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浅谈相对湿度

浅谈相对湿度

苏志维
2024年5月

「干燥的东北季候风正影响广东沿岸。下午本港普遍地区的相对湿度降至百分之四十左右。」如果你有留意天气报告,相信对「相对湿度」这名词不会陌生。相对湿度究竟是甚么?为何要加上「相对」两字?它又是怎样量度呢?
绝对湿度及相对湿度
绝对湿度是指每单位体积空气中水汽的质量,通常以克/立方米(g/m3)作单位,反映空气的实际水汽量。
相对湿度是指空气中的实际水汽压与在相同温度下饱和水汽压的比例,通常以百分比(%)表达。
而甚么是饱和水汽压?试想像一个在室温装载著水的密封容器,并假设温度不变。初时,水面部分的分子如有足够动能,便会蒸发成为水汽,并逃逸液态水体。部分水汽会再次凝结为液态水。这个过程会持续,直至达到均衡状态,即返回的分子与逃出的分子数量一样。此时,容器内的空气不能容纳再多的水汽。我们称这种状态为饱和(图一)。而在这情况下,水汽向水面施加的压力就是饱和水汽压。饱和水汽压与温度有关,温度越高,空气中可容纳的水汽越多,而饱和水汽压则越高,反之亦然。
简单来说,相对湿度可理解成空气的实际水汽量相对于在相同温度下可存在最高水汽量之比例。假设实际水汽量不变(绝对湿度不变),若气温下降,较冷的空气可以容纳的最高水汽量会减少(即饱和水汽压减少),相对湿度亦会随之而上升。在一些天朗气清的日子,晚间辐射冷却效应显著,气温下降有机会令近地面大气中的水汽饱和而凝结成小水滴(即是露)。而达到饱和所需要降至的气温亦因此称为露点温度。
图一
图一    由于蒸发率最初大于凝结率,水汽对水面施加的压力(即水汽压)会上升,直至达到饱和状态,即蒸发率等于凝结率。饱和状态时的水汽压便是饱和水汽压。
相对湿度的量度
常见的相对湿度量度方法主要有以下三种。
以干湿球温度计算:干球温度就是日常说的气温。而湿球温度则从球面被湿布罩著的温度计读出。由于湿布水份的蒸发冷却,湿球温度一般较干球温度低。水份的蒸发率取决于空气的水汽量。空气越干燥,水份蒸发越快,干球与湿球温度差距越大。故此,干湿球温度差异反映空气中水汽距离饱和的程度,可藉此计算相对湿度。历史上天文台曾使用不同的计算方法,包括利用湿度换算表、湿度滑尺(图二)及公式。现时天文台采用修订柏氏(Hooper)法[1]来计算相对湿度。
电阻式湿度计:利用物料导电性质随湿度改变的特性,量度电阻变化。
电容式湿度计:量度电容器之间的电介质层因湿度改变而出现的电容变化。天文台部分自动气象站有使用这类湿度计。
图二
图二    湿度滑尺。
恢复战后相对湿度历史纪录
以往,天文台网站只提供自1961年起的相对湿度数据。而战后1947至1960年间的相对湿度数据则记载于天文台总部的天气记录簿内(图三)。近年天文台把这些历史相对湿度数据进行品质检定及数码化,并加进天文台的资料库。2023年11月天文台网站新增了1947至1960年在天文台总部录得的每年、每月及每日平均相对湿度数据。
战后香港曾经历过一些极端干旱的天气,当中包括1963年香港出现长时间干旱,全年平均相对湿度只有73%,是有记录以来最干燥的一年。该年1月亦是有记录以来最干燥的月份,平均相对湿度只有45%。而1955年1月16日的平均相对湿度为21%,是有记录以来最低的日平均值。以天文台总部每小时观测为基础,最低的绝对最低相对湿度则出现在1959年1月16日,当日下午3时录得的相对湿度只有10%(图四)。
图三
图三    1947年使用的天气记录簿,当中最后一行记录了每小时的相对湿度。
图四
图四    1959年1月16日的每小时天气观测摘录。下午3时的相对湿度只有10%,是有记录以来最低的绝对最低相对湿度。
参考资料:
[1] Meteorological Magazine, No. 1297, Volume 109 “Computation of vapour pressure, dew point and relative humidity from dry- and wet-bulb temperatures”, G.P. Sargent, 1980