Termodinámica del aire húmedo
Una de las características más importantes del flujo atmosférico es el ciclo de humedad. El vapor de agua es de gran importancia en la atmósfera, a pesar de que nunca supera el 4 por ciento de la masa de aire y normalmente se encuentra en cantidades bastante menores. La precipitación constituye uno de los principales fenómenos del 'tiempo atmosférico' y el calor latente almacenado en la humedad es un factor importante en los sistemas meteorológicos. El vapor de agua puede transformarse en líquido o hielo, siendo sustancial la cantidad de energía involucrada en estos cambios de fase, incluso cuando las cantidades de vapor que intervienen son pequeñas. También un poco de vapor de agua puede absorber o emitir una gran cantidad de radiación en las longitudes de onda del espectro infrarrojo.
La Evaporación del agua requiere energía, mientras que el proceso de condensación libera la misma energía. Entre estas dos situaciones el viento puede cambiar de sitio el calor latente, dispersándolo, concentrándolo, o simplemente transportándolo. Este hecho tiene lugar en varias escalas, pasando de la producción de un simple cúmulo convectivo a los efectos dramáticos en los huracanes (donde es su principal factor). Es también un factor en los estudios climáticos a gran escala del transporte global de calor. Por tanto, es evidente la importancia de incluir en los cálculos el efecto del agua.
Indices de Humedad
Se llama aire húmedo a una mezcla de aire con agua en cualquiera de sus formas. Para cuantificar la cantidad de vapor de agua en el aire se utilizan varios índices. Para incluir el vapor de agua en las ecuaciones, se suele utilizar la humedad específica y la proporción de mezcla.
La humedad específica se define como:
y la proporción de mezcla se define como:
En la práctica la proporción de mezcla es casi igual a la humedad específica.
Ecuación de estado del aire húmedo
Para el vapor de agua es también válida la ecuación de estado de un gas ideal:
Las ecuaciones de estado del aire seco y del vapor de agua pueden combinarse para obtener la ecuación de estado del aire húmedo:
En esta ecuación 
es ahora la densidad del aire, que es igual a la densidad del aire seco más la densidad del vapor de agua. Rd es la constante de los gases para el aire seco y TV es la temperatura virtual, la cual difiere ligeramente de la temperatura real. La temperatura virtual viene dada por:
Si la humedad específica tiene un valor típico de 10 g/kg (=10-2), entonces la corrección es del orden de 1.6 K.
Cambios de fase del agua
El proceso de cambio de líquido a vapor se denomina evaporación; el proceso inverso se denomina condensación. Para evaporar 1 kg de agua se necesitan aproximadamente 2.5x106 Julios. Para transformar 1 kg de hielo en agua líquida se necesitan alrededor de 3.3x105 Julios. En los procesos inversos se liberan estas mismas cantidades de energía. También es posible transformar directamente vapor de agua en hielo. Este proceso se denomina sublimación y require unos 2.8x106 Julios por kilogramo. Si el hielo es evaporado directamente entonces se libera esta cantidad de energía.
Primera ley de la termodinámica para el aire húmedo
Si el agua contenida en una parcela de aire condensa y precipita, el proceso no es adiabático, porque la energía contenida en el agua es eliminada de la parcela. El proceso se denomina pseudoadiabático. Para este caso la primera ley de la termodinámica se convierte en:
Donde Cpm es el
calor específico del aire húmedo a presión constante. Una aproximación de esta ley puede ser:
En esta ecuación L es el calor latente de vaporización.
