空氣濕溫分析和究吳喜平摘要對陸地、土壤結構、土壤濕度、植被、海洋的水蒸發特性、大氣湍流等影響空氣含濕量的變化規律，進行了分析研究。最終得出大氣濕球溫度的簡化計算方法。關鍵詞濕球溫度空氣的含濕量蒸發速度andAnalysisAir'sWet-bulbTemperatureWuXipingTheevaporationofthewaterinnatureandthechangeofair'shumidityratioinadayhavebeenchangeoftheair'swet-bulbandthesimpleformulaforitscalculatinghavebeendeduced.Keywords:entyalpy,humidityratio,dry-bulbtemperaturewet-bulbtemparature

問題提出同濟大學和清華大學等合編的《空氣調節》教科書，無論第一版還是第三版都引用“氣溫日變化曲線”圖(圖1)。從1中可以看出，從上午到下午2:00空氣的濕球溫度是降低的，并一直延伸至下午。我們都知道這樣兩點事實：圖1

氣溫日變化曲線(1)在人類生存的大氣環境內氣的焓是空氣的濕球溫度的單值函數本資料介紹，它可表示為：I=4.19(0.1688t

m

2

+0.1541t+3.862)m(kJ/kg)(1)即空氣的濕球溫度t高，空氣的焓值愈大；m(2)空氣的焓又有它的定義形式：第頁頁

I=1.01t+d(2500+1.84t)(kJ/kg)(2)式中t——空氣的干球溫度，℃d——空氣的含濕量，g/kg從上午10:00到下午2:00，太陽輻射強度逐漸增大，空氣溫度逐漸升高，地面上的水蒸發加快，直觀理解空氣的焓應當增加。但是在這一段時間內圖曲線中反映出的濕球溫度是減小的，即焓值是降低的，由此可提出下列兩個問題上述空氣濕球溫度日變化是否有一定的普遍性(2)上述空氣濕球溫度變化如有普遍性又如何來解釋空氣的焓在這段時間內下降的事實?從式(2)可知，只要能說明空氣的含濕量在這段時間內逐漸減小空氣的含濕量比空氣的干球溫度對焓影響大)，即可推論出空氣的濕球溫度在這段時間內是降低的。

水的發自然界中的水源很多，如開闊的水域、冰面、雪面及潮濕的土壤植被等。自然蒸發又相當復雜，其快慢不僅受氣象因素的影響，而且還有地理環境的制約。近來人們通過大量研究發現，影響自然蒸發的主要因素是氣壓、飽和差和風速。氣壓高、空氣濕度大蒸發速度慢。風速大可使蒸發加快。此外，水溫、水質和水域大小等對蒸發快慢也有一定的影響。蒸發速度和飽和差(P-P)成正比，此外P應由蒸發面的溫度算出，但通常以氣溫下的飽飽飽和水汽壓來代替如果水面上空氣的水汽壓小于該溫度下的最大水汽壓水的分子將飽蒸發成水蒸氣進入大氣中。飽和差愈大，水蒸發速度也就愈快。相反，飽和差愈小，則蒸發速度也就愈慢。風力對蒸發的影響很大，因為自然蒸發不是在靜止的空氣內，而是發生在風速變化很大的大氣中。大氣中水蒸氣水平擴散和垂直擴散時對水蒸發起著決定性作用。風或湍流將蒸發面上的潮濕空氣帶走，取而代之的是另一種較干的新空氣，在這種情況下，蒸發速度取決于空氣速度湍流強度及所補充的新空氣的飽和差。這些因素對水蒸發的影響是相當復雜的，但為方便起見，人們常把蒸發歸納為飽和差和風速的某一函數的乘積：W=(P-P)f(V)(3)飽需要說明的是如果風吹過的是一個很大的水域，風速的變化對蒸發的影響就不十分重要了。例如，在北非撒哈拉大沙漠中形成的風，流經北非海岸時很干燥，它的大小對水蒸發的影響很大；但在橫跨地中海時，其性質改變了，變得溫和而潮濕，這時風速的大小對蒸發的影響很小甚至沒有什么影響。大氣湍流強度隨風速增大而增大。強烈的湍流交換可以使空氣攪拌均勻，減少垂直濕度梯度，從而使蒸發變緩。但是在水源充足，熱量足夠多的熱帶或副熱帶，蒸發主要決定于水汽向上層大氣的湍流輸送速度，因而湍流加大，蒸發速度也隨之增加。除了上述一些因素外，影響大陸上水的蒸發還有土壤的結構、濕度、植被特性，海洋上的水蒸發還有海水中的鹽分等。

空氣濕量變化從上午9：00至下午2：00左右，空氣的干濕溫度逐漸升高，但在這段時間內，空氣含濕量的變化是空氣焓值變化影響的主要因素。在通常情況下，空氣含濕量增加，空氣的焓也隨之變大，反之空氣的焓值隨之降低。圖和圖3分別為上海龍華氣象站和原蘇聯多爾普魯第頁頁

德納氣象站測試的當地大氣含濕量日變化曲線。由圖2圖3可知，從上午7：00下午1：00左右空氣的含濕量逐漸變小，因此它反映的空氣焓值隨之變小，這和1反映的情況是一致的。所不同的是地點及最大、最小值出現的時間和數值不同，因此圖反映的空氣的濕球溫度變化曲線在部分地區內具有一定的代表性。圖2

上海龍華氣象站1989年5月26日濕度日變化

圖3原蘇聯多爾普魯德納亞氣象站測試的濕度日變化曲線，夏天2m（多年平均）空氣濕量化特隨著高度的增加，空氣中的水蒸氣含量迅速減少，一般從地面到高空每升高～1200m，水氣含量約減少1/2到5000m高度上，水汽含量僅是地面的1/10水蒸氣壓力隨高度的減小可表達為：第頁頁

P=P×100

-Z/β

(4)式中P、P——任意高度、地面上的平均水汽壓，0β——經驗系數，m，對于低層大氣，β≈5000mZ——高度，m雖然空氣的濕度隨高度單調減小但大氣中湍流混合強度的增加促使大氣不同層內的濕度變得均勻從而可引起下面濕度減小和邊界層上部的濕度大是原蘇聯多爾普魯得納亞氣象站給出的不同高度和不同時刻空氣的濕度值圖中的曲線充分說明了上述見解200m高空以下氣濕度從7∶00至16∶00是減小的和圖2和圖3基本相同)200m以上高空，這段時間內空氣的濕度是增加的。這種結果是由于水蒸氣垂直擴散造成的。在16∶00由于強烈的混合結果鉛直梯度不大而在早晨∶00在整個邊界內鉛直梯度都很大。圖4

濕度的鉛直廊線大氣溫度的改變是影響土壤溫度變化的主要因素之一。而土壤溫度的變化又直接影響其上面空氣溫度的變化。在白天，隨著土壤表面溫度的升高，在其表面和低層空氣內的溫度要增加；夜間，隨著空氣溫度的降低，溫度相應也要減小。然而從早晨到中午，由于湍流的增強和空氣溫度的升高會引起相反的結果。綜合影響的效果取決于上層土壤的潮濕程度和湍流日變化的范圍。在干燥土壤的上面，白天隨著土壤表面溫度的升高，空氣濕度沒有明顯地增加，在這種情況下，蒸發耗熱不大，白天的熱力不穩定度很大。所以湍流影響是主要的因素。白天在邊界低部空氣濕度達到極小值。在早晨和傍晚，由于湍流交換不大，雖然蒸發也不大，但是蒸發會使水汽在土壤表面附近積累，因而空氣溫度會出現最大值。夜間當完全沒有蒸發或出現結露時，空氣溫度又出現另一個極小值，圖很明顯地表現出這種特性。

夏季氣濕溫度化計式通過上述分析可知，空氣的濕球溫度與空氣的含濕量、干球溫度有關，而空氣的含濕量又與海拔高度、地面水蒸發情況、風向風速等很多因素有關。空氣干球溫度同樣也會影響水第頁頁

的蒸發和空氣中含濕量的大小，因此很難把這些因素用一個確切的函數關系表達出來。通過大量資料和數據分析整理，提出下述室外空氣濕球溫度簡化計算式：(5)式中T——τ時刻的室外空氣濕球溫度，℃m,τT——夏季空氣調節室外計算濕球溫度，℃mT——夏季空氣調節溫度，℃wT——夏季空氣調節日平均溫度，℃pB′——夏季大氣壓，mbarB——標準大氣壓，B=1013.25mbarτ——計算時刻，hS——修正值，取S=5例：計算北京夏季上午8：00的室外空氣濕球溫度。解GBJ19—《采暖通風與空氣調節設計規范北京市有關氣象參數為=26.4℃，mT=33.2℃，T=28.6℃，B′=998.6mbar。wp代入式(5)計算得T.=27.2℃。m8作者簡介：吳喜平，54歲，大學畢業，蓄能空調研究所所長。吳喜平（同濟大學）第頁頁

以下無正僅供個用學習、究不得用商業用。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.僅供個用學習、究不得用商業用。Nurfürdenpers?nlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.Pourl'étudeetrechercheuniquementàdesfinspersonnelles;pasàdesfinscommerciales.僅供個用學習、究不得