A energia solar faz evaporar uma parte da água existente à superfície da Terra. A água existente na atmosfera pode estar no estado gasoso, líquido ou sólido. É através do ciclo hidrológico que se processam as trocas de água entre a Terra e a Atmosfera. Este ciclo é constituído por três fases: evaporação, condensação e precipitação.

Para além da temperatura (da qual depende a evaporação), a distribuição das terras e dos mares é um factor importante na variação da humidade: esta é mais elevada sobre os oceanos do que sobre os continentes e à medida que nos afastamos do litoral a humidade vai também diminuindo. É possível medir com rigor a quantidade de vapor de água que existe num certo volume de ar, em dado momento:

1 – Humidade Absoluta (H.A.) é o peso do vapor de água existente num metro cúbico de ar. (ex: 2gramas/m3). A condensação do vapor de água na atmosfera dá origem às nuvens. Estas são um conjunto de gotículas de água ou partículas de gelo, em suspensão na atmosfera. A condensação ocorre quando o ar não pode conter mais vapor de água a uma certa temperatura e dizemos então que o ar está Saturado.

Ponto de saturação (P.S.) do ar é a quantidade máxima de vapor de água que o ar pode conter a uma determinada temperatura. Como o ar quente pode conter mais vapor de água sem saturar que o ar frio, o Ponto de Saturação varia directamente com a temperatura do ar.

2 – Humidade relativa (H.R.) é a relação entre a quantidade de vapor de água que o ar contém (Humidade Absoluta) e a quantidade máxima de vapor que esse ar pode conter (Ponto de Saturação) à mesma temperatura. Expressa-se em percentagem (calcula-se dividindo o valor da H.A. pelo valor do P.S. Depois multiplica-se por 100.)

A Humidade relativa varia inversamente com o Ponto de Saturação.

Quando a Humidade Relativa atinge o valor de 100% dizemos que o ar está saturado. A partir desse momento pode ocorrer a  condensação (formação de nuvens) e a precipitação (chuva, neve ou granizo).  No Inverno a evaporação é menor que no Verão pois a temperatura é mais baixa. No entanto, apesar da fraca Humidade Absoluta, é mais frequente chover.  Isto acontece devido às baixas temperaturas, o que leva a uma mais rápida saturação do ar. Deste modo a condensação e a precipitação  ocorrem com mais facilidade.

Pelo contrário, no Verão a elevada temperatura faz com que, apesar de haver maior evaporação e de a Humidade Absoluta ser maior, seja difícil o ar saturar, sendo baixo o valor da Humidade Relativa.

A mistura de ar seco e vapor de água chama-se ar húmido. Antes de estudarmos as características do ar húmido temos que considerar alguns dos processos pelos quais a água passa de um estado para o outro.

Os Três estados da água Para a água os três estados são os seguintes: a) Estado sólido – gelo b) Estado líquido – água c) Estado gasoso – vapor de água A água pode passar de um estado para o outro, quer directa quer indirectamente. Os processos pelos quais a água passa de um estado para o outro são os seguintes:

Variações no conteúdo de vapor de água da atmosfera

A quantidade de vapor de água presente na atmosfera varia no tempo e no espaço. Os valores mais elevados da tensão de vapor de água (cerca de 30 mb) verificam-se nos trópicos junto à superfície do mar.

Os valores mais baixos a superfície do globo verificam-se nas regiões elevadas do interior do continente antárctico, durante os meses do Inverno, quando o ar esta muito frio.    Em média, a tensão do vapor de água decresce quando a altitude aumenta. No entanto, pode por vezes ocorrer um aumento com a altitude, em certas regiões da atmosfera.

Métodos de medição da humidade

Os instrumentos utilizados na medição da humidade ou conteúdo de vapor de água chamam- se higrómetros. Vamos considerar os diferentes meios pelos quais se pode determinar a humidade do ar num dado local.

As dimensões de certas substâncias orgânicas alteram-se quando varia a humidade relativa do ar. Este efeito é utilizado em alguns higrómetros. Por exemplo, o cabelo humano varia de comprimento quando a humidade relativa varia. Estas alterações podem ser amplificadas por um sistema de alavancas utilizadas para fazer deslocar um ponteiro. É o princípio do higrómetro de cabelo.

Pode obter-se um registo contínuo da humidade relativa se o ponteiro for substituído por uma pena que trace a indicação numa carta ligada a um tambor cilíndrico, em rotação. Este instrumento chama-se hidrógrafo de cabelo.

Um método simples mas rigoroso de medir a humidade consiste na utilização de um psicrómetro. Este instrumento é constituído simplesmente por dois termómetros montados um ao lado do outro, um dos quais mede a temperatura do ar e o outro a temperatura do termómetro molhado.

Por vezes chama-se ao psicrómetro um higrómetro de termómetro seco e termómetro molhado. O termómetro molhado é idêntico ao termómetro seco vulgar, utilizado na medição da temperatura atmosférica. No entanto, o reservatório é coberto por uma camada fina de musselina de algodão, conservada molhada por meio de uma torcida de fios de algodão grosso, mergulhada num pequeno recipiente com água destilada.

Os termómetros secos e molhado devem ser ventilados e protegidos da radiação solar. Os psicrómetros podem ser subdivididos em psicrómetros fixos e psicrómetros portáteis.

Uma vez obtidas as temperaturas do termómetro seco e molhado, podem usar-se tábuas para determinar a humidade relativa ou temperatura do ponto de orvalho.

Densidade do ar seco

A densidade do ar seco varia com a pressão e a temperatura. Junto a superfície terrestre, à pressão normal de uma atmosfera (p = 1013,250 mb) e a temperatura de 15oC (T = 288,15 K), a densidade do ar seco é de 1,225 kg/m3.

Como está indicado na tabela abaixo o ar seco é uma mistura de gases. Não existe, portanto, moléculas de ar seco, propriamente dita. No entanto é possível determinar o peso molecular médio do ar seco, que é por vezes chamado “peso molecular aparente do ar seco”. Na atmosfera, em que os gases estão todos misturados este valor é cerca de 28,96.

O vapor de água, por outro lado, tem um peso molecular sensivelmente igual a 18. Este valor é só cerca de 5/8 do peso molecular médio do ar seco na região da atmosfera que se estende até a mesopausa, onde a mistura dos gases é homogénea e a sua composição é aproximadamente constante. A molécula de água tem, portanto, uma massa inferior à da “ molécula média” do ar seco.

Suponhamos agora que substituímos algumas das moléculas de um dado volume de ar seco por um número equivalente de moléculas de valor de água. A massa do volume do gás ficará, então, reduzida, onde se concluiu que a densidade do ar húmido é inferior a do ar seco a mesma pressão e temperatura