Почему мороз ощущается сильнее при высокой влажности?

Всем известно, что есть «температура воздуха», которую показывает термометр за окном и которая от нас не зависит, а есть «температура по ощущению», которую мы чувствуем, выходя на улицу и которая зависит от дополнительных условий, например, ветра и влажности воздуха. С ветром мы уже разбирались в статье «Если к морозу прибавить ветер». Было показано, что ветер влияет очень сильно на «температуру по ощущению». 

С параметром влажности все сложнее. Хотя, если рассматривать жаркую погоду, то легко установить связь с ощущениями, поскольку влажность влияет на испарение с кожи человека, и чем она выше, тем человек чувствует себя хуже. К тому же пары воды, содержащиеся в воздухе, вытесняют кислород, и дышать становится труднее. В этой статье, поскольку сейчас зима, и зима довольно морозная почти по всей стране, мы рассмотрим влияние влажности на ощущения человека именно в морозную погоду. 

Сразу скажу, единого мнения по этому вопросу нет. С одной стороны, есть мнение людей, что в прибрежных северных регионах с высокой влажностью мороз ощущается сильнее, чем в континентальных широтах при той же температуре. Люди говорят, что, например, в Новосибирске при - 40 °С можно кататься на лыжах, а в Петербурге при -25 °С уже долго не погуляешь, можно отморозить нос. 

У ученых другое мнение. По их мнению, влажность воздуха в мороз не должна оказывать влияния на теплоощущения человека. (см. статью на сайте «Моя планета» под названием «Виновата влажность? Ученые объяснили, почему в Петербурге так холодно»).

В интернете научное обоснование «мифа о влажности» встречается часто. Обоснование следующее. Первое, что надо принять во внимание, это различие в понятиях и расчете «относительной влажности воздуха» и абсолютной влажности, или «влагосодержания». Относительная влажность - отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к количеству пара, необходимого для насыщения (т.е. максимально возможное) при данной температуре. Это отношение выражается в процентах (%). Отметим, что количество пара, необходимого для насыщения воздуха, падает при понижении температуры. Поэтому 100% влажность в мороз совсем не означает, что воздух влажный.  Есть другая характеристика - абсолютная влажность (или влагосодержание), которая определяется как содержание воды в 1 м³. Именно влагосодержание воздуха влияет на его теплопроводность и теплоемкость, а тем самым на тепловое взаимодействие человека со средой. Максимальное влагосодержание, определенное для разных температур, показано в таблице.

Это влагосодержание при 100 % относительной влажности. Мы видим, что при -20 °С влаги в кубометре воздуха менее 1 г. Поскольку такое мизерное количество воды не может влиять на тепловые свойства воздуха, ученые обычно делают вывод, что ощущения людей субъективны. Люди подвержены «настрою» на стойкость к морозу в привычных к нему местах (например, в Сибири) и «не настроены» на борьбу в местах, где сильный мороз случается нечасто. Поэтому они думают, что на их ощущение мороза влияет влажность. 

Трудно поспорить с таким научным объяснением. Однако, я думаю, что объяснение физиков не учитывает некоторые явления в морозном воздухе, которые мы часто наблюдаем и которые, на мой взгляд, приводят к усилению ощущения мороза в местах недалеких от побережья моря или крупного озера. 

Недавно мы ездили на выходные за город (примерно 100 км от Петербурга). Мороз был не такой серьезный, минус 18 -20 °С. Но, что было удивительно и в то же время вызывало восторг, — это покрытые толстым слоем пушистого инея деревья. Красота неописуемая. И было такое ощущение, что слой инея на деревьях растет с каждым часом.

Можно сначала подумать, что на деревьях слой снега. Справедливости ради отметим, на елках снег действительно задержался. Присмотритесь к березам: каждая, даже совсем тонкая веточка берез покрыта белым пушистым слоем, причем по всей поверхности, а не только сверху. Правильнее это явление называть «изморось». Сайт метеорологов http://meteocenter.net/meteolib/ww.htm дает этому явлению следующее определение:

Кристаллическая изморозь

Белый кристаллический осадок, состоящий из мелких тонкоструктурных блестящих частиц льда, образующийся в результате десублимации содержащегося в воздухе водяного пара на ветвях деревьев и проводах в виде пушистых гирлянд. Наблюдается в малооблачную (ясно, или облака верхнего и среднего яруса, или разорванно-слоистые) морозную погоду (температура воздуха ниже -10...-15°), при дымке или тумане (а иногда и без них) при слабом ветре или штиле. 

Изморось, таким образом, образуется из водяных паров воздуха. Если этих паров мало, её нет. Если много – то вода в виде частиц льда постепенно оседает на деревьях. Вопрос: если эта вода оседает на деревьях, почему она не может оседать на коже человека, на открытом лице? Она, конечно, не будет оставаться там в виде льдинок, эти льдинки расплавятся, при этом лицо будет обмораживаться. Поэтому, на мой взгляд, физики рассматривают только конечный итог – расчётное содержание паров воды в морозном воздухе, которое очень маленькое. Но сам процесс десублимации пара, который может поступать из туманов и облаков, а затем  осаждаться в виде льда, они не учитывают. 

Еще одно интересное явление, которое мы наблюдаем часто в мороз и которое тоже очень красивое – парящие в воздухе мельчайшие частица льда. Они сверкают на Солнце, как алмазная пыль. Метеорологи так и называют это атмосферное явление. (Иногда встречается также название «ледяные иглы»). 

Алмазная пыль (или ледяные иглы) — это атмосферное явление, при котором мелкие шестигранные кристаллы парят в приземном слое атмосферы при сильных морозах (обычно ниже -10...-15°C). Они возникают при инверсии температур, сверкают на солнце или фонарях и редко сильно снижают видимость, часто образуя световые столбы. Особенности и причины образования: морозная, ясная погода, высокая влажность. Кристаллики не падают с облаков, а образуются непосредственно в воздухе, когда водяной пар замерзает на аэрозольных частицах. Обычно имеют форму шестигранных призм, пластинок или игл, которые искрятся на солнце. При наличии искусственного освещения (фонари, прожекторы) кристаллы отражают свет, создавая видимые столбы, уходящие в небо. 

На этой фотографии, правда не очень качественной, но сделанной только-что, на той же горнолыжной базе, можно заметить столб из алмазной пыли, светящейся в темноте. Днём эту пыль сфотографировать невозможно, но можно видеть очень четко, что воздух весь сверкает, и это очень красиво. 

Теперь представьте, что на лицо человека попадает такая ледяная пыль. Конечно, она сразу плавится, при этом лицо сильно мерзнет. 

Как вы заметили, я в моих рассуждениях опираюсь на «ощущения» лица человека. Хотя обычно, говоря о влиянии влажности исследователи начинают анализировать замерзание тела одетого человека. На мой взгляд, это неправильно. Зимой в лютый мороз открытым остается фактически только лицо, оно и страдает. Рассуждения о том, что теплоемкость и теплопроводность воздуха не изменяются, т. к. влаги в воздухе очень мало, а также расчеты влияния влаги на изменение теплопроводности и теплоемкости одежды не имеют отношения к замерзанию человека. Человек может просто тепло одеться и защитить тело от любого мороза. Но вот лицо почувствует на себе все явления во влажном воздухе зимой. 

Хочу прибавить ещё один фактор к ощущению зимнего мороза в различных местах нашей огромной страны. Это уже не ветер и не влажность. Это Солнце. Например, в Новосибирске, в резко континентальном климате, солнечная активность зимой высокая. У нас на 60-ой широте с полуморским климатом и вечными облаками и дымкой мы Солнце видим редко, и зимой оно очень низко. Но даже у нас, если в феврале в мороз подставить лицо Солнцу, мы чувствуем согревание. Очевидно, что чем Солнце выше и чем чище небо, тем легче переносится мороз. 

На мой взгляд, отличие в ощущениях мороза в различных частях нашей страны все же есть, и это не всегда связано только с настроем. Но, несмотря ни на что, зима – это замечательное время года, очень красивое и необходимое человеку. И что самое замечательное, после зимы приходит весна!