温度、湿度与大气压强的关系

温度、湿度与大气压强的关系
是温度越高大气压强越大还是温度越低大气压强越大?是湿度越大大气压强越大还是湿度越小大气压强越大?为什么?

温度、湿度与大气压强
湿度越大大气压强越大
初中物理告诉我们：“大气压的变化跟天气有密切的关系．一般地说,晴天的大气压比阴天高,冬天的大气压比夏天高．”对这段叙述,就是老师也往往不易说清,笔者认为,这个问题可归结为温度、湿度与大气压强的关系问题．今谈谈自己的初步认识．
我们通常所称的大气,就是包围在地球周围的整个空气层．它除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外,还含有水汽和尘埃．我们把含水汽很少（即湿度小）的空气称“干空气”,而把含水汽较多（即湿度大）的空气称“湿空气”．不要以为“干”的东西一定比“湿”的东西轻．其实,干空气的分子量是28.966,而水汽的分子量是18.016,故干空气分子要比水汽分子重．在相同状况下,干空气的密度也比水汽的密度大．水汽的密度仅为干空气密度的62％左右．
应当说,由于大气处于地球周围的一个开放空间,而不存在约束其运动范围的具体疆界,这就使它跟处于密闭容器中的气体不同．对一个盛有空气的密闭容器来说,只要容器中气体未达到饱和状态,那么,当我们向容器中输入水汽的时候,气体的压强必然会增加．而大气的情况则不然．当因自然因素或人为因素使某区域中的大气湿度增大时,则该区域中的“湿空气”分子（包括空气分子和水汽分子）必然要向周围地区扩散．其结果将导致该区域大气中的“干空气”含量比周围地区小,而水汽含量又比周围地区大．这犹如在大豆中掺入棉籽时其混合体密度要小于大豆密度一样,所以该区域的湿空气密度也就小于其它地区的干空气密度．这样,对该区域的一个单位底面积的气柱而言,其重量也就小于其它干空气地区同样的气柱这也就告诉我们,大气压随空气湿度的增大而减小．就阴天与晴天而言,实际上也就是阴天的空气湿度比晴天要大,因而阴天的大气压也就比晴天小．
我们知道,气体分子的“碰撞”是产生气体压强的根本原因．因而对大气压随空气湿度而变化的问题,我们也可以由此作出解释,根据气体分子运动的基本理论,气体分子的平均速率：
则气体分子的平均动量（仅考虑其大小）
由此可见,平均质量大的气体分子,其平均动量也大（有的文献①中所言：“干空气的平均速度也大于湿空气”,是不正确的）．而对相同状况下的于空气与湿空气来说,由于于空气中的气体分子密度及分子的平均质量都比湿空气要大,且干空气分子的平均动量也比湿空气大,因而湿度小的干空气压强也就比湿度大的湿空气大．
当我们给盛有空气的密闭容器加热的时候,则其压强当然也会增大．而对大气来说情况就不同了．当某一区域的大气温度因某种因素而升高时,必将引起空气体积的膨胀,空气分子势必要向周围地区扩散．温度高,气体分子固然会运动得快些,这将成为促进压强增大的因素．但另一方面,随着温度的升高,气体分子便向周围扩散,则该区域内的气体分子数就要减少,从而形成一个促使压强减小的因素．而实际的情况乃是上述两种对立因素共同作用的结果．至于这两种因素中哪个起主要作用,我们不妨来看一看大陆及海洋上气压随气温变化的实际情况．我们说,夏季大陆上气温比海洋上高,由于大陆上的空气向海洋上扩散,而使大陆上的气压比海洋上低；冬季大陆气温比海洋上低,由于海洋上空气要向大陆上扩散,又使大陆上气压比海洋上高．而由此可见,在温度变化和分子扩散两个因素中,扩散起着主要的、决定性的作用．应当指出,这里所说的扩散,是指空气的横向流动．因为由空气的纵向流动并不能改变竖直气柱的重量（有的文献②把因温度而产生的气压变化说成是空气沉浮的结果,这是不妥的）,因而也就不能改变大气的压强（对重力加速度g因高度变化而产生的影响完全可以忽略）．
由于地球上的大气总量是基本上恒定的．当一个地区的气温增加时,往往伴随着另一个地区温度的降低,这就为高温处的空气向低温处扩散带来了可能．而扩散的结果常常是高温处的气压比低温处低．当我们生活的北半球是接受太阳热量最多的盛夏时,南半球却是接受太阳热量最少的严冬．这时,由于北半球的空气要向南半球扩散而使北半球的气压较南半球要低．而由于大气总量基本不变,则此时北半球的气压就低于标准大气压,南半球的气压当然也就会高于标准大气压．同样,空气的反方向扩散又会使北半球冬季的气压高于标准大气压．因而,在北半球,冬季的大气压就会比夏季要高．当然,大气压的变化是很复杂的,但对中学课本上的说法作上述解释还是可以的