Punkt rosy - Dew point

Punkt rosy to temperatura, do której powietrze musi zostać schłodzone, aby zostało nasycone parą wodną . Zakłada się, że ciśnienie powietrza i zawartość wody są stałe. Po dalszym schłodzeniu, unosząca się w powietrzu para wodna skondensuje się, tworząc ciekłą wodę ( rosę ). Kiedy powietrze schładza się do punktu rosy poprzez kontakt z powierzchnią, która jest zimniejsza niż powietrze, woda skrapla się na powierzchni.

Pomiar punktu rosy jest związany z wilgotnością . Wyższy punkt rosy oznacza, że w powietrzu jest więcej wilgoci.

Gdy temperatura jest poniżej punktu zamarzania wody, punkt rosy nazywa się punktem szronu , ponieważ szron powstaje raczej przez osadzanie niż kondensację, tworząc rosę .

W cieczach terminem równoważnym jest punkt zmętnienia.

Wilgotność

Jeśli wszystkie inne czynniki wpływające na wilgotność pozostają stałe, na poziomie gruntu wilgotność względna wzrasta wraz ze spadkiem temperatury; dzieje się tak, ponieważ do nasycenia powietrza potrzeba mniej pary. W normalnych warunkach temperatura punktu rosy nie będzie wyższa niż temperatura powietrza, ponieważ wilgotność względna zazwyczaj nie przekracza 100%.

Z technicznego punktu widzenia punkt rosy to temperatura, w której para wodna w próbce powietrza pod stałym ciśnieniem atmosferycznym skrapla się w ciekłą wodę z taką samą szybkością, z jaką paruje. W temperaturach poniżej punktu rosy szybkość kondensacji będzie większa niż parowania, tworząc bardziej płynną wodę. Skroplona woda nazywana jest rosą, gdy tworzy się na stałej powierzchni, lub szronem, jeśli zamarza. W powietrzu skondensowana woda nazywana jest mgłą lub chmurą , w zależności od wysokości, na której się tworzy. Jeśli temperatura jest poniżej punktu rosy i nie tworzy się rosa ani mgła, para nazywana jest przesyconą . Może się to zdarzyć, jeśli w powietrzu nie ma wystarczającej ilości cząstek, aby działały jako jądra kondensacji .

Wysoka wilgotność względna oznacza, że punkt rosy jest zbliżony do aktualnej temperatury powietrza. Wilgotność względna 100% wskazuje, że punkt rosy jest równy aktualnej temperaturze i że powietrze jest maksymalnie nasycone wodą. Gdy zawartość wilgoci pozostaje stała, a temperatura wzrasta, wilgotność względna spada, ale punkt rosy pozostaje stały.

Piloci lotnictwa ogólnego wykorzystują dane dotyczące punktu rosy do obliczania prawdopodobieństwa oblodzenia i mgły gaźnika oraz do oszacowania wysokości podstawy chmur w kształcie kumulacie .

Ten wykres pokazuje maksymalny procent masy pary wodnej, jaki może zawierać powietrze pod ciśnieniem na poziomie morza w różnych temperaturach. Przy niższym ciśnieniu otoczenia krzywa musi być narysowana powyżej aktualnej krzywej. Wyższe ciśnienie otoczenia daje krzywą pod krzywą prądu.

Zwiększenie ciśnienia atmosferycznego powoduje wzrost punktu rosy. Oznacza to, że jeśli ciśnienie wzrasta, masa pary wodnej na jednostkę objętości powietrza musi zostać zmniejszona, aby utrzymać ten sam punkt rosy. Rozważmy na przykład Nowy Jork (33 stopy lub 10 m wysokości) i Denver (5280 stóp lub 1610 m wysokości). Ponieważ Denver znajduje się na większej wysokości niż Nowy Jork, będzie miało niższe ciśnienie barometryczne. Oznacza to, że jeśli punkt rosy i temperatura w obu miastach są takie same, ilość pary wodnej w powietrzu będzie większa w Denver.

Związek z ludzkim komfortem

Gdy temperatura powietrza jest wysoka, organizm ludzki wykorzystuje parowanie potu do ochłodzenia, przy czym efekt chłodzenia jest bezpośrednio związany z szybkością parowania potu. Szybkość parowania potu zależy od tego, ile wilgoci znajduje się w powietrzu i ile wilgoci może zatrzymać powietrze. Jeśli powietrze jest już nasycone wilgocią (wilgotne), pot nie wyparuje. Termoregulacja organizmu spowoduje pocenie się, aby utrzymać ciało w normalnej temperaturze nawet wtedy, gdy tempo wytwarzania potu przekracza tempo parowania, więc w wilgotne dni można zostać pokrytym potem nawet bez wytwarzania dodatkowego ciepła (takiego jak podczas ćwiczeń).

Gdy powietrze otaczające ciało zostanie ogrzane ciepłem ciała, uniesie się i zostanie zastąpione innym powietrzem. Jeśli powietrze zostanie odsunięte od ciała za pomocą naturalnej bryzy lub wentylatora, pot będzie szybciej odparowywał, dzięki czemu pocenie się skuteczniej chłodzi ciało. Im więcej nieodparowanego potu, tym większy dyskomfort.

A mokrej TERMOMETER buLb również zastosowanie chłodzenia przez parowanie , dzięki czemu zapewnia dobre środki do stosowania w ocenie poziomu komfortu.

Dyskomfort występuje również, gdy punkt rosy jest bardzo niski (poniżej około -5 ° C lub 23 ° F). Suche powietrze może powodować pękanie skóry i łatwiejsze jej podrażnienie. Wysuszy również drogi oddechowe. Amerykańska Agencja Bezpieczeństwa i Higieny Pracy zaleca, aby powietrze w pomieszczeniach było utrzymywane w temperaturze 20–24,5°C (68–76°F) przy wilgotności względnej 20–60%, co odpowiada punktowi rosy około 4,0 do 16,5°C (39 do 62). °F) (poniżej obliczenia według prostych reguł).

Niższe punkty rosy, poniżej 10 °C (50 °F), korelują z niższymi temperaturami otoczenia i powodują, że ciało wymaga mniej chłodzenia. Niższy punkt rosy może iść w parze z wysoką temperaturą tylko przy wyjątkowo niskiej wilgotności względnej, co pozwala na stosunkowo efektywne chłodzenie.

Osoby zamieszkujące klimaty tropikalne i subtropikalne aklimatyzują się nieco do wyższych punktów rosy. Na przykład mieszkaniec Singapuru lub Miami może mieć wyższy próg dyskomfortu niż mieszkaniec klimatu umiarkowanego, takiego jak Londyn czy Chicago . Osoby przyzwyczajone do klimatu umiarkowanego często zaczynają czuć się nieswojo, gdy punkt rosy przekracza 15°C (59°F), podczas gdy dla innych punkt rosy do 18°C (64°F) jest komfortowy. Większość mieszkańców obszarów o umiarkowanym klimacie uzna punkt rosy powyżej 21 ° C (70 ° F) za uciążliwy i tropikalny, podczas gdy mieszkańcy gorących i wilgotnych obszarów mogą nie uważać tego za niewygodne. Komfort cieplny zależy nie tylko od fizycznych czynników środowiskowych, ale także od czynników psychologicznych.

Punkt rosy		Wilgotność względna przy 32 °C (90 °F)
Ponad 26°C	Ponad 80 ° F	73% i więcej
24-26°C	75-80 ° F	62-72%
21–24°C	70–74 ° F	52-61%
18–21°C	65-69 ° F	44-51%
16–18 °C	60–64 ° F	37-43%
13-16°C	55-59 ° F	31-36%
10–12°C	50–54 ° F	26-30%
Poniżej 10 °C	Poniżej 50 ° F	25% i mniej

Pomiar

Urządzenia zwane higrometrami służą do pomiaru punktu rosy w szerokim zakresie temperatur. Urządzenia te składają się z polerowanego metalowego lustra, które jest chłodzone, gdy przepuszczane jest nad nim powietrze. Temperatura, w której tworzy się rosa, jest z definicji punktem rosy. Ręczne urządzenia tego typu mogą być używane do kalibracji innych typów czujników wilgotności, a czujniki automatyczne mogą być używane w pętli sterowania z nawilżaczem lub osuszaczem do kontrolowania punktu rosy powietrza w budynku lub na mniejszej przestrzeni dla produkcji proces.

Obliczanie punktu rosy

Wykres zależności punktu rosy od temperatury powietrza dla kilku poziomów wilgotności względnej.

Dobrze znanym przybliżeniem używanym do obliczenia punktu rosy, T _dp , biorąc pod uwagę tylko rzeczywistą („termometr suchy”) temperaturę powietrza, T (w stopniach Celsjusza) i wilgotność względną (w procentach), RH, jest wzór Magnusa:

{\ Displaystyle {\ zacząć {wyrównany} \ gamma (T \ operatorname {RH} ) & = \ ln \ lewo ({\ Frac {\ operatorname {RH}} {100}} \ prawej) + {\ Frac {bT }{c+T}};\\[8pt]T_{\mathrm {dp} }&={\frac {c\gamma (T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma (T,\mathrm {RH} )}};\end{wyrównany}}}

Pełniejsza preparat i pochodzenie aproksymacji polega na powiązanych ze sobą nasycony wodą Ciśnienie pary (w jednostkach milibarów , zwane również hektopaskala ) w temperaturze T , P _s ( T ), a rzeczywistym ciśnienia pary (również w jednostkach milibarów), P _a, ( T ), które można znaleźć za pomocą RH lub w przybliżeniu za pomocą ciśnienia barometrycznego (w milibarach), BP _mbar i temperatury „ wilgotnego termometru ”, T _w jest (o ile nie podano inaczej, wszystkie temperatury są wyrażone w stopniach Celsjusza ):

{\ Displaystyle {\ zacząć {wyrównany} P_ {\ operatorname {s}} (T) i = {\ Frac {100} {\ operatorname {RH}}} P_ {\ operatorname {a}} (T) = ae ^ {\frac {bT}{c+T}};\\[8pt]P_{\mathrm {a} }(T)&={\frac {\mathrm {RH} }{100}}P_{\mathrm { s} }(T)=ae^{\gamma (T,\mathrm {RH} )}\\&\ok P_{\mathrm {s} }(T_{\mathrm {w} })-BP_{\mathrm {mbar} }0.00066\left(1+0.00115T_{\mathrm {w} }\right)\left(T-T_{\mathrm {w} }\right);\\[8pt]T_{\mathrm {dp } }&={\frac {c\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }( T)}{a}}}};\end{wyrównany}}}

Aby uzyskać większą dokładność, P _s ( T ) (a zatem γ ( T , RH)) można ulepszyć , używając części modyfikacji Bögla , znanej również jako równanie Ardena Bucka , które dodaje czwartą stałą d :

{\ Displaystyle {\ zacząć {wyrównany} P_ {\ operatorname {s, m}} (T) i = ae ^ {\ lewo (b-{\ Frac {T} {d}} \ prawej) \ lewo ({\ frac {T}{c+T}}\right)};\\[8pt]\gamma _{\mathrm {m} }(T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac { \mathrm {RH} }{100}}e^{\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right)} \right);\\[8pt]T_{dp}&={\frac {c\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-\ln {\ frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}}={\frac {c\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}{\frac {P_ {\mathrm {s,m} }(T)}{a}}\right)}{b-\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}{\frac {P_{\ mathrm {s,m} }(T)}{a}}\right)}}={\frac {c\gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma _{m }(T,\mathrm {RH} )}};\end{wyrównany}}}

gdzie

a = 6,1121 mbar, b = 18,678, c = 257,14 °C, d = 234,5 °C.

W użyciu jest kilka różnych zestawów stałych. Te wykorzystane w prezentacji NOAA zostały zaczerpnięte z artykułu Davida Boltona w Monthly Weather Review z 1980 roku :

a = 6,112 mbar, b = 17,67, c = 243,5 °C.

Wyceny te zapewniają maksymalny błąd 0,1%, dla -30 °C ≤ T ≤ 35 °C i 1% < RH < 100% . Na uwagę zasługuje również Sonntag1990,

a = 6,112 mbar, b = 17,62, c = 243,12 °C; dla −45 °C ≤ T ≤ 60 °C (błąd ±0,35 °C).

Inny powszechny zestaw wartości pochodzi z wykresów psychrometryczno-psychrometrycznych z 1974 roku , przedstawionych przez Paroscientific ,

a = 6,105 mbar, b = 17,27, c = 237,7°C; dla 0 °C ≤ T ≤ 60 °C (błąd ±0,4 °C).

Ponadto w Journal of Applied Meteorology and Climatology Arden Buck przedstawia kilka różnych zestawów wycen, z różnymi błędami maksymalnymi dla różnych zakresów temperatur. Dwa poszczególne zestawy zapewniają zakres od -40 ° C do + 50 ° C między nimi, z jeszcze niższym maksymalnym błędem we wskazanym zakresie niż wszystkie powyższe zestawy:

a = 6,1121 mbar, b = 17,368, c = 238,88 °C; dla 0°C ≤ T ≤ 50°C (błąd ≤ 0,05%).
a = 6,1121 mbar, b = 17,966, c = 247,15 °C; dla −40 °C ≤ T ≤ 0 °C (błąd ≤ 0,06%).

Proste przybliżenie

Istnieje również bardzo proste przybliżenie, które pozwala na przeliczenie punktu rosy, temperatury i wilgotności względnej. To podejście jest dokładne z dokładnością do około ±1 °C, o ile wilgotność względna wynosi powyżej 50%:

{\ Displaystyle {\ zacząć {wyrównany} T_ {\ operatorname {DP}} i \ około T-{\ Frac {100-\ operatorname {RH}} {5}}; \ \ [5 pkt] \ operatorname {RH} i \ok 100-5(T-T_{\mathrm {dp} });\end{wyrównany}}}

Można to wyrazić prostą praktyczną zasadą:

Na każdy 1 °C różnicy temperatury punktu rosy i temperatury termometru suchego wilgotność względna spada o 5%, zaczynając od RH = 100%, gdy punkt rosy jest równy temperaturze termometru suchego.

Wyprowadzenie tego podejścia, omówienie jego dokładności, porównania z innymi przybliżeniami oraz więcej informacji na temat historii i zastosowań punktu rosy można znaleźć w artykule opublikowanym w Biuletynie Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego .

Dla temperatur w stopniach Fahrenheita te przybliżenia dają

{\ Displaystyle {\ zacząć {wyrównany} T_ {\ operatorname {DP, ^ {\ circ} F} } i \ około T_ {\ operatorname {{} ^ {\ circ} F} } - {\ tfrac {9} 25}}\left(100-\mathrm {RH} \right);\\[5pt]\mathrm {RH} &\około 100-{\tfrac {25}{9}}\left(T_{\mathrm { {}^{\circ }F} }-T_{\mathrm {dp,^{\circ }F} }\right);\end{aligned}}}

Na przykład wilgotność względna 100% oznacza, że punkt rosy jest taki sam jak temperatura powietrza. Dla 90% wilgotności względnej punkt rosy jest o 3 °F niższy niż temperatura powietrza. Na każde 10 procent niższe, punkt rosy spada o 3 °F.

Punkt mrozu

Punkt mróz jest zbliżona do temperatury punktu rosy, że jest to temperatura, do której dana przesyłka wilgotnego powietrza musi być chłodzona, przy stałym ciśnieniu atmosferycznym , do pary wodnej być osadzane na powierzchni jako kryształy lodu , bez przeprowadzania fazy ciekłej ( porównaj z sublimacją ). Punkt szronu dla danej działki powietrza jest zawsze wyższy niż punkt rosy, ponieważ zerwanie silniejszego wiązania cząsteczek wody na powierzchni lodu w porównaniu z powierzchnią wody w stanie ciekłym wymaga wyższej temperatury.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Często potrzebne odpowiedzi na temat temperatury, wilgotności i punktu rosy ze strony sci.geo.meteorology

Languages

In other projects