Суточный и годовой ход влажности воздуха

Суточный ход влажности воздуха. Влажность воздуха определяется скоростью испарения с поверхности Земли, температурой воздуха и условиями вертикального перемешивания воздушных масс. Все эти факторы изменяются как во времени, так и в пространстве. Из этого следует, что такие же изменения должны наблюдаться и в ходе влажности воздуха. Они могут быть как периодическими, так и апериодическими. Периодические изменения влажности воздуха имеют суточный и годовой характер (суточный и годовой ход).

Над морями и океанами суточные изменения влажности воздуха сравнительно малы, так как суточные изменения всех перечисленных выше факторов невелики. Схематизированный пример суточного хода упругости водяного пара (численно близкой к абсолютной влажности воздуха) и относительной влажности представлен на рис. 101, на котором сплошными линиями показана абсолютная влажность воздуха, а пунктиром — относительная влажность над морем (рис. 101, а) и над берегом (рис. 101, б) при ветре с моря. Из рисунка видно что абсолютная влажность воздуха увеличивается от восхода Солнца до послеполуденных часов, а затем уменьшается.

Такой ход абсолютной влажности объясняется увеличением испарения под влиянием дневного притока солнечного тепла к водной поверхности. Дневным увеличением испарения с водной поверхности частично объясняется то, что суточный ход температуры воды мало заметен, значительная доля солнечного тепла расходуется на испарение.

Характерной особенностью суточного хода влажности воздуха над морями и океанами является то, что абсолютная и относительная влажность днем увеличиваются. Это связано с тем, что из-за испарения влагосодержание увеличивается, а насыщающая упругость водяного пара изменяется незначительно, так как суточный ход температуры воздуха очень мал.

Казалось бы, что аналогичный суточный ход влажности следовало ожидать и над побережьем, когда дует устойчивый ветер с моря. Однако это не так. Как следует из графиков, абсолютная влажность воздуха над берегом действительно возрастает к полудню, причем более сильно, чем над морем, но относительная влажность имеет противоположный ход; ее минимум отмечается в послеполуденные часы.

Вблизи берега при этих условиях в дневные часы испарение более значительное, чем над открытым морем, поскольку суточные изменения температуры воды в мелководном районе больше, чем над открытым морем, где значительная доля солнечного тепла уходит на прогрев более глубоких вод путем их перемешивания.

Отсюда следует, что влагосодержание воздуха вблизи берегов возрастает быстрее, чем над открытым морем. Дневное же уменьшение относительной влажности обязано быстрому увеличению насыщающей упругости водяного пара, которое происходит за счет повышения температуры воздуха, прогревающегося от земной поверхности. По этим же причинам над континентом суточный ход относительной влажности воздуха всюду противоположен суточному ходу абсолютной влажности и температуры воздуха. Над континентом суточный ход влажности воздуха, аналогичный представленному на рис. 101, наблюдается в тех случаях, когда вертикальное перемешивание невелико, т. е в устойчивых воздушных массах.

Несколько иные суточные изменения влажности воздуха наблюдаются при устойчивых береговых ветрах (рис. 102). У побережья (рис. 102, а) в таких случаях суточный ход абсолютной влажности (сплошная линия) имеет два максимума, которые приходятся приблизительно на 10 и 22 часа, и два минимума — ночной и около 16 час. Относительная влажность (пунктир) имеет противоположный ход. Это типичный суточный ход влажности над континентом. В прибрежной зоне моря, порядка 100 миль от берега (рис. 102, б), суточный ход абсолютной влажности воздуха аналогичен таковому над берегом, однако амплитуда его много меньше, чем над берегом, а по фазе он сдвинут в сторону запаздывания. Обращает на себя внимание то, что и при береговых ветрах кривая относительной влажности воздуха параллельна кривой абсолютной влажности воздуха.

Над сушей минимум абсолютной влажности, наблюдающийся в послеполуденные часы, обязан интенсивным восходящим токам воздуха в это время. Они уносят пары в верхние слои атмосферы.

В прибрежной зоне моря на расстояниях в сотни километров амплитуда суточного хода влажности убывает с удалением от берега, сопровождаясь запаздыванием по фазе. Это происходит потому, что воздушный поток, движущийся с континента, благодаря испарению с водной поверхности быстро увлажняется, его влагосодержание приближается к некоторому установившемуся состоянию. Однако начальное увеличение влагосодержания в результате суточного хода над сушей сказывается вплоть до некоторого предельного расстояния, поэтому двойные максимумы и минимумы сохраняются, смещаясь по фазе в сторону запаздывания по мере удаления от берега. То, что ход относительной влажности воздуха при этом параллелен ходу абсолютной влажности, показывает, что обогащение воздуха водяным паром происходит быстрее, чем изменение температуры.

На рис. 103 представлены графики изменения упругости водяного пара по мере движения воздушной массы от берега в море. В теплых воздушных массах (сплошная линия) резкое увеличение влагосодержания отмечается до расстояний порядка 70—90 миль, а в холодных (пунктирная линия) до 50—60 миль; с дальнейшим удалением увеличение влажности замедляется. В соответствии с этим в холодных воздушных массах суточные колебания влажности воздуха затухают быстрее, чем в теплых, поскольку в неустойчивых массах из-за большей турбулентности воздушных потоков обогащение воздуха водяным паром происходит быстрее, чем в устойчивых. Суточные колебания влажности воздуха уменьшаются с высотой, подобно суточным колебаниям температуры.

Апериодические изменения влажности воздуха связаны с трансформацией воздушных масс (изменением ее свойств по мере движения), пример которой представлен на последнем рисунке, с их сменой, с прохождением атмосферных фронтов, а также с динамическими процессами внутри воздушных масс.

К числу таких процессов относятся нисходящие движения воздушных масс в областях роста атмосферного давления, а также локальные повышения давления воздуха. При наличии первых адиабатическое повышение температуры приводит к понижению относительной влажности воздуха. Абсолютная влажность воздуха при этом также падает, так как сверху вниз поступают массы воздуха с небольшим содержанием водяного пара. Локальное повышение давления воздуха действует на относительную влажность таким же образом, однако ее понижение, как правило, не превосходит 5%. Абсолютная влажность воздуха при этом не изменяется.

Годовой ход влажности воздуха. В годовом ходе минимальные величины абсолютной влажности наблюдаются зимой, а максимальные — летом, т. е. и здесь ход абсолютной влажности параллелен ходу температуры воздуха. Минимум относительной влажности приходится на лето, а максимум — на зиму, хотя в отдельных случаях (например, при муссонах) может иметь место и обратная картина.

Географическое распределение влажности воздуха. Абсолютная влажность, следуя ходу температуры воздуха, убывает с увеличением широты; в экваториальной зоне средние ее значения порядка 18-20 мб, в полярных районах около 1-2 мб. Относительная влажность почти не изменяется с широтой, за исключением тропической зоны над континентами, где она около 30-40%. Однако относительная влажность меняется в зависимости от характера подстилающей поверхности. Так, над океанами она круглый год близка к 80%, в глубь же материков обычно падает; и только в холодное время года при низких температурах она и внутри континентов часто сохраняется довольно высокой. Максимальные значения абсолютной влажности наблюдались в Красном море — до 31,9 мб; минимальные — в Антарктике около 0,1 мб.

Максимальное среднегодовое значение относительной влажности отмечено в устье реки Амазонка 90%, а минимальное в городе Хартум (Египет) 28%. В отдельных случаях (например, при фёне) относительная влажность может быть 5% и ниже.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. И. Егоров, И. М. Безуглый, В. А. Мнежинский, и др.

Источник: Морская гидрометеорология

Данные публикации будут полезны для курсантав морских учебных заведений и капитанаов/штурманов гражданского флота, интересующимся глубоким пониманием гидрометеорологии