A légkörben több-kevesebb víz mindig található. A légköri víz egy része szilárd, nagyobb hányada cseppfolyós, míg legnagyobb mennyiségben gőz állapotú. Az alapgázokon kívül vízgőzt is tartalmazó nedves levegő jellemzésére nem elegendő a három állapotjelző (nyomás, fajlagos térfogat, hőmérséklet), hanem még a vízgőztartalmat is ismerni szükséges.

A levegőben lévő vízgőz nagyobb részben földfelszíni eredetű, míg kisebb részben a légkörben lévő cseppfolyós víz párolgásából származik. A folyadékfázisból elpárolgó molekulák számát N_k-val, a kondenzálódókat pedig N_v-vel jelöljük, az alábbi három eset különböztethető meg:

N_k g N_v,          a folyadék anyagmennyisége csökken, a párolgás dominál, a gáztérben lévő vízgőz telítetlen.

N_k = N_v,          a folyadék anyagmennyisége állandó, termodinamikus egyensúly, a vízgőz telített.

N_k l N_v,          a gőz anyagmennyisége csökken, a lecsapódás dominál, a gáztér túltelített.

Az első esetet a párolgás, a harmadikat a csapadékképződés kapcsán tárgyaljuk.

A két fázis egyensúlya - telített gőz - esetén a Gibbs-féle fázisszabály értelmében a rendszer szabadságfoka 1. Ez azt jelenti, hogy csak egy jellemzőt változtathatunk tetszőlegesen, s ez az összes többi változót már meghatározza. Független változó állandó nyomáson általában a hőmérséklet. A továbbiakban a légköri vízgőzjellemzőket tekintjük át röviden.

Páranyomás (gőznyomás, mbar, kPa; jele: e.): A páranyomás a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása. Mivel a levegő gázkeverék, nyomása egyenlő a keveréket alkotó anyagok parciális nyomásainak az összegével. Ha a nedves levegő nyomását p-vel, a száraz levegőjét pedig p₀-val jelöljük az alábbi összefüggés érvényes:

3.36. egyenlet - A nedves levegő nyomását p-vel, a száraz levegőjét pedig p0-val jelölve érvényes összefüggés érvényes

p = p 0 + e T mbar

Hazánkban e értéke kisebb, mint 3%, ami kb. 30 mbar.

Telítettségi páranyomás (mbar, kPa; jele: E): Értéke ideálisan tiszta vízfelszín felett csak a hőmérséklettől függ. A telítettségi páranyomás az egységnyi térfogatú légoszlopban a T hőmérsékletű vízgőz parciális nyomása. Meghatározására a következő formula használatos:

3.37. egyenlet - A telítettségi páranyomás az egységnyi térfogatú légoszlopban a T hőmérsékletű vízgőz parciális nyomása

E = 6 . 10 107 . 45 s t s 234 + t T mbar

A telítettségi páranyomás a hőmérséklettel exponenciálisan változik. Az 1 ^oC-ra eső változás jelölése b, ami a következő módon írható fel:

3.38. egyenlet - A telítettségi páranyomás a hőmérséklettel exponenciálisan változik

D = 2503 T + 237 . 3 exp 17 . 27 n T T + 237 . 3 T kPa n C m 1

Abszolút nedvességtartalom (kg m^-3; jele: a)

Meghatározásának módja:

3.39. egyenlet - Abszolút nedvességtartalom

a = m v s v 1 T kg n m m 3

Az abszolút páratartalom az általános gáztörvényből vezethető le:

3.40. egyenlet - Az abszolút páratartalom az általános gáztörvényből vezethető le

a = m v v l = e R v T = 0 . 217 s e T T kg n m m 3

Az összefüggésből kitűnik, hogy nemcsak a telítési páranyomás, hanem a telítettségi nedvességtartalom is hőmérsékletfüggő. A páranyomás és az abszolút nedvességtartalom numerikus értéke igen hasonló, 16,7 dC-nál azonosság áll fenn, a hőmérséklet emelkedésével viszont különbségük fokozatosan nő.

A páranyomás legegyszerűbben pszichrométeres (száraz-nedves hőmérő-pár) méréssel állapítható meg. A mérőeszköz nedves muszlinnal bevont hőérzékelőjéről történő párolgás energiáját főként a hőmérő higanytartálya szolgáltatja, ezért a hőmérő a ténylegesnél alacsonyabb értéket mutat.

3.12. ábra - A hőmérséklet és páranyomás közötti összefüggés

Minél nagyobb a két hőmérő által mutatott érték közötti különbség, az ún. pszichrometrikus különbség, a levegő annál szárazabb. A két hőértékből a páranyomás a Sprung-formulával határozható meg.

3.41. egyenlet - A Sprung-formula

e = E ' m 0 . 5 ( T m T ' ) T mbar

ahol: E' : a nedves hőmérő által mért érték telítési páranyomása T-T' : a pszichrometrikus hőmérsékleti differencia 0,5 : a ventillációs együttható (3 m/s szélsebességnél)

A levegőben lévő vízgőz telítettségi fokáról a relatív nedvességtartalom értéke nyújt felvilágosítást. A légköri vízgőz a legtöbb esetben nem telített állapotú, annak relatív értéke:

3.42. egyenlet - A legtöbb esetben nem telített állapotú légköri vízgőz relatív értéke

RN = 100 s e s E ( T ) T %

A relatív nedvességtartalom nem a vízgőz mennyiségét, hanem csupán a T hőmérsékletű vízgőz telítettségét fejezi ki.

A harmatpont (dC, jele: b): azt a hőmérsékletet jelenti, amelyen a vízgőz telített állapotba kerül. A harmatpont a levegő hőmérsékletéhez viszonyítva annál alacsonyabb, minél kisebb a relatív nedvességtartalom, illetve minél nagyobb a telítési hiány (E-e).

Hazánkban a páranyomás a téli félévben nappal 5-15 mbar között változik, éjszaka pedig 5-10 mbar között. A nyári félévben, amikor a levegő vízgőztartalma viszonylag nagyobb nappal, a páranyomás 20-30 mbar közötti, míg éjszaka 15-20 mbar.