رطوبة الهواء

رطوبة الهواء
رطوبة الهواء، أو الرطوبة الجوية، هي كمية بخار الماء، الموجودة في الهواء الجوي؛ وخاصة طبقة التروبوسفير . ومع أن كمية الماء، الموجودة على شكل رطوبة في الغلاف الجوي، هي قليلة جداً (نحو 0.01% من كمية الماء الموجودة على الأرض)، مقارنة بتلك الموجودة على سطح الأرض (نحو بليون و360 مليون كم2)؛ إلا أنه يتبخر نحو 380 ألف كم3، من الماء، إلى الغلاف الجوي، كل عام. منها نحو 60 ألف كم3، تتبخر من القارات (البحيرات والأنهار والتربة والنبات)؛ ونحو 320 ألف كم3 تتبخر من المحيطات والبحار. وتعود هذه الكمية إلى السطح بتساقط متعدد الأشكال.
وتعد الرطوبة الجوية أحد المحركات الرئيسية للمناخ Climate Engine، بسبب الطاقة الهائلة، المكتسبة أو المحررة، عند تحوّل الماء من حالة إلى أخرى . إذ يكتسب الماء طاقة، عند التبخر، تبلغ 580 سعراً لكل جرام من الماء، تنقل مع البخار، على شكل حرارة كامنة Lantent heat. وعند الأخذ بالحسبان كمية التبخر السنوي، على مستوى الكرة الأرضية، يتضح أن عملية التبخر، تنقل نحو 2204×1510 سعر من الطاقة، إلى الغلاف الجوي، على شكل حرارة كامنة في الرطوبة، تُحرير عندما يتم التكاثف، على شكل حرارة محسوسة. ويعبَّر عن محتوى الهواء من الرطوبة، بعدة صيغ.
الرطوبة المطلقة Absolute humidity
ويقصد بها كتلة بخار الماء، في حجم معين من الهواء. وتأخذ الوحدة جراماً لكل متر مكعب (جرام/م3). وتُعَد هذه الطريقة غير محافظة non conservative؛ أي أن كميتها تتغير، بتغير كثافة و/أو درجة حرارة الهواء؛ بل تتحكمان في حجمه؛ إذ الزيادة في الرطوبة تؤدي انخفاض كثافة الهواء؛ ما يزيد من حجم الهواء لوحدة الكتلة. أما التغير في درجة الحرارة، فيؤدي تغيراً في كثافة الهواء وحجمه، بالنسبة إلى وحدة الكتلة. فعندما تزداد الحرارة، يتمتدد الهواء، فيكبر حجم الكتلة المعينة، وتنخفض الكثافة. فلو أن متراً مكعباً من الهواء، يحتوي على جرام واحد من الماء، على شكل بخار، فإن رطوبته المطلقة تكون 1جرام/م3. أما إذا رفعت درجة حرارة الهواء، فسوف يتمدد، بقدر التسخين، ليصبح حجمه أكبر من متر مكعب، فيبلغ 1.1 متر مكعب. أما كمية الماء المحمولة فيه، على شكل بخار، فلن تتغير؛ ما يقلل من رطوبته المطلقة، لتصبح 1جرام/1.1 متر مكعب، أو 0.91 جرام/م3.
الرطوبة النوعية Specific Humidity
ويقصد بها كتلة بخار الماء، الموجود في كتلة معينة من الهواء، المكون من هواء جاف وبخار ماء؛ وتكون وحدتها، هي الجرام لكل كيلوجرام (جرام/كجم). وتُعّد الرطوبة النوعية من الطرائق المحافظة، للتعبير عن رطوبة الهواء، أي أنها لا تتأثر بالتغير في درجة الحرارة، وما ينتج عنه، من تمدد أو انكماش، يؤثر في كثافة الهواء.
وتعرف الرطوبة النوعية الإشباعية، بأنها كتلة بخار الماء، التي تستطيع كتلة معينة من الهواء حملها، عند درجة حرارة معينة، وضغط جوي معين.
الرطوبة النسبية Relative Humidity
الرطوبة النسبية، هي نسبة بخار الماء الموجود في الهواء، إلى ما يستطيع الأخير حمله منه، عند درجة الحرارة نفسها، والضغط الجوي نفسه. وتحسب بوساطة الرطوبة النوعية الفعلية، والرطوبة النوعية الإشباعية، أو بوساطة ضغط بخار الماء الإشباعي، وضغط بخار الماء الفعلي، كما يلي:
الرطوبة النسبية= ضغط بخار الماء الفعلي × 100

ضغط بخار الماء الإشباعي
أو
الرطوبة النسبية= الرطوبة النوعية × 100

الرطوبة النوعية الإشباعية
وتتحكم رطوبة الهواء النسبية في معدل التبخر، من الأسطح المائية، والتربة، والنتح من أوراق النبات؛ فكلما ازدادت الرطوبة النسبية، قلّ التبخر والنتح، والعكس صحيح. ولأن ضغط بخار الماء الإشباعي، يعتمد على درجة الحرارة؛ لذا، فإن الرطوبة النسبية، تتغير في خلال اليوم الواحد، تبعاً لتغير درجة الحرارة. إذ ترتفع الرطوبة النسبية، في خلال ساعات اليوم الباردة، في الساعات الأخيرة من الليل، حتى تصل، أحياناً، إلى درجة الإشباع. وينتج ما يُعرَف بالندى، إذا كانت درجة الحرارة فوق الصفر المئوي؛ وإذا كانت دونه، ينتج الصقيع. أما في منتصف النهار، حين تبلغ درجة الحرارة ذروتها، فإن الرطوبة النسبية، تنخفض إلى أدنى معدل لها؛ ما يزيد من معدل التبخر والنتح .
الرطوبة النوعية الفعلية

الرطوبة النوعية الإشباعية
5- نقطة الندى Dew Point
تعرف نقطة الندى على أنها درجة الحرارة التي لو برد إليها الهواء المعين لأصبح مشبعاً ببخار الماء، أي يتساوى فيه ضغط بخار الماء الفعلي مع ضغط بخار الماء الإشباعي، أو تصبح رطوبته النسبية 100%. لذا، كلما كانت درجة الحرارة لنقطة الندى مرتفعة، كان محتوى الهواء من الرطوبة عالياً، والعكس صحيح. ولأن نقطة الندى، لا تتغير كثيراً، في خلال اليوم، فإنها تُعَد من القيم المحافظة. ويمكن حساب نقطة الندى، بتعويض قيمة ضغط بخار الماء الفعلي، في المعادلة التالية:

ض ش = ضغط بخار الماء الإشباعي.
ض ح = ضغط بخار الماء الحقيقي.
لو = اللوغاريتم الطبيعي.