关于湿度你不知道的七件事。

1.湿度100%,

不代表会下雨。

湿度是用来描述空气中水蒸气含量的物理量。空气湿度的表示方法有很多种,其中最常用的是气象学中的“相对湿度”。

那什么是相对湿度呢?让我们把空气想象成一块海绵。最多能装一定量的水,比如1升。那么相对湿度就是指海绵的实际含水量(即绝对湿度)与最大含水量的比值。如果海绵不吸水,那么相对湿度为零;如果海绵喝了500毫升水,相对湿度是50%。

大气能容纳的最大水蒸气量主要取决于温度。温度升高相当于海绵变大了,可以装更多的水。因此,当海绵的尺寸增加而没有加入更多的水时,相对湿度会降低。

如果海绵充满水后继续加水,多余的水蒸气就会沉淀下来。但这并不意味着会下雨。因为相对湿度通常是在地面测量的,不能准确反映高空的湿度。

即使当高层空气中的湿度达到饱和,多余的水蒸气凝结成小水滴,这些小水滴也不会像在被水饱和的海绵中那样立即落入雨水中。因为它们又轻又小(大部分直径只有0.01~0.02毫米),被上升的空气支撑,形成浮云。只有当水滴不断吸水增重,直到空气装不下时,才会落下,变成毛毛雨。

所以100%的湿度不代表会下雨。

2.露点越高,人越不舒服。

但是当湿度达到100%时,肯定会出现露水。

在水蒸气含量不变的情况下,温度降低,相当于海绵变小,最终空气中的水蒸气达到饱和。结果,多余的水蒸气被分离出来,变成露水。

空气中的水蒸气凝结形成露点时,人们称之为环境温度。比如露点是18℃,这意味着外界温度必须降到18℃以下,空气中的水汽才会达到饱和,在草和树叶上形成闪亮的小水滴。

露点是测量绝对湿度的一种方法。比如一个地方的露点是12℃,那么这里空气的绝对湿度就是12℃时的饱和水汽量。

因此,露点越高,空气中的水蒸气就越多。水汽多的时候,温度或相对湿度一般较高。毕竟海绵越大,能装的水就越多,海绵越饱满,能装的水就越多。反之,露点越低,空气中的水蒸气越少。水汽少的时候有两种情况。一是温度低,即海绵小,持水能力不大;二是相对湿度低,即海绵虽大,但吸水量少。

虽然天气预报没有提到露点,但是露点其实是衡量身体感觉是否舒适的一个重要指标。再加上风、阳光等因素,影响我们的体感温度(即人体真实感受到的空气温度)。

当露点高时,人们通常会感到不舒服。因为如上所述,高露点时温度一般较高,会让人出汗。露点高有时会伴随相对湿度高,阻碍汗液蒸发,人会因为体温高而感到不适,甚至生病。露点低的时候,温度或者相对湿度会更低,两者都可以有效的将热量从身体散发出去,所以更舒适。

空气中的水汽主要来自海洋和湖泊的蒸发。水温越高,水蒸发越快,空气中的水蒸气就越多。所以地球上大部分高露点地区都靠近温暖水域,比如波斯湾、红海、亚丁湾,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地区,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点)出现在波斯湾西岸的达兰。

3.这个城市在夏天很臭。

有没有发现,夏天的城市更臭,空气中时不时会有阵阵臭味。这是为什么呢?

除了夏天的垃圾更容易腐败,科学家还发现,在潮湿的环境中,人的嗅觉更加灵敏。这是因为高温高湿使得更多的水分子漂浮在空气中,运动速度加快。大量活跃的水分子把更多有臭味的颗粒带入我们的鼻子,所以夏天的城市更臭。

这也可以解释为什么湿漉漉的“汤狗”会更难闻。狗的毛发中有很多细菌、酵母菌等微生物,会产生一些令人不愉快的化合物。狗狗淋湿后,这些有臭味的物质会被蒸发的水分子带入我们的鼻子里,让狗狗的气味更难闻。

冬天可以闻到垃圾的恶臭,但寒冷干燥的空气会限制气味颗粒的行进距离,大大降低其杀伤范围。

4.空气干燥,唱歌容易走调。

我们的声带由一对对称的黏膜组成。发声时,气管和肺部的气流不断冲击声带,使声带振动发声。声带通过控制气流来控制我们说话或唱歌的音调。有趣的是,在干燥的环境下,唱歌很难不走调。

事实上,研究人员推测是湿度赋予了语言丰富的音调。在统计了全世界3700多种语言后,他们发现声调复杂的语言,如粤语、越南语和许多非洲语言,更容易出现在地球潮湿的地区。

研究表明,大多数声调复杂的语言位于东南亚和非洲的热带地区,少数位于北美、亚马逊盆地和新几内亚的潮湿地区。例如,包括英语在内的各种欧洲语言一般出现在较干燥的地方——寒冷的北方或干燥的沙漠,而不是声调语言。

出现这种有趣模式的原因是空气的湿度会影响声带的弹性。声带表面的粘液层中有固定比例的水和多糖,以保持粘液层柔软有弹性,这是发声的关键。吸入干燥空气会使声带脱水,导致粘液层粘度增加,弹性下降,难以发出复杂的音调。

5.可以测量头发的湿度。

如果你有一头长发,你可能就不用担心天气预报会告诉你空气的湿度。因为头发对湿度很敏感,空气潮湿时,直发会弯曲,卷发会卷得更多。瑞士物理学家索绪尔也发现了这个有趣的现象,然后他用头发制成了世界上第一个头发湿度计。

索思豪尔将一束25.4厘米长的头发的一端固定在螺丝上,另一端穿过滑轮,连接到重物上。头发吸水润湿后会变短,带动重物向上移动。索思豪尔根据重量移动的距离来计算空气的湿度。

为什么头发吸水后会变短?

头发的主要成分是一种叫做角蛋白的蛋白质。众所周知,蛋白质是由氨基酸组成的,氨基酸是“手拉手”排列成长长的肽链。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。

二硫键非常稳定,它不受湿度影响,只要你不烫发,它几乎可以永久存在。这给了我们的头发力量和韧性。氢键较弱,对湿度敏感,可随时中断和重建。

潮湿时,空气中水分子较多,意味着相邻氨基酸之间可以形成氢键,位于不同位置的氨基酸之间、不同肽链之间可以形成更多的氢键,会使肽链不断折叠弯曲。但当湿度降低时,很多氢键会断裂,肽链会重新拉伸,变长。它的宏观表现是随着湿度的增加,头发变短。

如果你把头发想象成一根弹簧,那么把它吹干就相当于把弹簧拉直,变长。湿的时候,大量的氢键会进一步白万,折叠甚至缠住弹簧,头发会变短。

虽然毛发湿度计非常粗糙,甚至你可以在家里自己做,但直到20世纪60年代,毛发湿度计才退出历史舞台,被电子湿度计取代。

6.天气又热又潮湿时运动是危险的。

即使是专业运动员,也必须根据湿度的变化来调整运动量。

棒球是一项受湿度影响很大的运动。如果球员不能根据场地调整击球强度,那么相对湿度每增加20%就会产生一个本垒打(击球手击球后,球被对方球员接住前,为本垒打。最直接的方法就是直接把球打到90 ~ 100米外的本垒打墙外,这样棒球打得越远越好。)会减少25%左右。

球场湿度高时,棒球会吸水增重,导致击球速度下降;而且球在潮湿空气中的阻力会更大,在两者的影响下,棒球飞行的距离会更短。球的飞行距离每减少1m,击中本垒打的概率就会减少7.5%左右。因此,球员在高海拔地区更容易打出本垒打,因为那里的湿度更低,球飞得更远。

事实上,在高湿度环境下剧烈运动是非常危险的。因为当我们在炎热的环境中运动时,身体会通过出汗来降温。如果空气干燥,汗液可以迅速蒸发,带走体表的热量,有效降低体温。但如果环境湿度很大,汗液很难蒸发,身体不得不多出汗,以试图降低体温。出汗过多会导致脱水,如果不及时治疗,人很容易中暑。

所以在炎热潮湿的时候,你最好减少户外运动的时间,运动后及时补充水分。

7.湿度告诉飞蛾哪里有更多的花蜜。

我们讨厌的闷热潮湿的环境对昆虫来说就像是天堂。

与大型动物相比,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率)更大,这意味着更多的水分会通过从体表蒸腾而流失。我们知道,大多数昆虫都很小,高湿度会增加它们的存活率,所以大多数昆虫对湿度很敏感,总是喜欢潮湿的天堂。其中,飞蛾最为重要,它能察觉小到4%的湿度变化。

此外,飞蛾可以通过探测湿度的变化找到它们的食物——花蜜。

花蜜有蒸腾作用,刚盛开的花朵头部上方的相对湿度会比环境高4%左右。然后湿度差会逐渐减小,直到大约半小时后花蜜耗尽。换句话说,半小时后,花可能还在盛开,但花蜜已经没有了。飞蛾只有找到开花时间不到半小时的花,才能享受花蜜。因此,对湿度变化的敏锐感知可以帮助蛾类快速判断哪些花的花蜜较多。

本文来自2016第10期《大科技*科学之谜》杂志文章。欢迎读者关注我们大科技的微信号:hdkj1997。