大气中的水汽含量及其表示方法

（一）水汽压（e）

大气中水汽所产生的分压强叫水汽压(vapour pressure)。 单位和气压一样，用hPa（百帕）来表示。水汽压的大小和空气中水汽含量的多少有关， 当空气中的水汽含量增多时，水汽压就相应地增大，反之，水汽压减小。 所以，用水汽压的大小可表示空气中水汽含量的多少。

（二）饱和水汽压（E）

空气中所能容纳的水汽量，是随温度的增高而增大的。 在一定温度条件下，单位体积的空气中所能容纳的水汽数量有一定的限度， 如果水汽含量达到该限度，空气呈饱和状态。 此时空气中的水汽压叫做饱和水汽压(saturation vapour pressure)。 如果空气中的水汽含量未达到这个限度的，这时的空气叫做未饱和空气； 如果空气中的水汽含量超过这个限度这时的空气叫做过饱和空气。 在一般情况下，超过的那一部分水汽就要发生凝结。

实验和理论证明：在温度改变时，饱和水汽压也随着改变， 温度越高饱和水汽压越大，温度越低饱和水汽压越小。

饱和水汽压除与温度有关外，还与物态、蒸发面形状和溶液浓度等因子有关。

（三）绝对湿地（a）

绝对湿度(absolute humidity)是指单位体积空气中所含水汽量的多少。 通常以1立方米的 空气中所含水汽的克数来表示的， 单位是g/m³，又称水汽密度。

当水汽压以毫米汞柱高为单位时，水汽压与绝对湿度的关系为

\(a=1.06 \times \frac {e}{1+α t} \)(g/m³)

式中，α 为气体膨胀系数，其值为1/273；t为空气温度； 计算表明，两者在数值上相差很小，当温度t=16.4 °C时，a=e。 由于绝对湿度的直接测量比较困难，而水汽压值简单易测，所以在实际工作中，常用水汽压代替绝对湿度。

绝对湿度只表示空气中水汽的绝对含量，多用于理论计算。 在一定温度下，单位容积空气能 容纳的最大水汽含量称为饱和水汽密度。 饱和水汽密度也随温度的升髙而迅速增大。

（四）相对湿度（r）

空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之百分比， 称为相对湿度(relative humidity)。其表达式为

\(r= \frac {e}{E} \times 100%\)

相对湿度的大小直接反映空气距离饱和的程度。 在温度一定时，E保持不变，e越大，空气越接近饱和。 当e=E时，r= 100%，空气饱和；当e<E时，r<100%，空气未饱和； 当e>E时，r >100%，这时如无凝结现象产生，空气处于过饱和状态。 当空气中水汽压（e）一定时，相对湿度随气温的升高而降低，反之升高。

（五）饱和差（d）

在某一温度下，饱和水汽压与空气中实际水汽压之差，称为饱和差(saturation deficit)。即

\(d=E-e\)

饱和差的大小表示空气中水汽含量距离饱和的绝对数值。 d随温度的升高而增大，随温度的降低而减小。 在一定温度下d值越小，空气越接近饱和，即空气越潮湿；当d= 0，空气达到饱和。

（六）露点温度（Td）

当空气中的水汽含量和气压不变时， 降温使水汽压达到饱和时的温度称为露点温度（dewpoint temperature)，简称露点。 其形式上是温度，实质上是表示湿度情况的一个物理量。 当气压一定时，露点的高低只与空气中水汽含量有关，即水汽含量越多， 其露点越高，反之越低。当空气未达到饱和时TdT。

空气温度降低到露点温度及其以下，是导致水汽凝结的重要条件之一。

（七）比湿

单位质量空气中所含的水汽质量为比湿(specific humidity)。 单位为g • g^-1或g • kg^-1其表达式为

式中，m_w是单位质量空气中水汽的质量； W_d是单位质量空气中干空气的质量。

若e为水汽压，p为气压，由状态方程可以导出下列关系：

\(q=0.622 \frac {e}{p} \) (g•g^-1)

或

\(q=622 \frac {e}{p} \) (g•g^-1)

以上两公式为比湿公式，式中的水汽压和气压必须用相同的压强单位。

对一团空气而言，发生膨胀或压缩时，只要气块内没有发生凝结或蒸发， 气块总质量和气块中水汽质量就不会发生变化，也就是说气块的比湿保持不变。 在讨论空气的上升或下降运动时，通常用比湿表示空气湿度， 在讨论水汽输送时，比湿梯度是重要的物理量。