آب در سه حالت جامد مايع و گاز در جو وجود دارد بخار آب كه حالت گازي آب است نقش مهم تري در جو در بوجود آوردن ابرها و پديده هاي ديگر هواشناسي كه ما با آنها سر كار داريم به عهده دارد؛
و آن گازي است بي رنگ و بو و بي شكل كه مقدار آن در هوا متغير و نسبتاً كم است و بيشتر در سطوح پائين جو متراكم گرديده است.
بخار آب قادر است امواج تشعشعي با طول موج بلند را جذب نموده و منتشر نمايد و اين موضوع در تعادل و نگه داشتن درجه حرارت جو بسيار مؤثر مي باشد زيرا اگر بخار آب در زمين و سطوح اتمسفر وجود نداشت اختلاف درجه حرارت روزانه بسيار زياد بود .
منابع رطوبت در جو
اقيانوسها منبع اوليه بخار آب براي جو مي باشند همچنين تبخيراز روي رودخانه ها و درياچه ها و خاك مرطوب و مناطق پوشيده از برف و يخ و نواحي پوشيده از سبزه و جنگل نيز در مقدار بخار آب جو مؤثر مي باشند . بخار آب مي تواند در مواقعي كه بارندگي وجود دارد به وسيله عمل تبخير در جو پراكنده شده و به ميزان رطوبت هوا بيفزايد . از طريق تصعيد از سطوح يخي و برفي نيز به بخار آب هوا در جو اضافه شده كه در نتيجه وجود اين عوامل هوا به نقطه شبنم (Dew point) نزديك مي شود كه ممكن است حالت اشباء به وجود آورد . هر گاه آب تبخير مي شود هواي اطراف خود را خنك مي كند زيرا براي تبخير خود احتياج به حرارت دارد كه اين حرارت لازمه را بايد از هواي محيط اطراف خود اخذ كند.
نقطه شبنم (Dew point)
دمايي كه در آن، هوا از بخار آب اشباع مي شود نقطه شبنم نام دارد ، زيرا سرد شدن زياد هوا باعث ميعان و تشكيل ذرات آب مي گردد . خاصيت مهم نقطه شبنم در جو ، ثبات پذيري آن است . چنانچه ميزان بخار آب در مقدار معيني از هوا ثابت بماند نقطه شبنم آن هوا نيز عملاً ثابت باقي خواهد ماند.
مقدار رطوبتي كه هوا مي تواند در خود ذخيره نمايد مستقيماً متناسب با درجه حرارت مي باشد. ظرفيت قبول بخار آب در هوا معين و محدود است . هر قدر اختلاف درجه حرارت حقيقي هوا و ديوپوينت كم باشد احتمال متراكم شدن بخار آب و تشكيل ابر و مه بيشتر مي رود.
مقدار بخار آب در هوا
1- نقطه شبنم يا Dew point
2- نم نسبي (Relative humidity): عبارت است از نسبت مقدار آب بخار حقيقي موجود در هوا به حداكثر مقدار بخار آبي كه هوا ميتواند در يك درجه حرارت معين ذخيره نمايد و اين مقدار معمولاً برحسب درصد بيان ميشود و در موقعيكه هوا از بخار آب اشباع شود نم نسبي 100% مي باشد.
3- نسبت اختلاط يا نسبت مخلوط (Mixing ratio) : آن مقدار بخار آبي است بر حسب گرم كه در يك كيلو گرم از هواي خشك وجود دارد.
4- نم ويژه يا (Specific humidity) : آن مقدار بخار آبي است بر حسب گرم كه در يك كيلو گرم از هواي مرطوب وجود دارد.
5- رطوبت مطلق يا (Absolute humidity) : آن مقدار بخار آبي است بر حسب گرم كه در يك متر مكعب هوا وجود دارد.
عوامل مؤثر بر تبخير
عوامل متعددي بر سرعت تبخير مؤثرند كه مي توان پنج عامل زير را به عنوان مهم ترين آنها مورد اشاره قرار داد:
1- دما : ميزان تبخير و سرعت آن متناسب با دماي آب است با افزايش دماي آب سرعت حركت تمامي مولكولهاي مايع زياد مي شود و عملاً مولكولهاي بيشتري سرعت لازم براي شكستن كشش سطحي و فرار از سطح مايع را به دست مي آورند بديهي است كه آب داغ خيلي سرعتر از آب سرد تبخير مي شود.
2- درجه اشباء هوا : هر چه هواي مجاور آب ذرات بيشتري از مايع را در خود جاي داده باشد تعداد زيادتري از همان ذرات قادرند به داخل مايع با زگردند و از اين رو ميزان خالص تبخير كم مي شود به همين دليل است كه در هواي خشك ، تبخير بيشتر از هواي مرطوب صورت مي گيرد.
3- سرعت : سرعت باد عملاً دو عامل فوق را تغيير مي دهد تا يك حد معين، افزايش سرعت باد در جابجايي و دور شدن بخار آب از سطح مايع تبخير شونده مؤثر بوده و ميزان رطوبت در بالاي آب را در حد پائينتر نگه مي دارد.
4- تركيبات آب : تبخير آب با شوري آن رابطه عكس دارد بدين معني كه هر چه شوري آب بيشتر باشدميزان تبخير كمتر خواهد بود . در شرايط مساوي آب اقيانوس (آب شور) 5% كمتر از آب خالص تبخير مي شود.
5- سطح تبخير : اگر دو مقدار آب با حجم مساوي موجود باشد ، حجم آبي كه با سطح بيشتر در مقابل هوا قرار مي گيرد با سرعت بيشتري خواهد داشت .
اشباع و تراكم در جو
دو پديده عمومي وجود دارد كه توسط آنها عمل اشباء و تراكم در جو بوجود مي آيد يكي طريقه اضافه كردن رطوبت به هوا و ديگري به طريقه سرد كردن هوا هر گاه بخار آب در هوا به اندازه كافي بوده و نم نسبي هوا به 100% رسيده باشد عمل اشباء حاصل مي شود و با اضافه شدن رطوبت به هواي اشباء بخار آب به مايع تغيير شكل مي دهد . دراين حالت اين عمل را عمل تراكم يا ( (gondemsatiomو در اين مواقع هست كه ابر يا مه در جو پديدار مي گردد عمل تراكم با سرد شدن هوا بوجود مي آيد و اين سرد شدن ممكن است در اثر عبور هوا روي يك سطح سرد اتفاق افتد (edocsion) . يا آنكه هوا در اثر صعود و در نتيجه انبساط و سردتر شدن به طور آدياباتيكي اشباء مي گردد و يا آنكه هواي مجاور سطح زمين در اثر تشعشع شبانه و به علت تماس با زمين سرد گرديده و مقدار زيادي از حرارت خود را از دست مي دهد و در نتيجه اين سرد شدن بخار آب موجود در جو به حد اشباء رسيده و تشكيل شبنم را مي دهد . عمل تراكم در جو تنها به علت اشباء شدن هوا از بخار آب نيست ؛ در طبيعت عمل تراكم قبل از آنكه هوا اشباع شود نيز انجام گرفته است و اين حالت به علت وجود ذرات كوچك از اجسام جامدي است كه در هوا پراكنده هستند مانند ذرات گرد و خاك و دود كارخانجات و نمكهاي مختلف . اين ذرات را هسته هاي تراكم يا (condensation nuslei) مي نامند . در مناطق كوهستاني به علت پاكي هوا و كمي اين ذرات عمل تراكم ديرتر از مناطق پر جمعيت كه معمولاً هواي نا پاكي دارند انجام مي شود.
بارندگي
بارندگي رطوبت قابل رؤيتي است كه در جو بوده و به اشكال گوناگون مانند باران ، برف ، باران برف مخلوط ، تگرگ و باران ريز (Drizzle) نمايان مي شود . مهم ترين عاملي كه موجب تشكيل باران از قطرات ريز ابر مي شود اختلاف فشار بخار آبي است كه بين آب و يخ در يك درجه حرارت وجود دارد . بنابراين وجود كريستالهاي يخ در داخل ابر در بارندگي ها ضروري بوده ولي نوع بارندگي بستگي به نوع ابر دارد . بارندگي قابل توجه معمولاً ناشي از ابرهايي مي باشد كه در اثر صعود توده هاي هوا بوجود مي آيند و منطقه اي كه هوا در آن صعود مي كند اكثراً در مجاورت يك مرگز كم فشار است كه غالباً با جبهه همراه مي باشد و چون صعود هوا به تدريج انجام مي گيرد اگر در اثر صعود يك ناپايداري هم وجود داشته باشد بارندگي شديدتر خواهد بود.
برف در شرايط عمومي مانند باران بوجود مي آيد ولي تبديلي از حالت بخار به حالت جامد است به علت اينكه درجه حرارت هنگام اين تبديل زير صفر است .
تشكيل تگرگ با برف و باران فرق كلي دارد زيرا كه براي تشكيل تگرگ اغلب بايستي جريانهاي قائم شديد موجود باشد تا دانه هاي تگرگ بتوانند به اندازه كافي نموكنند ؛ جريانهاي صعودي بايد به اندازه اي شديد باشد كه مانع سقوط سريع دانه ها شوند و اين جريانهاي شديد موقعي ايجاد مي گردند كه ناپايداري شديد موجود باشد لذا ابرهايي كه باعث تشكيل تگرگ مي شوند بايستي فوق العاده ضخيم ، يعني داراي نمو ارتفاعي زياد باشند . كه معمولاً تگرگ از ابرهاي كومولونين بوس بوجود مي آيند.