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关于湿度,你不知道的7件事

1.湿度100%,
不代表一定会下雨

湿度是用来描述空气中水蒸气含量的物理量。表达空气湿度高低的方式有很多种,其中最常用的是气象学里的“相对湿度”。
那什么是相对湿度呢?让我们把空气想象成海绵,它最多可容纳的水是一定量的,比方说是1升。那么相对湿度就是指海绵的实际含水量(即绝对湿度)和最多可容纳水量的比值。如果海绵没有喝水,那么相对湿度是零;如果海绵喝了500毫升的水,相对湿度就是50%。
大气最多能容纳多少水蒸气主要取决于温度。温度上升就相当于把海绵变大,能够容纳更多的水分。所以,增加海绵的尺寸而不添加更多的水时,相对湿度就会降低。
如果在海绵喝饱水之后继续加水,多出来的水蒸气就会析出来。可是这并不意味着一定会下雨。因为相对湿度通常是在地面上测定的,它并不能准确地反映高空中的湿度。
即使当高空的湿度达到饱和,多出来的水蒸气凝结成小水滴之后,这些析出来的小水滴也不会像在吸饱水的海绵里那样,立马滴落成雨。因为它们又轻又小(直径大多只有0.01~0.02毫米),所以被上升的空气托着,形成飘浮的云。只有当小水滴不断吸水长胖到空气托不住的时候,它们才会滴落,化作纷纷细雨。
所以,湿度100%并不意味着一定会下雨。

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2.露点越高,人越难受

不过当湿度达到100%后,一定会出现露水。
在水蒸气含量不变的情况下,气温降低,相当于海绵变小,最后使空气中的水蒸气达到饱和状态。于是,多余的水蒸气就析出来,变成露水。
人们将空气中的水蒸气冷凝形成露水时的环境温度称为露点。比如露点为18℃,意味着外界温度必须降至18℃以下,空气中的水蒸气才会达到饱和,在草上、树叶上形成一颗颗亮晶晶的小水珠。
露点是衡量绝对湿度的一种方式。比如某地的露点为12℃,那么此地空气的绝对湿度就是12℃时的饱和水蒸气量。
由此可见,露点越高,说明空气中水蒸气越多。水蒸气多时一般气温或者相对湿度比较高,毕竟海绵越大才能装下越多的水分,而海绵喝得越饱也意味着装下的水越多。反之,露点越低,则说明空气中水蒸气越少。水蒸气少也有两种情况,一是气温低,也就是海绵小,装水本领不大;二是相对湿度低,也就是海绵虽大但喝的水少。
虽然天气预报并不会提到露点,但它事实上是衡量身体是否感觉舒服的重要指标。它和风、日照等因素一起,影响我们的体感温度(即人体真正感受到的空气温度)。
露点高时,人们通常会感到不适。因为如前所述,高露点时气温一般较高,这会让人大汗淋漓。高露点有时还伴随着高相对湿度,这让汗水挥发受阻,人会因体温过高而不适,甚至生病。而低露点时,气温或者相对湿度会比较低,二者都可令身体有效地散热,因而比较舒适。
空气中的水蒸气主要来自海洋和湖泊的蒸发作用。水温越高,水蒸发得越快,空气中的水蒸气也就越多,因此地球上的高露点区域大多靠近温暖水域,比如波斯湾、红海和亚丁湾,这是世界上露点最高的三个地区。
波斯湾是地球上水温最高的区域,其夏季水温可达30~33℃。因此,世界上有记录以来的最高露点——35℃(2003年7月8日下午3时)便出现在波斯湾西岸的宰赫兰。

3.夏天的城市更臭

大家有没有发现,夏天的城市更臭,空气中会不时飘来阵阵臭味。这是为什么呢?
除了夏天的垃圾更容易腐败外,科学家们还发现,在潮湿的环境中,人们的嗅觉更敏感。这是因为高温和高湿度使空中飘浮的水分子更多,其运动速度也更快。大量活跃的水分子携带更多有臭味的粒子进入我们的鼻子,所以夏天的城市更臭。
这也可以解释为什么淋湿的“落汤狗”会更难闻。狗狗的毛发中寄生着许多细菌和酵母菌等微生物,它们会产生一些难闻的化合物。狗狗被淋湿之后,这些臭臭的物质便会被蒸发的水分子带进我们的鼻子,让狗狗闻起来更糟糕。
垃圾散发出的恶臭在冬天也可以闻得到,不过寒冷、干燥的空气会限制臭味粒子旅行的距离,使其杀伤范围大大降低。

4.空气干燥,唱歌易走调

我们的声带由一对左右对称的黏膜组成。发声时,从气管和肺冲出的气流不断冲击声带,引起声带振动而发声。声带通过控制气流,来控制我们说话或唱歌的声调。有意思的是,在干燥的环境中,唱歌很难不走调。
事实上,研究人员推测,正是湿度赋予了语言丰富的声调。统计过遍布全球的3700多种语言后,他们发现,拥有复杂音调的语言——比如说粤语、越南语和许多非洲的语言——更容易出现在地球上潮湿的地区。
研究显示,绝大多数有着复杂声调的语言,都出现在东南亚和非洲的热带地区,少量位于北美、亚马孙流域和新几内亚的潮湿地区。而非多声调语言,例如包括英语在内的各种欧洲语言,一般都出现在更干燥的地方——寒冷的北方或者干燥的沙漠。
之所以产生这种有趣的格局,是因为空气的湿度大小会影响声带的弹性。声带表面的黏液层中的水分和多糖体有固定比例,以保持黏液层松软、有弹性,这是发声的关键。吸入干燥的空气会让声带脱水,导致黏液层的粘稠度上升,弹性下降,很难发出复杂的声调。

5.头发可以测湿度

如果你有一头长长的秀发,可能就不用麻烦天气预报来告诉你空气的湿度。因为头发对湿度很敏感,空气潮湿时,直发会变弯,而卷发会更卷。瑞士的物理学家索斯尔也发现了这一有趣的现象,然后他利用头发制造了世界上第一个头发湿度计。
索斯尔将一束25.4厘米长的头发一端固定到螺钉上,另一端则穿过滑轮,与一重物相连。头发吸水湿润之后会变短,带动重物向上移动。索斯尔则根据重物移动的距离,来计算空气的湿度。
为什么头发吸水之后会变短呢?
头发的主要成分是一种叫做角蛋白的蛋白质。我们都知道,蛋白质是由氨基酸组成的,氨基酸“手拉手”,排成长长的肽链。如上图所示,通过二硫键或氢键,肽链可以形成螺旋结构,并进一步折叠。
二硫键很稳定,它不受湿度影响,只要你不烫发,它几乎可以永久地存在。这赋予了我们头发强度和韧性。而氢键比较弱,它对湿度很敏感,随时可以被打断、重建。
潮湿的时候,空气中有更多的水分子,这意味着除了相邻的氨基酸之间可以形成氢键外,位于肽链不同位置和不同肽链的氨基酸之间也会形成更多的氢键,这会让肽链不断折叠弯曲。而湿度降低后,许多氢键会被打断,肽链重新伸展变长。其宏观表现就是,头发随着湿度增加而变短。
如果把头发想象成弹簧,那么把头发吹干就相当于把弹簧拉直,头发会变长;而潮湿的时候,大量形成的氢键会把弹簧进一步掰弯、折叠,甚至缠绕,头发随之变短。
虽然头发湿度计很粗糙,你甚至可以自己在家动手做,但一直到上个世纪60年代,头发湿度计才退出历史舞台,被电子湿度计取代。

6.闷热潮湿时运动很危险

即使是专业的运动员,他们也必须根据湿度的变化来调整运动。
棒球就是很受湿度影响的运动。球员若不能根据场地调整击球力度,那么相对湿度每上升20%,出现本垒打(击球员打出球后,在球被对方球员接住之前,成功绕垒一圈回到本垒,即为本垒打。最直接的方法就是直接把球打到90~100米开外的本垒打墙外,所以棒球是打得越远越好。)的概率就会降低约25%。
球场湿度高时,棒球会吸水增重,导致击球速度下降;而球在潮湿空气中受到的阻力也会更大,在二者共同影响下,棒球飞出的距离会变短。球飞行的距离每减少1米,打出本垒打的概率就会降低约7.5%。所以,在高海拔的场地,球员更容易打出本垒打,因为那里的湿度更低,球飞得更远。
其实,在高湿度环境中剧烈运动是很危险的。因为当我们在炎热的环境中运动时,身体通过出汗来降温。如果空气干燥,那么汗水能迅速蒸发,并带走体表的热量,有效降低体温。可如果环境的湿度很大,汗液很难蒸发,身体就不得不出更多的汗,来努力降低体温。大量出汗会引起脱水,若不及时治疗,人很容易中暑。
所以闷热潮湿的时候,大家最好减少户外运动的时间,运动后更要及时补充水分。

7.湿度告诉飞蛾哪里花蜜多

令我们讨厌的闷热潮湿的环境对于昆虫来说,却如同天堂一般。
和体型大的动物相比,小虫子更容易脱水,因为它们的相对表面积(体表面积与体积的比值)更大,这意味着会从体表蒸腾散失的水分更多。而我们知道,大多数的昆虫都很小,高湿度会增加它们的存活率,所以昆虫大多对湿度很敏感,总喜欢湿润的乐园。其中以飞蛾为最,它可以检测小到4%的湿度变化。
另外,飞蛾还能通过检测湿度的变化来找到它的食物——花蜜。
花蜜有蒸腾作用,刚盛开的花朵头顶的相对湿度会高出环境约4%。随后湿度差异会逐渐减小,直至大约半小时后花蜜耗尽。也就是说,半小时后,花朵也许依旧盛开,但花蜜却已经没有了。飞蛾只有找到那些开放时间不超过半小时的花朵,才可以享用到花蜜。所以对湿度变化的敏锐感知能力,能帮助飞蛾迅速判断哪些花的花蜜更多。

 

 

本文源自大科技*科学之谜 2016年第10期杂志文章、欢迎广大读者关注我们大科技的微信号:hdkj1997

 

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