาแน่นหรือความชื้นสัมบูรณ์เปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหรือความดันเนื่องจากปริมาตร (V) เปลี่ยนแปลง ปริมาตรของอากาศจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แต่ลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น

จากมุมมองของมนุษย์ ยิ่งอากาศชื้นมากเท่าไหร่ ไอน้ำในบรรยากาศก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การระเหยจะลดลงเมื่อปริมาณไอน้ำในอากาศเพิ่มขึ้น เนื่องจากเหงื่อไม่ระเหยง่ายเมื่อไอน้ำในอากาศโดยรอบมีปริมาณสูง การระบายความร้อนของผิวหนังจึงมีประสิทธิภาพน้อยลงเมื่อมีความชื้นสูง

ไอน้ำ ไม่ใช่คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุดของโลก นอกจากดวงอาทิตย์แล้ว ไอน้ำยังเป็นแหล่งกำเนิดความร้อนอันดับสองของโลก ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ของผลกระทบจากภาวะโลกร้อน ไอน้ำจับและกักเก็บความอบอุ่นจากพื้นดินและนำความอบอุ่นนั้นสู่ชั้นบรรยากาศ

ไอน้ำเคลื่อนความร้อนจากเส้นศูนย์สูตรไปยังขั้ว กระจายความร้อนไปทั่วโลก ความร้อนที่โมเลกุลของน้ำดูดซับไว้จะให้พลังงานสำหรับการระเหย ไอน้ำนั้นลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ นำความร้อนขึ้นสู่บรรยากาศ

เมื่อไอน้ำเพิ่มขึ้น ในที่สุดก็ถึงระดับที่บรรยากาศมีความหนาแน่นน้อยลงและอากาศเย็นลง เนื่องจากพลังงานความร้อนของไอน้ำสูญเสียไปกับอากาศที่เย็นกว่าโดยรอบ ไอน้ำจึงควบแน่น เมื่อไอน้ำควบแน่นเพียงพอ เมฆจะก่อตัวขึ้น เมฆสะท้อนแสงอาทิตย์ช่วยให้พื้นผิวโลกเย็นลง