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在零下的温度时相对湿度的确定

Bob Hardy(作者),RH Systems(公司名),Albuquerque(城市名),New Mexico(州名),
摘要
在任何给定温度时气体的相对湿度定义为存在于气体中的水汽量对在那相同温度时最
大可能水汽量的百分比。在高于冰点的温度时,水只能以两种热力稳定状态之一。它能以气
体形势,称为水汽,存在,或者它能凝结成液体,往往成为露。又在零下的温度时,可以预
期水或以气体,依然称为水汽,存在,或它能凝结成固体的形成,往往称为霜或冰。但与直
观相反,在零下温度时的水也能以第三种热力状态---液体存在。这零下的液体状态是可达
到亚稳定状态,它具有的能量水平在气体及固体的能量水平之间。在此亚稳定状态的零下水
被说成是过冷的。常常把它称为过冷水、过冷露或过冷液体,它们全指同一东西,过冷状态
的水是一液体,但是在零下的(冰点以下)温度。在 0 到 40°C 的温度范围内,过冷现象是
十分普遍的。在这些零下的温度时,都存在过冷的可能,可按称为标准及世界气象组织(WMO)
两种有差别的方法之一来计算相对湿度(RH)
标准 RH:数学上可把计算相对湿度的公式表示成
%RH=e/es*100
(1)
式中 e 是气体的水汽含量(水汽压力)
es 是在那相同温度时气体的最大可能水汽含量(饱和汽压力)
如上面公式所表示,为了确定 RH 仅需知道两件事(即 e 及 es )
饱和汽压力 es 是在气体的温度时最大可能水汽含量的表示,是一熟知的量。通过测量
气体的温度,然后用规定的饱和汽压力公式计算相应的饱和气压,这样来确定饱和汽压(力)
这些公式把汽压表示成温度的函数。注意:有一公式供计算冰点以上温度时水范围饱和汽压
用;另有一公式则供零下温度时计算冰范围饱和汽压用。
实际的水汽含量(或水汽压力)往往通过测量来确定。一种通用的测量方法是激冷镜面
测湿法。通过由镜面测湿法测量的霜点或露点用如上相同的饱和和汽压公式求出实际的汽压。
当如此进行时,对各露点的温度使用水范围饱和汽压计算用的公式,而对各霜点温度则需用

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冰范围饱和汽压计算用的公式。注意:不管从激冷镜面(露点或霜点)得到哪一测量,相应
的汽压将是相同的。
现在对于标准的 RH ,在高于冰点温度时在水范围内计算公式(1)的分母(最大可能
水汽含量)而在所有低于冰点的温度时则在冰范围内。在双一温度发生器里,在那里饱和器
正在凝结/升华向/从冰,这是最大可能水气含量的恰当表示。
同样当镜面测量露点时在水范围内计算分子(实际水汽含量)而对所有霜点测量则在冰
范围内。这样标准 RH 的值在较暖的及零下的温度都可达到 100%。标准 RH 假设在零下的温
度时最大可能水汽含量是由于在冰范围的饱和。
WMO RH:WMO RH 的各项计算及下面的讨论仅应用于低于冰点的温度。在大气中,