آب در هوا؛ بخار آب در هوا؛ رطوبت مطلق و رطوبت نسبی؛ نقطه شبنم

بخار آب در هوا

تقریباً در تمام نقاط زمین، هوا همیشه مقداری بخارا به همراه دارد و می‌توان گفت که هوای خشک عملاً وجود ندارد. ولی مقدار بخار آب موجود در هوا در نقاط مختلف، متفاوت است. آیا تاکنون در ماه‌های گرم سال به شهرهای سواحل خلیج فارس سفر کرده‌اید؟

آیا در مورد هوای شرجی اطلاعات و یا تجربه‌ای دارید؟ مسلمان هموطنان ما در استان‌های جنوبی و شمالی، که در نزدیک دریا زندگی می‌کنند، با این نوع آب و هوا آشنایی دارند.

شرجی بودن در هوا به میزان بخار آب موجود در هوا و دمای محیط بستگی دارد. برای بیان وضعیت بخار آب موجود در هوا از دو اصطلاح رطوبت مطلق و رطوبت نسبی استفاده می‌کنند.

رطوبت مطلق: جرم بخار آب موجود در واحد حجم هوا را، رطوبت مطلق می گویند.

باید توجه داشت که ظرفیت جذب بخار آب هوا محدود است و در هر ماه، هوا قادر است مقدار مشخصی بخار آب را به خود جذب کند. مواد مثال مقدار رطوبت لازم برای اشباع هوا در چند دمای مختلف، در شکل ۱ درج شده است. اعداد به خوبی نشانگر این واقعیت‌اند که هرچه دمای هوا بالاتر باشد، قابلیت جذب بخار آن نیز بیشتر می‌شود.

شکل ۱- چه رابطه‌اى میان افزایش دماى هوا و مقدار بخار آب اشباع وجود دارد؟

• چرا در زمستان‌ها روی قسمت داخلی شیشه‌های اتاق قطره‌های ریز آب می‌نشیند؟

رطوبت نسبی: رطوبت مطلق هوا برای بیان کیفیت هوا کافی نیست، زیرا گاهی در هوایی که رطوبت آن ۵ گرم در متر مکعب است، به آسانی تنفس می‌کنیم، حال آنکه ممکن است در دمای بالاتر، با رطوبت ۸ گرم در متر مکعب، احساس خشکی کنیم. برای بیان کیفیت هوا از نقطه نظر مقایسه آن با حالت اشباع، از اصطلاح رطوبت نسبی استفاده می‌کنند. برای به دست آوردن رطوبت نسبی از روش‌های زیر استفاده می‌شود:

۱- استفاده از رابطه‌ی رطوبت نسبی:

به عنوان مثال، اگر رطوبت مطلق هوای در دمای ۳۵ درجه، گرمی در متر مکعب باشد، با توجه به شکل ۱، رطوبت نسبی آن ۲۵ درصد خواهد شد:

مقدار رطوبت موجود در هوا، ۲۵ درصد مقدار رطوبت لازم برای اشباع آن است.

۲- دماسنج تر و خشک: ساده ترین روش برای اندازه‌گیری رطوبت نسبی هوا، استفاده از دو دماسنج مشابه است که در کنار هم قرار گرفته‌اند (شکل ۲).

مخزن جیوه یکی از دو دماسنج را در پارچه‌ای می‌پیچند و پارچه را داخل ظرف آب قرار می‌دهند و به آن دماسنج تر می‌گویند. این دماسنج معمولاً دمای کمتری را نسبت به دماسنج دیگر (دماسنج خشک) نشان می‌دهد، زیرا آبی که اطراف پارچه تبخیر می‌شود، مقداری گرما از مخزن می‌گیرد.

شکل ۲- دماسنج خشک و تر

برای به دست آوردن رطوبت نسبی، ابتدا تفاضل دمای دماسنج خشک و دماسنج تر را به دست می‌آوریم. عدد حاصل نشان‌دهنده شماره‌ی ستون و دمای دماسنج خشک نشان دهنده‌ی ردیف در جدول صفحه بعد می‌باشد. محل تلاقی ستون و ردیف مذکور رطوبت نسبی را نشان می‌دهد.

• اگر دمای دماسنج خشک و دماسنج تر به ترتیب ۲۸ و ۲۵ درجه سانتیگراد باشد، رطوبت نسبی چند درصد می‌باشد؟
• در فصل سرما، وقتی راننده‌ها ملاحظه می‌کنند که شیشه‌های اتومبیل از داخل «عرق کرده» است، یکی از شیشه‌ها را پایین می‌آورند تا بخار روی شیشه برطرف شود. علت چیست؟

نقطه شبنم: در بعضی روزها در صبح زود، بر روی برگ گیاهان و گل برگ گل‌ها، قطرات ریز آب را می‌بینیم که به آن شبنم می‌گویند. در واقع بدون آنکه باران بارید باشد، زمین خیس است، علت تشکیل شبنم چیست؟

مقدار رطوبت لازم برای اشباع هوا در دماهای مختلف فرق می‌کند، فرض می‌کنیم که در ابتدای شب، دمای هوا ۲۰ درجه سانتیگراد و رطوبت مطلق آن ۱۲/۸ گرم در متر مکعب باشد. واضح است که چنین هوایی با توجه به شکل ۱ اشباع نیست. در طول شب در ما کاهش می‌یابد. هنگامی که دما به ۱۵ درجه سانتیگراد برسد، رطوبت موجود در هوا و رطوبت لازم برای اشباع آن در این دما برابر می‌شوند. بنابراین، هوا به حالت اشباع در می‌آید.

دمایی را که در آن، رطوبت هوای غیر‌اشباع به حالت اشباع در‌می‌آید، نقطه شبنم می‌گویند که در مثال مورد نظر، این دما ۱۵ درجه سانتی‌گراد است. حال اگر دما از این حد هم کمتر شود، رطوبت موجود در هوا بیش از ظرفیت آن است و بنابراین مازاد آن به صورت مایع (شبنم) در جاهای سرد (مثل برگ گیاهان) می‌نشیند.

مه و ابر: ابر، مجموعه‌ای از قطرات خیلی ریز آب یا تکه‌های کوچک یخ است. برای تشکیل ابر، باید هوای مرطوب، سرد شود و دمای آن به پایین‌تر از نقطه شبنم برسد. با تشکیل قطرات آب یا تکه‌های یخ، این ذرات در هوا معلق می‌مانند و مجموعه آن‌ها ابرها تشکیل می‌دهند.

مواردی چون مخلوط شدن در هوای مرطوب با هوای سردتر، رفتن هوا به منطقه سردتر، سرد شدن هوا به علت باریدن به قطرات باران سرد بر روی آن و یا انبساط فوری هوا باعث پایین آمدن دمای هوا می‌شوند.

از نظر کلی، ابر و مه تفاوتی ندارد، فقط مه قسمت های پایین و ابر در نواحی بالا تشکیل می‌شود. ارتفاع مه در بعضی موارد بسیار کم است و در سطح زمین هم ممکن است تشکیل شود. به عنوان مثال، گردنه‌های مرتفع مثل گردنه‌های حیران در اردبیل، خوش ییلاق در حوالی شاهرود و گردنه‌ی ورسک در جاده فیروزکوه، در بیشتر مواقع مه‌آلود هستند.

قطر ذرات آب تشکیل دهنده ابر و مه از ۰/۰۲ میلی متر تجاوز نمی‌کند. گرچه این قطرات با سرعت کم به سمت زمین حرکت می‌کنند، اما جریان هوای بسیار ضعیف هم آن‌ها را مجدداً به سمت بالا می‌کشاند.

البته ممکن است این ذرات به توده‌ای از هوا برخورد کنند که دمای بالا و رطوبت کم داشته باشد، که در این صورت مجدداً به بخار آب تبدیل می‌شوند.

اقسام ابر: ابرها در آسمان به شکل‌های مختلفی دیده می‌شوند، از نظر ارتفاع با هم تفاوت دارند از نظر تولید برق و باران نیز متفاوت‌اند.

اصولاً ابرها را به سه دسته کلی لایه‌ای (استراتوس)، توده‌ای (کومولوس) و پر مانند (سیروس) تقسیم می‌کنند. ابری که مشخصات دو دسته از ابرها را داشته باشد، به نام هر دو نامیده می‌شود. (مثل ابرهای سیرواستراتوس و سیروکومولوس)، از سوی دیگر، اگر ارتفاع تشکیل ابر بیش از ارتفاع معمولی ابرها باشد در جلوی نام آن پیشبند آلتو قرار می‌دهند و اگر ابرقدرت بارندگی داشته باشد، جلوی نام آن کلمه‌ی نیمبوس را به کار می‌برند.

معمولا بخار آب موجود در هوا، به طور مستقیم به باران تبدیل نمی‌شود. برای آنکه بارندگی رخ دهد، ذرات تشکیل دهنده‌ی ابر باید به قدر کافی بزرگ و سنگین شوند تا بتوانند سقوط کنند. در نتیجه، برای ایجاد بارش‌های قابل توجه، باید قطرات و بلورهای داخل ابر، بر اثر برخورد و پیوستن به هم، به اندازه‌ی کافی روی رشد کنند.

شکل ۳- اقسام ابر

وزن قطرات اولیه باران به هنگام سقوط ممکن است در اثر جمع شدن با سایر ذرات اضافه شده و قطره‌ی باران درشت تر شود. گاهی نیز ممکن است برعکس، در ضمن سقوط، قطره‌ی اولیه گرم شده و تمام یا قسمتی از آن تبخیر شود.

آب و هوا (اقلیم)

آب و هوا یا اقلیم هر منطقه، تابع دو عامل اصلی دما و بارش است. از آنجا که مقدار بارندگی، رطوبت و دمای هوا در قسمتهای مختلف متفاوت است، در مناطق مختلف زمین، آب و هوای متفاوتی وجود دارد. در شکل ۴، میزان بارندگی و تبخیر در عرض‌های جغرافیایی مختلف نشان داده شده است. همانطور که در این شکل می‌بینید، کم باران در عرض‌های جغرافیایی ۲۵ درجه شمالی و ۳۰ درجه جنوبی واقع اند و در این نواحی، میزان تبخیر بیش از مقدار بارندگی است. از سوی دیگر، بادهای این مناطق خشک‌اند و می‌توانند رطوبت زیادی را جذب کنند. در بیابان‌های دنیا در این مناطق قرار دارند.

شکل ۴- مقدار بارندگی و تبخیر سالانه در عرض‌هاى جغرافیایى مختلف

در اطراف استوا، مقدار بارندگی بیشتر از زمان تبخیر است. این وضعیت در عرض‌های جغرافیایی ۴۰ تا ۵۰ درجه نیز دیده می‌شود. علت آن برخورد بادهای مخالفی است که از جانب قطب و منطقه‌ی معتدله می‌وزند و در این مناطق جبهه‌های پربارانی را تشکیل می‌دهند.