7.2.3: Humedad
- Page ID
- 91707
La humedad es una medida del contenido de vapor de agua del aire. La cantidad de vapor de agua en el aire depende de los controles sobre la evaporación discutidos anteriormente. Hay varias formas en las que un meteorólogo puede expresar la humedad del aire. Cada medida de humedad está controlada en cierto grado por la temperatura del aire.
La humedad absoluta es el peso del vapor de agua por unidad de volumen de aire, generalmente medido en unidades de gramos de vapor de agua por metro cúbico de aire. La humedad absoluta no suele utilizarse para expresar el contenido de humedad del aire porque es sensible a los cambios tanto en la temperatura del aire como en la presión atmosférica. Por ejemplo, digamos que una parcela de aire de 1 metro cúbico en la superficie tiene 2 gramos de agua en ella. Ahora levanta la parcela de aire hacia arriba a la atmósfera. A medida que el aire sube la disminución de la presión atmosférica sobre la parcela le permite expandirse hacia afuera ocupando más espacio. Digamos que la parcela duplica su tamaño como resultado de la elevación. Antes de subir, la humedad absoluta era de 2 gm/m 3. Como el aire se duplica en volumen la nueva humedad absoluta es de 1 gm/m 3. En la actualidad la parcela aún tiene el mismo peso de agua en ella, 2 gramos. Pero dada la forma en que se calcula la humedad absoluta parece que la cantidad de agua en el aire ha disminuido.
En lugar de humedad absoluta, utilizamos una medida que no es sensible a los cambios de volumen en el aire. La humedad específica se mide como el peso del vapor de agua en el aire por unidad de peso de aire, que incluye el peso del vapor de agua. Las unidades de medida son gramos de vapor de agua por kilogramo de aire. Dado que el peso no está influenciado significativamente por la temperatura o la presión atmosférica, la humedad específica es mucho más útil como medida de humedad. Otra medida muy similar a la humedad específica es la relación de mezcla. La relación de mezcla es el peso de vapor de agua por unidad de peso de aire seco. Debido a que la atmósfera está compuesta por tan poca humedad por volumen, la relación de mezcla es prácticamente la misma que la humedad específica.
La humedad no sólo se mide como un peso, sino también por la presión que crea. La presión de vapor es la presión parcial creada por el vapor de agua. La presión de vapor, como la presión atmosférica, se mide en milibares y es relativamente insensible a la expansión volumétrica o a la temperatura. La presión de vapor de saturación es simplemente la presión que crea el vapor de agua cuando el aire está completamente saturado.
Cuando pensamos que el aire está saturado de humedad, a menudo decimos que el aire está “reteniendo toda la humedad que pueda”. Esto implica que una vez que el aire haya alcanzado la saturación ya no “aceptará” el agua por evaporación. Esto está mal. Siempre y cuando haya agua disponible, la evaporación continuará incluso cuando el aire esté completamente saturado. Examinemos el concepto de saturación con más detalle.
Imagina un vaso lleno de agua hasta la mitad. Pongámosle una tapa para limitar el movimiento de las moléculas de agua y eliminar la influencia del viento en la evaporación. A medida que el agua absorbe calor comienza a cambiar de fase y entra al aire como vapor de agua. Sobre la superficie, las moléculas de vapor de agua se lanzan suspendidas en el aire. Sin embargo, cerca de la superficie las moléculas de agua se están uniendo de nuevo a la superficie, cambiando así de nuevo a agua líquida (condensación) (A). A medida que se produce la evaporación el nivel de agua en el vaso disminuye (B). Esto ocurre porque la evaporación excede la condensación del agua de regreso a la superficie. Después de algún tiempo, la cantidad de agua que ingresa al aire por evaporación es igual a la de condensación (C). Cuando esto ocurre se dice que el aire está saturado.
El nivel de saturación del aire está directamente relacionado con la temperatura del aire. A medida que aumenta la temperatura del aire, más agua puede permanecer en fase gaseosa. A medida que disminuye la temperatura, las moléculas de agua disminuyen la velocidad y existe una mayor probabilidad de que se condensen en las superficies. La gráfica siguiente muestra la relación entre la temperatura del aire y la presión de vapor, una medida de la humedad, a la saturación.
Tenga en cuenta que por debajo de cero grados Celsius la curva se divide, una para el punto de saturación por encima de una superficie líquida (líquido-vapor) y otra para una superficie de hielo (hielo - vapor). Lo primero que quizás te estés preguntando es cómo puede existir el agua como un líquido por debajo del punto de congelación. El agua que no está congelada por debajo de 0 o C se llama “agua súper enfriada”. Para que el agua se congele, las moléculas deben alinearse adecuadamente para unirse entre sí. Esto es menos probable que ocurra especialmente con pequeñas cantidades de agua, como gotas de nubes. Así, en las nubes donde las temperaturas están por debajo del punto de congelación es común encontrar tanto agua líquida súper enfriada como cristales de hielo.
Observe que la presión de vapor de saturación a -20 o C es menor para el hielo que para una superficie líquida. ¿Por qué sería esto así? Tal vez recuerde que para convertir el agua de un líquido a un gas se requieren alrededor de 600 calorías por gramo. Para convertir el agua de un sólido a un gas se requieren alrededor de 680 calorías, de ahí que sea más difícil “liberar” una molécula de agua del hielo que del agua. Por lo tanto, cuando el aire está saturado, hay más moléculas por encima de una superficie de agua (es decir, más presión de vapor) que una superficie de hielo (es decir, menos presión de vapor).
La temperatura del punto de rocío es la temperatura a la que se produce la condensación y se utiliza como medida del contenido de humedad. La temperatura del punto de rocío depende de la cantidad de humedad en el aire, cuanto más humedad haya en el aire, mayor será la temperatura del punto de rocío. Recibe su nombre de “punto de rocío” porque el rocío se formará en las superficies cuando el aire alcance la saturación.
¿Alguna vez has notado que a pesar de que está 100% de humedad relativa fuera, se siente mucho más seco durante el invierno que en verano? Para ver por qué, tenemos que examinar la humedad relativa. La humedad relativa es la relación entre la cantidad de vapor de agua en el aire y su punto de saturación. A menudo, la humedad relativa se define como la cantidad de vapor de agua en el aire a “cuánto puede contener” a una temperatura dada. La noción de capacidad de retención se disipa cuando se considera lo que realmente significa saturación. Independientemente, lo que sí sabemos es que el nivel de saturación del aire con respecto al vapor de agua depende de la temperatura del aire. Sabemos que a medida que aumenta la temperatura del aire, la capacidad del aire para mantener el agua en su estado de vapor es más fácil. Es decir, a medida que aumenta la temperatura del aire puede mantener más agua en estado de vapor. Entonces, ¿por qué el aire frío saturado se siente más seco que el aire caliente en la saturación? Veamos un ejemplo.
El aire polar continental (cP) tiene una temperatura promedio de 5 o C (41 o F). Su relación de mezcla de saturación es de 6 g/kg. Así que el aire continental al 100% de humedad relativa es
RH = 6 g/kg (en el aire)/6 g/kg (saturación)
La temperatura promedio del aire tropical marítimo (mT) es de 22o C (71.6o F) con una relación de mezcla de saturación de 16 g/kg. Así que el aire tropical marítimo al 100% de humedad relativa es
RH = 16 g/kg (en el aire)/16 g/kg (saturación)
Por lo tanto, el aire polar es más seco al 100% de humedad relativa porque tiene mucha menos humedad en él a la saturación que el aire tropical marítimo más cálido.