Точка росы - Dew point

Эта статья о метеорологической точке росы. Для нефтяного термина см. Точка росы по углеводородам.

Влажность и гигрометрия
Конкретные концепции
Абсолютное  / Специфический  / Относительный точка росы (депрессия ) Психрометрия
Общие понятия
Воздуха Концентрация Плотность Роса Испарение Буферизация влажности (Атм. ) Давление Жидкая вода Закон Авогадро Зарождение Термодинамическое равновесие
Меры и инструменты
Индекс тепла Сидел. вап. плотность Соотношение смешивания Активность воды Индикатор H. карта Гигрометр Сухой /Температура влажного термометра

В точка росы это температура которому воздуха необходимо охладить до насыщения водяной пар. При дальнейшем охлаждении переносимый по воздуху водяной пар будет конденсировать образовывать жидкую воду (роса ). Когда воздух охлаждается до точки росы за счет контакта с поверхностью, более холодной, чем воздух, вода конденсируется на поверхности.^[1][2]

Когда температура ниже точки замерзания воды, точка росы называется точка замерзания, в качестве мороз формируется через отложение скорее, чем конденсация формировать роса.^[3] Измерение точки росы связано с влажность. Более высокая точка росы означает, что в воздухе больше влаги.^[2]

В жидкостях температура помутнения эквивалентный член.

Влажность

Если все остальные факторы, влияющие на влажность, остаются постоянными, на уровне земли относительная влажность повышается при понижении температуры; это потому, что для насыщения воздуха требуется меньше пара. В нормальных условиях температура точки росы не может быть выше температуры воздуха, поскольку относительная влажность не может превышать 100%.^[4]

С технической точки зрения точка росы - это температура, при которой водяной пар в образце воздуха при постоянном барометрическое давление конденсируется в жидкую воду при этом ставка при котором он испаряется.^[5] При температурах ниже точки росы скорость конденсации будет больше, чем скорость испарения, образуя более жидкую воду. Конденсированная вода называется роса когда он образуется на твердой поверхности, или мороз если замерзает. В воздухе конденсированная вода называется либо туман или облако, в зависимости от его высоты, когда он формируется. Если температура ниже точки росы и не образуется роса или туман, пар называется перенасыщенный. Это может произойти, если в воздухе недостаточно частиц, чтобы действовать как ядра конденсации.^[6]

Высокая относительная влажность означает, что точка росы близка к текущей температуре воздуха. Относительная влажность 100% означает, что точка росы равна текущей температуре и что воздух максимально насыщен водой. Когда содержание влаги остается постоянным, а температура увеличивается, относительная влажность снижается, но точка росы остается постоянной.^[7]

Авиация общего назначения пилоты используют данные о точке росы для расчета вероятности обледенение карбюратора и туман, и оценить высоту кучевой облачная база.

На этом графике показан максимальный массовый процент водяного пара в воздухе при давление на уровне моря в диапазоне температур может содержать. При более низком атмосферном давлении кривая должна быть проведена над кривой тока. Более высокое давление окружающей среды дает кривую под кривой тока.

Повышение барометрического давления увеличивает точку росы.^[8] Это означает, что, если давление увеличивается, масса водяного пара на единицу объема воздуха должна быть уменьшена, чтобы поддерживать ту же точку росы. Например, рассмотрим Нью-Йорк (33 фута или 10 м над уровнем моря) и Денвер (5280 футов или 1610 м над уровнем моря).^[9]). Поскольку Денвер находится на большей высоте, чем Нью-Йорк, он будет иметь более низкое атмосферное давление. Это означает, что если точка росы и температура в обоих городах одинаковы, количество водяного пара в воздухе в Денвере будет больше.

Отношение к человеческому комфорту

Когда температура воздуха высока, человеческое тело использует испарение пот чтобы остыть, причем охлаждающий эффект напрямую зависит от скорости испарения пота. Скорость испарения пота зависит от того, сколько влаги в воздухе и сколько влаги он может удерживать. Если воздух уже насыщен влагой, пот не испарится. Тела терморегуляция будет вызывать потоотделение, пытаясь поддерживать нормальную температуру тела, даже если скорость, с которой выделяется пот, превышает скорость испарения, поэтому во влажные дни можно покрыться потом даже без выделения дополнительного тепла телу (например, при выполнении упражнений) ).

По мере того как воздух, окружающий тело, нагревается теплом тела, он поднимается и заменяется другим воздухом. Если воздух отводится от тела с помощью естественного бриза или вентилятора, пот будет испаряться быстрее, благодаря чему пот более эффективно охлаждает тело. Чем больше некипящего пота, тем сильнее дискомфорт.

А термометр с влажным термометром также использует охлаждение испарением, поэтому он является хорошим показателем для оценки уровня комфорта.

Дискомфорт также возникает при очень низкой точке росы (ниже –5 ° C или 23 ° F).^{[нужна цитата ]} Более сухой воздух может вызвать растрескивание кожи и более быстрое раздражение. Это также высушит дыхательные пути. Соединенные штаты Управление по охране труда рекомендует поддерживать температуру в помещении 20–24,5 ° C (68–76 ° F) с относительной влажностью 20–60%,^[10] эквивалентно точке росы от 4,0 до 15,5 ° C (от 39 до 60 ° F).^{[нужна цитата ]}

Более низкие точки росы, менее 10 ° C (50 ° F), коррелируют с более низкими температурами окружающей среды и вызывают меньшее охлаждение тела. Более низкая точка росы может сочетаться с высокой температурой только при очень низкой относительной влажности, что обеспечивает относительно эффективное охлаждение.

Люди, населяющие тропический и субтропический климат несколько адаптируется к более высоким точкам росы. Таким образом, житель Сингапур или же Майами, например, может иметь более высокий порог дискомфорта, чем житель умеренного климата, например Лондон или же Чикаго. Люди, привыкшие к умеренному климату, часто начинают чувствовать себя некомфортно, когда точка росы превышает 15 ° C (59 ° F), в то время как другим может показаться комфортной точка росы до 18 ° C (64 ° F). Большинство жителей регионов с умеренным климатом сочтут точку росы выше 21 ° C (70 ° F) тяжелой и тропической, в то время как обитатели жарких и влажных районов могут не сочтет это неудобным. Тепловой комфорт зависит не только от физических факторов окружающей среды, но и от психологических факторов.^[11]

точка росы		Относительная влажность при 32 ° C (90 ° F)
Более 26 ° C	Более 80 ° F	73% и выше
24–26 ° С	75–80 ° F	62–72%
21–24 ° С	70–74 ° F	52–61%
18–21 ° С	65–69 ° F	44–51%
16–18 ° С	60–64 ° F	37–43%
13–16 ° С	55–59 ° F	31–36%
10–12 ° С	50–54 ° F	26–30%
Менее 10 ° C	Менее 50 ° F	25% и ниже

Измерение

Устройства, называемые гигрометрами, используются для измерения точки росы в широком диапазоне температур. Эти устройства состоят из полированного металлического зеркала, которое охлаждается при пропускании через него воздуха. Температура, при которой образуется роса, по определению является точкой росы. Ручные устройства такого типа могут использоваться для калибровки других типов датчиков влажности, а автоматические датчики могут использоваться в контуре управления с увлажнителем или осушителем для контроля точки росы воздуха в здании или на меньшем пространстве для производства. процесс.

Расчет точки росы

График зависимости точки росы от температуры воздуха для нескольких уровней относительной влажности.

Смотрите также: Психрометрическая диаграмма

Хорошо известное приближение, используемое для расчета точки росы, Т_дп, учитывая только фактическую температуру воздуха (по сухому термометру), Т (в градусах Цельсия) и относительная влажность (в процентах), RH, это формула Магнуса:

$${\displaystyle {\begin{aligned}\gamma (T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}\right)+{\frac {bT}{c+T}};\\[8pt]T_{\mathrm {dp} }&={\frac {c\gamma (T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma (T,\mathrm {RH} )}};\end{aligned}}}$$

Более полная формулировка и происхождение этого приближения связаны с взаимосвязанными насыщенный воды давление газа (в единицах миллибары, также называемый гектопаскалях ) в Т, п_s(Т) и фактическое давление пара (также в миллибарах), п_а(Т), который можно найти с помощью RH или приблизительно с барометрическим давлением (в миллибарах), BP_мбар, и "мокрый шарик "температура, Т_ш есть (если не указано иное, все температуры выражены в градусов Цельсия ):

$${\displaystyle {\begin{aligned}P_{\mathrm {s} }(T)&={\frac {100}{\mathrm {RH} }}P_{\mathrm {a} }(T)=ae^{\frac {bT}{c+T}};\\[8pt]P_{\mathrm {a} }(T)&={\frac {\mathrm {RH} }{100}}P_{\mathrm {s} }(T)=ae^{\gamma (T,\mathrm {RH} )}\\&\approx P_{\mathrm {s} }(T_{\mathrm {w} })-BP_{\mathrm {mbar} }0.00066\left(1+0.00115T_{\mathrm {w} }\right)\left(T-T_{\mathrm {w} }\right);\\[8pt]T_{\mathrm {dp} }&={\frac {c\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}};\end{aligned}}}$$

Для большей точности п_s(Т) (и поэтому γ(Т, RH)) можно улучшить, используя часть Модификация Bögel, также известный как Уравнение Ардена Бака, который добавляет четвертую константу d:

$${\displaystyle {\begin{aligned}P_{\mathrm {s,m} }(T)&=ae^{\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right)};\\[8pt]\gamma _{\mathrm {m} }(T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}e^{\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right)}\right);\\[8pt]T_{dp}&={\frac {c\gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )}};\end{aligned}}}$$

куда

• а = 6,1121 мбар, б = 18.678, c = 257,14 ° С, d = 234,5 ° С.

Используется несколько различных наборов констант. Те, которые используются в NOAA презентация^[12] взяты из статьи Дэвида Болтона 1980 г. Ежемесячный обзор погоды:^[13]

• а = 6,112 мбар, б = 17.67, c = 243,5 ° С.

Эти оценки обеспечивают максимальную ошибку 0,1% для −30 ° С ≤ Т ≤ 35 ° С и 1% <относительная влажность <100%Также заслуживает внимания Sonntag1990,^[14]

• а = 6,112 мбар, б = 17.62, c = 243,12 ° С; за -45 ° С ≤ Т ≤ 60 ° С (погрешность ± 0,35 ° C).

Другой распространенный набор ценностей восходит к 1974 г. Психрометрия и психрометрические диаграммы, как представлено Паронаучный,^[15]

• а = 6,105 мбар, б = 17.27, c = 237,7 ° С; за 0 ° C ≤ Т ≤ 60 ° С (погрешность ± 0,4 ° C).

Также в Журнал прикладной метеорологии и климатологии,^[16] Arden Buck представляет несколько различных наборов оценок с разными максимальными ошибками для разных температурных диапазонов. Два конкретных набора обеспечивают диапазон от -40 ° C до +50 ° C между двумя, с еще меньшей максимальной погрешностью в указанном диапазоне, чем все вышеперечисленные наборы:

• а = 6,1121 мбар, б = 17.368, c = 238,88 ° С; за 0 ° C ≤ Т ≤ 50 ° С (погрешность ≤ 0,05%).
• а = 6,1121 мбар, б = 17.966, c = 247,15 ° С; за −40 ° С ≤ Т ≤ 0 ° С (погрешность ≤ 0,06%).

Простое приближение

Существует также очень простое приближение, которое позволяет преобразовывать точку росы, температуру и относительную влажность. Этот подход работает с точностью до ± 1 ° C, если относительная влажность превышает 50%:

$${\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {dp} }&\approx T-{\frac {100-\mathrm {RH} }{5}};\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-5(T-T_{\mathrm {dp} });\end{aligned}}}$$

Это можно выразить простым практическим правилом:

На каждые 1 ° C разницы между точкой росы и температурой по сухому термометру относительная влажность уменьшается на 5%, начиная с RH = 100%, когда точка росы равна температуре по сухому термометру.

Вывод этого подхода, обсуждение его точности, сравнения с другими приближениями и дополнительная информация об истории и применении точки росы даны в Бюллетене Американского метеорологического общества.^[17]

Для температур в градусах Фаренгейта эти приближения работают до

$${\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {dp,^{\circ }F} }&\approx T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-{\tfrac {9}{25}}\left(100-\mathrm {RH} \right);\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-{\tfrac {25}{9}}\left(T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-T_{\mathrm {dp,^{\circ }F} }\right);\end{aligned}}}$$

Например, относительная влажность 100% означает, что точка росы совпадает с температурой воздуха. При относительной влажности 90% точка росы на 3 ° F ниже температуры воздуха. На каждые 10 процентов ниже точка росы падает на 3 ° F.

Точка замерзания

Точка замерзания похожа на точку росы в том смысле, что это температура, до которой необходимо охладить данную порцию влажного воздуха при постоянной температуре. атмосферное давление, за водяной пар быть депонированный на поверхности как кристаллы льда без перехода в жидкую фазу (сравните с сублимация ). В мороз Точка для данного участка воздуха всегда выше, чем точка росы, поскольку для разрыва более сильной связи между молекулами воды на поверхности льда требуется более высокая температура.^[18]

Смотрите также

• Точка пузыря
• Карбюратор нагревается
• Точка росы по углеводородам
• Психрометрия
• Термодинамические диаграммы

Рекомендации

1. "Точка росы". Глоссарий - Национальная метеорологическая служба NOAA. 25 июня 2009 г.
2. Джон М. Уоллес; Питер В. Хоббс (24 марта 2006 г.). Наука об атмосфере: вводный обзор. Академическая пресса. С. 83–. ISBN  978-0-08-049953-6.
3. «Морозная точка». Глоссарий - Национальная метеорологическая служба NOAA. 25 июня 2009 г.
4. «Наблюдаемая температура точки росы». Департамент атмосферных наук (DAS) Иллинойского университета в Урбана-Шампейн. Получено 15 февраля 2018.
5. "точка росы". Словарь Merriam-Webster.
6. Скиллинг, Том (20 июля 2011 г.). «Спросите Тома, почему: возможно ли, чтобы относительная влажность превышала 100 процентов?». Чикаго Трибьюн. Получено 24 января 2018.
7. Хорстмейер, Стив (15 августа 2006 г.). «Относительная влажность ... относительно чего? Температура точки росы ... лучший подход». Стив Хорстмейер. Получено 2009-08-20.
8. «Точка росы в сжатом воздухе - часто задаваемые вопросы» (PDF). Vaisala. Получено 15 февраля 2018.
9. "Денверский справочник фактов - сегодня". Город и графство Денвер. Архивировано из оригинал 3 февраля 2007 г.. Получено 19 марта, 2007.
10. «24.02.2003 - Подтверждение существующей политики OSHA по качеству воздуха в помещениях: температура / влажность в офисе и табачный дым в окружающей среде. | Администрация по охране труда». www.osha.gov. Получено 2020-01-20.
11. Линь, Цзы-Пин (10 февраля 2009 г.). «Тепловое восприятие, адаптация и посещаемость на площади в жарких и влажных регионах» (PDF). Строительство и окружающая среда. 44 (10): 2017–2026. Дои:10.1016 / j.buildenv.2009.02.004. Получено 23 января 2018.
12. Относительная влажность и температура точки росы в зависимости от температуры и температуры влажного термометра
13. Болтон, Дэвид (июль 1980 г.). «Расчет эквивалентной потенциальной температуры» (PDF). Ежемесячный обзор погоды. 108 (7): 1046–1053. Bibcode:1980MWRv..108.1046B. Дои:10.1175 / 1520-0493 (1980) 108 <1046: TCOEPT> 2.0.CO; 2. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-09-15. Получено 2012-07-04.
14. Рекомендации по применению SHTxx Расчет точки росы
15. «Расчет точки росы по MET4 и MET4A». Архивировано из оригинал 26 мая 2012 г.. Получено 7 октября 2014.
16. Бак, Арден Л. (декабрь 1981 г.). «Новые уравнения для расчета давления пара и коэффициента усиления» (PDF). Журнал прикладной метеорологии. 20 (12): 1527–1532. Bibcode:1981JApMe..20.1527B. Дои:10.1175 / 1520-0450 (1981) 020 <1527: NEFCVP> 2.0.CO; 2.
17. Лоуренс, Марк Г. (февраль 2005 г.). «Связь между относительной влажностью и температурой точки росы влажного воздуха: простое преобразование и применение». Бюллетень Американского метеорологического общества. 86 (2): 225–233. Bibcode:2005БАМС ... 86..225л. Дои:10.1175 / БАМС-86-2-225.
18. Хаби, Джефф. «Точка замерзания и точка росы». Получено 30 сентября, 2011.

внешняя ссылка

• Часто требуемые ответы о температуре, влажности и точке росы из sci.geo.meteorology