温度、水汽压、湿度计算公式
一、温度
1、露点温度
露点(或霜点)温度: dew temperature。露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下,冷却到饱和时的温度。形象地说,就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。
当空气中水汽已达到饱和时,气温与露点温度相同;当水汽未达到饱和时,气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。气温降到露点以下是水汽凝结的必要条件。
湿空气在定压冷却(降温)过程中,发生凝结现象(达到饱和)时的温度。对于冰面饱和,则为霜点Tf。
这在日常工作中最容易从地面天气报告、气压表、高空压、温、湿记录月报表等资料来源中获得的特征参量。
2. 温度露点差 T-Td (K ,℃)
探空报中常有这项资料,在已知温度和温度露点差的情况下,就可以求出露点温度。
二、水汽压
水汽压(e)是指湿空气中汽态水(水汽)本身的压强(分压强),当空气饱和时便是饱和水汽压。水汽压(e)是空气中水汽所产生的分压力(分压强)。国际制单位为百帕(hPa)。
饱和湿空气就是指露点、气温相等的空气。
饱和水汽压(es)被定义为在一定温度下一定体积空气中,水汽达到最大限度含量时的分压强,因此,es仅仅是温度的函数。而e不仅仅是温度的函数还是水汽含量多少的函数。
1、饱和水汽压
饱和水汽压(E)是水汽达到饱和时的水汽压强。饱和水汽压大小与温度有直接关系。随着温度的升高,饱和水汽压显著增大。空气温度的变化,对蒸发和凝结有重要影响。高温时,饱和水汽压大,空气中所能容纳的水汽含量增多,因而能使原来已处于饱和状态的蒸发面会因为温度升高而变得不饱和,蒸发重新出现;相反,如果降低饱和空气的温度,由于饱和水汽压减小,就会有多余的水汽凝结出来。
饱和水汽压是一个与温度有关的函数,其经验计算公式为:
1.1 Emanuel 推荐的公式
其中E的单位是hPa,T的单位是绝对温标K,与摄氏温度t(℃)的关系是:
1.2 Tetens 公式
1.3 修正的Tetens 公式
t 为摄氏度,在-35℃ +30℃范围内,该公式与Tentens公式的误差小于0.3%。
2、水汽压
3、饱和差 ed (hPa)
3、相对湿度
相对湿度(f)是空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值(用百分数表示)
三、湿度
空气有吸收水分的特征,湿度的概念是空气中含有水蒸气的多少。有三种表示方法:
1、绝对湿度
每立方米空气中所含的水蒸气的量,单位 克/每立方米
2、含湿量
每千克干空气中所含有的水蒸气量,单位 千克/千克.干空气
3、相对湿度
3.1 定义
空气中绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度的比值
也就是指某湿空气中所含水蒸气的质量与同温度下饱和空气中所含水蒸气的质量之比,常用百分号表示。如平常所说湿度60%等。
(饱和空气:空气中水分蒸发与吸收达到动态平衡)
3.2 计算方法
单位体积空气内实际所含的水汽密度(d1)和同温度下饱和水汽密度(d2)的百分比即
RH(%)=(d1/d2)*100%
另一种计算方法
实际的空气水汽压强(p1)和同温度下饱和水汽压强(p2)的百分比,即
RH(%)=(p1/p2)*100%
4、比湿
比湿(specific humidity)是指在一团湿空气中,水汽的质量与该团空气总质量(水汽质量加上干空气质量)的比值。若湿空气与外界无质量交换,且无相变,则比湿保持不变。以g/g或g/kg为单位,通常大气中比湿都小于40g/kg,是记录大气水汽状况的指标。
比湿的计算公式如下:q=mw/(mw+md) 式中,mw 为该团湿空气中水汽的质量;md为该团湿空气中干空气的质量。
据此公式和气体状态方程可导出 q=0.622*e/p 注意,式中气压(P)和水汽压(e)须采用相同单位(hPa),q 的单位是g/g。
由上式知,对于某一团空气而言,只要其中水汽质量和干空气质量保持不变,不论发生膨胀或压缩,体积如何变化,其比湿都保持不变。因此在讨论空气的垂直运动时,通常用比湿来表示空气的湿度。
注意和绝对湿度的区别,绝对湿度单位克/立方米,比湿,克/克
同样饱和比湿是温度的函数,与大气的实际湿度无关,一般不单独用在诊断分析中,但有时要用它来计算别的参量。
比湿参量是一个重要的湿度参量,在诊断分析中经常要用到,有时也要用它来计算其他的温湿参量。
四、混合比 r、w (g/g, g/kg)