现代大气探测学4-第五讲-湿度的测量

1、南京信息工程大学南京信息工程大学 湿度？ 空气的湿度空气的湿度( (简称湿简称湿度度) )是表示空气中的水汽是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量含量和潮湿程度的物理量 地面观测中测定的是地面观测中测定的是离地面离地面1.501.50米高度处的湿米高度处的湿度度 测量湿度的仪器主要有：干湿球温测量湿度的仪器主要有：干湿球温度表、毛发湿度表、通风干湿表、露点度表、毛发湿度表、通风干湿表、露点仪、湿度计和湿敏电容湿度传感器等仪、湿度计和湿敏电容湿度传感器等PxeeePe62198. 0？Ue e = = E-AP E-AP( (t-tt-tw w) )e=E-A P (t-tw)A称为测湿系数。

2、从式中可以看出，称为测湿系数。从式中可以看出， 干湿球温度差越大，空气湿度就越小干湿球温度差越大，空气湿度就越小 当当t=tw时，时，e=E，空气达到饱和，空气达到饱和70080090010001.02.03.04.05.06.0风速（米/秒）A10-6球状干湿球柱状干湿球A A值与风速的这种变化值与风速的这种变化关系主要与湿球附近关系主要与湿球附近的流场结构有关的流场结构有关风速较小时风速较大但小于2.5m/s时风速大于2.5m/s气气 温温（）（）（0.1 ）-30 -20 -10 0 15 30相对湿度的误差（相对湿度的误差（% ） 18 8 4 2 1 1气气 温温（）0 -10 -4

3、0t-tw () 3 2 0.25风速不稳定造成的误差风速不稳定造成的误差风速达不到规定风速达不到规定要求造成的误差要求造成的误差随空气湿度大小而改变长度的特性相对湿度增大时，毛发会增长。反之，毛发会缩短0lg1.0860.918LuL温度温度效应效应瘫痪瘫痪效效应应随空气湿随空气湿度大小而度大小而改变长度改变长度的特性的特性滞后效应相对湿度增大时，相对湿度增大时，毛发会增长。反之，毛发会增长。反之，毛发会缩短毛发会缩短 毛发在相对湿度低于毛发在相对湿度低于30的空气中放置过久时，的空气中放置过久时，当湿度再回升时，毛发示度总是当湿度再回升时，毛发示度总是低于空气的实际湿度，感湿速度也显著下降

4、。低于空气的实际湿度，感湿速度也显著下降。消除的办法是将毛发放在消除的办法是将毛发放在饱和空气中，使其逐渐复原饱和空气中，使其逐渐复原毛发指示的示度常常落后于毛发指示的示度常常落后于实际湿度的变化。毛发的滞后系数实际湿度的变化。毛发的滞后系数与气温、湿度、风速成反比与气温、湿度、风速成反比毛发的热膨胀系数极不规则。爱勒斯等实验指出，毛发的热膨胀系数极不规则。爱勒斯等实验指出，毛发在毛发在1.51.5时最长，从时最长，从 1.51.5至至15.015.0时，时，随着温度的升高其伸长量逐渐缩短，随着温度的升高其伸长量逐渐缩短，而在而在 1.51.5以下时，以下时，随着温度的降低其伸长量迅速缩短。随

5、着温度的降低其伸长量迅速缩短。 毛发湿度表毛发湿度表微孔假说微孔假说蛋白质假蛋白质假说说 气象台站规定当气温降低到气象台站规定当气温降低到-10.0时，时， 停止观测湿球温度，改用毛发湿度表测湿停止观测湿球温度，改用毛发湿度表测湿 毛发测湿的精度较低，毛发测湿的精度较低， 影响毛发测湿精度的因子影响毛发测湿精度的因子有很多有很多 毛发湿度表在使用前的一个半毛发湿度表在使用前的一个半月应与干湿球温度表进行对比观测，月应与干湿球温度表进行对比观测，编制毛发湿度订正图编制毛发湿度订正图 一般来说，没有制定订正图的一般来说，没有制定订正图的毛发湿度表是不能使用的毛发湿度表是不能使用的pNEENnpNE

6、ENn0( )( )exp()wwFFl 露点湿度表露点湿度表 测量湿空气经冷却后达到饱和状测量湿空气经冷却后达到饱和状态并可在一个固体表面（通常为镜面）上检测到态并可在一个固体表面（通常为镜面）上检测到露（或霜）沉积时的温度露（或霜）沉积时的温度1.35cm波长波长7.1 湿度表的校准原理湿度表的校准原理 测湿传感器校准在很大程度上由于在常温下空气样测湿传感器校准在很大程度上由于在常温下空气样品中存在很少量的水汽，而且常存在分离和容纳各种气体品中存在很少量的水汽，而且常存在分离和容纳各种气体特别是水汽的困难，到现在才仅仅形成一个湿度标准器国特别是水汽的困难，到现在才仅仅形成一个湿度标准器国际

7、溯源性的等级序列。际溯源性的等级序列。湿度的绝对标准器可以由称重测湿湿度的绝对标准器可以由称重测湿法来达到。法来达到。 在野外使用的所有测湿传感器都必须定期校准，校准在野外使用的所有测湿传感器都必须定期校准，校准的工作中经常使用通风干湿表和露点传感器作为工作标准的工作中经常使用通风干湿表和露点传感器作为工作标准器。器。 专用的标准器都必须和高级别的标准器经过仔细的比专用的标准器都必须和高级别的标准器经过仔细的比对以进行溯源。用作标准器的任何仪器都必须逐个地对其对以进行溯源。用作标准器的任何仪器都必须逐个地对其在计算湿度时包含的所有变量进行校准，其他影响性能的在计算湿度时包含的所有变量进行校准，

8、其他影响性能的因素也必须检查因素也必须检查7.2 7.2 校准周期和校准方法校准周期和校准方法 干湿表、冷镜湿度表和加热露点湿度表等所用的湿度干湿表、冷镜湿度表和加热露点湿度表等所用的湿度检测器，要在每次例行的定期维修时对其校准数据进行检测器，要在每次例行的定期维修时对其校准数据进行检测，用工作级标准器（阿斯曼通风干湿表）进行的比检测，用工作级标准器（阿斯曼通风干湿表）进行的比较工作应当至少每月一次。标准型的通风干湿表，其完较工作应当至少每月一次。标准型的通风干湿表，其完善性可以用干、湿球温度表的比对得到证明，而充分的善性可以用干、湿球温度表的比对得到证明，而充分的通风可从有良好的风扇得到。参

9、考标准器应按适合自身通风可从有良好的风扇得到。参考标准器应按适合自身需要的周期进行校准需要的周期进行校准 饱和盐类溶液可应用于只要求小容量样本的传感器，饱和盐类溶液可应用于只要求小容量样本的传感器，它需要非常稳定的环境温度，对其在野外应用难以令人它需要非常稳定的环境温度，对其在野外应用难以令人满意。当盐类溶液用于控制工作时，要注意，盐类溶液满意。当盐类溶液用于控制工作时，要注意，盐类溶液所给出的标准湿度值并未经过任何溯源基准器的工作所给出的标准湿度值并未经过任何溯源基准器的工作7.3 实验室校准实验室校准实验室校准是保持准确度的主要方法：实验室校准是保持准确度的主要方法： （1 1）野外用仪器

10、和工作级标准器应当按照与其他常规）野外用仪器和工作级标准器应当按照与其他常规湿度表相同的规则进行实验室校准。仪器的运行是否正确湿度表相同的规则进行实验室校准。仪器的运行是否正确可在稳定的室内条件下用与参考标准仪器相比较的方法予可在稳定的室内条件下用与参考标准仪器相比较的方法予以验证。如果野外用仪器带有冰检测器，则应对此系统的以验证。如果野外用仪器带有冰检测器，则应对此系统的运行正确性也进行验证运行正确性也进行验证 （2 2）对参考标准器与标准器的实验室校准需要有一台）对参考标准器与标准器的实验室校准需要有一台精密的湿度发生器和一台适合传递的标准湿度计。双压力精密的湿度发生器和一台适合传递的标准

11、湿度计。双压力法湿度发生器和双温度法湿度发生器都能够发送一股按预法湿度发生器和双温度法湿度发生器都能够发送一股按预定温度和露点控制好的气流。应当至少每定温度和露点控制好的气流。应当至少每1212个月对仪器量个月对仪器量程应用范围进行全程校准一次。对冷镜湿度表的校准和对程应用范围进行全程校准一次。对冷镜湿度表的校准和对温度显示系统的校准应当单独进行，至少每温度显示系统的校准应当单独进行，至少每1212个月一次个月一次 7.4 一级标准器一级标准器 1 1、称重测湿法、称重测湿法 称重测湿法是实验室内测湿的标准方法。使体积为称重测湿法是实验室内测湿的标准方法。使体积为V V的湿空气流的湿空气流过一

12、个干燥管，让干燥管把空气中的水汽全部吸收，然后称量干燥过一个干燥管，让干燥管把空气中的水汽全部吸收，然后称量干燥管所增加的质量，同时确定流经干燥管的空气体积或干空气的质量，管所增加的质量，同时确定流经干燥管的空气体积或干空气的质量，便可直接确定空气的混合比或绝对湿度。绝对测湿法的测量精度很便可直接确定空气的混合比或绝对湿度。绝对测湿法的测量精度很高，但测试一次需要很长的周期，否则既不能使空气中的水汽完全高，但测试一次需要很长的周期，否则既不能使空气中的水汽完全被干燥剂吸收，也无法使足够体积的空气流过干燥管被干燥剂吸收，也无法使足够体积的空气流过干燥管 2 2、动态的双压法标准湿度发生器、动态的

13、双压法标准湿度发生器 这种试验装置用于提供以绝对方法确定相对湿度的湿气源。一这种试验装置用于提供以绝对方法确定相对湿度的湿气源。一股载气气流通过压力为股载气气流通过压力为P1P1的饱和容器并进入气压为低压的饱和容器并进入气压为低压P2P2的第二个的第二个容器进行绝热膨胀。两个容器均安装在同一个油槽中且温度相同。容器进行绝热膨胀。两个容器均安装在同一个油槽中且温度相同。根据道尔顿分压定律，这股水汽与载气混合物的相对湿度直接与这根据道尔顿分压定律，这股水汽与载气混合物的相对湿度直接与这两个容器中各自的总压相关；低压容器中的水汽压为两个容器中各自的总压相关；低压容器中的水汽压为ee与高压容与高压容器

14、中的水汽压器中的水汽压ewew之比，等同于低压容器中的总压与高压饱和容器之比，等同于低压容器中的总压与高压饱和容器中的总压比中的总压比 7.4 一级标准器一级标准器相对湿度为相对湿度为UwUw为：为： 如果气体是在气压为如果气体是在气压为P1P1时相对于冰面达到饱和，则上述关系对时相对于冰面达到饱和，则上述关系对固态仍可适用：固态仍可适用：3 3、动态的双温度法标准湿度发生器、动态的双温度法标准湿度发生器 这种实验室装置能提供一股温度为这种实验室装置能提供一股温度为T1T1和具有露点或霜点温度和具有露点或霜点温度T2T2的的潮湿气流。有两个温度可控的液槽，每个液槽都有热交换器，其中潮湿气流。有

15、两个温度可控的液槽，每个液槽都有热交换器，其中一个液槽有饱和容器（其中有水或冰），气流首先经过饱和容器在一个液槽有饱和容器（其中有水或冰），气流首先经过饱和容器在温度温度T2T2下达到饱和，然后等压地增温至下达到饱和，然后等压地增温至T1T1。在实际的设计中，气流。在实际的设计中，气流是不停地循环流动的，以保证其饱和状态。测试仪器引出温度是不停地循环流动的，以保证其饱和状态。测试仪器引出温度T1T1的的空气，其流量与循环流动的主流相比应只占很少的量空气，其流量与循环流动的主流相比应只占很少的量 12100100PPeeUww12100100PPeeUii7.5 二级标准器二级标准器 二级标准器

16、必须妥善保存，只是在用基准器校二级标准器必须妥善保存，只是在用基准器校准时或与其他的二级标准器相互比对时才能移出准时或与其他的二级标准器相互比对时才能移出校准实验室，二级标准器可以作为基准器一级标校准实验室，二级标准器可以作为基准器一级标准器的传递标准器。冷镜湿度表在气温、湿度与准器的传递标准器。冷镜湿度表在气温、湿度与气压都受到控制的条件下可以用作二级标准器。气压都受到控制的条件下可以用作二级标准器。仪器还应当送到经过认证的实验室进行校准，并仪器还应当送到经过认证的实验室进行校准，并给出仪器全量程的不确定度。这种校准必须直接给出仪器全量程的不确定度。这种校准必须直接与基准溯源，并在合适的时间

17、间隔内（通常每与基准溯源，并在合适的时间间隔内（通常每1212个月一次）进行再校准个月一次）进行再校准7.6 工作级标准器工作级标准器 冷镜湿度表或者阿斯曼干湿表可以在野冷镜湿度表或者阿斯曼干湿表可以在野外的或实验室的环境条件下进行比对时用作外的或实验室的环境条件下进行比对时用作工作级标准器。为此，这些仪器必须完成至工作级标准器。为此，这些仪器必须完成至少是参考标准器等级的比对，这种比对必须少是参考标准器等级的比对，这种比对必须在稳定的室温条件下至少每在稳定的室温条件下至少每1212个月进行一次。个月进行一次。工作级标准器需要有合适的通风装置以便空工作级标准器需要有合适的通风装置以便空气取样气

18、取样7.7 WMOWMO参考标准干湿表参考标准干湿表 这种干湿表基本上是一级标准器，它的性能是这种干湿表基本上是一级标准器，它的性能是可以计算的。它的主要用途还是作为高准确度的可以计算的。它的主要用途还是作为高准确度的参考标准仪器，特别是在野外条件下对其他仪器参考标准仪器，特别是在野外条件下对其他仪器系统进行型式试验时，它可以随意安置，可以放系统进行型式试验时，它可以随意安置，可以放在百叶箱的旁边，也可以放在其他仪器的旁边。在百叶箱的旁边，也可以放在其他仪器的旁边。但是，这种仪器必须按照技术规格精确的制造，但是，这种仪器必须按照技术规格精确的制造，而且必须要由有精密实验室工作经验的人员操作。而

19、且必须要由有精密实验室工作经验的人员操作。还要特别注意其通风条件，要防止其湿球被手指还要特别注意其通风条件，要防止其湿球被手指或其他物品碰触而受到污染或其他物品碰触而受到污染 大气中水汽的含量虽然很少，但对于天气变化有很大的影响，往往是天气大气中水汽的含量虽然很少，但对于天气变化有很大的影响，往往是天气变化的前奏，云、雾、降水等天气现象都是由水汽相变而来；低层大气水汽含变化的前奏，云、雾、降水等天气现象都是由水汽相变而来；低层大气水汽含量的多少，直接影响到农作物的生长和人类的活动。另外，大气中的水汽相变量的多少，直接影响到农作物的生长和人类的活动。另外，大气中的水汽相变是重要的能量转换方式。因

20、此，人们需要对湿度进行测量以了解其变化情况是重要的能量转换方式。因此，人们需要对湿度进行测量以了解其变化情况 湿度作为一个重要的气象要素，引起人们的广泛注意，由于湿度在说明大湿度作为一个重要的气象要素，引起人们的广泛注意，由于湿度在说明大气水分特征上是不可缺少的，因此在气象观测和气候叙述中，都需要进行湿度气水分特征上是不可缺少的，因此在气象观测和气候叙述中，都需要进行湿度的观测和描述。在天气分析方面，湿度越大，空气中水汽越丰富，成云、降水的观测和描述。在天气分析方面，湿度越大，空气中水汽越丰富，成云、降水的可能性越大。故能根据湿度来判断天气变化的趋势的可能性越大。故能根据湿度来判断天气变化的趋

21、势 随着人们的生活质量的提高，对居住环境的要求也越来越高，湿度也是影随着人们的生活质量的提高，对居住环境的要求也越来越高，湿度也是影响人们生活舒适度的一个重要参数。空气中的湿度大小，与人体健康有着密切响人们生活舒适度的一个重要参数。空气中的湿度大小，与人体健康有着密切的关系。因为，人只有通过热代谢和水盐代谢才能维持生理平衡。冬季，在室的关系。因为，人只有通过热代谢和水盐代谢才能维持生理平衡。冬季，在室温较高的干燥空间里，人们会觉得口干舌燥；而在多雨的夏季里，人们又会感温较高的干燥空间里，人们会觉得口干舌燥；而在多雨的夏季里，人们又会感到闷热难耐。这是由于前者空气湿度过小，后者空气湿度过大造成的

22、。通过研到闷热难耐。这是由于前者空气湿度过小，后者空气湿度过大造成的。通过研究发现，在低温低湿的冬季，流感、白喉、哮喘、百日咳、脑膜炎、支气管炎究发现，在低温低湿的冬季，流感、白喉、哮喘、百日咳、脑膜炎、支气管炎等病症的发病率明显增加。科学研究表明，最有利于人体健康的空气相对湿度等病症的发病率明显增加。科学研究表明，最有利于人体健康的空气相对湿度一般都在一般都在55%-60%55%-60%之间之间 在湿度低的地方，低于百分之十就会出现沙漠。如果一个地区降雨不正常，在湿度低的地方，低于百分之十就会出现沙漠。如果一个地区降雨不正常，人们就可能闹饥荒。另一个极端是，如果某个地方湿度高，就会长出丛林。在湿人们就可能闹饥荒。另一个极端是，如果某个地方湿度高，就会长出丛林。在湿度很高的地方降雨量就大，给植物创造了理想的条件。而且湿度的增大影响了植度很高的地方降雨量就大，给植物创造了理想的条件。而且湿度的增大影响了植物蒸腾作用的正常进行，影响了根系对水分的吸收，使营养不能及时得到供应从物蒸腾作用的正常进行，影响了根系