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水蒸气(也称氛气、蒸汽),是H2O)的气体形式。当水达到沸点时,就变成水蒸气。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气。而在极低压环境下(小于0.006大气压),冰会直接升华变水蒸气。水蒸气之密度为 0.59764 千克/立方米(100°C/212°F,101330Pa)。

水蒸气可能会造成温室效应,是一种温室气体

地球大气层的水蒸气

气态是大气很小但重要的组成部分。大约有99.99%是在对流层中。冷凝水蒸气到液体或冰的阶段主要由,和其他沉淀物完成,而所有这些也是最重要的天气要素。

的形成,通过缩合周围凝结核。若是在缺乏核的状态,凝结只能发生在更低的温度上。在持续凝结或沉积后,云滴或雪花形成,并促成它们达到了临界质量。

平流层的水蒸气平均停留时间是10天左右。水的补充、降水蒸发,是海洋湖泊河流植物蒸腾及其他生物和地质过程作用的结果。

测量水蒸气浓度表示为特定的湿度相对湿度。如果降水立即凝结,那么在整个地球表面,年全球平均水蒸气只会带来约25毫米的降水。然而,年平均降水量约1米,这表明在水在空气中快速周转。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。

虽然火山排放的气体差距很大,但是,水蒸气始终是最常见的火山气体,通常火山喷发有超过60%的排放量为水蒸气[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。

闪电产生

闪电的产生中水蒸气起到了关键作用。通常,地球大气层上的云是真正的静电发电机。但云有大量的电能的直接决定因素是水蒸气存在于本地系统的数额。

水蒸气的数额将直接影响空气的介电系数。在低湿度的状态,静电放电是快速、容易的。但在高湿度的状态,静电放电的发生次数减少。然而,介电系数和电容一起作用,可以生产出电压兆瓦的闪电。 例如经过云时,它便开始以自己的方式成为一个闪电发生器,在大气中水蒸气充当绝缘体的作用从而降低云的电能。经过了一定的时间之后,如果云层继续生成和存储更多的静电,大气水蒸气将最终导通云存储的电能。以被控地区闪电的形式,将这种能量释放到地面。且每次放电强度直接与大气介电系数、电容、以及云层的发电能力相关。

水蒸气凝结

常见的实例就是当你从冰箱拿出饮料时,过没多久就会发现瓶身有许多小水珠,这是由于空气中的水蒸气遇到冷的瓶子而凝结。还有一个常见的就是当你在烧水煮饭时,开火的瞬间也会发现有水气附著在锅身,这是因为开火时,锅子周遭的水蒸气温度瞬间升高,但锅子温度没有上升那么快,导致温度高的水蒸气附著凝结在相对较冷的锅子上,等到锅子温度也上升到一定后,就又蒸发了。

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

参考文献

  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