空气湿度及其测量方法

空气湿度是表示空气中水汽含量的多少或表示空气干湿度的一种物理量。它对大气的变化有极重要的影响。空气中含有的水汽是形成云、雾、降水的水分来源。大气中水汽的物态变化，如汽态、液态、固态的转换也是能量的重要传递方式，所以，湿度的变化往往是天气变化的前奏。低层大气中的水汽还直接影响工农业生产，因此，湿度被定为气象观测中的基本要素。     

探空仪湿度元件及其发展概况

探测大气湿度的方法,从原理上讲可以大致归纳为四种: 1.吸湿法利用吸湿物质的吸、放湿特性测定其形体变化或电性能的变化与环境空气相对湿度的关系。绝大多数元件属于此种。 2.露点法测定一特制表面上出现水汽凝结(冻结)与蒸发(升华)处于平衡状态时的温度,以此露点(霜点)温度求算空气湿度。 3.光学法利用空气中水汽吸收某波段光辐射的性能,从光辐射能的衰减来推知空气中水汽含量。     

影响水汽分布的电磁协同机制

把地球和目前已发现的其他类地天体相比较,地球具有独特的强磁场和大气电场。大气中的离子和在大气电场中被极化的水汽的分布,将受到变化的地磁场和大气电场的协同调控作用,而且会直接影响到大气密度的分布及气压、气温和空气湿度这些描述大气物理现象和变化过程的主要素的发展变化。     

天气预报中的相对湿度

从1996年6月20日起,中央气象台在中央电视台晚间新闻节目中发布北京、上海、广州等十城市湿度预报。可见,湿度愈来愈受到人们的普遍关注。天气预报中的相对湿度,是指空气中实有水汽含量与同样温度条件下饱和水汽含量的比值,用百分比来表示。相对湿度能说明空气中的干湿程度。相对湿度若在100％时,表示空气已达饱和。百分数愈小,表示空气愈干燥。 空气中水汽在末饱和时肉眼是观察不到的,要通过仪器测定和计算才能得到。我国气象台（站）发布的相对湿度,是从百叶箱中干、湿球温度的差值计算（查表）得到的。目前电视天气预报中播出的是第二天02时和14时的相对湿度,近似表示一天中湿度的最大和最小值。     

塔克拉玛干沙漠水汽变化和水汽运动初探

利用1989年7月塔克拉玛干沙漠中心(塔中异井站)及其边缘数站同期探空资料计算沙漠上空大气湿度和水汽输送分量,从中对该沙漠夏季大气湿度变化和水汽运动做了具体分析研究,特别是对沙漠上空水汽垂直环流有所新认识.     

水汽含量的一种简捷查算法

大气中的水汽含量是指单位截面上整个空气柱内的水汽总质量(不包括云中的液态水和固态水),用“克/厘米~2”表示,也可以用毫米表示。水汽对降水的产生、辐射能的吸收与放射以及气候的形成与变化都具有重要作用,因此无论在天气预报或气候学研究中,都要涉及到水汽含量的计算。 水汽含量的计算方法很多。为了迅速求得水汽含量,早在五十年代Showalter就设计了一种计算尺。本计算尺是在Showalter计算尺的基础上加以改进而制成的(如图1)。根据露点上升曲线,利用本计算尺可以迅速查算出水汽含量。     

大气中的水汽

对于大气中的水还有一点是我们必须了解的,这就是以水汽形态存在的水的数量,它取决于空气的温度。由于水汽是一种气体,我们可采用测气压的方法来测量它;还可以用另一种方法来确定在一定温度下可能含有的最大水汽量,即用每立方米空气中所含有的水汽质量(通常用克/米~3)来表示。在一定温度下,空气的最大水汽含量称为饱和水汽量。实际的含量通常是小于饱和值,但偶尔也出现大于饱和值的情况(可是,这时水汽可以通过凝结转变成液态水。饱和值仅说明可能的最大水汽含量。而云既含有水,又含有水汽)。气温越高,空气能够含有的水汽越多,其饱和值也就越大。下表给出饱和值变化的大致情况。表中克/米~3是一种表示水汽     

由TES反演的大气水汽中δD的时空分布特征

水汽在大气中的输送具有空间上和时间上的连续性.利用水汽同位素可以更全面地分析水汽的来源、路径、水循环中各分量的再分配和补给形式,更深入地了解水循环中各种空间和时间尺度下水汽的连续变化特征和历史.本研究利用对流层发射光谱仪(TES)反演的825-100 hPa层间7个等压面上HDO和H2O数据分析了对流层不同层次大气水汽中δD的时空分布规律以及水汽中δD与大气湿度、大气温度的关系,探讨了水汽同位素与降水同位素的关系以及大尺度水循环过程对水汽同位素的可能影响.结果显示,在空间分布上,对流层大气中水汽δD具有非常明显的带状分布,水汽中δD的分布与可降水量的分布存在很好的对应关系;水汽中δD随垂直气压呈对数型递减,平均递减率由赤道向高纬度减小、陆地向海洋减小.在时间变化上,大气水汽中δD的季节变化存在地域性差别.在中低纬度陆地,水汽中δD的季节变化明显,且与可降水量的季节变化相对应;在中高纬度的许多地区,夏季水汽中δD小于冬季.对流层水汽中δD的空间分布和季节变化具有一致性特点,上对流层和下平流层间水汽中δD的空间分布和季节性变化特点与对流层相反.对流层大气水汽中的δD与层间平均温度和可降水量的相关关系具有相似的分布形势.与降水中的稳定同位素相比,水汽中的稳定同位素在空间分布、季节变化、与温度和湿度的关系上存在某些差异,反映二者在受稳定同位素分馏的影响和水循环中大气环流类型的影响方面存在明显差别.     

1999年梅雨锋系结构特征的模拟诊断

通过中尺度模式MM5对1999年江淮流域一次梅雨锋暴雨过程的数值模拟,利用高分辨率模拟资料,诊断了江淮地区梅雨锋系的双锋结构特征及相应的大气相当位温、位温和湿度(比湿)分布特征.结果表明,大气位温梯度和湿度梯度均对江淮梅雨锋系双锋结构中相应的两个相当位温梯度大值带的存在有着重要贡献,而湿度梯度的贡献更大.进而从理论上推导了大气湿度梯度倾向方程,指出大气湿度梯度的变化与平流效应、散度效应、水平或垂直涡管(次级环流)效应以及水汽源汇的梯度有关;利用中尺度模拟资料对湿度梯度倾向方程的经向分量进行了简单的方程诊断,模拟时段平均的诊断分析表明,大气经向湿度梯度绝对值的变化主要同散度效应、与水平涡管相关的次级环流效应以及水汽源汇效应相关.由于水汽源汇是由与水汽相关的相变过程造成,与云物理过程的发展和演变直接相关,因此,大气湿度梯度的演变与云物理过程,并进而与云或降水系统的分布、发展和演变相关.梅雨锋系的存在为其附近暴雨中尺度系统的发展提供了有利的环境条件,起到一定的组织或控制作用;反过来,暴雨系统的发展、降水云系的发展和演变,又通过改变大气温、湿状况,对梅雨锋系产生影响.     

南疆西部持续性暴雨环流背景及天气尺度的动力过程分析

2013年6月14—19日南疆西部出现了持续性暴雨,使用常规观测资料和NCEP再分析资料在讨论环境大气湿度条件与暴雨关系的基础上,分析了水汽远距离输送到新疆并在南疆上空积累的天气尺度动力过程及其形成的原因。结果表明,暴雨产生在大气异常潮湿的环境中,强降雨时段对流层低层比湿最大值达到16～18 g·kg-1。长时间强降水的重要原因是边界层以上高湿的特征在暴雨产生过程中一直维持,充沛的水汽被一支从阿拉伯海和孟加拉湾的偏南气流向北输送,偏南风持续增速加大了水汽的输送。同时,随着偏南气流向北靠近新疆,对流层低层偏东急流在南疆西部产生强的水汽通量辐合,使得高空强烈辐散与低空辐合之间的耦合不断加强,不仅增加了低层水汽在暴雨区汇集,也通过增强垂直速度将更多的潮湿空气向上输送,使高层大气湿度增加。暴雨的日变化与阿克苏南部中尺度垂直环流圈的间断性建立及低层偏东急流在夜间增强有关。     

降落雨滴中稳定同位素比率变化的数学模拟

根据扩散定律和热量平衡理论,运用云物理学模式,对降落雨滴中稳定同位素比率的变化进行了数值模拟,发现降落雨滴中稳定同位素比率的变化除受湿度条件的影响外,还受大气水汽中稳定同位素比率的影响。在非饱和大气中,受蒸发过程的影响,降落雨滴中稳定同位素比率随降落距离而不断增大,空气湿度越小,增大幅度越明显。平均而言,大气湿度与ｄδＤ／ｄδ１８Ｏ和Ｅｘｄ呈正比。ｄδＤ／ｄδ１８Ｏ以８为渐近线,Ｅｘｄ则在高湿和较大半径条件下逐渐趋近于一个常数;在饱和大气中,半径较小的雨滴或在湿度较高的环境中,雨滴中稳定同位素达到平衡的时间较短。反之,达到平衡的时间较长。     

应用区域地基全球定位系统观测分析北京地区大气总水汽量

利用2000年6月1日～8月11日北京地区地基全球定位系统(Globe Positioning System)网遥感大气总水汽量试验的观测资料,分析了北京地区夏季大气总水汽量的时空变化,研究了大气总水汽量与日平均温度、地面水汽压和降水的关系.研究结果表明:大气总水汽量存在明显的时空变化,对于地理位置基本相近的台站,海拔高度的影响比较明显,一般情况下高山站的水汽总量低于平原站;在晴天,地面水汽压与大气总水汽量有较好的相关性,而在云雨日,由于高低层大气湿度的变化常常不同步,用地面水汽压估算的大气总水汽量具有较大的偏差;大气总水汽量短时间内的快速增加往往对应有降水过程出现,但总水汽量的大小与降水量之间并没有明显的相关,在降水预报中应综合考虑总水汽量的前期平均水平、短时的增幅和峰值大小等条件的影响.     

湿度及有关诸量的计算方法

1、湿度的表示方法 表示大气中水汽量的方法有几种,但工程学系统的一部分和气象为中心的其他领域之间在用语和单位上有不同,容易产生混乱。这里介绍以气象学为主的用语以及它们的惯用单位,(气象手册,1979年;礒部,1982年)。 a)水汽压:大气压力中水汽所占的分压力(hPa,Pa,mmHg)。 b)饱和水汽压:与气温同温的靠近平水面处的水汽压。也即在该温度时的大气能含有的最大水汽量所产生的分压力(hPa,     

北京雾与霾天气大气液态水含量和相对湿度层结特征分析

为了研究空气中的水汽层结变化对雾、霾生消的影响,对北京2011年10月至2012年2月雾、霾天气个例中能见度变化和地基微波辐射计观测的相对湿度及液态水含量资料进行分析,结果表明:大气总液态水含量时序图对预报雾、霾没有参考意义,无论是大气总液态水含量数值的大小,还是大气总液态水含量随时间的变化都不能预测雾、霾的生成与消散。但不同时刻大气液态水含量的廓线图对雾、霾天气的预报还是具有指示意义的,因为雾、霾生消前后大气液态水含量层结变化明显。进一步分析不同情况的雾、霾天气发现:雾、霾生消前后均无降水出现和先出大雾后降水的情况,即降水后消散的雾、霾天气,大气相对湿度的变化和液态水含量的变化主要集中在3 km以下;对于先降水后出大雾的情况,整层大气相对湿度的变化都很明显,液态水含量的变化主要在3~7 km之间。由于降水既可以增加近地面的空气湿度,又可以消耗空气中的水汽,因此降水既是大雾形成的有利条件,也是大雾消散的有利条件。有降水出现的大雾天气,有饱和层(空气相对湿度达到或接近100%),无降水出现的重霾天气,则没有饱和层,且整体相对湿度偏低。     

地基GPS遥测大气水汽含量技术简介

水汽是一种重要的大气成分,是各种大气现象的总根源,在各种时空尺度的大气过程中扮演着重要角色。水汽在地球水循环中发挥着关键的作用,尤其与雷暴等局地天气的发生和发展有密切的关系。水汽观测对于天气、气候研究和天气预报业务都至关重要。目前在气象学中探测大气水汽含量的方法主要有两种:(1)无线电探空技术。即通过施放探空气球,收集有关温度、气压、湿度等气象因子来计算水汽含量。常规水汽监测是通过相距上百千米的气象站每天放两次探空气球进行探测。这一资料的主要局限性是取决于风场;测站密度过稀、相邻两次探测之间间隔时间过长,…     

贵阳、河池可沉积含水量对比分析

根据贵阳、河池两个探空站的资料,对比分析贵阳和河池两地整层大气中的相对湿度、绝对湿度,探讨两地大气中的水汽含量存在差异的原因。并对贵阳和河池大气中的可沉积含水量变化情况进行比较,从而研究贵阳大气中可沉积含水量的利用价值。     

同化雷达反射率资料对一次飑线过程的模拟研究

在用集合卡曼滤波方法(EnKF)同化雷达径向风、雷达反演风和CGPS水汽资料的基础上,对2014年7月30日发生在安徽中东部的一次飑线过程采用雷达反射率资料对初始水汽场进行调整。该方法相对EnKF的模拟结果,在飑线强度、位置、持续时间、产生降水和地面风场方面均有改进。改进湿度场后飑线前部的地面辐合区模拟效果较好,这可能是飑线强度和位置模拟效果改进的原因之一。没有调整湿度场时飑线维持时间较短,且强度较弱,这是由于飑线后部的中层干冷空气夹卷较弱,且冷池很快远离飑线,不利飑线维持。调整湿度场后,飑线后部干冷空气夹卷较强,且在对流区下沉形成冷池,冷池位于飑线后部,有利飑线维持。夹卷加强的可能原因是:采用雷达反射率资料调整湿度场增加了中低层(600～900 hPa)湿度,大气不稳定性增加,对流发展造成低值系统增强,其南部的偏西风增强,导致飑线后部的干冷空气夹卷增强。该试验揭示了湿度调整、大气不稳定度改变造成的动力场调整对对流发展和组织的重要作用。     

日本数值预报产品温度露点差检验及订正方法

１引言温度露点差（Ｔ－Ｔｄ）是表示空气湿度状况的要素,（Ｔ－Ｔｄ）越小,说明空气中水汽含量越多。由于湿度不但是气温预报、降水预报的主要因子之一,而且是影响体感温度、人体舒适度、紫外线指数等专项预报服务项目的主要因子,因而湿度预报准确与否直接影响着温度预报、降水预报、部分专项预报的确率。因此检验我们日常预报业务中的主要指导预报产品—日本数值预报中的湿度预报,分析其误差具有重要意义。本文主要检验了日本数值预报中ＦＸＦＥ５７２、ＦＸＦＥ５７３传真图上的Ｔ－Ｔｄ的预报,并对影响系统及预报误差进行分析,找…     

水气相对运动方程

根据物理学中非均匀的混合气体的理论，本文得出了一个水汽相对运动方程和一个比湿方程。前者显示自由大气中的水汽会由于比湿、气压、温度分布的空晨不均匀和受力不等而产生相对于干空气的运动。这个方程还可以说明大气中层状云多，锋面附近、低压区、台风区多雨和台风眼中无雨等现象。比湿方程可用于计算由上述相对运动导致的空气比湿的变化。而承认本文提出的物理模型也就要求对已有的大气水分环流和降水机制作重要修正。     

中国地区空中云水资源气候分布特征及变化趋势

利用1984~2004年国际卫星云气候学计划（ISCCP）的云水路径（CWP）资料,分析了中国地区空中云水资源的分布特征、变化趋势以及与大气环流和湿度场的关系。研究发现,中国地区CWP的分布与大气环流、地形特征和大气湿度分布及水汽传输密切相关,中国地区CWP存在明显的季节变化,6月全国平均CWP最高,10月最低,不同地区季节变化差异明显。从变化趋势看,中国地区CWP以增加为主,青藏高原东部、内蒙古东部地区以及西北东部地区CWP的增加趋势较强。全国范围内,冬季和秋季CWP增加较大,春季和夏季增加较小。这些变化主要与大气环流变化导致的抬升运动的增强以及大气湿度（水汽）增加有关。中国地区空中云水资源在全球变暖的背景下表现出增加的趋势,符合气温增加导致水循环增强的观点。