3. Водяна пара в атмосфері

Атмосферне повітря біля земної поверхні є вологим, тобто до складу повітря входить водяна пара (вода в газоподібному стані). Вміст водяної пари у вологому повітрі складає біля земної поверхні від 0,2% у Центральній Антарктиді до 2,5% і більше в екваторіальній зоні.

В атмосфері може виникати стан насичення повітря. Це гранично можлива кількість водяної пари в повітрі при даній температурі. Стан насичення переважно досягається при зниженні температури повітря. Коли цей стан досягнуто, то при дальшому пониженні температури частина водяної пари стає надлишковою і конденсується, тобто переходить у рідкий або твердий стан. У зв’язку з цим, вміст водяної пари в кожній ділянці атмосфери безперервно змінюється.

З водяною парою в повітрі та її переходами з газоподібного стану в рідкий і твердий пов’язані найважливіші процеси погоди і особливості клімата.

1. Основні характеристики вологості повітря і зв’язок між ними

Водяна пара – це змінна складова частина атмосфери. Вміст водяної пари в атмосфері оцінюється з допомогою характеристик вологості повітря, або гігрометричних величин, до яких відносяться:

• парціальний тиск водяної пари,

• абсолютна вологість,

• відносна вологість,

• масова доля водяної пари,

• відношення суміші,

• точка роси,

• дефіцит тиску,

• дефіцит точки роси.

Парціальний тиск водяної пари - . Вимірюють і виражають у гектопаскалях (гПа, система СІ) або у мілібарах (мб), 1 Па = 1 Н/м²; 1 гПа = 10² Па; 1 гПа =1мб. Тиск водяної пари у стані насичення називають тиском насиченої водяної пари або тиском насичення і позначають .

Тиск насиченої водяної пари визначається за формулою:

, (1.20)

де - температура повітря за шкалою Цельсія.

Тиск насиченої водяної пари це максимальний парціальний тиск водяної пари можливитй при даній температурі. Так, наприклад: при 0°С 6,1 гПа; при 20°С 23,4 гПа.

Величина в приземному шарі змінюється від 0,01 гПа (зимою в Центральній Антарктиді) до 35 гПа і більше (в екваторіальній зоні). Чим тепліше повітря, тим більше водяної пари може бути в ньому і більшим може бути парціальний тиск .

Абсолютна вологість - . Це маса водяної пари в грамах в 1м³ вологого повітря (г/м³). Абсолютна вологість виражається формулою:

або , (1.21)

де - в гектопаскалях.

Відносна вологість U або f. Вона характеризує, наскільки повітря близьке до стану насичення:

100%. (1.22)

Відносна вологість може приймати всі значення: від 0 ( =0 – абсолютно сухе повітря) до 100% ( - стан насичення повітря).

Масова доля водяної пари або доля водяної пари - . Це кількість водяної пари в грамах в 1 г вологого повітря:

. (1.23)

У практичних, а також багатьох теоретичних розрахунках складовою можна знехтувати, а тому для визначення можна застосувати формулу

, (1.24)

де - в промілле (%₀), тобто маса пари в грамах в 1 кг вологого повітря. Цю величину називали раніше пружністю водяної пари - :

або . (1.25)

Дефіцит тиску - різниця між тиском насичення при даній температурі і фактичним тиском водяної пари:

. (1.26)

Точка роси - температура, при якій водяна пара, що міститься у повітрі, при сталому атмосферному тиску і масовій долі водяної пари стає насиченою (по відношенню до плоскої поверхні води).

Дефіцит точки роси - різниця між температурою повітря і точкою роси : . (1.27)