Op het VWK forum werd getwijfeld aan de aanwezigheid van mist bij een relatieve vochtigheid (RV) lager dan 100%. Dit is zeker mogelijk en heeft een logische verklaring. Een kleine uiteenzetting.
De RV wordt vaak omgeschreven als de hoeveelheid waterdamp ten opzichte van de maximale hoeveelheid die lucht kan bevatten. Anders gezegd: bij een RV van 100% zou er 'niet meer waterdamp in kunnen'.
Wat is relatieve vochtigheid?
De RV is feitelijk de verhouding tussen de partiële druk van waterdamp in de lucht (een gasmengsel) en de verzadigde dampdruk bij een gegeven druk en temperatuur. Zowel de gemeten partiële druk, als de berekende verzadigde dampdruk, zijn niet exact bekend. Enerzijds omdat de dampdruk gemeten moet worden, waarbij een meetfout optreedt (hoe klein ook), anderzijds moet de verzadigde dampdruk berekend worden. Daarbij worden aannamen gedaan over de verhoudingen tussen alle gassen in het luchtmengsel.
Door beide factoren kunnen (grote) afwijkingen optreden, zowel de vochtige kant op ('overzadiging') als de droge kant op ('onderverzadiging': mist bij RV < 100%). Zoals gezegd, lucht is een gasmengsel, de relatieve vochtigheid zegt helemaal niets over de oplosbaarheid van de ene stof in de andere. De lucht is dus zeker niet verzadigd met waterdamp, als de RV 100% bereikt. Verzadiging in dit verband moet gezien worden als een beschrijving van de staat van het water in de lucht: gecondenseerd of gasvormig.
De overgang van de ene fase naar de andere treedt niet noodzakelijkerwijs op bij een RV van 100%. Zo treedt soms condensatie pas op bij een RV hoger dan 100%, dus bij 'oververzadiging'. Dat gebeurt eigenlijk alleen in ijle en zeer schone lucht, waarin een groot gebrek aan condensatiekernen is. Condensatie kan pas optreden als er miniscuele zwevende deeltjes zijn (ook wel aerosolen genoemd), waaraan de waterdamp zich kan hechten. Omgekeerd kan condensatie ook optreden bij een RV lager dan 100%. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij een extreem overschot aan condensatiekernen, zoals tijdens de jaarwisselling.
RVwater en RVijs
Bij de jaarwisseling is niet alleen het aantal condensatiekernen een deel van de verklaring, ook het feit dat het nog wel eens vriest. Hier ligt de andere verklaring. De verzadigde dampdruk kan je uitrekenen ten aanzien van vloeibaar water en water in vaste vorm: water en ijs, dus. In feite is de verzadigde dampdruk lager ten aanzien van ijs dan water. Het verschil is het grootst bij -13°C. Zoals al eerder gezegd, is de relatieve vochtigheid feitelijk de verhouding tussen de partiële druk van de aanwezige waterdamp en de verzadigde dampdruk. Maar er zijn dus twee varianten van de verzadigde dampdruk en je kunt dus ook een RV voor beiden uitrekenen. Hoeveel maakt dat uit? Nogal veel!
Een voorbeeld: we meten op zeeniveau, de luchttemperatuur is -5,0°C, de dampdruk is 4,03 hPa en de verzadigde dampdruk ten opzichte van water bij -5°C en normale gronddruk is 4,22 hPa. De relatieve vochtigheid is dus 4,03/4,22 = 95,5%: geen mist, zou je zeggen. Maar we hebben een temperatuur onder nul, dus eigenlijk moeten we de verzadigde dampdruk ten aanzien van ijs gebruiken. Die is 4,02 hPa. De relatieve vochtigheid is dus 100,2%! Wel mist, dus. Het bijbehorende 'dauwpunt' wordt overigens meestal frostpoint of rijppunt (geen vriespunt) genoemd. In de grafiek onderaan is boven weergegeven wat de relatieve vochtigheid is ten aanzien van water bij een relatieve vochtigheid van 100% ten aanzien van ijs, voor een gegeven temperatuur. De onderste grafiek toont de verzadigde dampdruk ten aanzien van water (lichtblauw) en ijs (donkerblauw) bij een gegeven temperatuur. De grafieken lopen het verst uit elkaar rond -13°C.
Afname RV en verschil in verzadigde dampdruk
Een opmerking bij de bovenste grafiek. Je ziet de RV ten aanzien van water gewoon doordalen bij temperaturen lager dan -13°C, terwijl het verschil in verzadigde dampdruk t.a.v. water en ijs kleiner wordt. Maar vergis je niet, ook de afname in RV wordt kleiner. Dat is echter heel moeilijk te zien. De formules zijn nauwkeurig binnen 0,1% tussen -50°C en +50°C1. De grafiek is ook enigszins misleiden. Zo hoef je geen mist te verwachten bij een RV van 80% rond -20 graden. Nog altijd blijven condensatiekernen van belang. Verder hangt de verzadigingsdampdruk waarbij daadwerkelijk mist vormt, bij vrieskou meestal ergens tussen die t.a.v. water en ijs in. Bij zeer lage temperaturen zal hij steeds meer naar die van water neigen. Uit de praktijk blijkt dat de RV waarbij mist ontstaat, de 'mistcurve', afvlakt zo rond 85% (gestippeld).
Als we dus te maken hebben met koude, vochtige lucht tijdens de jaarwisseling, kan afgestoken vuurwerk (dat veel condensatiekernen oplevert_ ervoor zorgen dat er al mist ontstaat bij een RV van 90 tot 95%. Uit de grafiek valt af te lezen dat dit bij -12°C zelfs al bij 89% kan zijn, maar dan moeten er wel heel veel condensatiekernen zijn. Een veilige grens van RV voor mist is tenminste 90%, maar het aannemen van 100% als absoluut criterium voor mist is, zeker bij vrieskou, niet juist. Belangrijk om nog te weten, is dat websites en weerrapporten altijd de RV tonen die is berekend met de verzadigde dampdruk ten aanzien van water.
Voorbeeld van mist bij lage RV
Een mooi voorbeeld van mist bij een lage RV was de mist op oudejaarsavond in 2007. Om 20:00u was de temperatuur in De Bilt -1,2 graden, het dauwpunt -1,4°C en het zicht 200 meter(2). Als we de gemeten temperatuur en het dauwpunt gebruiken en de relatieve vochtigheid berekenen, met de verzadigde dampdruk ten aanzien van water, kom je op een RV van 98,5% uit. Kan de mist nu verklaard worden door het verschil in de verzadigde dampdruk?
Antwoord: zeer waarschijnlijk wel. Bij een temperatuur van -1,2°C is de verzadigde dampdruk ten aanzien van water zo'n 5,60 hPa, ten aanzien van ijs is die 5,53 hPa. De verhouding tussen de twee is 98,75%. De daadwerkelijk gemeten RV, dus berekend met de verzadigde dampdruk ten aanzien van water, was 98,5%. Een verschil van slechts 0,25%.
Temperatuur boven nul, mist en RV < 100%
Als de temperatuur (ruim) boven nul is en er is sprake van mist (zicht minder dan 1000 meter), dan zou de RV echt boven de 98% moeten zijn. Lagere waarden kun je moeilijk vertrouwen en vallen te wijten aan verstorende factoren bij de vochtsensor. Wat ook kan gebeuren, is dat bij volledig ontbreken van wind er geen stroming door de hut heen is (de KNMI hutten zijn niet geventileerd), zodat de lucht in de hut niet goed ververst wordt en zodanig droger kan zijn dan de lucht erbuiten.
Op- en aanmerkingen over dit verhaal zijn uiteraard welkom
. Het is vrij vluchtig geschreven, denk- en schrijffouten voorbehouden, dus 
.
Gr. Ben
1 De gehanteerde formules, bron: Caltech. Invoer is temperatuur in Kelvin en Celsius (TK en T).
ES water(T) = [2.8262e9 - 1.0897e6*T - 94934*T^2 + 582.2*T^3] * exp(-5450/TK)
ES ijs(T) = [3.6646e10 - 1.3086e6*T - 33793*T^2] * exp(-6150/TK)
2 Het is mogelijk dat er grondmist precies bij de zichtsensor hangt en niet bij de thermometerhut. Dat kan een alternatieve verklaring zijn voor discrepanties tussen de RV en het zicht. In dit voorbeeld was dit waarschijnlijk niet zo. De zichtmeter en thermometer/hygrometer in De Bilt staan namelijk heel dicht op elkaar, bovendien bleef het zicht die avond ook in de uren na 20:00u zo rond 200 meter, zodat mag uitgegaan worden van echte mist en geen grondmist.
De RV wordt vaak omgeschreven als de hoeveelheid waterdamp ten opzichte van de maximale hoeveelheid die lucht kan bevatten. Anders gezegd: bij een RV van 100% zou er 'niet meer waterdamp in kunnen'.
Wat is relatieve vochtigheid?
De RV is feitelijk de verhouding tussen de partiële druk van waterdamp in de lucht (een gasmengsel) en de verzadigde dampdruk bij een gegeven druk en temperatuur. Zowel de gemeten partiële druk, als de berekende verzadigde dampdruk, zijn niet exact bekend. Enerzijds omdat de dampdruk gemeten moet worden, waarbij een meetfout optreedt (hoe klein ook), anderzijds moet de verzadigde dampdruk berekend worden. Daarbij worden aannamen gedaan over de verhoudingen tussen alle gassen in het luchtmengsel.
Door beide factoren kunnen (grote) afwijkingen optreden, zowel de vochtige kant op ('overzadiging') als de droge kant op ('onderverzadiging': mist bij RV < 100%). Zoals gezegd, lucht is een gasmengsel, de relatieve vochtigheid zegt helemaal niets over de oplosbaarheid van de ene stof in de andere. De lucht is dus zeker niet verzadigd met waterdamp, als de RV 100% bereikt. Verzadiging in dit verband moet gezien worden als een beschrijving van de staat van het water in de lucht: gecondenseerd of gasvormig.
De overgang van de ene fase naar de andere treedt niet noodzakelijkerwijs op bij een RV van 100%. Zo treedt soms condensatie pas op bij een RV hoger dan 100%, dus bij 'oververzadiging'. Dat gebeurt eigenlijk alleen in ijle en zeer schone lucht, waarin een groot gebrek aan condensatiekernen is. Condensatie kan pas optreden als er miniscuele zwevende deeltjes zijn (ook wel aerosolen genoemd), waaraan de waterdamp zich kan hechten. Omgekeerd kan condensatie ook optreden bij een RV lager dan 100%. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij een extreem overschot aan condensatiekernen, zoals tijdens de jaarwisselling.
RVwater en RVijs
Bij de jaarwisseling is niet alleen het aantal condensatiekernen een deel van de verklaring, ook het feit dat het nog wel eens vriest. Hier ligt de andere verklaring. De verzadigde dampdruk kan je uitrekenen ten aanzien van vloeibaar water en water in vaste vorm: water en ijs, dus. In feite is de verzadigde dampdruk lager ten aanzien van ijs dan water. Het verschil is het grootst bij -13°C. Zoals al eerder gezegd, is de relatieve vochtigheid feitelijk de verhouding tussen de partiële druk van de aanwezige waterdamp en de verzadigde dampdruk. Maar er zijn dus twee varianten van de verzadigde dampdruk en je kunt dus ook een RV voor beiden uitrekenen. Hoeveel maakt dat uit? Nogal veel!
Een voorbeeld: we meten op zeeniveau, de luchttemperatuur is -5,0°C, de dampdruk is 4,03 hPa en de verzadigde dampdruk ten opzichte van water bij -5°C en normale gronddruk is 4,22 hPa. De relatieve vochtigheid is dus 4,03/4,22 = 95,5%: geen mist, zou je zeggen. Maar we hebben een temperatuur onder nul, dus eigenlijk moeten we de verzadigde dampdruk ten aanzien van ijs gebruiken. Die is 4,02 hPa. De relatieve vochtigheid is dus 100,2%! Wel mist, dus. Het bijbehorende 'dauwpunt' wordt overigens meestal frostpoint of rijppunt (geen vriespunt) genoemd. In de grafiek onderaan is boven weergegeven wat de relatieve vochtigheid is ten aanzien van water bij een relatieve vochtigheid van 100% ten aanzien van ijs, voor een gegeven temperatuur. De onderste grafiek toont de verzadigde dampdruk ten aanzien van water (lichtblauw) en ijs (donkerblauw) bij een gegeven temperatuur. De grafieken lopen het verst uit elkaar rond -13°C.
Afname RV en verschil in verzadigde dampdruk
Een opmerking bij de bovenste grafiek. Je ziet de RV ten aanzien van water gewoon doordalen bij temperaturen lager dan -13°C, terwijl het verschil in verzadigde dampdruk t.a.v. water en ijs kleiner wordt. Maar vergis je niet, ook de afname in RV wordt kleiner. Dat is echter heel moeilijk te zien. De formules zijn nauwkeurig binnen 0,1% tussen -50°C en +50°C1. De grafiek is ook enigszins misleiden. Zo hoef je geen mist te verwachten bij een RV van 80% rond -20 graden. Nog altijd blijven condensatiekernen van belang. Verder hangt de verzadigingsdampdruk waarbij daadwerkelijk mist vormt, bij vrieskou meestal ergens tussen die t.a.v. water en ijs in. Bij zeer lage temperaturen zal hij steeds meer naar die van water neigen. Uit de praktijk blijkt dat de RV waarbij mist ontstaat, de 'mistcurve', afvlakt zo rond 85% (gestippeld).
Als we dus te maken hebben met koude, vochtige lucht tijdens de jaarwisseling, kan afgestoken vuurwerk (dat veel condensatiekernen oplevert_ ervoor zorgen dat er al mist ontstaat bij een RV van 90 tot 95%. Uit de grafiek valt af te lezen dat dit bij -12°C zelfs al bij 89% kan zijn, maar dan moeten er wel heel veel condensatiekernen zijn. Een veilige grens van RV voor mist is tenminste 90%, maar het aannemen van 100% als absoluut criterium voor mist is, zeker bij vrieskou, niet juist. Belangrijk om nog te weten, is dat websites en weerrapporten altijd de RV tonen die is berekend met de verzadigde dampdruk ten aanzien van water.
Voorbeeld van mist bij lage RV
Een mooi voorbeeld van mist bij een lage RV was de mist op oudejaarsavond in 2007. Om 20:00u was de temperatuur in De Bilt -1,2 graden, het dauwpunt -1,4°C en het zicht 200 meter(2). Als we de gemeten temperatuur en het dauwpunt gebruiken en de relatieve vochtigheid berekenen, met de verzadigde dampdruk ten aanzien van water, kom je op een RV van 98,5% uit. Kan de mist nu verklaard worden door het verschil in de verzadigde dampdruk?
Antwoord: zeer waarschijnlijk wel. Bij een temperatuur van -1,2°C is de verzadigde dampdruk ten aanzien van water zo'n 5,60 hPa, ten aanzien van ijs is die 5,53 hPa. De verhouding tussen de twee is 98,75%. De daadwerkelijk gemeten RV, dus berekend met de verzadigde dampdruk ten aanzien van water, was 98,5%. Een verschil van slechts 0,25%.
Temperatuur boven nul, mist en RV < 100%
Als de temperatuur (ruim) boven nul is en er is sprake van mist (zicht minder dan 1000 meter), dan zou de RV echt boven de 98% moeten zijn. Lagere waarden kun je moeilijk vertrouwen en vallen te wijten aan verstorende factoren bij de vochtsensor. Wat ook kan gebeuren, is dat bij volledig ontbreken van wind er geen stroming door de hut heen is (de KNMI hutten zijn niet geventileerd), zodat de lucht in de hut niet goed ververst wordt en zodanig droger kan zijn dan de lucht erbuiten.
Op- en aanmerkingen over dit verhaal zijn uiteraard welkom
. Het is vrij vluchtig geschreven, denk- en schrijffouten voorbehouden, dus .Gr. Ben
1 De gehanteerde formules, bron: Caltech. Invoer is temperatuur in Kelvin en Celsius (TK en T).
ES water(T) = [2.8262e9 - 1.0897e6*T - 94934*T^2 + 582.2*T^3] * exp(-5450/TK)
ES ijs(T) = [3.6646e10 - 1.3086e6*T - 33793*T^2] * exp(-6150/TK)
2 Het is mogelijk dat er grondmist precies bij de zichtsensor hangt en niet bij de thermometerhut. Dat kan een alternatieve verklaring zijn voor discrepanties tussen de RV en het zicht. In dit voorbeeld was dit waarschijnlijk niet zo. De zichtmeter en thermometer/hygrometer in De Bilt staan namelijk heel dicht op elkaar, bovendien bleef het zicht die avond ook in de uren na 20:00u zo rond 200 meter, zodat mag uitgegaan worden van echte mist en geen grondmist.
Bericht laatst bijgewerkt: 20-10-2010 09:31