Точка росы и её применение на практике

Точка росы и её применение на практике © pixabay.com

В статье речь пойдёт об одном из важнейших метеорологических параметрах - точке росы. Мы расскажем что это такое, для чего она нужна и где применяется.


Как известно, в воздухе всегда присутствует определённое количество водяного пара, который является одним из основных компонентов атмосферы Земли. Благодаря его наличию, у нас формируются облака, выпадают осадки, складываются определённые климатические условия. Существует ряд характеристик влажности, благодаря которым можно количественно описать состояние атмосферы и влагосодержание воздуха при определённых условиях. Среди таковых выделяют: относительную и абсолютную влажность, упругость водяного пара, парциальное давление, отношение смеси и точку росы. Именно точка росы является наиболее важным и часто используемым параметром как в научной сфере, так и в различных отраслях жизнедеятельности человека. Она влияет на степень комфорта, учитывается в прогнозах погоды и т.д.

Общие понятия

Согласно определению метеорологического словаря, точка росы – это температура, до которой необходимо охладить воздух, что бы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения при постоянном давлении. Более простыми словами это означает, что при достижении точки росы водяной пар начинает конденсироваться, то есть переходить из газообразного состояние в жидкое. Наиболее ярким примером такого процесса является возникновение капелек росы на траве в холодное летнее утро за счёт охлаждения самого тонкого приземного слоя воздуха. По этой причине, данную характеристику и назвали точкой росы.

Когда мы узнаём информацию о погоде, то почти всегда обращаем внимание на влажность воздуха. Она бывает абсолютной и относительной. В данной статье акцент сделаем именно на относительную, которая измеряется в процентах и имеет тесную связь с точкой росы. Относительная влажность воздуха показывает, сколько водяного пара содержится в воздухе при определённом давлении и температуре. Она может колебаться от 0,1 до 100%. При нормальных условиях у земной поверхности, влажность повышается по мере снижения температуры. Когда она достигает 100%, это означает, что в воздухе содержится максимально возможное количество пара, и он начинает конденсироваться (то есть, водяной пар достиг состояния насыщения). В таком случае, точка росы будет равна температуре воздуха, но никогда не сможет быть выше её. Чем ниже относительная влажность (то есть, более сухой воздух), тем разница между точкой росы и фактической температурой будет больше. К примеру, летом в пустынных районах Северной Африки и на Ближнем Востоке относительная влажность может снижаться до 1 – 2%. В таком случае при фактической температуре воздухе +48…+50 °С, точка росы окажется вовсе отрицательно, достигнув значения -2…-4 °С! И для того, чтобы в данной воздушной массе образовался конденсат, её нужно охладить до температуры ниже 0 °С. В случае, если влагосодержание воздуха остаётся неизменным, а температура повышается, то относительная влажность будет уменьшаться, но точка росы останется постоянной.

Существует также связь между атмосферным давлением, влагосодержанием и точкой росы. В случае повышения давления, масса водяного пара на единицу объёма должна уменьшиться, что бы точка росы оставалась постоянной. Рассмотрим для примера Нью-Йорк с высотой около 10 м над у.м. и Денвер, расположенный на высоте 1610 м над у.м. Поскольку Денвер находится гораздо выше, то там будет наблюдаться более низкое атмосферное давление (ведь давление понижается с высотой по экспоненциальному закону). Следовательно, если точка росы и температура воздуха в обоих городах окажутся одинаковыми, то количество водяного пара в Денвере будет больше.

Применение точки росы в метеорологии и авиации

В метеорологии точка росы играет важнейшую роль. По её значению классифицируют воздушные массы, рассчитывают целый ряд индексов неустойчивости, которые помогают прогнозировать интенсивность и развитие конвективных процессов (гроз, шквалов, смерчей). Именно по характеру изменения значений точки росы отмечают расположение так называемых, «сухих линий» (dry lines) на картах погоды; просчитывают вероятность возникновения туманов и высоты нижней границы облачности, а также многое другое. Часто можно слышать о таком термине как дефицит точки росы. Это ни что иное, как разница между фактической температурой и значением точки росы. К примеру, при аэрологическом зондировании атмосферы определяется дефицит точки росы, который больше в сухом воздухе и меньше во влажном, но никогда не бывает отрицательным.

На практике определение значения точки росы проводится в основном при помощи психрометрического метода. Его суть заключается в измерении фактической температуры воздуха и температуры «смоченного термометра» при данном атмосферном давлении. При помощи специального фитиля из батиста смоченный (мокрый) термометр поддерживается во влажном состоянии, путем его непрерывного смачивания водой. Вода испаряется с поверхности резервуара термометра, тем самым охлаждая его. Чем выше влажность воздуха, тем меньше дефицит точки росы и наоборот. Затем по специальным психрометрическим таблицам можно точно узнать значение непосредственно точки росы. Существуют приборы для прямого определения точки росы, например, полиметр Ламбрехта. Такой прибор был изобретён ещё в 1859 году и в наше время уже заменён на электронные аналоги с более точными и простыми измерениями.

В авиации от точки росы зависит напрямую безопасность полётов. Для экипажа воздушного судна важно оценить вероятность обледенения в конкретной метеорологической обстановке. Кроме этого, точка росы влияет на горизонтальную дальность видимости и значение плотности высоты в сочетании с давлением и температурой. Высокая точка росы означает большую плотность над уровнем моря, что, в свою очередь, снижает летные характеристики самолета. Точка росы также очень важна в некоторых вертолетах с карбюраторами, которые подвергаются обледенению даже во время взлета, потому что они используют только необходимую мощность, а не полный газ.

При отрицательных температурах иногда пользуются термином точка инея. Она представляет собой температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщающим по отношению к поверхности льда. При её достижении, водяной пар начинает кристаллизоваться, минуя жидкую фракцию (такой процесс называют депозицией или десублимацией). В природе такой процесс мы видим при формирования инея и кристаллической изморози.

Влияние точки росы на состояние человека и его комфорт

Теперь кратко рассмотрим, как значение точки росы влияет на степень комфортности человека. При высокой температуре воздуха человеческое тело использует испарение пота для своего охлаждения. Эта функция очень эффективная, но не во всех случаях. Скорость испарения пота зависит от того, какое количество влаги содержится в воздухе и сколько влаги он может удерживать при данном давлении. Если воздух уже насыщен влагой (при относительной влажности 100%), пот уже не испарится. Терморегуляция тела будет вызывать потоотделение, чтобы поддерживать нормальную температуру тела, даже если скорость, с которой выделяется пот, превышает скорость испарения, поэтому во влажные жаркие дни можно покрыться потом даже без применения каких-либо физических нагрузок. В этом случае, точка росы будет максимально приближённая в фактической температуре и обычно если она составляет выше +16…+18 °С, то человек ощущает духоту, сложности с физическими нагрузками, иногда головные боли и прочие ощущения дискомфорта. Максимально зарегистрированный показатель точки росы на планете в естественных условиях составил +35 °С. Это значение было зафиксировано 8 июля 2003 года в городе Dhahran, Саудовская Аравия. Фактическая температура воздуха в тот день составила +42,2 °C. С учётом слабого ветра в 1 м/с, эффективная температура (виртуальная температура, которую бы ощущал человек, одетый по сезону) достигла +115 °С!

Дискомфорт также вызывают и низкие значения точки росы (в основном, ниже -5 °C), поскольку это означает крайне низкую влажность воздуха. Сухой воздух может вызвать растрескивание кожи и пересыхание слизистых оболочек носоглотки и дыхательных путей. Поэтому рекомендуется поддерживать температуру в помещении в пределах +19…+24 °C и относительную влажность 20 – 60%, что эквивалентно точке росы примерно от +4,0 до +16 °C). Интересно, что люди, проживающие во влажном тропическом и субтропическом климате, акклиматизируются к более высоким значениям точки росы. Так, например, житель Сингапура или Майами может иметь более высокий порог дискомфорта, чем житель города в умеренном климате (Киев или Варшава). Люди, привыкшие к умеренному климату, часто начинают чувствовать себя некомфортно, когда точка росы превышает 15 °C, в то время как другим может показаться комфортной точка росы до 18 °C. Тепловой комфорт зависит не только от физических особенностей окружающей среды, но и от психологических факторов.

Использование точки росы в строительстве

В завершении статьи расскажем о роли точки росы в строительстве. Особенно важно подойти к данному вопросы при установке системы утепления построек. В холодный период года температура воздуха обычно ниже, чем внутри дома, поэтому тёплые внутренние воздушные потоки стремятся проникнуть наружу. Воздух, проходя от внутренней стороны к наружной, охлаждается и достигает состояния насыщения с выделением конденсата. Чтобы это произошло в нужном месте необходимо правильно учесть значение точки росы. Если такой процесс происходит в неправильном месте, то стены дома будут сыреть, в последствии на них появляется плесень. В итоге, дом буквально становится непригодным для проживания: ухудшается теплопроводность, стенки промерзают, разрушаются. Точное определение месторасположения зоны, в которой образуется конденсат в стене предотвратит эти неприятности, обеспечив комфортный микроклимат. Положение данного показателя зависит от нескольких факторов:

  • толщины стенки, всех используемых для её возведения и отделки материалов;
  • температурного показателя внутри и снаружи дома;
  • влажности воздуха внутри и снаружи помещения.

Если теплоизолятор рассчитан правильно, то точка росы будет находиться внутри теплоизолятора. В этом случае наружные и внутренние стены будут оставаться сухими. В случае если слой изолятора взят меньше, чем требовалось, то значение точки росы будет находиться внутри стены, а это уже чревато негативными для дома последствиями.

Таким образом, правильным утеплением считается такое, когда точка росы располагается внутри самого утеплителя независимо от погодных условий. Требуемая толщина утеплителя рассчитывается с учётом рассматриваемого параметра тремя способами:

  • При помощи специальных сводных таблиц, которые будут отличаться для каждого региона.
  • Используя расчётную формулу, включающую множество сложных параметров.
  • При помощи специального калькулятора, который предлагают на своих сайтах многие производители теплоизоляционных материалов.

Кроме того, значение точки росы целесообразно рассчитывать не только относительно утеплителя, но и слоя декоративной отделки.

Подготовил: Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, синоптик.

4,3/5 (24 оценок)

Не пропусти самое интересное!

Подписывайся на наши каналы в мессенджерах!

Публикации

Видео