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水蒸氣(也称氛气、蒸汽),是H2O)的气体形式。当水达到沸点时,就变成水蒸氣。水蒸气在空气中是无色的。在海平面一标准大气压下,水的沸点为100°C或212°F或373.15K。当水在沸点以下时,水也可以缓慢地蒸发成水蒸氣。而在極低壓環境下(小於0.006大气压),冰會直接升华變水蒸氣。水蒸气之密度为 0.59764 千克/立方米(100°C/212°F,101330Pa)。

水蒸氣可能會造成温室效应,是一种温室气体

地球大氣層的水蒸氣

氣態是大氣很小但重要的組成部分。大約有99.99%是在對流層中。冷凝水蒸氣到液體或冰的階段主要由,和其他沉澱物完成,而所有這些也是最重要的天氣要素。

的形成,通過縮合周圍凝結核。若是在缺乏核的狀態,凝結只能發生在更低的溫度上。在持續凝結或沉積后,雲滴或雪花形成,并促成它們達到了臨界質量。

平流層的水蒸氣平均停留時間是10天左右。水的補充、降水蒸發,是海洋湖泊河流植物蒸騰及其他生物和地質過程作用的結果。

測量水蒸氣濃度表示為特定的濕度相對濕度。如果降水立即凝結,那么在整個地球表面,年全球平均水蒸氣只會帶來約25毫米的降水。然而,年平均降水量約1米,這表明在水在空氣中快速周轉。水汽在大气层中能形成类似海洋中洋流的水汽通道,并且在一定的时间一个范围内存在固定的水汽输送总量,这意味着一个地方过度降水后,将会使得另一些区域获得不到充沛的降水。

雖然火山排放的氣體差距很大,但是,水蒸氣始終是最常見的火山氣體,通常火山噴發有超過60%的排放量為水蒸氣[1]

雷达和卫星成像

由于水分子吸收微波和其他无线电波信号,通过水时大气中的雷达信号会衰减。此外,大气中的水能否反射折射信号,在一定程度上取决于它的状态是、气态液态还是固态


一般来说,当它们穿过对流层时,雷达信号传送越远将逐渐减弱强度。空气中的一些成分对于某些频率是不透明的,导致不同频率的信号衰减速率不同。无线电波用于广播和其他的通讯传输时也具有相同的效果。

水蒸气比水的其他两个状态对雷达的影响较小。在水滴冰晶状态下,水被作为棱镜。虽然一个单独的分子无法成为棱镜,然而,在大气中的水蒸气的存在下,就能形成一个巨大的棱镜。 GOES-12卫星图像的对比,显示相对于海洋地球各大洲的大气水汽分布。行星周围的蒸汽,分布不均。

閃電產生

閃電的產生中水蒸氣起到了關鍵作用。通常,地球大氣層上的雲是真正的靜電發電機。但雲有大量的電能的直接决定因素是水蒸氣存在於本地系統的數額。

水蒸氣的數額將直接影响空氣的介電係數。在低濕度的狀態,靜電放電是快速、容易的。但在高濕度的狀態,靜電放電的發生次数減少。然而,介電係數和電容一起作用,可以生產出电压兆瓦的閃電。 例如經過雲时,它便開始以自己的方式成為一個閃電發生器,在大氣中水蒸氣充當絕緣體的作用從而降低雲的電能。經過了一定的時間之后,如果雲層繼續生成和存儲更多的靜電,大氣水蒸氣將最終导通云存儲的電能。以被控地區閃電的形式,將這種能量釋放到地面。且每次放電強度直接與大氣介電係數、電容、以及雲層的發電能力相關。

水蒸氣凝結

常見的實例就是當你從冰箱拿出飲料時,過沒多久就會發現瓶身有許多小水珠,這是由於空氣中的水蒸氣遇到冷的瓶子而凝結。還有一個常見的就是當你在燒水煮飯時,開火的瞬間也會發現有水氣附著在鍋身,這是因為開火時,鍋子周遭的水蒸氣溫度瞬間升高,但鍋子溫度沒有上升那麼快,導致溫度高的水蒸氣附著凝結在相對較冷的鍋子上,等到鍋子溫度也上升到一定後,就又蒸發了。

测量

测量介质中的水蒸汽数量可以做直接或远程测量,具有不同程度的准确性。电磁吸收远程方法可以测量的行星大气层。直接方法可以使用电子传感器,或是蘸水的温度计或吸湿性材料的物理性质,化学性质、尺寸变化。

介质 温度范围(摄氏度) 测量不准确度 典型测量频率 系统成本 注释
悬挂式湿度计 空气 -10到50 低到中度 每小时
星基光谱 空气 -80到60 非常高
电容式传感器 空气/气态 -40到50 中度 2到0.05赫兹 容易成为饱和/随着时间推移污染
预热的电容式传感器 空气/气态 -15到50 中度到低 2到0.05赫兹(依赖于温度) 中等到高 容易发生成为饱和/随着时间推移污染
电阻式传感器 空气/气态 -10到50 中度 60秒 容易发生污染
氯化锂湿敏元件 空气 -30到50 中度 连续
氯化钴(II) 空气/气态 0到50 5分钟 非常低 经常使用湿度指示卡
吸收光谱 空气/气态 中度
氧化铝 空气/气态 中度 请参阅水份分析
氧化硅 空气/气态 中度 请参阅水份分析
压电吸附 空气/气态 中度 请参阅水份分析
电解 空气/气态 中度 请参阅水份分析
毛发湿度计 空气 0到40 连续 低到中等 受温度的影响。长时间高浓度会有负面作用。
浊度计 空气/其他气体 非常高
肠膜(牛腹膜) 空气 -20到30 适中(带调整) 慢,在较低温度下更慢 参考:WMO气象仪器和观测方法指南 #8 2006年(页1.12-1)(WMO Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation #8 2006, (pages 1.12-1))
莱曼-α 高频 http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=lyman-alpha-hygrometer1 需要频繁的校准
重量法湿度计[2] 非常低 非常高 通常是主要来源,美国、英国、欧盟及日本独立制定标准。
介质 温度范围(摄氏度) 测量精度 典型测量频率 系统成本 注释

视频

水蒸气 相关视频

小学科学水和水蒸气
水加热汽化 冷却水蒸气凝结成水

參考文獻

  1. 火山喷出物,佰佰安全网
  2. 湿度测量标准——重量法湿度计,豆丁网,2014-02-27