相對濕度在零下溫度時的確定

2011年09月01日 14:06:10人氣：4160來源：東莞市品達(dá)試驗(yàn)設(shè)備有限公司

在零下溫度時相對濕度的確定

在任何給定溫度時氣體的相對濕度定義為存在于氣體中的水汽量對在那相同溫度時zui大可能水汽量的百分比。在高于冰點(diǎn)的溫度時，水只能以兩種熱力穩(wěn)定狀態(tài)之一。它能以氣體形勢，稱為水汽，存在，或者它能凝結(jié)成液體，往往成為露。又在零下的溫度時，可以預(yù)期水或以氣體，依然稱為水汽，存在，或它能凝結(jié)成固體的形成，往往稱為霜或冰。但與直觀相反，在零下溫度時的水也能以第三種熱力狀態(tài)---液體存在。這零下的液體狀態(tài)是可達(dá)到亞穩(wěn)定狀態(tài)，它具有的能量水平在氣體及固體的能量水平之間。在此亞穩(wěn)定狀態(tài)的零下水被說成是過冷的。常常把它稱為過冷水、過冷露或過冷液體，它們?nèi)竿粬|西，過冷狀態(tài)的水是一液體，但是在零下的（冰點(diǎn)以下）溫度。在0 到40°C 的溫度范圍內(nèi)，過冷現(xiàn)象是十分普遍的。在這些零下的溫度時，都存在過冷的可能，可按稱為標(biāo)準(zhǔn)及世界氣象組織（WMO）

兩種有差別的方法之一來計(jì)算相對濕度（RH）

標(biāo)準(zhǔn)RH：數(shù)學(xué)上可把計(jì)算相對濕度的公式表示成

%RH=e/es*100

（1）式中e 是氣體的水汽含量（水汽壓力）

es 是在那相同溫度時氣體的zui大可能水汽含量（飽和汽壓力）

如上面公式所表示，為了確定RH 僅需知道兩件事（即e 及es ）

飽和汽壓力es 是在氣體的溫度時zui大可能水汽含量的表示，是一熟知的量。通過測量氣體的溫度，然后用規(guī)定的飽和汽壓力公式計(jì)算相應(yīng)的飽和氣壓，這樣來確定飽和汽壓（力）

這些公式把汽壓表示成溫度的函數(shù)。注意：有一公式供計(jì)算冰點(diǎn)以上溫度時水范圍飽和汽壓用；另有一公式則供零下溫度時計(jì)算冰范圍飽和汽壓用。

實(shí)際的水汽含量（或水汽壓力）往往通過測量來確定。一種通用的測量方法是激冷鏡面測濕法。通過由鏡面測濕法測量的霜點(diǎn)或露點(diǎn)用如上相同的飽和和汽壓公式求出實(shí)際的汽壓。當(dāng)如此進(jìn)行時，對各露點(diǎn)的溫度使用水范圍飽和汽壓計(jì)算用的公式，而對各霜點(diǎn)溫度則需用冰范圍飽和汽壓計(jì)算用的公式。注意：不管從激冷鏡面（露點(diǎn)或霜點(diǎn)）得到哪一測量，相應(yīng)的汽壓將是相同的。

現(xiàn)在對于標(biāo)準(zhǔn)的RH ，在高于冰點(diǎn)溫度時在水范圍內(nèi)計(jì)算公式（1）的分母（zui大可能水汽含量）而在所有低于冰點(diǎn)的溫度時則在冰范圍內(nèi)。在雙一溫度發(fā)生器里，在那里飽和器正在凝結(jié)/升華向/從冰，這是zui大可能水氣含量的恰當(dāng)表示。

同樣當(dāng)鏡面測量露點(diǎn)時在水范圍內(nèi)計(jì)算分子（實(shí)際水汽含量）而對所有霜點(diǎn)測量則在冰范圍內(nèi)。這樣標(biāo)準(zhǔn)RH 的值在較暖的及零下的溫度都可達(dá)到100%。標(biāo)準(zhǔn)RH 假設(shè)在零下的溫度時zui大可能水汽含量是由于在冰范圍的飽和。

WMO RH：WMO RH 的各項(xiàng)計(jì)算及下面的討論僅應(yīng)用于低于冰點(diǎn)的溫度。在大氣中，由于所謂過冷現(xiàn)象在低于冰點(diǎn)溫度時把水汽冷凝成液體（而不是冰）事實(shí)上，大多數(shù)激冷鏡面在0 到20°C 間的溫度顯示此過冷狀態(tài)。測量是不是表示過冷與飽和或另外把水汽加到氣體內(nèi)所用的任何方式或把水汽從氣體除去的任何方法都*無關(guān)。在鏡面上過冷的凝結(jié)（露點(diǎn)測量）是*允許的亞穩(wěn)定狀態(tài)，正如在鏡面上凝結(jié)成冰（霜點(diǎn)測量）理應(yīng)是*允許的穩(wěn)定狀態(tài)。不過，過冷的露將在低于冰的溫度的溫度發(fā)生，并導(dǎo)致相同的水汽含量的測量。

因?yàn)檫^冷現(xiàn)象的確在云及上層大氣中發(fā)生，約在半個世紀(jì)前便由世界氣象組織（WMO）決定用在水范圍內(nèi)而不是冰計(jì)算分母（或zui大可能水汽含量）來計(jì)算RH 而與溫度無關(guān)。

這導(dǎo)致在任何給定溫度時的zui大可能水汽含量的值高于在相同溫度時在冰范圍內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。在此決定背后的基礎(chǔ)似乎是要避免在大氣處于過冷狀態(tài)時RH 的值偶爾可能超過100%。在此狀態(tài)，把對過冷的水飽和的大氣認(rèn)為對冰過冷飽和的。用WMO 法計(jì)算的100%

RH 實(shí)際將大于100%，如果按標(biāo)準(zhǔn)RH 計(jì)算的話。同樣重要的是要注意，用此兩種方法計(jì)算的實(shí)際水汽含量是等同的。只有zui大可能水汽含量不同，它視大氣是不是在過冷的亞穩(wěn)定狀態(tài)而定。

標(biāo)準(zhǔn)與WMO 的兩種計(jì)算比較：已知相同的實(shí)際水汽含量（e）及相同的溫度，標(biāo)準(zhǔn)及WMO 兩種RH 計(jì)算方法將產(chǎn)生不同的數(shù)值結(jié)果。下面兩表說明在各種溫度時的差異，首先在100% RH WMO 時，然后在100% RH 標(biāo)準(zhǔn)時：

又，WMO 及標(biāo)準(zhǔn)兩種方法的*差別是對水還是對冰的計(jì)算RH 公式的分母。在標(biāo)準(zhǔn)方法中，假設(shè)超過zui大可能的水汽將以冰的形式凝結(jié)出來，而在WMO 的方法中，假設(shè)能夠把水汽對冰的飽和，而且超過對過冷的水zui大可能的任何水汽將以過冷的露的形式凝結(jié)出來。

還要注意，在100% RH WM0 的情況下，有顯著的對冰過飽和量。如果冰的確在某處開始形成，其作用將使那區(qū)域發(fā)生顯著的結(jié)冰數(shù)量，因?yàn)闅怏w為圖把它的實(shí)際水汽含量減至100% RH 標(biāo)準(zhǔn)。

就取上表-40°C，100% RH WMO 這情況。因?yàn)镽H 標(biāo)準(zhǔn)是148%，如果結(jié)冰的確在某處開始發(fā)生，為了使實(shí)際水汽含量朝67% RH WMO 或100% RH 標(biāo)準(zhǔn)下降，過多的48%將力圖凝結(jié)成外加的冰構(gòu)造。

濕度的生成：當(dāng)由充有冰的飽和器或凝結(jié)成冰的飽和器生成RH 時，如果氣體在離開飽和器后不再進(jìn)行冷卻，則在飽和溫度時可得到的zui大可能水汽含量是對冰的。并且，在用此法飽和到100% RH 的氣流中在任何它的溫度即使稍暖于飽和溫度（當(dāng)把氣體飽和到100%RH 時也等于所測的霜點(diǎn)溫度）的物體上凝結(jié)不應(yīng)發(fā)生。

下面的圖說明zui大可得到的RH ，假設(shè)用冰飽和器應(yīng)用雙一溫度技術(shù)生成濕度，并不再冷卻氣體。

用冰飽和器可達(dá)到的zui大RH

如果能以這樣的方式，即可對過冷的水（對冰過飽和）提供*的飽和，不使冰或霜形形成，生成濕度，于是下圖說明可達(dá)到的zui大RH。注意：任何冰的形成將力圖把zui大限制到100% RH 標(biāo)準(zhǔn)的等值。

在過冷的情況下可達(dá)到的zui大RH

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