Wilgotność powietrza. Parowanie
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
1
Wilgotność powietrza. Parowanie
Wilgotność powietrza – jest to zawartość pary wodnej w powietrzu. Obok właściwości
termicznych – właściwości wilgotnościowe są jedną z głównych charakterystyk mas
powietrznych.
Parowanie – jest to proces dostarczania pary wodnej do atmosfery. Proces ten polega na
odrywaniu się cząsteczek wody od powierzchni wilgotnej wskutek ich energii kinetycznej
(ogólnie: proces przechodzenia ciała ze stanu ciekłego do stanu gazowego).
Rodzaje parowania:
Parowanie potencjalne – (możliwe) maksymalna ilość pary wodnej, jaka może się
„zmieścić” w powietrzu nad danym obszarem Ziemi; czyli ile pary wodnej może
wchłonąć powietrze atmosferyczne, jeżeli będzie się znajdowało nad powierzchnią wody.
Parowanie rzeczywiste – ilość wyparowanej wody przy określonych warunkach
pogodowych znad danego terenu. Parowanie rzeczywiste dzieli się na:
o Parowanie z wolnej powierzchni wody (z powierzchni oceanów, mórz, jezior, rzek,
zbiorników retencyjnych) – w pewnym przybliżeniu można powiedzieć, że jest ono
równe parowaniu potencjalnemu.
o Parowanie terenowe (ewapotranspiracja), składa się z:
Parowania z powierzchni gruntu (ewaporacja)
Parowania z szaty roślinnej (transpiracja)
Czynniki intensyfikujące parowanie (gdzie intensywność rozumiana jest jako ilość wody
wyparowującej w jednostce czasu, inaczej prędkość).
Temperatura powierzchni parującej – im wyższa, tym większe parowanie;
Temperatura powietrza – im wyższa, tym więcej pary wodnej może się w nim „zmieścić”;
(przy wzroście temperatury powietrza staje się ono suchsze, gdyż zwiększa się ilość pary
wodnej potrzebnej do jego nasycenia – zaś w niższej temperaturze potrzeba mniejszej
ilości pary wodnej do nasycenia powietrza);
Niedosyt wilgotności powietrza – czyli ile jeszcze pary wodnej może się zmieścić w
powietrzu – im większy niedosyt, tym większa intensywność parowania;
Wilgotność powietrza. Parowanie
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
2
Ciśnienie atmosferyczne – im wyższe ciśnienie, tym intensywność jest mniejsza;
Prędkość wiatru – im większa prędkość wiatru, tym większa intensywność parowania.
Charakterystyki wilgotności powietrza
Ciśnienie pary wodnej (prężność pary wodnej); e [mmHg, hPa] – ciśnienie, jakie
wywiera zawarta w powietrzu para wodna na powierzchnię Ziemi i przedmioty na niej
znajdujące się.
Maksymalne ciśnienie pary wodnej (maksymalna prężność pary wodnej); E
[mmHg, hPa] – najwyższe ciśnienie pary wodnej nasyconej względem płaskiej
powierzchni wody w danej temperaturze powietrza (zależność ta nie jest prostolinijna,
lecz wykładnicza).
Wilgotność względna; f [%] – stosunek aktualnego ciśnienia pary wodnej do
maksymalnego w danej temperaturze, wyrażony w procentach;
f = e/E
100%
Niedosyt wilgotności powietrza;
[mmHg, hPa] – różnica między maksymalnym a
aktualnym ciśnieniem pary wodnej przy danej temperaturze powietrza. Wskazuje, ile pary
wodnej brakuje do nasycenia powietrza w danej temperaturze.
= E – e
Wilgotność bezwzględna; a [g/m
3
] – masa pary wodnej zawarta w jednostce objętości
powietrza, czyli ile gramów pary wodnej znajduje się w 1 m
3
powietrza, inaczej gęstość
pary wodnej w powietrzu.
a = 216,7 e/T (T=temp. w
K)
T
E
Wilgotność powietrza. Parowanie
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
3
Wilgotność właściwa; q [g/kg] – masa pary wodnej zawarta w jednostce powietrza,
czyli ile gramów pary wodnej znajduje się w 1 kg powietrza wilgotnego.
)
378
,
0
(
622
p
e
q
gdzie: p – ciśnienie atmosferyczne [hPa]; e – ciśnienie pary wodnej [hPa]
Temperatura punktu rosy; t
d
[
C] – temperatura, przy której zawarta w powietrzu para
wodna staje się parą nasyconą; przy tej temperaturze aktualna prężność pary wodnej
równa jest prężności maksymalnej.
Deficyt punktu rosy; D [
C] – różnica pomiędzy temperaturą aktualną a temperaturą
punktu rosy;
D = t - t
d
Stosunek zmieszania; x – stosunek gęstości pary wodnej do gęstości powietrza
suchego;
)
(
w
w
x
Metody pomiaru wilgotności powietrza
1. Metoda absorbcyjna – polega na zjawisku pochłaniania pary wodnej przez różne ciała.
Przykładem wykorzystania tych właściwości dla ludzkiego włosa jest higrometr
włosowy. Odtłuszczony ludzki włos ma właściwości higroskopijne – przy wzroście
wilgotności względnej włos się wydłuża, zaś przy spadku wilgotności – kurczy się.
Zarówno higrometr jak i higrograf należą do pomocniczego wyposażenia stacji.
2. Metoda psychrometryczna - wykorzystuje zależność intensywności parowania od
niedosytu wilgotności powietrza. Ta metoda wykorzystywana jest w psychrometrach
Augusta i Assmanna. Przyrządy te składają się z dwóch termometrów, z których jeden
ma zbiorniczek rtęci owinięty batystem. Woda ze zwilżonego batystu paruje, pobierając
ciepło z otoczenia, co powoduje, że termometr zwilżony pokazuje niższą temperaturę.
Różnica wskazań obu termometrów będzie tym większa, im więcej wody będzie parować
Wilgotność powietrza. Parowanie
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
4
i im więcej wody atmosfera będzie mogła wchłonąć. Na podstawie tych wskazań można
obliczyć aktualne ciśnienie pary wodnej ze wzoru:
Psychrometr Augusta (stacyjny)
e = E – A
(t
s
- t
w
)
p,
gdzie:
e - aktualna prężność pary wodnej (hPa)
E - maksymalna prężność pary wodnej w temperaturze termometru wilgotnego
A - stała psychrometryczna (0,00007946 dla wody, 0,0007060 dla lodu)
t
s
- temperatura termometru suchego (°C)
t
w
- temperatura termometru wilgotnego (°C)
Psychrometr Assmanna
e = E - O,5
(t, - tw)
p
755
-1
,
gdzie:
e - aktualna prężność pary wodnej (hPa)
E - maksymalna prężność pary wodnej w temperaturze termometru wilgotnego (mm Hg)
t
s
- temperatura termometru suchego (°C)
t
w
- temperatura termometru wilgotnego (°C)
Wartości charakterystyk wilgotności powietrza odczytywane są z tablic psychrometrycznych.
Znając temperaturę termometru suchego i zwilżonego, można odczytać:
e - ciśnienie pary wodnej (hPa)
f - wilgotność względną powietrza (%)
Δ - niedosyt wilgotności powietrza (hPa)
t
d
- temperaturę punktu rosy (°C)
3. Metoda punktu rosy - polega na sztucznym obniżaniu temperatury do temperatury punktu
rosy jej zapisaniu, po zauważeniu produktów kondensacji na płytce szklanej lub
metalowej. Jest to metoda dość niedokładna, gdyż opiera się na subiektywnej, wizualnej
ocenie powstawania wody
4. Metody elektryczne - mają zastosowanie w higrometrach elektrolitycznych,
wykorzystujących zależność przewodności elektrycznej elektrolitu od wilgotności.