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水蒸氣(也稱氛氣、蒸汽),是H2O)的氣體形式。當水達到沸點時,就變成水蒸氣。水蒸氣在空氣中是無色的。在海平面一標準大氣壓下,水的沸點為100°C或212°F或373.15K。當水在沸點以下時,水也可以緩慢地蒸發成水蒸氣。而在極低壓環境下(小於0.006大氣壓),冰會直接升華變水蒸氣。水蒸氣之密度為 0.59764 千克/立方米(100°C/212°F,101330Pa)。

水蒸氣可能會造成溫室效應,是一種溫室氣體

地球大氣層的水蒸氣

氣態是大氣很小但重要的組成部分。大約有99.99%是在對流層中。冷凝水蒸氣到液體或冰的階段主要由,和其他沉澱物完成,而所有這些也是最重要的天氣要素。

的形成,通過縮合周圍凝結核。若是在缺乏核的狀態,凝結只能發生在更低的溫度上。在持續凝結或沉積後,雲滴或雪花形成,並促成它們達到了臨界質量。

平流層的水蒸氣平均停留時間是10天左右。水的補充、降水蒸發,是海洋湖泊河流植物蒸騰及其他生物和地質過程作用的結果。

測量水蒸氣濃度表示為特定的濕度相對濕度。如果降水立即凝結,那麼在整個地球表面,年全球平均水蒸氣只會帶來約25毫米的降水。然而,年平均降水量約1米,這表明在水在空氣中快速周轉。水汽在大氣層中能形成類似海洋中洋流的水汽通道,並且在一定的時間一個範圍內存在固定的水汽輸送總量,這意味着一個地方過度降水後,將會使得另一些區域獲得不到充沛的降水。

雖然火山排放的氣體差距很大,但是,水蒸氣始終是最常見的火山氣體,通常火山噴發有超過60%的排放量為水蒸氣[1]

雷達和衛星成像

由於水分子吸收微波和其他無線電波信號,通過水時大氣中的雷達信號會衰減。此外,大氣中的水能否反射折射信號,在一定程度上取決於它的狀態是、氣態液態還是固態


一般來說,當它們穿過對流層時,雷達信號傳送越遠將逐漸減弱強度。空氣中的一些成分對於某些頻率是不透明的,導致不同頻率的信號衰減速率不同。無線電波用於廣播和其他的通訊傳輸時也具有相同的效果。

水蒸氣比水的其他兩個狀態對雷達的影響較小。在水滴冰晶狀態下,水被作為稜鏡。雖然一個單獨的分子無法成為稜鏡,然而,在大氣中的水蒸氣的存在下,就能形成一個巨大的稜鏡。 GOES-12衛星圖像的對比,顯示相對於海洋地球各大洲的大氣水汽分布。行星周圍的蒸汽,分布不均。

閃電產生

閃電的產生中水蒸氣起到了關鍵作用。通常,地球大氣層上的雲是真正的靜電發電機。但雲有大量的電能的直接決定因素是水蒸氣存在於本地系統的數額。

水蒸氣的數額將直接影響空氣的介電係數。在低濕度的狀態,靜電放電是快速、容易的。但在高濕度的狀態,靜電放電的發生次數減少。然而,介電係數和電容一起作用,可以生產出電壓兆瓦的閃電。 例如經過雲時,它便開始以自己的方式成為一個閃電發生器,在大氣中水蒸氣充當絕緣體的作用從而降低雲的電能。經過了一定的時間之後,如果雲層繼續生成和存儲更多的靜電,大氣水蒸氣將最終導通雲存儲的電能。以被控地區閃電的形式,將這種能量釋放到地面。且每次放電強度直接與大氣介電係數、電容、以及雲層的發電能力相關。

水蒸氣凝結

常見的實例就是當你從冰箱拿出飲料時,過沒多久就會發現瓶身有許多小水珠,這是由於空氣中的水蒸氣遇到冷的瓶子而凝結。還有一個常見的就是當你在燒水煮飯時,開火的瞬間也會發現有水氣附著在鍋身,這是因為開火時,鍋子周遭的水蒸氣溫度瞬間升高,但鍋子溫度沒有上升那麼快,導致溫度高的水蒸氣附著凝結在相對較冷的鍋子上,等到鍋子溫度也上升到一定後,就又蒸發了。

測量

測量介質中的水蒸汽數量可以做直接或遠程測量,具有不同程度的準確性。電磁吸收遠程方法可以測量的行星大氣層。直接方法可以使用電子傳感器,或是蘸水的溫度計或吸濕性材料的物理性質,化學性質、尺寸變化。

介質 溫度範圍(攝氏度) 測量不準確度 典型測量頻率 系統成本 注釋
懸掛式濕度計 空氣 -10到50 低到中度 每小時
星基光譜 空氣 -80到60 非常高
電容式傳感器 空氣/氣態 -40到50 中度 2到0.05赫茲 容易成為飽和/隨着時間推移污染
預熱的電容式傳感器 空氣/氣態 -15到50 中度到低 2到0.05赫茲(依賴於溫度) 中等到高 容易發生成為飽和/隨着時間推移污染
電阻式傳感器 空氣/氣態 -10到50 中度 60秒 容易發生污染
氯化鋰濕敏元件 空氣 -30到50 中度 連續
氯化鈷(II) 空氣/氣態 0到50 5分鐘 非常低 經常使用濕度指示卡
吸收光譜 空氣/氣態 中度
氧化鋁 空氣/氣態 中度 請參閱水份分析
氧化硅 空氣/氣態 中度 請參閱水份分析
壓電吸附 空氣/氣態 中度 請參閱水份分析
電解 空氣/氣態 中度 請參閱水份分析
毛髮濕度計 空氣 0到40 連續 低到中等 受溫度的影響。長時間高濃度會有負面作用。
濁度計 空氣/其他氣體 非常高
腸膜(牛腹膜) 空氣 -20到30 適中(帶調整) 慢,在較低溫度下更慢 參考:WMO氣象儀器和觀測方法指南 #8 2006年(頁1.12-1)(WMO Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation #8 2006, (pages 1.12-1))
萊曼-α 高頻 http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=lyman-alpha-hygrometer1 需要頻繁的校準
重量法濕度計[2] 非常低 非常高 通常是主要來源,美國、英國、歐盟及日本獨立制定標準。
介質 溫度範圍(攝氏度) 測量精度 典型測量頻率 系統成本 注釋

視頻

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小學科學水和水蒸氣
水加熱汽化 冷卻水蒸氣凝結成水

參考文獻

  1. 火山噴出物,佰佰安全網
  2. 濕度測量標準——重量法濕度計,豆丁網,2014-02-27