6. Вода в атмосфере

6.1. Влажность воздуха

Атмосфера постоянно содержит в себе влагу, которая может находиться в различных фазовых состояниях — в виде воды, льда и снега, а также в виде водяных паров. Практически вся влага в том или ином виде сосредоточена в тропосфере. Количество со­держания водяных паров влаги характеризуется различными пока­зателями влажности воздуха.

Характеристики влажности воздуха. Абсолютная влажность воз­духа а — масса водяного пара в единице объема воздуха, обычно из­меряемая в граммах на кубометр (г/м³). Однако в сферах синопти­ческой метеорологии и сельского хозяйства абсолютную влажность принято характеризовать парциальным давлением водяного пара е, измеряемого в гектопаскалях (гПа) или миллибарах (мб). Величины а и е имеют следующую однозначную зависимость:

(6.1)

где Т—температура, К.

Исходя из основополагающих законов физики — чем выше температура воздуха, тем больше он может, содержать водяных паров, конкретной температуре воздуха соответствует конкрет­ное предельно возможное значение абсолютной влажности воз­духа, имеющей размерность парциального давления и обычно обозначаемой .

Рассмотрим характеристики влажности воздуха.

Относительная влажность — отношение фактической абсо­лютной влажности воздуха к предельно возможной абсолютной влажности воздуха, которую при данной температуре выражают как процентное отношение:

(6.2)

Дефицит влажности d— разность между предельно возможной абсолютной влажностью воздуха при данной температуре и его фактической абсолютной влажностью:

(6.3)

Температура точки росы — температура, при которой воздух постигает состояния насыщения водяным паром при неизменных значениях абсолютной влажности и атмосферного давления.

Кроме вышеперечисленных характеристик влажности воздуха иногда используют и другие.

Удельная влажность воздуха q — отношение массы водяного пара к общей массе влажного воздуха в единице его объема:

(6.4)

где — плотность водяного пара; — общая плотность влажного воздуха.

Удельную влажность воздуха можно вычислить приближен­но, зная парциальное давление водяного пара с и атмосферное давление р:

. (6.5)

Удельная влажность возду­ха не меняется при его адиа­батическом расширении или сжатии.

Приборы для измерения влаж­ности воздуха. Абсолютную влажность воздуха в метеоро­логии непосредственно не из­меряют, а определяют на осно­ве других показаний. Для этого используют психрометры, гиг­рометры и гигрографы.

Стационарный психрометр Августа, состоящий из двух термометров: сухого и смочен­ного (рис. 6.1), применяют на метеостанциях. Шарик смо­ченного термометра обернут батистом и опущен в стакан­чик с дистиллированной во­дой. Этот термометр показыва­ет более низкую температуру, чем сухой, так как влага с ба­тиста непрерывно испаряется и на этот процесс затрачивает­ся тепло. Чем суше воздух, тем больше разница показаний су­хого и смоченного термомет­ров.

Рис. 6.1. Стационарный психрометр с во­лосным гигрометром, максимальным и минимальным термометрами:

1 — срочный (сухой) термометр; 2— смочен­ный термометр; 3 — шкала волосного гигро­метра; 4— стаканчик с дистиллированной во­дой; 5— минимальный термометр; б— макси­мальный термометр

При полном насыщении воздуха влагой (относительная влажность равна 100 %) показания обоих термо­метров одинаковы. По разнице показаний тер­мометров и по данным измерения атмосферного давления с помощью специальных психромет­рических таблиц определяют показатели влаж­ности, рассмотренные ранее.

Аспирационный психрометр Асмана используют для измерений на нестандартных высотах и в эк­спедиционных условиях (рис. 6.2). Он также со­стоит из двух термометров (сухого и смоченного), заключенных в металлическую оправу, предохра­няющую их от солнечных лучей и атмосферных осадков. Вентилятор, находящийся в верхней ча­сти прибора, работает от заводной пружины и втягивает в металли­ческие кожухи наружный воздух, который обтекает резервуары термометров. Далее показатели влажности также оп­ределяют с помощью психрометричес­ких таблиц.

Волосной гигрометр основан на свой­стве человеческих волос удлиняться при повышении влажности воздуха (рис. 6.3). На металлической раме на­тягивают обезжиренный человеческий волос, один конец которого переки­нут через блок и снабжен гирькой. При изменении влажности воздуха волос деформируется и гирька под­нимается или опускается, изменяя положение стрелки по отношению к шкале относительной влажности. Ос­тальные характеристики влажности определяют в зависимости от изме­ренных температуры и давления воз­духа. Иногда используют и пленоч­ные гигрометры.

Рис. 6.2. Переносной (аспирационный) психрометр:

1— сухой термометр; 2— смоченный термометр; 3 — вентилятор; 4 — кожух сухого термометра; 5— корпус смачиваемого термометра

Рис. 6.3. Волосной гигрометр МВ-1:

1 -волос; 2— регулировочный винт; 3-контргайка, 4-рама; 5- шкала; 6- стрелка; 7- стерженек;

8- ось; 9- кулачок; 10- грузик; 11- винт

Для непрерывной фиксации изменения относительной влаж­ности используют гигрографы, у которых в результате деформа­ции волос или пленки изменяется положение пишущего уст­ройства относительно ленты, намотанной на цилиндрический барабан, движущийся равномерно под воздействием часового механизма.