自然环境系统学自然地理 (11).pdf
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1、湿度湿度湿度湿度指空气中的水汽含量。空气的水汽容量是一个以温度变量为主的函数,即:依赖于空气和水汽的温度(二者通常一致)。本节将讲述湿度的几种表达方式。我们都能感觉到空气湿度,因为它与气温的关系决定了人体舒适感。在北美,每年要花费数十亿美元来调节空气湿度,即:使用空调(除湿和降温)或空气增湿器(增加水汽)。若要了解天气动力的有效能源,还必须要知道空气中的水汽含量,包括它在特定温度下与空气平衡饱和度之间的比率。1.相对湿度相对湿度除了温度和气压,相对湿度也是地方天气预报中最常见的信息。相对湿度相对湿度是一种表述空气中水汽含量的比值(以百分比表示)。该比值是指在同一温度下,空气中实际的水汽含量与最
2、大的可能水汽含量之比。相对湿度,随气温和水汽含量变化而改变。相对湿度的计算公式(百分比)就是把空气中的实际水汽含量作为分子,而把相同气温下空气的最大可能水汽含量作为分母:相对湿度=(空气中实际水汽含量/相同温度下空气的最大可能水汽含量)*100%暖空气可使水面的蒸发速率增加,而冷空气可增加水面上的水汽凝结速率。由于某一温度下,一定体积的空气中所能容纳的水汽含量有一个最大阈值,所以蒸发率和凝结率有时候可以达到平衡,这时空气状态为湿度饱和。相对湿度可以指示空气湿度接近饱和的程度,还有空气与湿润地表之间水分子当前的移动状况。如图1所示,下午5:00是一天中气温较高的时段,该时段内蒸发率大于凝结率,相
3、对湿度为20%。上午11:00,因为气温不是很高,蒸发率仍高于凝结率,但差别不是很大,这时空气中的水汽含量约占同体积空气最大可能水汽含量的50%。早晨5:00,空气更冷而呈现湿度饱和平衡,此时,如果再降温或增加水汽就会产生净凝结。当空气达到饱和时,空气中的水汽含量就是当前气温下的最大水汽含量,相对湿度是100%。图图1 水汽、温度与相对湿度水汽、温度与相对湿度注:对于最大可能水汽含量来说,暖空气中的水汽含量高(净蒸发)而冷空气中水汽含量低(净凝结)。即使某一天空气中的实际水汽含量不变,相对湿度也会随温度的变化而不同。饱和湿度饱和湿度 如前所述,当蒸发率和凝结率(水分子的净转移量)达到平衡时,空
4、气中水汽达到饱和,相对湿度达到100%。在饱和湿度状态下,空气中再增加水汽或再降温都会导致蒸发率下降,从而造成有效凝结(云、雾或降雨现象)。对于一定质量的空气,当温度降低至某一点时,空气中的水汽达到饱和,产生净凝结而形成水滴,这一点的温度称作露露点温度点温度。当气温与露点温度相同时,空气湿度处于饱和;有时把低于冰点的露点温度,称作“霜点”。常见的例子:盛有冷饮的玻璃杯(图2),玻璃杯周围的空气被冷却至露点温度以下达到饱和,并在玻璃杯外壁形成许多水滴。此外,如图3所示,在岩体附近,当冷空气达到水汽饱和时,岩体上方水汽就会出现有效凝结。寒冷的早晨,你在上学路上,或许看到过湿漉漉的草坪或布满露珠的汽
5、车挡风玻璃,这些都是露点温度的实例。1图图2 低温玻璃杯(露点温度的例子)低温玻璃杯(露点温度的例子)注:低温玻璃杯可使周围空气冷却至露点温度,这时水汽达到饱和,从空气中凝结岀来在杯壁上形成露珠。图图3 冷空气(露点温度的例子)冷空气(露点温度的例子)注:冷空气在雨水浸透的岩石周围达到露点温度,并呈现饱和状态;岩石中的水分进入空气,凝结后形成缭绕的云雾。当前配备红外线感应器的卫星,对低层大气中的水气进行着例行遥感监测。由于水汽吸收长波(红外线),所以红外线感应器能够分辨不同地区之间水汽相对含量的差异。图4就是利用卫星传感器中“水汽通道”信息合成的一幅全球影像图。它对天气预测很重要,因为遥感影像
6、表明了天气系统中可利用的水分、潜热以及降水潜力。相对湿度的日变化和季节变化相对湿度的日变化和季节变化 就日变化而言,气温与相对湿度通常呈逆相关关系,即:随着气温上升,相对湿度减小(图5)。黎明时分,气温最低,而相对湿度最高。夜间,如果你把汽车或自行车停在室外,就可看到上面凝结的露水。在你的经历中,你大概曾留意过:窗户、汽车或草坪上的晨露,在午前时分就被蒸发掉了。这是因为净蒸发量随气温上升而增加的2缘故。图图4 利用利用GOES(美国)、(美国)、METEOSAT(欧洲航天局)和(欧洲航天局)和MTSAT(日日本)卫星合成的大气层水汽红外线影像本)卫星合成的大气层水汽红外线影像影像日期:2010
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