溫度、水汽壓、濕度計算公式


一、溫度

1、露點溫度

露點(或霜點)溫度: dew temperature。露點溫度指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下,冷卻到飽和時的溫度。形象地說,就是空氣中的水蒸氣變為露珠時候的溫度叫露點溫度。

當空氣中水汽已達到飽和時,氣溫與露點溫度相同;當水汽未達到飽和時,氣溫一定高於露點溫度。所以露點與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。氣溫降到露點以下是水汽凝結的必要條件。

濕空氣在定壓冷卻(降溫)過程中,發生凝結現象(達到飽和)時的溫度。對於冰面飽和,則為霜點Tf

這在日常工作中最容易從地面天氣報告、氣壓表、高空壓、溫、濕記錄月報表等資料來源中獲得的特征參量。

2. 溫度露點差 T-T(K ,℃)

探空報中常有這項資料,在已知溫度和溫度露點差的情況下,就可以求出露點溫度。

 

二、水汽壓

  水汽壓(e)是指濕空氣中汽態水(水汽)本身的壓強(分壓強),當空氣飽和時便是飽和水汽壓。水汽壓(e)是空氣中水汽所產生的分壓力(分壓強)。國際制單位為百帕(hPa)。

飽和濕空氣就是指露點、氣溫相等的空氣。

飽和水汽壓(es)被定義為在一定溫度下一定體積空氣中,水汽達到最大限度含量時的分壓強,因此,es僅僅是溫度的函數。e不僅僅是溫度的函數還是水汽含量多少的函數。 

1、飽和水汽壓

飽和水汽壓(E)是水汽達到飽和時的水汽壓強。飽和水汽壓大小與溫度有直接關系。隨着溫度的升高,飽和水汽壓顯著增大。空氣溫度的變化,對蒸發和凝結有重要影響。高溫時,飽和水汽壓大,空氣中所能容納的水汽含量增多,因而能使原來已處於飽和狀態的蒸發面會因為溫度升高而變得不飽和,蒸發重新出現;相反,如果降低飽和空氣的溫度,由於飽和水汽壓減小,就會有多余的水汽凝結出來。

飽和水汽壓是一個與溫度有關的函數,其經驗計算公式為:

1.1 Emanuel 推薦的公式

其中E的單位是hPa,T的單位是絕對溫標K,與攝氏溫度t(℃)的關系是:

 

1.2 Tetens 公式

1.3  修正的Tetens 公式

t 為攝氏度,在-35℃  +30℃范圍內,該公式與Tentens公式的誤差小於0.3%。

 

2、水汽壓

3、飽和差 ed hPa

 

 

 

3、相對濕度

 相對濕度(f)是空氣中的實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值(用百分數表示)

 

三、濕度

 空氣有吸收水分的特征,濕度的概念是空氣中含有水蒸氣的多少。有三種表示方法:

1、絕對濕度

每立方米空氣中所含的水蒸氣的量,單位 克/每立方米

2、含濕量

每千克干空氣中所含有的水蒸氣量,單位 千克/千克.干空氣

3、相對濕度

3.1 定義

空氣中絕對濕度與同溫度下的飽和絕對濕度的比值

也就是指某濕空氣中所含水蒸氣的質量與同溫度下飽和空氣中所含水蒸氣的質量之比,常用百分號表示。如平常所說濕度60%等。

(飽和空氣:空氣中水分蒸發與吸收達到動態平衡)

3.2 計算方法

單位體積空氣內實際所含的水汽密度(d1)和同溫度下飽和水汽密度(d2)的百分比即

RH(%)=(d1/d2)*100%

 另一種計算方法

實際的空氣水汽壓強(p1)和同溫度下飽和水汽壓強(p2)的百分比,即

RH(%)=(p1/p2)*100%

 

4、比濕

比濕(specific humidity)是指在一團濕空氣中,水汽的質量與該團空氣總質量(水汽質量加上干空氣質量)的比值。若濕空氣與外界無質量交換,且無相變,則比濕保持不變。以g/g或g/kg為單位,通常大氣中比濕都小於40g/kg,是記錄大氣水汽狀況的指標。

比濕的計算公式如下:q=mw/(mw+md) 式中,mw 為該團濕空氣中水汽的質量;md為該團濕空氣中干空氣的質量。 

據此公式和氣體狀態方程可導出 q=0.622*e/p 注意,式中氣壓(P)和水汽壓(e)須采用相同單位(hPa),q 的單位是g/g。

由上式知,對於某一團空氣而言,只要其中水汽質量和干空氣質量保持不變,不論發生膨脹或壓縮,體積如何變化,其比濕都保持不變。因此在討論空氣的垂直運動時,通常用比濕來表示空氣的濕度。

注意和絕對濕度的區別,絕對濕度單位克/立方米,比濕,克/克

同樣飽和比濕是溫度的函數,與大氣的實際濕度無關,一般不單獨用在診斷分析中,但有時要用它來計算別的參量。

比濕參量是一個重要的濕度參量,在診斷分析中經常要用到,有時也要用它來計算其他的溫濕參量。

 

四、混合比 rw  (g/g, g/kg)

 


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