什么是比湿度?
比湿度(q)是指一团湿空气中水汽质量与湿空气总质量之比。与相对湿度不同,只要不发生凝结,空气受热或冷却时比湿度都保持不变,因此它在气象学、暖通空调(HVAC)工程和大气科学中是一个非常稳定可靠的物理量。比湿度通常以"每千克湿空气所含水汽的千克数"(kg/kg)表示,或更常用地以"克每千克"(g/kg)来表示。
如何使用本计算器
请以相同的单位输入水汽压 e 与空气总压 p(本工具采用百帕 hPa,1 hPa 等于 1 毫巴 mbar)。计算器会同时给出 g/kg 和 kg/kg 两种单位的比湿度结果。若要求出 e,可以将当前气温下的饱和水汽压乘以相对湿度(以小数形式表示)。
公式详解
核心计算公式为:
$$q = \frac{0.622 \cdot e}{p - 0.378 \cdot e}$$
常数 \(0.622\) 是水的摩尔质量(约 18.02 g/mol)与干空气摩尔质量(约 28.96 g/mol)之比。分母中的 \(0.378 = 1 - 0.622\),用于体现水汽会"挤占"干空气这一事实。该项对更简单的混合比近似进行了修正,使结果是真正的比湿度,而非混合比。
计算实例
假设水汽压 \(e = 20\) hPa,总压 \(p = 1013.25\) hPa。那么分母为 \(1013.25 - 0.378 \times 20 = 1013.25 - 7.56 = 1005.69\);分子为 \(0.622 \times 20 = 12.44\)。于是 $$q = \frac{12.44}{1005.69} \approx 0.012370 \text{ kg/kg}$$,约合 12.37 g/kg。
常见问题
比湿度和混合比是同一回事吗?不是。混合比是水汽质量与干空气质量之比;而比湿度是水汽质量与湿空气总质量之比。在常规大气条件下两者数值接近,但定义并不相同。
应该使用什么单位?e 和 p 必须使用相同的压强单位——因为两者相除后是无量纲的比值。这样算出的比湿度本身不依赖单位(即 kg/kg),通常再换算为 g/kg。
为什么 q 不随温度变化?因为它是一个质量比。在不加入或排出水分的情况下加热空气,会改变其体积和相对湿度,但水汽和空气的质量保持不变,因此 q 不会改变。