4. Характеристики влажности воздуха

Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере используют различные характеристики влажности воздуха.

Парциальное давление водяного пара (е) – основная и наиболее употребительная характеристика влажности. Эта та часть общего давления, которая обусловлена данным газом. Парциальное давление пропорционально его плотности и абсолютной температуре. Выражается в гектопаскалях.

Относительная влажность (f) – отношение фактического давления пара к давлению насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах:

Абсолютная влажность (а) – масса водяного пара в граммах в 1 м³ воздуха, т.е. плотность водяного пара, выраженная в граммах на кубический метр.

Для абсолютной влажности а справедливо выражение:

, если е в гПа, и , еслие в мм. рт. ст.,

где е – в гектопаскалях (гПа); Т – в Кельвинах (К). Это выражение получим, если плотность водяного пара ρ_w= (0,622e)/(R_dT) выразим в граммах на 1 м³, а е – в гПа.

Итак, абсолютную влажность легко рассчитать, зная давление пара и температуру воздуха. При температуре 0°С (273 К) и для состояния насыщения а = 4,9 г/м³.

Абсолютная влажность меняется при адиабатических процессах. При расширении воздуха объем его увеличивается, и то же количество водяного пара распределяется на большой объем; следовательно, абсолютная влажность уменьшается. При сжатии воздуха абсолютная влажность растет.

Удельная влажность (массовая доля водяного пара) (q) – отношение массы водяного пара в некотором объеме к общей массе влажного воздуха в том же объеме. Если этот объем равен 1 м³ можно определить удельную влажность q как отношение плотности водяного пара к общей плотности влажного воздуха: q= ρ_w/ ρ

Удельную влажность можно рассчитать по формуле:

.

Т.к. величина (0,378 е/р) мала по сравнению с единицей, то ее без больших погрешностей можно отбросить, формула примет вид:

Итак, удельную влажность можно вычислить, зная давление водяного пара и давление воздуха.

Удельная влажность – безразмерная величина. Из выражения видно, что ее значения всегда малы, поскольку р во много раз больше е. В соответствии с ГОСТом удельную влажность выражают в промилле (‰). Однако на практике ее часто выражают числом граммов водяного пара в килограмме воздуха:

В отличие от абсолютной влажности удельная влажность не меняется при адиабатическом расширении или сжатии воздуха, так как при адиабатических процессах меняется объем воздуха, но не масса его.

Близка по значению к удельной влажности другая безразмерная характеристика – отношение смеси (S). Отношением смеси называют отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха в том же объеме. Так же как и удельную влажность, на практике отношение смеси выражают числом граммов водяного пара на килограмм сухого воздуха:

Температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар достигает насыщения при неизменном общем давлении воздуха, называется точкой росы (τ). Так, если при температуре воздуха ±27°С давление пара в нем равно 23,4 гПа, то такой воздух не является насыщенным. Для того чтобы он стал насыщенным, нужно было бы понизить его температуру до +20°С. Вот эта температура +20°С и является в данном случае точкой росы. Очевидно, что чем меньше разница между фактической температурой и точкой росы, тем ближе воздух к насыщению. При насыщении точка росы равна фактической температуре.

Разность между температурой воздуха Т и точкой росы т называется дефицитом точки росы (Δ):

Δ = Т – τ.

Разность между давлением насыщенного пара Е при данной температуре воздуха и фактическим давлением е пара в воздухе называется дефицитом насыщения (D):

D = Е – е.

Выражается в гектопаскалях.