Измерение влажности воздуха

Наиболее распространенными методами измерения влажности воздуха являются психрометрический и гигрометрический, а приборами соответственно являются пси­хрометр и гигрометр.

Психрометрический метод. Психрометрический метод основан на измерении влажности воздуха по понижению температуры тела при испарении с его поверхности, за счет затраты тепла на ис­парение воды.

В психрометре используются два термометра, у одного из которых (смоченный термометр) резервуар обернут сма­чиваемым батистом. Вследствие испарения с поверхности батиста температура смоченного термометра будет ниже температуры сухого термометра, показывающего темпера­туру воздуха, и тем ниже, чем меньше влажность воздуха.

Парциальное давление водяного пара в воздухе опреде­ляется по психрометрической формуле, на основании кото­рой составлены психрометрические таблицы:

, гПа,

где Е – парциальное давление водяного пара, насыщающе­го пространство, при температуре смоченного термометра;

А - психрометрический коэффициент, учитывающий ско­рость движения воздуха;

р - атмосферное давление, гПа;

t и t^' – соответственно температура сухого и смоченного термометров, °С.

Гигрометрический метод. Гигрометрический метод измерения влажности воз­духа основан на способности тел адсорбировать (погло­щать) водяной пар из воздуха и в результате этого дефор­мироваться или менять физические свойства.

Наиболее давно известными и применяемы­ми, в том числе и в метеорологии, являются волосной и пленочный гигрометры.

Гигрометр волосной метеорологический предназначен для измерения относительной влажности воздуха. Действие прибора основано на свой­стве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину в зависимости от относительной влажности воздуха.

Гигрометр (рис.) состоит из рамки со шкаль­ной пластиной и волоса, верхний конец которого закреплен в отверстии хвостовика регулировочного винта, а нижний конец – на кулачке, связанном со стрелкой. Вращением ре­гулировочного винта стрелку можно установить на требуе­мое деление шкалы. Натяжение волоса создается грузиком. При изменении относительной влажности воздуха и соот­ветствующего изменения длины волоса стрелка под дейст­вием грузика перемещается относительно шкалы.

Так как связь между удлинением волоса и относитель­ной влажностью воздуха не линейная, то шкала гигрометра неравномерная. Гигрометр рассчитан на работу при темпе­ратуре от -50 до +55 °С. Пределы измерения влажности от 30 до 100 %.

Гигрометр пленочный метео­рологический предназначен для измерения отно­сительной влажности воздуха. Принцип действия прибора осно­ван на свойстве гигроскопической органической пленки изменять свои линейные размеры в зависи­мости от относительной влажности воздуха.

Гигрометр рассчитан на работу при температуре воздуха от -60 до +35 ⁰С. Пределы измерения от 30 до 100%. Шкала, в отличие от во­лосного гигрометра, равномерная.

Рис. Гигрометр волосной

а – общий вид; б – узел крепления волоса к рамке; в – к стрелке:

1 – рамка; 2 – стрелка; 3 – хвостовик; 4 – скоба; 5 – гайка; 6 – контргайка; 7 – винт; 8 – рамка; 9 – шкала; 10 – волос; 11 – ось стрелки; 12 – грузик; 13 – кулачок;

14 – винт; 15 – стерженек.

Для защиты от действия атмосферных осадков, порывов ветра, солнечной радиации приборы для измерения температуры и влажности воздуха размещаются в защитных жалюзийных будках.

Туманы

Туманом называется скопление продуктов конденса­ции или сублимации водяного пара, взвешенных в воздухе над поверхностью земли и вызывающих помутнение атмосферы.

Дальность видимости в пределах от 50 м до 2-10 км.

Туманы бывают:

- водяные (до -20⁰ С);

- ледяные.

По происхождению различают:

1. Туманы охлаждения (радиационные и адвективные).

Радиационные туманы образуются над сушей и над районами сплошных льдов в результате радиационного выхолаживания подсти­лающей поверхности, от которой охлаждается прилегаю­щий к ней слой воздуха до стадии конденсации водяного пара. Благоприятными условиями на суше летом являются:

- ясная или малооблачная ночь;

- относительная влажность воздуха более 60%;

- инверсионное распределение темпера­туры в слое 50-300 м;

- вогнутая поверхность рельефа, спо­собствующая накоплению холодного воздуха в низине;

- слабый ветер – не более 2 м/с.

При полном штиле вместо тумана образуется роса.

Адвективные туманы возникают при адвекции теплого и влажного воздуха на холодную подстилающую поверх­ность. Образуются летом при перемеще­нии теплого континентального воздуха на холодную поверхность моря; при перемещении теплого морского воз­духа на холодную поверхность континента в холодное вре­мя года; при перемещении воздуха с теплой водной по­верхности на холодную водную поверхность, например в местах встречи теплых и холодных морских течений. Адвективные туманы образуются:

- в любое время суток;

- при значительных скоростях ветра.

2. Туманы испарения наблюдаются над водной поверхно­стью при температуре воды выше температуры прилегаю­щего к ней воздуха. Их образование обусловлено охлажде­нием и конденсацией пара, поступающего с водной поверхности в воздух.

Облака

Облаком называется видимое скопление продуктов конденсации или сублимации водяного пара на некоторой высоте.

Из облаков выпадают осадки, в них возникают гро­зы, они влияют на приток лучистой энергии к подстилаю­щей поверхности и, следовательно, на температурный ре­жим почвы, водоемов и воздуха.

Облака образуются только в случае подъема воздуха и его адиабатического охлаждения. При опускании воздуха, в результате адиабатического разогрева, облака исчезают.

Высота облаков и их строение зависят от положений уровней:

- конденсации;

- нулевой изотермы;

- замерзания;

- конвекции.

Уровень конденсации практически совпадает с нижней границей облаков.

Между уровнем конденсации и уровнем нулевой изотермы облако состоит из водяных ка­пель.

Выше уровня нулевой изотермы облака состоят преимущественно из переохлажденных водяных капель, которые наблюдают­ся до уровня замерзания.

Уровень замерзания располагает­ся в среднем на высоте, где температура составляет от -12 до -17 ⁰С.

Выше этого уровня происходит сублимация во­дяного пара, а также замерзание переохлажденных капель воды.

Выше уровня замерза­ния облака состоят в основном из ледяных кристаллов.

Ниже приводится международная классификация обла­ков по морфологическим признакам, т.е. по внешнему виду облаков (табл.).

Называние форм облаков	Средняя высота, км
Облака верхнего яруса
Перистые	7-8
Перисто-кучевые	6-8
Перисто-слоистые	6-8
Облака среднего яруса
Высоко-кучевые	2-6
Высоко-слоистые	3-5
Облака нижнего яруса
Слоисто-кучевые	0,8-1,5
Слоистые	0,1-0,7
Слоисто-дождевые	0,1-1,0
Облака вертикального развития (конвективные)
Кучевые	0,8-1,5
Кучево-дождевые	0,4-10

Наблюдение за облаками. На метеорологических станциях определяют:

визуально

- количество облаков: в баллах долей небосвода, занятых облаками (1 балл – 0,1 часть видимого небосвода);

- форму облаков: в соответствии с международной классификацией;

инструментально

- высоту – нижняя граница над поверхностью земли: светолокационный метод, в котором высота облаков определяется по времени прохождения светом расстояния от датчика светового импульса до нижней границы облаков и обратно до приемника. (Датчик посылает вертикально к облаку световой импульс. Приемник преобразует отраженный от облака импульс в электрический сигнал.)