Punkt rosy

Ten artykuł dotyczy meteorologicznego punktu rosy. Termin ropopochodny można znaleźć w punkcie punktu rosy węglowodorów .

Punkt rosy to temperatura , do której powietrze musi zostać schłodzone, aby zostało nasycone parą wodną , ​​przy założeniu stałego ciśnienia powietrza i zawartości wody. Po schłodzeniu poniżej punktu rosy wilgoci jest zmniejszona, a unosząca się w powietrzu para wodna skrapla się , tworząc ciekłą wodę zwaną rosą . Gdy nastąpi to w wyniku kontaktu z zimniejszą powierzchnią, na tej powierzchni pojawi się rosa.

Na punkt rosy ma wpływ wilgotność . Im więcej wilgoci w powietrzu, tym punkt rosy jest wyższy.

Gdy temperatura jest niższa od punktu zamarzania wody, punkt rosy nazywany jest punktem zamarzania , ponieważ szron powstaje raczej w wyniku osadzania się niż skraplania. W cieczach odpowiednikiem punktu rosy jest punkt mętnienia .

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 od temperatury powietrza, ponieważ wilgotność względna zwykle nie przekracza 100%.

Z technicznego punktu widzenia punkt rosy to temperatura, w której para wodna w próbce powietrza przy stałym ciśnieniu barometrycznym skrapla się do ciekłej wody z taką samą szybkością , z jaką paruje. W temperaturach poniżej punktu rosy szybkość skraplania będzie większa niż parowania, tworząc więcej wody w stanie ciekłym. Skroplona woda nazywana jest rosą , gdy tworzy się na twardej powierzchni, lub szronem, jeśli zamarza. W powietrzu skroplona 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 liczby cząstek, które mogłyby działać jako jądra kondensacji .

Punkt rosy zależy od ilości pary wodnej zawartej w powietrzu. Jeśli powietrze jest bardzo suche i zawiera niewiele cząsteczek wody, punkt rosy jest niski, a powierzchnie muszą być znacznie chłodniejsze niż powietrze, aby doszło do kondensacji. Jeśli powietrze jest bardzo wilgotne i zawiera dużo cząsteczek wody, punkt rosy jest wysoki i na powierzchniach, które są tylko o kilka stopni chłodniejsze od powietrza, może wystąpić kondensacja.

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

lotnictwa ogólnego wykorzystują dane punktu rosy do obliczania prawdopodobieństwa oblodzenia gaźnika i mgły oraz do oszacowania wysokości podstawy chmur skumulowanych .

Ten wykres pokazuje maksymalny procent masowy pary wodnej, jaki może zawierać powietrze pod ciśnieniem na poziomie morza w różnych temperaturach. W przypadku niższego ciśnienia otoczenia należy narysować krzywą powyżej krzywej prądu. Wyższe ciśnienie otoczenia daje krzywą pod krzywą prądu.

Zwiększenie ciśnienia barometrycznego zwiększa punkt rosy. Oznacza to, że przy wzroście ciśnienia 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 nad poziomem morza) i Denver (5280 stóp lub 1610 m nad poziomem morza). 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.

Stosunek do komfortu człowieka

Kiedy temperatura powietrza jest wysoka, organizm ludzki wykorzystuje parowanie potu do ochłodzenia, a efekt chłodzenia jest bezpośrednio związany z szybkością odparowywania potu. Szybkość, z jaką pot może odparowywać, zależy od tego, ile wilgoci znajduje się w powietrzu i ile wilgoci może pomieścić powietrze. Jeśli powietrze jest już nasycone wilgocią (wilgotne), pot nie odparuje. Termoregulacja organizmu będzie wytwarzać pot, aby utrzymać ciało w jego normalnej temperaturze, nawet jeśli tempo, w jakim wytwarza pot przekracza szybkość parowania, więc można pocić się w wilgotne dni, nawet bez generowania dodatkowego ciepła ciała (np. jak ćwicząc).

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 szybciej odparuje, dzięki czemu pot będzie skuteczniej chłodził ciało. Im więcej nieodparowanego potu, tym większy dyskomfort.

Termometr z mokrym termometrem również wykorzystuje chłodzenie wyparne , więc stanowi dobrą miarę do oceny poziomu komfortu.

Dyskomfort występuje również, gdy punkt rosy jest bardzo niski (poniżej około -5 ° C lub 23 ° F). Bardziej suche powietrze może powodować pękanie skóry i łatwiejsze podrażnienia. Wysusza również drogi oddechowe. Amerykański Urząd ds. Bezpieczeństwa i Higieny Pracy zaleca utrzymywanie powietrza w pomieszczeniach w temperaturze 20–24,5°C (68–76°F) przy wilgotności względnej 20–60%, co odpowiada temperaturze punktu rosy około 4,0 do 16,5°C (39 do 62 °F) (według prostych obliczeń poniżej).

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

Ludzie zamieszkujący klimaty tropikalne i subtropikalne nieco aklimatyzują się do wyższych punktów rosy. Tak więc na przykład mieszkaniec Singapuru lub Miami może mieć wyższy próg dyskomfortu niż mieszkaniec klimatu umiarkowanego, takiego jak Londyn czy Chicago . Ludzie przyzwyczajeni do klimatu umiarkowanego często zaczynają czuć się nieswojo, gdy punkt rosy przekracza 15 ° C (59 ° F), podczas gdy inni mogą uznać punkt rosy do 18 ° C (64 ° F) za komfortowy. Większość mieszkańców obszarów o klimacie umiarkowanym uzna punkt rosy powyżej 21 ° C (70 ° F) za uciążliwy i podobny do tropikalnego, podczas gdy mieszkańcy obszarów gorących i wilgotnych mogą nie odczuwać tego dyskomfortu. Komfort termiczny zależy nie tylko od fizycznych czynników środowiskowych, ale także od czynników psychologicznych.

Rekordy pogodowe punktu rosy

• Najwyższa temperatura punktu rosy: punkt rosy 35 ° C (95 ° F) - podczas gdy temperatura wynosiła 42 ° C (108 ° F) - zaobserwowano w Dhahran , Arabia Saudyjska, o godzinie 15:00 w dniu 8 lipca 2003 r.
• Najwyższa temperatura przy 100% wilgotności względnej : Temperatura 34 ° C (93 ° F) przy 100% wilgotności względnej w Jask , Iran , 21 lipca 2012 r.

Pomiar

Urządzenia zwane higrometrami służą do pomiaru punktu rosy w szerokim zakresie temperatur. Urządzenia te składają się z polerowanego metalowego lustra, które jest chłodzone podczas przepuszczania przez nie powietrza. Temperatura, w której tworzy się rosa, jest z definicji punktem rosy. Urządzenia ręczne tego typu mogą służyć do kalibracji innych typów czujników wilgotności, a czujniki automatyczne mogą być stosowane w pętli kontrolnej z nawilżaczem lub osuszaczem do kontroli punktu rosy powietrza w budynku lub w mniejszej przestrzeni przeznaczonej na produkcję proces.

Punkt rosy		Wilgotność względna przy 32°C (90°F)
Ponad 27°C	Ponad 80 ° F	73% i więcej
24–26°C	75–79 ° 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

Obliczanie punktu rosy

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

Zobacz też: Wykres psychrometryczny

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

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

Bardziej kompletne sformułowanie i pochodzenie tego przybliżenia obejmuje powiązane ciśnienie pary wodnej nasyconej (w jednostkach milibarów , zwanych także hektopaskalami ) w T , P _s ( T ) i rzeczywistą prężność pary (również w jednostkach milibarów), P _a ( T ), którą można znaleźć za pomocą RH lub w przybliżeniu za pomocą ciśnienia barometrycznego (w milibarach), BP _mbar i temperatury „ mokrego termometru ”, Tw _wynosi (o ile nie zaznaczono inaczej, wszystkie temperatury są wyrażone w stopniach Celsjusza ):

$${\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} P _ {\ operatorname {s}} (T) & = {\ Frac {100} {\ operatorname {RH}}} P _ {\ operatorname {a}} (T) = ae ^ {\frac {bT}{c+T}};\\[8pt]P_{\mathrm {a}}(T)&={\frac {\mathrm {RH}}}{100}}P_{\mathrm { s} }(T)=ae^{\gamma (T,\mathrm {RH} )}\\&\około P_{\mathrm {s} }(T_{\mathrm {w} })-BP_{\mathrm {mbar} }0,00066\left(1+0,00115T_{\mathrm {w}}\right)\left(T-T_{\namehrm {w}}\right);\\[8pt]T_{\namerm {dp } }&={\frac {c\ln {\frac {P_{\mathrm {a}}(T)}{a}}}{b-\ln {\frac {P_{\mathrm {a}}( T)}{a}}}};\end{wyrównane}}}$$

Dla większej dokładności P _s ( T ) (a zatem γ ( T , RH)) można ulepszyć, używając części modyfikacji Bögla , znanej również jako równanie Ardena Bucka , która dodaje czwartą stałą d :

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

gdzie

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

W użyciu jest kilka różnych zestawów stałych. Te użyte w NOAA pochodzą z artykułu Davida Boltona z 1980 roku w Monthly Weather Review :

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

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

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

Inny wspólny zestaw wartości pochodzi z wykresów psychrometrycznych i psychrometrycznych z 1974 r. , przedstawionych przez Paroscientific ,

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

Również w Journal of Applied Meteorology and Climatology Arden Buck przedstawia kilka różnych zestawów wycen, z różnymi maksymalnymi błędami dla różnych zakresów temperatur. Dwa konkretne 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 mbara, b = 17,368, c = 238,88°C; dla 0°C ≤ T ≤ 50°C (błąd ≤ 0,05%).
• a = 6,1121 mbara, b = 17,966, c = 247,15°C; dla −40°C ≤ T ≤ 0°C (błąd ≤ 0,06%).

Proste przybliżenie

Istnieje również bardzo proste przybliżenie, które umożliwia konwersję między punktem rosy, temperaturą i wilgotnością względną. To podejście jest dokładne z dokładnością do około ±1°C, o ile wilgotność względna przekracza 50%:

$${\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} T _ {\ operatorname {dp}} & \ około T - {\ Frac {100- \ operatorname {RH}} {5}}; \\ [5pt] \ operatorname {RH} & \około 100-5(T-T_{\mathrm {dp}});\end{wyrównane}}}$$

Można to wyrazić prostą zasadą praktyczną:

Na każdy 1°C różnicy w temperaturze 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 .

W przypadku temperatur w stopniach Fahrenheita przybliżenia te działają do

$${\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} T _ {\ operatorname {dp, ^ {\ circ} F}} & \ około T _ {\ operatorname {{} ^ {\ circ} F}} - {\ tfrac {9} 25}}\left(100-\mathrm {RH} \right);\\[5pt]\mathrm {RH} &\około 100-{\tfrac {25}{9}}\left(T_{\mathrm { {}^{\circ}F}}-T_{\mathrm {dp,^{\circ}F}}\right);\end{wyrównane}}}$$

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

Punkt mrozu

Punkt szronu jest podobny do punktu rosy, ponieważ jest to temperatura, do której należy schłodzić daną porcję wilgotnego powietrza przy stałym ciśnieniu atmosferycznym , aby para wodna osadziła się na powierzchni w postaci kryształków lodu bez przechodzenia w fazę ciekłą ( porównać z sublimacją ). Punkt zamarzania danej porcji powietrza jest zawsze wyższy niż punkt rosy, ponieważ zerwanie silniejszego wiązania między cząsteczkami wody na powierzchni lodu w porównaniu z powierzchnią ( przechłodzonej ) wody w stanie ciekłym wymaga wyższej temperatury.

Zobacz też

• Bombelkowe punkty
• Ciepło gaźnika
• Punkt rosy węglowodorów
• Psychometria
• Diagramy termodynamiczne

Linki zewnętrzne

• Często potrzebne odpowiedzi na temat temperatury, wilgotności i punktu rosy z sci.geo.meteorology