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東莞市品達(dá)試驗(yàn)設(shè)備有限公司作者
在零下溫度時(shí)相對(duì)濕度的確定
在任何給定溫度時(shí)氣體的相對(duì)濕度定義為存在于氣體中的水汽量對(duì)在那相同溫度時(shí)zui大可能水汽量的百分比。在高于冰點(diǎn)的溫度時(shí)，水只能以兩種熱力穩(wěn)定狀態(tài)之一。它能以氣體形勢(shì)，稱為水汽，存在，或者它能凝結(jié)成液體，往往成為露。又在零下的溫度時(shí)，可以預(yù)期水或以氣體，依然稱為水汽，存在，或它能凝結(jié)成固體的形成，往往稱為霜或冰。但與直觀相反，在零下溫度時(shí)的水也能以第三種熱力狀態(tài)---液體存在。這零下的液體狀態(tài)是可達(dá)到亞穩(wěn)定狀態(tài)，它具有的能量水平在氣體及固體的能量水平之間。在此亞穩(wěn)定狀態(tài)的零下水被說(shuō)成是過(guò)冷的。常常把它稱為過(guò)冷水、過(guò)冷露或過(guò)冷液體，它們?nèi)竿粬|西，過(guò)冷狀態(tài)的水是一液體，但是在零下的（冰點(diǎn)以下）溫度。在0 到40°C 的溫度范圍內(nèi)，過(guò)冷現(xiàn)象是十分普遍的。在這些零下的溫度時(shí)，都存在過(guò)冷的可能，可按稱為標(biāo)準(zhǔn)及世界氣象組織（WMO）
兩種有差別的方法之一來(lái)計(jì)算相對(duì)濕度（RH）
標(biāo)準(zhǔn)RH：數(shù)學(xué)上可把計(jì)算相對(duì)濕度的公式表示成
%RH=e/es*100
（1）式中e 是氣體的水汽含量（水汽壓力）
es 是在那相同溫度時(shí)氣體的zui大可能水汽含量（飽和汽壓力）
如上面公式所表示，為了確定RH 僅需知道兩件事（即e 及es ）
飽和汽壓力es 是在氣體的溫度時(shí)zui大可能水汽含量的表示，是一熟知的量。通過(guò)測(cè)量氣體的溫度，然后用規(guī)定的飽和汽壓力公式計(jì)算相應(yīng)的飽和氣壓，這樣來(lái)確定飽和汽壓（力）
這些公式把汽壓表示成溫度的函數(shù)。注意：有一公式供計(jì)算冰點(diǎn)以上溫度時(shí)水范圍飽和汽壓用；另有一公式則供零下溫度時(shí)計(jì)算冰范圍飽和汽壓用。
實(shí)際的水汽含量（或水汽壓力）往往通過(guò)測(cè)量來(lái)確定。一種通用的測(cè)量方法是激冷鏡面測(cè)濕法。通過(guò)由鏡面測(cè)濕法測(cè)量的霜點(diǎn)或露點(diǎn)用如上相同的飽和和汽壓公式求出實(shí)際的汽壓。當(dāng)如此進(jìn)行時(shí)，對(duì)各露點(diǎn)的溫度使用水范圍飽和汽壓計(jì)算用的公式，而對(duì)各霜點(diǎn)溫度則需用冰范圍飽和汽壓計(jì)算用的公式。注意：不管從激冷鏡面（露點(diǎn)或霜點(diǎn)）得到哪一測(cè)量，相應(yīng)的汽壓將是相同的。
現(xiàn)在對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的RH ，在高于冰點(diǎn)溫度時(shí)在水范圍內(nèi)計(jì)算公式（1）的分母（zui大可能水汽含量）而在所有低于冰點(diǎn)的溫度時(shí)則在冰范圍內(nèi)。在雙一溫度發(fā)生器里，在那里飽和器正在凝結(jié)/升華向/從冰，這是zui大可能水氣含量的恰當(dāng)表示。
同樣當(dāng)鏡面測(cè)量露點(diǎn)時(shí)在水范圍內(nèi)計(jì)算分子（實(shí)際水汽含量）而對(duì)所有霜點(diǎn)測(cè)量則在冰范圍內(nèi)。這樣標(biāo)準(zhǔn)RH 的值在較暖的及零下的溫度都可達(dá)到100%。標(biāo)準(zhǔn)RH 假設(shè)在零下的溫度時(shí)zui大可能水汽含量是由于在冰范圍的飽和。
WMO RH：WMO RH 的各項(xiàng)計(jì)算及下面的討論僅應(yīng)用于低于冰點(diǎn)的溫度。在大氣中，由于所謂過(guò)冷現(xiàn)象在低于冰點(diǎn)溫度時(shí)把水汽冷凝成液體（而不是冰）事實(shí)上，大多數(shù)激冷鏡面在0 到20°C 間的溫度顯示此過(guò)冷狀態(tài)。測(cè)量是不是表示過(guò)冷與飽和或另外把水汽加到氣體內(nèi)所用的任何方式或把水汽從氣體除去的任何方法都*無(wú)關(guān)。在鏡面上過(guò)冷的凝結(jié)（露點(diǎn)測(cè)量）是*允許的亞穩(wěn)定狀態(tài)，正如在鏡面上凝結(jié)成冰（霜點(diǎn)測(cè)量）理應(yīng)是*允許的穩(wěn)定狀態(tài)。不過(guò)，過(guò)冷的露將在低于冰的溫度的溫度發(fā)生，并導(dǎo)致相同的水汽含量的測(cè)量。
因?yàn)檫^(guò)冷現(xiàn)象的確在云及上層大氣中發(fā)生，約在半個(gè)世紀(jì)前便由世界氣象組織（WMO）決定用在水范圍內(nèi)而不是冰計(jì)算分母（或zui大可能水汽含量）來(lái)計(jì)算RH 而與溫度無(wú)關(guān)。
這導(dǎo)致在任何給定溫度時(shí)的zui大可能水汽含量的值高于在相同溫度時(shí)在冰范圍內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。在此決定背后的基礎(chǔ)似乎是要避免在大氣處于過(guò)冷狀態(tài)時(shí)RH 的值偶爾可能超過(guò)100%。在此狀態(tài)，把對(duì)過(guò)冷的水飽和的大氣認(rèn)為對(duì)冰過(guò)冷飽和的。用WMO 法計(jì)算的100%
RH 實(shí)際將大于100%，如果按標(biāo)準(zhǔn)RH 計(jì)算的話。同樣重要的是要注意，用此兩種方法計(jì)算的實(shí)際水汽含量是等同的。只有zui大可能水汽含量不同，它視大氣是不是在過(guò)冷的亞穩(wěn)定狀態(tài)而定。
標(biāo)準(zhǔn)與WMO 的兩種計(jì)算比較：已知相同的實(shí)際水汽含量（e）及相同的溫度，標(biāo)準(zhǔn)及WMO 兩種RH 計(jì)算方法將產(chǎn)生不同的數(shù)值結(jié)果。下面兩表說(shuō)明在各種溫度時(shí)的差異，首先在100% RH WMO 時(shí)，然后在100% RH 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)：
又，WMO 及標(biāo)準(zhǔn)兩種方法的*差別是對(duì)水還是對(duì)冰的計(jì)算RH 公式的分母。在標(biāo)準(zhǔn)方法中，假設(shè)超過(guò)zui大可能的水汽將以冰的形式凝結(jié)出來(lái)，而在WMO 的方法中，假設(shè)能夠把水汽對(duì)冰的飽和，而且超過(guò)對(duì)過(guò)冷的水zui大可能的任何水汽將以過(guò)冷的露的形式凝結(jié)出來(lái)。
還要注意，在100% RH WM0 的情況下，有顯著的對(duì)冰過(guò)飽和量。如果冰的確在某處開(kāi)始形成，其作用將使那區(qū)域發(fā)生顯著的結(jié)冰數(shù)量，因?yàn)闅怏w為圖把它的實(shí)際水汽含量減至100% RH 標(biāo)準(zhǔn)。
就取上表-40°C，100% RH WMO 這情況。因?yàn)镽H 標(biāo)準(zhǔn)是148%，如果結(jié)冰的確在某處開(kāi)始發(fā)生，為了使實(shí)際水汽含量朝67% RH WMO 或100% RH 標(biāo)準(zhǔn)下降，過(guò)多的48%將力圖凝結(jié)成外加的冰構(gòu)造。
濕度的生成：當(dāng)由充有冰的飽和器或凝結(jié)成冰的飽和器生成RH 時(shí)，如果氣體在離開(kāi)飽和器后不再進(jìn)行冷卻，則在飽和溫度時(shí)可得到的zui大可能水汽含量是對(duì)冰的。并且，在用此法飽和到100% RH 的氣流中在任何它的溫度即使稍暖于飽和溫度（當(dāng)把氣體飽和到100%RH 時(shí)也等于所測(cè)的霜點(diǎn)溫度）的物體上凝結(jié)不應(yīng)發(fā)生。
下面的圖說(shuō)明zui大可得到的RH ，假設(shè)用冰飽和器應(yīng)用雙一溫度技術(shù)生成濕度，并不再冷卻氣體。
用冰飽和器可達(dá)到的zui大RH
如果能以這樣的方式，即可對(duì)過(guò)冷的水（對(duì)冰過(guò)飽和）提供*的飽和，不使冰或霜形形成，生成濕度，于是下圖說(shuō)明可達(dá)到的zui大RH。注意：任何冰的形成將力圖把zui大限制到100% RH 標(biāo)準(zhǔn)的等值。
在過(guò)冷的情況下可達(dá)到的zui大RH
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