一、水汽压和相对湿度
大气中水汽的含量虽然不多,却是大气中极其活跃的成分,在天气和气候中扮演重要角色。大气中的水汽含量有很多种测度方法,日常生活中人们最关心的是水汽压、绝对湿度和相对湿度。
水汽压(e)是大气压力中水汽的分压力,和气压一样是用百帕来度量的,以前气压和水汽压也常常以水银柱的毫米数来测度,这时,1百帕=0.75008毫米水银柱。在一定温度下空气中水汽达到饱和时的分压力,称为饱和水汽压(E)。饱和水汽压随着气温的升高而迅速增加。
绝对湿度(a)是指单位体积湿空气中含有的水汽质量,也就是空气中的水汽密度,单位为克/厘米3或千克/米3。绝对湿度不容易直接测量,实际使用比较少。
相对温度的大小表示空气接近饱和的程度,不难明白,当f=100%时,空气已经达到饱和,未饱和时,f<100%,过饱和时f>100%。相对湿度的大小不仅与大气中水汽含量有关,而且也随气温升高而降低。
二、湿度的月变化和年变化
在日常生活中,与人们关系最密切的是水汽压和相对湿度,绝对湿度用得较少。
水汽压的大小与蒸发的快慢有密切关系,而蒸发的快慢在水分供应一定的条件下,主要受温度控制。白天温度高,蒸发快,进入大气的水汽多,水汽压就大;夜间出现相反的情况,温度低,蒸发慢,水汽压较小。所以水汽压在一天的变化,基本上由温度决定。每天有一个最高值出现在午后,一个最低值出现在清晨。在海洋上或在大陆上的冬季,多属于这种情况。但是在大陆上的夏季,水汽压有两个最大值,一个出现在早晨9~10时,另一个出现在21~22时。这种情况与9~10时后,对流发展旺盛,地面蒸发的水汽被上传给上层大气,使下层水汽减少,21~22时后,对流虽然减弱,但是温度已降低,蒸发也减弱了。与这个最大值对应是两个最小值,一个最小值发生在清晨日出前温度最低的时候,另一个发生在午后对流最强的时候。
相对湿度的大小,不但取决于水汽压,而且取决于温度。当气温升高时,虽然地面蒸发加快,水汽压增大,但是这时假饱和水汽压随温度升高而增大得更多些,使相对湿度反而减小。同样的道理,在气温降低时,水汽压减小,但是饱和水汽压随温度下降得更多些,使相对湿度反而增大。所以相对湿度在一天中有一个最大值出现在清晨,一个最低值出现在午后。
水汽压的年变化和气温的年变化相似。最高值出现在7~8月,最低值出现在1~2月。相对湿度因为与水汽压和温度都有关系,年变化情况比较复杂。一般情况下,相对温度夏季最小,冬季最大,但是在季风气候地区,冬季风来自大陆,水汽特别少,夏季风来自海洋,高温而潮湿,所以相对湿度以冬季最小,而夏季最大。不过湿度的年、日变化,实际上比较复杂。因为除温度以外,各个地方地面干湿不同,蒸发的水分供给有很大差异。对流运动使水汽从下层向上层传输,使低层水汽减少,上层水汽增加,也会影响湿度的日变化。气流的性质也有很大影响,夏季低纬度海洋来的气流高温高湿,冬季高纬度大陆来的气流寒冷而干燥,也会影响湿度的年、日变化。
三、水汽压的地理分布
地球表面湿度分布十分复杂,因为纬度、海陆分布、植被性质等等,都能够决定湿度的大小。我们仅从水汽压谈它的全球分布,相对湿度情况更加复杂。
在冬季,赤道是一个水汽压特别大的地区,水汽压在30百帕以上。赤道带不但有广阔的海洋,即使在大陆上,亚马逊河和扎伊尔河流域广阔的热带雨林,都有极大的蒸发量。从赤道向两极,水汽压很快减少,亚洲东北部减少到接近于零,显然是与气温极低有很大关系。在沙漠地区,特别是撒哈拉沙漠和中亚沙漠,水汽压都很小,都在10百帕以下。
到北半球的夏季,虽然赤道地区仍是水汽压最大的地带,但是赤道与两极之间的水汽压差别已大大减少。例如,亚洲东北部已增加到10.7百帕,比冬季增大了100倍以上。在沙漠地区也增大到15百帕以上。
四、湿度对生产的影响
湿度虽然作为一个重要气象要素,引起人们广泛注意,在气象观测和气候叙述中,都少不了湿度的观测和描述,因为湿度在说明大气水分特征上是不可缺少的,但是湿度对工农业生产的直接影响却研究得很少。一般说,相对湿度如果在30%以下,就会加速植物的蒸腾,特别是在高温和风速较大时,农作物就会枯萎甚至死亡。
低相对湿度也会使地面蒸发加速,使干旱更趋严重,森林火灾在相对湿度小于30%时最容易发生。相对湿度对于作物发芽,蘑菇和木耳生产,发酵工业(酿酒、酱油、豆豉等生产)也十分重要,如果相对湿度低于70%~80%,生产就会受到影响。
仓库储存需要在适宜的湿度中,一般水果蔬菜是50%~70%。湿度太小会加速蒸发,而使水果、蔬菜干枯;湿度太大又会加速霉烂。粮食储存仓库相对湿度最好在50%以下,以防止霉烂。当然,这些数值还随温度的变化而变化。