8.2. Основные характеристики влажности воздуха

Влагосодержание воздуха, т. е. содержание в нем водяного пара, характеризуется рядом величин.

Абсолютная влажность «а» – масса водяного пара в граммах в 1 м³ воздуха (г/м³). Абсолютную влажность воздуха часто выражают через фактическую упругость, или давление водяного пара, – «е» (гПа). Она зависит от температуры: чем она выше, тем больше водяного пара может содержаться в воздухе, но до определенного предела – состояния насыщения. Абсолютная влажность воздуха больше над океанами, чем над материками, где ограниченны запасы воды.

Давление насыщенного водяного пара, или упругость насыщения, «Е» – давление водяного пара в состоянии насыщения (гПа). Поскольку это максимальное давление водяного пара, возможное при данной температуре, его часто называют максимальной влажностью. Зависимость £ от температуры также прямая.

Относительная влажность воздуха «f» – это отношение фактической упругости водяного пара к упругости насыщения при данной температуре, выраженное в процентах:

f = (e/E) * I00%.

Она показывает степень насыщения воздуха водяным паром. Зависимость от температуры обратная.

Дефицит насыщения «Д» – разность между упругостью насыщения при данной температуре воздуха и фактической упругостью водяного пара:

Д = Е - е (гПа).

Он характеризует недостаток пара для насыщения воздуха.

Точка росы «τ⁰» – температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар достигает насыщения при неизменном давлении. Относительная влажность воздуха при этом становится 100%. Чем меньше разница между фактической температурой и точкой росы, тем ближе воздух к состоянию насыщения. По достижении точки росы наступает конденсация водяного пара.

Изменение температуры воздуха обусловливает суточный и годовой режимы характеристик влажности.

Рис. 38. Распределение среднемесячного давления водяного пара в июле (гПа)

Абсолютная влажность воздуха над океанами и на побережьях имеет простой суточный ход в соответствии с ходом температуры и испарения: один минимум перед восходом Солнца и один максимум в 14–15 ч. Таков же суточный ход абсолютной влажности воздуха над охлажденными материками зимой. В теплое время года в глубине материков суточный ход ее имеет вид двойной волны. Первый минимум перед восходом Солнца объясняется ночным понижением температуры и конденсацией части водяного пара в виде рос и туманов. Первый максимум наступает около 9 ч утра, когда уже значительна температура, вследствие чего испарение и приземные слои воздуха обогащены водяным паром, но еще нет конвекции. Днем около 15 ч наблюдается второй минимум абсолютной влажности воздуха из-за того, что в процессе интенсивной конвекции водяной пар переносится вверх и его отток не успевает компенсироваться испарением. Вечером около 21 ч конвекция ослабевает, а испарение с нагретой поверхности еще значительно. Поэтому наблюдается второй максимум абсолютной влажности воздуха.

Годовой ход абсолютной влажности воздуха соответствует годовому ходу температуры: наибольшие значения – летом, наименьшие – зимой. Разница между ними тем значительнее, чем больше годовая амплитуда температуры. Она мала в экваториальном и морском климатах, велика в резко континентальном и муссонном.

Суточный ход относительной влажности воздуха обратен суточному ходу температуры, так как с ростом температуры испарение и влагосодержание воздуха растут медленнее, чем теоретическая величина Е. К тому же фактическое влагонасыщение лимитировано запасами влаги в почвогрунтах. Максимум относительной влажности наступает перед восходом Солнца, минимум – около 15 ч. В годовом ходе относительной влажности минимум среднемесячных значений приходится на самый теплый месяц, максимум – на самый холодный: например, в Москве в июле 65 – 70%, в январе около 85%. Исключение составляют районы с муссонным климатом, где летом при господстве морского воздуха и обильных дождях относительная влажность воздуха 85 –90%, зимой – сухой воздух с материка и влажность 65–70%.

Географическое распределение влажности воздуха зависит от температуры и соответственно испарения и от переноса влаги воздушными потоками из одних мест в другие. В целом в распределении влажности воздуха наблюдается зональность.

Фактическая упругость водяного пара закономерно убывает от экватора к полюсам (рис. 38, 39). Близ экватора ее годовая величина составляет 20 – 25 гПа, в тропических широтах – 10 гПа (зимой), 20 гПа (летом), в умеренных соответственно от 2 – 5 до 15–20 гПа, близ полюсов – 1–3 гПа. Для всей Земли в целом абсолютная влажность воздуха составляет 11 г/м³.

Географическое распределение относительной влажности воздуха имеет более сложный характер по сравнению с абсолютной влажностью, и ее изменения по широтам не столь значительны (рис. 40, 41). В экваториальной зоне относительная влажность воздуха большая – 80–85%, так как велико влагосодержание воздуха, но не слишком высокие температуры вследствие большой облачности и затрат тепла на испарение. Таких же высоких значений относительная влажность достигает и в полярных районах, но причина другая: здесь слишком низки температуры, особенно зимой во время полярной ночи, в связи с чем даже при малом влагосодержании воздух близок к состоянию насыщения. Сходная картина зимой и в Восточной Сибири (75–80%). В тропических широтах относительная влажность понижена и в среднем за год составляет около 70%, а в пустынях и полупустынях – 50 – 60%. В умеренных широтах ее значения достигают 70 – 80%. Наименьшая среднегодовая величина относительной влажности (менее 30%) зафиксирована в долине Нила (г. Хартум), наибольшая (около 90%) – в устье Амазонки.

Рис. 39. Распределение среднемесячного давления водяного пара в январе (гПа)

Значение влажности воздуха для природных процессов весьма велико. Абсолютная влажность воздуха является величиной, определяющей в значительной степени количество осадков: чем она выше, тем они обильнее. В то же время важно учитывать и относительную влажность: чем она больше, тем воздух ближе к состоянию насыщения и конденсации водяного пара. В силу больших величин абсолютной и относительной влажности воздуха в экваториальной зоне там выпадает наибольшее количество осадков. Данные о влажности воздуха используются в различных отраслях народного хозяйства, особенно в сельском хозяйстве.

Рис. 40. Распределение среднемесячной относительной влажности в июле (%)

Рис. 41. Распределение среднемесячной относительной влажности в январе (%)