نقطة الندى

الرطوبة وقياس الرطوبة
مفاهيم محددة
نقطة الندى انخفاض نقطة الندى القياس النفسي
المفاهيم العامة
هواء تركيز كثافة الندى تبخر تخزين الرطوبة ( ضغط جوي )  الماء السائل قانون أفوجادرو النواة التوازن الديناميكي الحراري
التدابير والادوات
مؤشر الحرارة كثافة البخار المشبع نسبة الخلط النشاط المائي مؤشر ح. بطاقة جهاز قياس الرطوبة درجة الحرارة الجافة / الرطبة
ف ت هـ

نقطة الندى لجسم معين من الهواء هي درجة الحرارة التي يجب تبريده إليها ليصبح مشبعًا ببخار الماء. تعتمد هذه الدرجة على الضغط ومحتوى الماء في الهواء. عندما يبرد الهواء إلى ما دون نقطة الندى، تقل قدرته على الاحتفاظ بالرطوبة وسيتكثف بخار الماء المحمول جوًا ليشكل ماءً سائلاً يُعرف بالندى . [ ^1] عندما يحدث هذا من خلال ملامسة الهواء لسطح أكثر برودة، سيتشكل الندى على هذا السطح. ^[2]

تتأثر نقطة الندى برطوبة الهواء ، فكلما زادت نسبة الرطوبة في الهواء زادت نقطة الندى. ^[3]

عندما تكون درجة الحرارة أقل من نقطة تجمد الماء، تسمى نقطة الندى نقطة التجمد ، حيث يتشكل الصقيع عن طريق الترسيب وليس التكثيف. ^[4] في السوائل، فإن النظير لنقطة الندى هو نقطة السحب .

إذا ظلت جميع العوامل الأخرى المؤثرة على الرطوبة ثابتة، فإن الرطوبة النسبية على مستوى الأرض ترتفع مع انخفاض درجة الحرارة؛ وذلك لأن كمية أقل من البخار مطلوبة لتشبع الهواء. في الظروف العادية، لن تكون درجة حرارة نقطة الندى أكبر من درجة حرارة الهواء، حيث لا تتجاوز الرطوبة النسبية عادةً ^{[5] 100%. [6]}

من الناحية الفنية، نقطة الندى هي درجة الحرارة التي يتكثف عندها بخار الماء في عينة من الهواء عند ضغط جوي ثابت إلى ماء سائل بنفس المعدل الذي يتبخر به. ^[7] عند درجات حرارة أقل من نقطة الندى، سيكون معدل التكثيف أكبر من معدل التبخر، مما يؤدي إلى تكوين المزيد من الماء السائل. يُطلق على الماء المكثف اسم الندى عندما يتكون على سطح صلب، أو الصقيع إذا تجمد. في الهواء، يُطلق على الماء المكثف اسم الضباب أو السحابة ، اعتمادًا على ارتفاعه عند تشكله. إذا كانت درجة الحرارة أقل من نقطة الندى، ولم يتشكل الندى أو الضباب، يُطلق على البخار اسم مشبع للغاية . يمكن أن يحدث هذا إذا لم يكن هناك ما يكفي من الجسيمات في الهواء لتكون بمثابة نوى تكاثف . ^[5]

تعتمد نقطة الندى على كمية بخار الماء التي يحتويها الهواء. إذا كان الهواء جافًا جدًا ويحتوي على عدد قليل من جزيئات الماء، تكون نقطة الندى منخفضة ويجب أن تكون الأسطح أكثر برودة بكثير من الهواء حتى يحدث التكثيف. إذا كان الهواء رطبًا جدًا ويحتوي على العديد من جزيئات الماء، تكون نقطة الندى عالية ويمكن أن يحدث التكثيف على الأسطح التي تكون أكثر برودة من الهواء ببضع درجات فقط. ^[8]

تشير الرطوبة النسبية العالية إلى أن نقطة الندى قريبة من درجة حرارة الهواء الحالية. تشير الرطوبة النسبية بنسبة 100% إلى أن نقطة الندى تساوي درجة الحرارة الحالية وأن الهواء مشبع بالماء إلى أقصى حد. عندما يظل محتوى الرطوبة ثابتًا وترتفع درجة الحرارة، تنخفض الرطوبة النسبية، لكن نقطة الندى تظل ثابتة. ^[9]

يستخدم طيارو الطيران العام بيانات نقطة الندى لحساب احتمالية تكون الجليد والضباب في المكربن ، ولتقدير ارتفاع قاعدة السحابة الركامية .

يؤدي زيادة الضغط الجوي إلى رفع نقطة الندى. ^[10] وهذا يعني أنه إذا زاد الضغط، فيجب تقليل كتلة بخار الماء لكل وحدة حجم من الهواء من أجل الحفاظ على نفس نقطة الندى. على سبيل المثال، ضع في اعتبارك مدينة نيويورك (ارتفاع 33 قدمًا أو 10 أمتار) ودنفر (ارتفاع 5280 قدمًا أو 1610 مترًا ^[11] ). نظرًا لأن دنفر تقع على ارتفاع أعلى من نيويورك، فإنها ستميل إلى أن يكون لديها ضغط جوي أقل. وهذا يعني أنه إذا كانت نقطة الندى ودرجة الحرارة في كلتا المدينتين متماثلتين، فإن كمية بخار الماء في الهواء ستكون أكبر في دنفر.

عندما تكون درجة حرارة الهواء مرتفعة، يستخدم جسم الإنسان تبخر العرق لتبريد نفسه، ويرتبط تأثير التبريد بشكل مباشر بسرعة تبخر العرق. ويعتمد معدل تبخر العرق على مقدار الرطوبة الموجودة في الهواء ومقدار الرطوبة التي يمكن للهواء أن يحتفظ بها. وإذا كان الهواء مشبعًا بالرطوبة (رطبًا)، فلن يتبخر العرق. وسوف ينتج تنظيم درجة حرارة الجسم التعرق في محاولة للحفاظ على درجة حرارة الجسم الطبيعية حتى عندما يتجاوز معدل إنتاج العرق معدل التبخر، لذلك يمكن أن يصبح الشخص مغطى بالعرق في الأيام الرطبة حتى بدون توليد حرارة إضافية للجسم (مثل ممارسة الرياضة).

مع ارتفاع درجة حرارة الهواء المحيط بجسم الإنسان، يرتفع الهواء ويحل محله هواء آخر. وإذا تحرك الهواء بعيدًا عن الجسم بنسيم طبيعي أو مروحة، يتبخر العرق بشكل أسرع، مما يجعل التعرق أكثر فعالية في تبريد الجسم، وبالتالي زيادة الراحة. وعلى النقيض من ذلك، تقل الراحة مع زيادة العرق غير المتبخر.

يستخدم مقياس الحرارة الرطب أيضًا التبريد التبخيري ، وبالتالي فهو يوفر مقياسًا جيدًا للاستخدام في تقييم مستوى الراحة.

يوجد أيضًا انزعاج عندما تكون نقطة الندى منخفضة جدًا (أقل من حوالي -5 درجة مئوية أو 23 درجة فهرنهايت). ^{[ بحاجة لمصدر ]} يمكن أن يتسبب الهواء الأكثر جفافًا في تشقق الجلد وتهيجه بسهولة أكبر. كما أنه يجفف مجاري الهواء. توصي إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية بالحفاظ على الهواء الداخلي عند 20-24.5 درجة مئوية (68-76 درجة فهرنهايت) مع رطوبة نسبية تتراوح من 20 إلى 60٪، ^[12] وهو ما يعادل نقطة ندى تتراوح من 4.0 إلى 16.5 درجة مئوية (39 إلى 62 درجة فهرنهايت) تقريبًا (حسب القاعدة البسيطة أدناه).

ترتبط نقاط الندى المنخفضة، التي تقل عن 10 درجات مئوية (50 درجة فهرنهايت)، بانخفاض درجات الحرارة المحيطة وتتسبب في احتياج الجسم إلى تبريد أقل. يمكن أن تتوافق نقطة الندى المنخفضة مع درجة حرارة عالية فقط عند رطوبة نسبية منخفضة للغاية، مما يسمح بتبريد فعال نسبيًا.

يتأقلم الأشخاص الذين يعيشون في مناخات استوائية وشبه استوائية إلى حد ما مع نقاط الندى الأعلى. وبالتالي، قد يكون لدى أحد سكان سنغافورة أو ميامي ، على سبيل المثال، عتبة أعلى للانزعاج من أحد سكان مناخ معتدل مثل لندن أو شيكاغو . غالبًا ما يبدأ الأشخاص المعتادون على المناخات المعتدلة في الشعور بعدم الارتياح عندما تتجاوز نقطة الندى 15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت)، بينما قد يجد آخرون نقاط الندى التي تصل إلى 18 درجة مئوية (64 درجة فهرنهايت) مريحة. سيعتبر معظم سكان المناطق المعتدلة نقاط الندى التي تزيد عن 21 درجة مئوية (70 درجة فهرنهايت) قمعية وشبيهة بالمناخ الاستوائي، بينما قد لا يجد سكان المناطق الحارة والرطبة هذا الأمر غير مريح. لا تعتمد الراحة الحرارية على العوامل البيئية الفيزيائية فحسب، بل تعتمد أيضًا على العوامل النفسية. ^[13]

• أعلى درجة حرارة لنقطة الندى: تم رصد نقطة ندى تبلغ 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت) - بينما كانت درجة الحرارة 42 درجة مئوية (108 درجة فهرنهايت) - في الظهران ، المملكة العربية السعودية، في الساعة 3:00 مساءً يوم 8 يوليو 2003. ^{[14] [15]}

تُستخدم أجهزة تسمى أجهزة قياس الرطوبة لقياس نقطة الندى على مدى واسع من درجات الحرارة. تتكون هذه الأجهزة من مرآة معدنية مصقولة يتم تبريدها عند مرور الهواء فوقها. يتم الكشف عن نقطة الندى من خلال ملاحظة فقدان الوضوح في الانعكاس الذي تلقيه المرآة. يمكن استخدام الأجهزة اليدوية من هذا النوع لمعايرة أنواع أخرى من أجهزة استشعار الرطوبة، ويمكن استخدام أجهزة الاستشعار التلقائية في حلقة تحكم مع جهاز ترطيب أو مزيل الرطوبة للتحكم في نقطة الندى للهواء في مبنى أو في مساحة أصغر لعملية التصنيع.

نقطة الندى		الرطوبة النسبية عند 32 درجة مئوية (90 درجة فهرنهايت)
أكثر من 27 درجة مئوية	أكثر من 80 درجة فهرنهايت	73% وأعلى
24–26 درجة مئوية	75–79 درجة فهرنهايت	62-72%
21–24 درجة مئوية	70–74 درجة فهرنهايت	52-61%
18–21 درجة مئوية	65–69 درجة فهرنهايت	44-51%
16–18 درجة مئوية	60–64 درجة فهرنهايت	37-43%
13–16 درجة مئوية	55–59 درجة فهرنهايت	31-36%
10-12 درجة مئوية	50–54 درجة فهرنهايت	26-30%
أقل من 10 درجة مئوية	أقل من 50 درجة فهرنهايت	25% وأقل

التقريب التجريبي المعروف المستخدم لحساب نقطة الندى، T _d ، مع الأخذ في الاعتبار درجة حرارة الهواء الفعلية ("المصباح الجاف")، T (بالدرجات المئوية) والرطوبة النسبية (بالنسبة المئوية)، RH، هو صيغة ماجنوس: حيث b = 17.625 و c = 243.04 درجة مئوية. ^[16] تم اختيار قيم b و c عن طريق تقليل الانحراف الأقصى على مدى النطاق من -40 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية. $${\displaystyle {\begin{align}\gamma (T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}\right)+{\frac {bT {c+T}};\\[8pt]T_ {\mathrm {d} }&= {\frac {c\gamma (T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma (T,\mathrm {RH} )}};\end{محاذاة}}}$$

تتضمن الصيغة الأكثر اكتمالاً وأصل هذا التقريب ضغط بخار الماء المشبع المترابط (بوحدات المليبار ، ويسمى أيضًا الهكتوباسكال ) عند T ، P _s ( T )، وضغط البخار الفعلي (أيضًا بوحدات المليبار)، P _a ( T )، والذي يمكن إيجاده إما باستخدام RH أو تقريبه باستخدام الضغط الجوي (بالمليبار)، BP _mbar ، ودرجة حرارة " المصباح الرطب "، T _w هي (ما لم يُصرح بخلاف ذلك، يتم التعبير عن جميع درجات الحرارة بالدرجات المئوية ): $${\displaystyle {\begin{align}P_{\mathrm {s} }(T)&={\frac {100}{\mathrm {RH} }}P_{\mathrm {a} }(T)=ae^ {\frac {bT}{c+T}};\\[8pt]P_{\mathrm {a}}(T)&={\frac {\mathrm {RH} }{100}}P _ {\mathrm {s}}(T)=ae^{\gamma (T,\mathrm {RH} )}\\&\تقريبًا P_{\mathrm {s} }(T_ {\mathrm {w} })-BP_{\mathrm {mbar} }0.00066\يسار(1+0.00115T_{\mathrm {w} }\right)\left(T-T_{\mathrm {w} }\right);\\[8pt]T_{\mathrm {d} }&={\frac {c\ln {\frac {P_{\ الرياضيات {أ} }(ت)}{أ}}}{ب-\ln {\frac {ص_{\الرياضيات {أ} }(ت)}{أ}}};\end{aligned}}}$$

للحصول على دقة أكبر، يمكن تحسين P _s ( T ) (وبالتالي γ ( T , RH))، باستخدام جزء من تعديل بوغل ، المعروف أيضًا باسم معادلة أردن باك ، والتي تضيف ثابتًا رابعًا d : حيث $${\displaystyle {\begin{aligned}P_{\mathrm {s,m} }(T)&=ae^{\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right)};\\[8pt]\gamma _{\mathrm {m} }(T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}e^{\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right)}\right);\\[8pt]T_{d}&={\frac {c\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}={\frac {c\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}{\frac {P_{\mathrm {s,m} }(T)}{a}}\right)}{b-\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}{\frac {P_{\mathrm {s,m} }(T)}{a}}\right)}}={\frac {c\gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )}};\end{aligned}}}$$

• أ = 6.1121 مليبار، ب = 18.678، ج = 257.14 درجة مئوية، د = 234.5 درجة مئوية.

هناك العديد من مجموعات الثوابت المختلفة المستخدمة. تلك المستخدمة في عرض NOAA ^[17] مأخوذة من ورقة بحثية عام 1980 بقلم ديفيد بولتون في Monthly Weather Review : ^[18]

• أ = 6.112 مليبار، ب = 17.67، ج = 243.5 درجة مئوية.

توفر هذه التقييمات خطأً أقصى قدره 0.1%، عند −30 درجة مئوية ≤ T ≤ 35 درجة مئوية و 1% < RH < 100% . ومن الجدير بالذكر أيضًا Sonntag1990، ^[19]

• أ = 6.112 ملي بار، ب = 17.62، ج = 243.12 درجة مئوية؛ لـ −45 درجة مئوية ≤ T ≤ 60 درجة مئوية (خطأ ±0.35 درجة مئوية).

مجموعة أخرى مشتركة من القيم تنشأ من مخططات القياس النفسي والقياس النفسي لعام 1974. [ 20 ^]

• أ = 6.105 ملي بار، ب = 17.27، ج = 237.7 درجة مئوية؛ عند 0 درجة مئوية ≤ T ≤ 60 درجة مئوية (خطأ ±0.4 درجة مئوية).

كما قدم أردن باك في مجلة الأرصاد الجوية التطبيقية وعلم المناخ ^[21] عدة مجموعات تقييم مختلفة، مع أخطاء قصوى مختلفة لنطاقات درجات حرارة مختلفة. توفر مجموعتان معينتان نطاقًا يتراوح من -40 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية بين المجموعتين، مع خطأ أقصى أقل ضمن النطاق المشار إليه من جميع المجموعات أعلاه:

• أ = 6.1121 ملي بار، ب = 17.368، ج = 238.88 درجة مئوية؛ عند 0 درجة مئوية ≤ T ≤ 50 درجة مئوية (خطأ ≤ 0.05%).
• أ = 6.1121 ملي بار، ب = 17.966، ج = 247.15 درجة مئوية؛ عند −40 درجة مئوية ≤ T ≤ 0 درجة مئوية (خطأ ≤ 0.06%).

هناك أيضًا تقريب بسيط للغاية يسمح بالتحويل بين نقطة الندى ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية. هذا النهج دقيق في حدود ±1 درجة مئوية طالما أن الرطوبة النسبية أعلى من 50%: $${\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {d} }&\approx T-{\frac {100-\mathrm {RH} }{5}};\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-5(T-T_{\mathrm {d} });\end{aligned}}}$$

يمكن التعبير عن ذلك كقاعدة عامة بسيطة:

لكل فرق قدره 1 درجة مئوية بين نقطة الندى ودرجات حرارة الجفاف، تنخفض الرطوبة النسبية بنسبة 5%، بدءًا من RH = 100% عندما تساوي نقطة الندى درجة حرارة الجفاف.

يمكن العثور على اشتقاق هذا النهج، ومناقشة دقته، ومقارنته بتقريبات أخرى، والمزيد من المعلومات حول تاريخ وتطبيقات نقطة الندى، في مقال نُشر في نشرة الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية . ^[22]

بالنسبة لدرجات الحرارة بالدرجات الفهرنهايتية، فإن هذه التقريبات تعمل على: $${\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {d,^{\circ }F} }&\approx T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-{\tfrac {9}{25}}\left(100-\mathrm {RH} \right);\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 100-{\tfrac {25}{9}}\left(T_{\mathrm {{}^{\circ }F} }-T_{\mathrm {d,^{\circ }F} }\right);\end{aligned}}}$$

على سبيل المثال، تعني الرطوبة النسبية 100% أن نقطة الندى تساوي درجة حرارة الهواء. وبالنسبة لرطوبة نسبية 90%، تكون نقطة الندى أقل من درجة حرارة الهواء بمقدار 3 درجات فهرنهايت. ولكل انخفاض بنسبة 10%، تنخفض نقطة الندى بمقدار 3 درجات فهرنهايت.

نقطة التجمد تشبه نقطة الندى في أنها درجة الحرارة التي يجب تبريد قطعة معينة من الهواء الرطب إليها، عند ضغط جوي ثابت ، حتى يترسب بخار الماء على سطح ما على شكل بلورات جليدية دون المرور بالمرحلة السائلة (مقارنة بالتسامي ). تكون نقطة التجمد لقطعة معينة من الهواء دائمًا أعلى من نقطة الندى، حيث يتطلب كسر الرابطة الأقوى بين جزيئات الماء على سطح الجليد مقارنة بسطح الماء السائل ( المبرد للغاية ) درجة حرارة أعلى. ^[23]

• نقطة الفقاعة
• حرارة المكربن
• نقطة الندى الهيدروكربونية
• القياس النفسي
• المخططات الديناميكية الحرارية

• إجابات مطلوبة غالبًا حول درجة الحرارة والرطوبة ونقطة الندى من sci.geo.meteorology