氣象學(xué)與氣候?qū)W：第三章 大氣中的水分

第三章大氣中的水分第一節(jié)蒸發(fā)和凝結(jié)一、水相變化水有三種相態(tài)：氣態(tài)（水汽）、液態(tài)（水）和固態(tài)（冰）。1、水相變化的物理過程從分子運(yùn)動(dòng)論看，水相變化是水的各相之間分子交換的過程。在水和水汽兩相共存的系統(tǒng)中，水分子在不停地運(yùn)動(dòng)著。在水的表層，動(dòng)能超過脫離液面所需的功的水分子，有可能克服周圍水分子對它的吸引而脫出水面，成為水汽分子，進(jìn)入液面上方的空間。同時(shí)，接近水面的水汽分子，又可能受水面水分子的吸引或相互碰撞，運(yùn)動(dòng)方向不斷改變，其中有些向水面飛去而重新落回水中。單位時(shí)間內(nèi)脫出水面的水分子數(shù)正比于具有大速度的水分子數(shù)，即該數(shù)與溫度成正比。溫度越高，速度大的水分子就越多，單位時(shí)間內(nèi)脫離水面的水分子越多。落回水中的水汽分子數(shù)則與系統(tǒng)中水汽的濃度有關(guān)。水汽濃度越大，單位時(shí)間內(nèi)落回水中的水汽分子也越多。開始，系統(tǒng)中的水汽濃度不大，單位時(shí)間內(nèi)脫出水面的水分子比落回水中的水汽分子多，系統(tǒng)中的水有一部分變成了水汽，即蒸發(fā)過程。蒸發(fā)的結(jié)果使系統(tǒng)內(nèi)的水汽濃度加大，即實(shí)際水汽壓增大；這時(shí)水汽分子碰撞的機(jī)會增多，落回水面的水汽分子也相應(yīng)增多。若此過程持續(xù)下去，可能在同一時(shí)間，脫出水面與回落水中的水汽分子數(shù)相等，系統(tǒng)內(nèi)的水量和水汽分子量都不再改變，即水和水汽之間達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的水汽稱為飽和水汽，當(dāng)時(shí)的水汽壓e與飽和水汽壓E相等。2、水相變化的判斷假設(shè)N為單位時(shí)間內(nèi)脫出水面的水分子數(shù)，n為單位時(shí)間內(nèi)落回水中的水汽分子數(shù)：N＞n蒸發(fā)（未飽和）N=n動(dòng)態(tài)平衡（飽和）N＜n凝結(jié)（過飽和）E＞e蒸發(fā)（未飽和）E=e動(dòng)態(tài)平衡（飽和）E＜e凝結(jié)（過飽和）若Ei為某一溫度下對應(yīng)的冰面上的飽和水汽壓，類似地可得到冰和水汽兩相變化和平衡的判斷方法：Ei＞e升華Ei=e動(dòng)態(tài)平衡Ei＜e凝華水相變化是可以由實(shí)測的水汽壓值e與同溫度下的飽和水汽壓值E（或Ei）之間的比較來判定的。3、水相變化中的潛熱在水相的轉(zhuǎn)變過程中，伴隨著能量的轉(zhuǎn)換。蒸發(fā)過程中，較大動(dòng)能的水分子脫出液面，使液面溫度降低。如果保持其溫度不變，必須自外界供給熱量，這部分熱量等于蒸發(fā)潛熱L，L與溫度有如下關(guān)系：L=（2500-2.4t）×103（J/kg）由于水分子具有極性，水不完全是單水分子H2O，更多的情況下是水分子的聚合體，如雙水分子(H2O)2和三水分子(H2O)3。分子式冰水0℃0℃4℃38℃98℃H2O019202936(H2O)24158595051(H2O)35923212113當(dāng)水汽凝結(jié)時(shí)，這部分潛熱又將全部釋放出來，即凝結(jié)潛熱。在同溫度下，凝結(jié)潛熱與蒸發(fā)潛熱相等。在冰升華為水汽的過程中也要消耗熱量，這熱量包含兩部分，即由冰融化為水所需的融解潛熱（3.34×105J/kg

）和水變?yōu)樗璧恼舭l(fā)潛熱。以Ls表示升華潛熱，則有Ls=（2.5×106+3.34×105）J/kg=2.8×106J/kg二、飽和水汽壓的影響因素飽和水汽壓與蒸發(fā)面的溫度、性質(zhì)（水面、冰面，溶液面等）、及形狀（平面、凹面、凸面）之間有密切關(guān)系。

（一）飽和水汽壓與溫度的關(guān)系隨著溫度的升高，飽和水汽壓顯著增大?？諝鉁囟鹊淖兓?，對蒸發(fā)和凝結(jié)有重要影響。高溫升高，飽和水汽壓增大，空氣中能容納的水汽含量增多，因而能使原來已處于飽和狀態(tài)的蒸發(fā)面會因溫度升高而變得不飽和，蒸發(fā)重新出現(xiàn)；若降低飽和空氣的溫度，飽和水汽壓減小，會有多余的水汽凝結(jié)出來。飽和水汽壓隨溫度改變的量，在高溫時(shí)要比低溫時(shí)大。（二）飽和水汽壓與蒸發(fā)面性質(zhì)的關(guān)系蒸發(fā)面性質(zhì)的不同主要表現(xiàn)在對欲脫出蒸發(fā)面的水分子引力的不同。引力大，水分子脫出蒸發(fā)面的難度大。當(dāng)蒸發(fā)面上的水汽濃度較小時(shí)，回落蒸發(fā)面的水分子就能與脫出蒸發(fā)面的水分子相平衡，達(dá)到飽和。相反，若蒸發(fā)面的引力小，水分子逃出蒸發(fā)面就較容易。只有當(dāng)蒸發(fā)面上的水汽濃度較大時(shí)，回落蒸發(fā)面的水分子才能與脫出蒸發(fā)面的水分子相平衡，達(dá)到飽和。因而，此時(shí)的飽和水氣壓比引力大時(shí)的飽和水汽壓大。1、冰面和過冷卻水面的飽和水汽壓過冷卻水是指在攝氏零度以下時(shí)也可保持液體狀態(tài)的水。過冷卻水與同溫度下的冰面比較，飽和水汽壓有差異。過冷卻水面上的飽和水汽壓與溫度的關(guān)系：冰面上的飽和水汽壓與溫度的關(guān)系：冰面和過冷卻水面的飽和水汽壓隨溫度按指數(shù)規(guī)律變化。由于冰是固體，冰分子脫出冰面的束縛比水分子脫出水面的束縛更大些。因此，當(dāng)冰面上水汽密度較小時(shí)，其落回的分子就能與脫出的分子相平衡，達(dá)到飽和。即與同溫度下的過冷卻水相比，冰面的飽和水汽壓要小一些。只有當(dāng)溫度為0℃時(shí)，冰和水處于過渡狀態(tài)，它們的飽和水汽壓才相等。e=Ei＜E：當(dāng)冰面上飽和時(shí)，水面的相對濕度小于100％。e=E＞Ei：當(dāng)水面飽和時(shí)，冰面已是過飽和了。Ei＜e＜E：“冰晶效應(yīng)”：在云中，冰晶和過冷卻水共存的情況是很普遍的，如果當(dāng)時(shí)的實(shí)際水汽壓介于兩者飽和水汽壓之間，會產(chǎn)生冰水之間的水汽轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，即水滴會因不斷蒸發(fā)而縮小，冰晶會因不斷凝華而增大。在冰成云和冰成霧中，常常觀測到相對濕度小于100％的現(xiàn)象。2、溶液面的飽和水汽壓不少物質(zhì)都可融解于水中，所以天然水通常是含有溶質(zhì)的溶液。溶液中溶質(zhì)的存在使溶液內(nèi)分子間的作用力大于純水內(nèi)分子間的作用力，使水分子脫離溶液面比脫離純水面困難。因此，同一溫度下，溶液面的飽和水汽壓比純水面要小，且溶液濃度愈高，飽和水汽壓愈小。這種作用對在可溶性凝結(jié)核上形成云或霧的最初胚滴相當(dāng)重要，而且以溶液滴剛形成時(shí)較為顯著。隨著溶液滴的增大，濃度逐漸減小，溶液的影響就不明顯了。（三）飽和水汽壓與蒸發(fā)面形狀的關(guān)系不同形狀的蒸發(fā)面上，水分子受到周圍分子的吸引力不同。陰影部分分別表示凸水面、平水面和凹水面對于A、B、C三點(diǎn)分子引力作用的范圍。A分子受到的引力最小，最易脫出水面；C分子受到的引力最大，最難脫出水面。溫度相同時(shí)，凸面的飽和水汽壓最大，平面次之，凹面最小。凸面的曲率愈大，對水分子的引力越小，飽和水汽壓愈大；凹面的曲率愈大，對水分子的引力越大，飽和水汽壓愈小。實(shí)際上，云霧中的水滴有大有小.大水滴曲率小，對水分子引力大，表面飽和水汽壓小（E大）；小水滴曲率大，對水分子引力小，表面飽和水汽壓大（E?。?。若實(shí)際水汽壓介于大小水滴飽和水汽壓之間（E大＜e＜

E?。?，小水滴因蒸發(fā)而逐漸變小，大水滴因凝結(jié)而不斷增大。此即所謂的“凝結(jié)增長”。但當(dāng)水滴增長到半徑大于1μm時(shí)，曲率的影響就很小了。所以“凝結(jié)增長”只在云霧形成的初期起作用。三、影響蒸發(fā)的因素1、水源水域、雪面、冰面或潮濕土壤、植被是蒸發(fā)產(chǎn)生的基本條件。2、飽和差（E-e）蒸發(fā)速度與飽和差成正比。飽和差愈大，蒸發(fā)速度也愈快。3、熱源蒸發(fā)必須消耗熱量，在蒸發(fā)過程中如果沒有熱量供給，蒸發(fā)面就會逐漸冷卻，從而使蒸發(fā)面上的飽和水汽壓降低，于是蒸發(fā)減緩或逐漸停止。因此蒸發(fā)速度在很大程度上決定于熱量的供給。實(shí)際上常以蒸發(fā)耗熱多少直接表示某地的蒸發(fā)速度。4、風(fēng)速與湍流擴(kuò)散無風(fēng)時(shí)，蒸發(fā)面上的水汽僅靠分子擴(kuò)散，水汽壓減小得慢，飽和差（E--e）小，因而蒸發(fā)緩慢。有風(fēng)（水平擴(kuò)散）時(shí)，湍流（垂直擴(kuò)散）加強(qiáng)，蒸發(fā)面上的水汽隨風(fēng)和湍流迅速散布到廣大的空間，蒸發(fā)面上實(shí)際水汽壓減小，飽和差（E--e）增大，蒸發(fā)加快。陸地上的蒸發(fā)還應(yīng)考慮到土壤的植被、濕度、結(jié)構(gòu)等特性。海洋上的蒸發(fā)還應(yīng)考慮水中的鹽分。在影響蒸發(fā)的因子中，蒸發(fā)面的溫度通常是起決定作用的因子。由于蒸發(fā)面（陸面及水面）的溫度有年、日變化，所以蒸發(fā)速度也有年、日變化。四、大氣中水汽凝結(jié)水汽凝結(jié)或凝華的一般條件：有凝結(jié)核或凝華核的存在；大氣中水汽達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)。（一）凝結(jié)核在純凈的空氣中，水汽過飽和到相對濕度為300~400％，也不會發(fā)生凝結(jié)；原因：作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的水汽分子之間引力很小，通過相互之間的碰撞不易相互結(jié)合為液態(tài)或固態(tài)水。只有在巨大的過飽和條件下，純凈的空氣才能凝結(jié)。實(shí)際大氣中，水汽壓只要達(dá)到或超過飽和，水汽就會發(fā)生凝結(jié)；原因：大氣中存在著大量的吸濕性微粒物質(zhì)，它們比水汽分子大得多，對水分子引力大，從而有利于水汽分子在其表面上集聚，使其成為水汽凝結(jié)核心。這種大氣中能促使水汽凝結(jié)的微粒，稱凝結(jié)核，其半徑一般為10-7~10-3cm，而且半徑越大、吸濕性越好的核周圍越易產(chǎn)生凝結(jié)。（二）空氣中水汽飽和或過飽和大氣中，凝結(jié)核總是存在的。能否產(chǎn)生凝結(jié)，主要取決于空氣是否達(dá)到過飽和。使空氣達(dá)到過飽和的途徑有兩種：蒸發(fā)，增加空氣中的水汽，使水汽壓大于飽和水汽壓。冷卻，減小飽和水汽壓，使其小于當(dāng)時(shí)的實(shí)際水汽壓。1、暖水面蒸發(fā)通常情況下，水面蒸發(fā)作用雖然可以增大空氣濕度，但并不能使空氣中的水汽產(chǎn)生凝結(jié)。因?yàn)榭拷娴目諝饨咏柡蜁r(shí)，蒸發(fā)即基本停止。當(dāng)冷空氣流經(jīng)暖水面時(shí)，由于水面溫度比氣溫高，暖水面上的飽和水汽壓比冷空氣的飽和水汽壓大得多，通過蒸發(fā)可使冷空氣達(dá)到過飽和，并產(chǎn)生凝結(jié)。秋冬季的早晨，水面上騰起的蒸發(fā)霧即是這樣形成的。2、空氣的冷卻（1）絕熱冷卻：隨著高度升高，溫度降低，飽和水汽壓減小，但其減小程度大于實(shí)際水汽壓的減小程度，即相對濕度增大，當(dāng)空氣升至一定高度就會出現(xiàn)過飽和狀態(tài)。（2）輻射冷卻：在晴朗無風(fēng)的夜間，地面的輻射冷卻會導(dǎo)致近地面層空氣降溫。當(dāng)空氣中溫度降低到露點(diǎn)溫度以下時(shí)，水汽壓就會超過飽和水汽壓產(chǎn)生凝結(jié)。（3）平流冷卻：暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面時(shí)，氣流本身溫度降低。若暖空氣與冷地面溫度相差較大，暖空氣降溫較多，也可能產(chǎn)生凝結(jié)。第二節(jié)地表面和大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象水汽的凝結(jié)可產(chǎn)生于空氣中；也可產(chǎn)生于地表或地物上。一、地面的水汽凝結(jié)物1、露和霜傍晚或夜間，地面或地物由于輻射冷卻，使貼近地表面的氣層隨之降溫，當(dāng)其溫度降到露點(diǎn)以下，即空氣中水汽含量過飽和時(shí)，在地面或地物的表面就會有水汽的凝結(jié)/凝華。如果此時(shí)的露點(diǎn)溫度在0℃以上，在地面或地物上就出現(xiàn)微小的水滴，稱為露。如果露點(diǎn)溫度在0℃以下，則水汽直接在地面或地物上凝華成白色的冰晶，稱為霜。有時(shí)已生成的露，由于溫度降至0℃以下，凍結(jié)成冰珠，稱為凍露。形成露和霜的氣象條件是晴朗、微風(fēng)的夜晚。夜間晴朗有利于地面或地物迅速輻射冷卻。微風(fēng)可使輻射冷卻在較厚的氣層中充分進(jìn)行，而且可使貼地空氣得到更換，保證有足夠多的水汽供應(yīng)凝結(jié)。無風(fēng)時(shí)可供凝結(jié)的水汽不多。風(fēng)速過大時(shí)由于湍流太強(qiáng)，使貼地空氣與上層較暖空氣發(fā)生強(qiáng)烈混合，導(dǎo)致貼地空氣降溫緩慢，不利于露和霜的生成。在洼地與山谷中，產(chǎn)生霜的頻率較大；而在水邊平地和森林地帶，產(chǎn)生霜的頻率較小。霜和霜凍的區(qū)別：霜：白色固體凝結(jié)物；霜凍：在農(nóng)作物生長季節(jié)里，地面和植物表面溫度下降到足以引起農(nóng)作物遭受傷害或者死亡的低溫。有霜時(shí)農(nóng)作物不一定遭受霜凍之害。有霜凍時(shí)可以有霜出現(xiàn)；也可以沒有霜出現(xiàn)（黑霜）。（二）霧凇霧凇是形成于樹枝上、電線上或其它地物迎風(fēng)面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。1、晶狀霧凇晶狀霧?。河晌矬w表面冰晶吸附過冷卻霧滴蒸發(fā)出來的水汽而形成的霧凇。晶體與霜類似，結(jié)構(gòu)松散。往往在有霧、微風(fēng)以及溫度低于-15℃時(shí)出現(xiàn)。2、粒狀霧凇由過冷卻霧滴被風(fēng)吹過，碰到冷的物體表面迅速凍結(jié)而成的。往往在風(fēng)速較大，氣溫在-2~-7℃時(shí)出現(xiàn)。由于凍結(jié)速度很快，因而霧滴仍保持原來的形狀，即呈粒狀。二、近地面層空氣中的凝結(jié)霧是懸浮于近地面空氣中的大量水滴或冰晶，使水平能見度小于1km的物理現(xiàn)象?；緱l件：近地面空氣中水汽充沛，有使水汽發(fā)生凝結(jié)的冷卻過程和凝結(jié)核存在。如氣層中富有活躍的凝結(jié)核，霧可在相對濕度小于100％時(shí)形成。由于冰面的飽和水汽壓小于水面，在相對濕度未達(dá)100％的嚴(yán)寒天氣里可出現(xiàn)冰晶霧。蒸發(fā)霧

輻射霧氣團(tuán)霧（形成條件）冷卻霧（冷卻過程）平流霧上坡霧霧的分類混合霧鋒面霧1、輻射霧輻射霧是由地面輻射冷卻使貼地氣層變冷而形成的。形成條件：①空氣中有充足的水汽；②天氣晴朗少云；③風(fēng)力微弱（1~3m/s）；④大氣層結(jié)穩(wěn)定。輻射霧的厚度隨空氣的冷卻程度及風(fēng)力而定。如只在貼近地面的氣層內(nèi)，溫度降到露點(diǎn)以下，而且風(fēng)力微弱，則形成低霧（2~100m）。低霧的形成常與近地層的逆溫層有關(guān)，其上界常與逆溫層上界一致。在日出前后，濃度達(dá)最大。上午8~10時(shí)，由于逆溫層被破壞，低霧即隨之消失。若厚度不到2m，薄薄地蒙蔽在地面上，稱為淺霧。如空氣冷卻作用所及高度增大，輻射霧能伸展到幾百米高。這種輻射霧稱高霧，范圍很廣，能持續(xù)多日不散，僅在白天稍有減弱。輻射霧通常出現(xiàn)在高壓區(qū)的晴夜，其出現(xiàn)常表示晴天。２、平流霧平流霧是暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面而逐漸冷卻形成的。天氣條件：①下墊面與暖濕空氣的溫差較大；只有暖濕空氣與其流經(jīng)的下墊面之間存在較大溫差時(shí)，近地面氣層才能迅速冷卻形成平流逆溫，而這種逆溫起到限制垂直混合和聚集水汽的作用，使整個(gè)逆溫層中形成霧。②暖濕空氣的濕度大；③適宜的風(fēng)向（由暖向冷）和風(fēng)速（2~7m/s）；適宜的風(fēng)向和風(fēng)速，不但能源源不斷地輸送暖濕空氣，而且能發(fā)展一定強(qiáng)度的湍流，使霧達(dá)到一定的厚度。④層結(jié)較穩(wěn)定。平流霧的范圍和厚度一般比輻射霧大，在海洋上四季皆可出現(xiàn)。由于它的生消主要取決于有無暖濕空氣的平流，因此只要有暖濕空氣不斷流來，霧可以持久不消，而且范圍很廣。在我國沿海地區(qū)，以春夏為多霧季節(jié)。這是因?yàn)槠搅餍再|(zhì)的海霧，只當(dāng)夏季風(fēng)盛行時(shí)才能到達(dá)陸上。三、云（一）云的形成條件和分類對于云的形成來說，其過飽和主要是由空氣垂直上升所進(jìn)行的絕熱冷卻引起的。上升運(yùn)動(dòng)的形式和規(guī)模不同，形成的云的狀態(tài)、高度、厚度也不同。大氣的上升運(yùn)動(dòng)主要有：1、熱力對流指地表受熱不均和大氣層結(jié)不穩(wěn)定引起的對流上升運(yùn)動(dòng)。由對流運(yùn)動(dòng)所形成的云多屬積狀云。2、動(dòng)力抬升指暖濕氣流受鋒面、輻合氣流的作用所引起的大范圍上升運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)形成的云主要是層狀云。3、大氣波動(dòng)指大氣流經(jīng)不平的地面或在逆溫層以下所產(chǎn)生的波狀運(yùn)動(dòng)。由大氣波動(dòng)產(chǎn)生的云主要屬于波狀云。4、地形抬升指大氣運(yùn)行中遇地形阻擋，被迫抬升而產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)形成的云既有積狀云，也有波狀云和層狀云，通常稱之為地形云。（二）云的形成1、積狀云的形成積狀云主要包括淡積云、濃積云和積雨云。積狀云多形成于夏季午后，具孤立分散、云底平坦和頂部凸起的外貌形態(tài)。積狀云是垂直發(fā)展的云塊，其形成總是與不穩(wěn)定大氣中的對流上升運(yùn)動(dòng)相關(guān)。對流能否形成積云及形成的積狀云的形態(tài)，除與凝結(jié)條件相關(guān)外，還與對流上升所能達(dá)到的高度有關(guān)。如果對流上升所能達(dá)到的最大高度（對流上限）高于凝結(jié)高度，則積狀云形成，否則就不會形成積狀云。對流愈強(qiáng)，對流上限高于凝結(jié)高度的差值就愈大，積狀云厚度也愈大。對流上升區(qū)的水平范圍廣大，則積狀云的水平范圍也愈大。積狀云形成過程：夏半年，地面受到太陽強(qiáng)烈輻射，地溫很高，進(jìn)一步加熱了近地面氣層。由于地表的不均一性，因而貼地氣層中就生成了大大小小與周圍溫度、濕度及密度稍有不同的氣塊（熱泡）。這些氣塊內(nèi)部溫度較高，受周圍空氣的浮力作用而隨風(fēng)飄浮，不斷生消。較大的氣塊上升的高度較大，當(dāng)?shù)竭_(dá)凝結(jié)高度以上，就形成了對流單體，再逐步發(fā)展，就形成孤立、分散、底部平坦、頂部凸起的淡積云。若對流上限稍高于凝結(jié)高度，一般只形成淡積云。淡積云云頂一般在0℃等溫線高度以下，所以云體由水滴組成。淡積云內(nèi)上升氣流的速度不大，一般不超過5m/s，云中湍流較弱。在淡積云出現(xiàn)的高度上，若有強(qiáng)風(fēng)和較強(qiáng)的湍流時(shí)，淡積云的云體會變得破碎。當(dāng)對流上限超過凝結(jié)高度許多時(shí)，形成濃積云。濃積云云體高大，頂部呈花椰菜狀。其云頂伸展至高于0℃的高度，頂部由過冷卻水滴組成。云中上升氣流強(qiáng)，可達(dá)15~20m/s，云中湍流也強(qiáng)。如果上升氣流更強(qiáng)，云頂可伸展至-15℃以下的高空。于是云頂凍結(jié)為冰晶，出現(xiàn)絲縷結(jié)構(gòu)，形成積雨云。積雨云頂部，在高空風(fēng)的吹拂下，向水平方向展開成砧狀，稱砧狀云。根據(jù)云砧的伸展方向，可判定積雨云的移動(dòng)方向。積雨云的厚度很大，在中緯度地區(qū)為5~8km，在低緯度地區(qū)可達(dá)10km以上。云中氣流的速度很大，上升氣流?？蛇_(dá)20~30m/s，下沉也可達(dá)10~15m/s。在積狀云形成過程中，上升部分的空氣因冷卻，水汽凝結(jié)成云；而云體周圍有空氣下沉補(bǔ)充，下沉空氣絕熱增溫快，不會形成云。所以積狀云是分散的，云塊間露出藍(lán)天。對于一定地區(qū)，在同一時(shí)間里，空氣溫度、濕度的水平分布近于一致，其凝結(jié)高度基本相同，因而積云底部平坦。積狀云日變化：上午多為淡積云。隨著對流的增強(qiáng)，逐漸發(fā)展為濃積云；下午對流最旺盛，往往可發(fā)展為積雨云；傍晚對流減弱，積雨云逐漸消散，有時(shí)可以演變?yōu)閭尉碓?、積云性高積云和積云性層積云。若到了下午，天空還是淡積云，表明氣層比較穩(wěn)定，積云不能再發(fā)展，天氣較好，是連續(xù)晴天的預(yù)兆，因此稱晴天積云。夏天，若早上就出現(xiàn)了濃積云，則表示氣層已很不穩(wěn)定，可能發(fā)展為積雨云。因此，早上有濃積云是有雷雨的預(yù)兆。傍晚層積云是積狀云消散后演變成的，說明空氣層結(jié)穩(wěn)定，一到夜間云就散去，這是連晴的預(yù)兆。2、層狀云的形成層狀云是均勻幕狀的云層，常具有較大的水平范圍，其中包括卷層云、卷云、高層云及雨層云。層狀云是由于空氣大規(guī)模的系統(tǒng)性上升運(yùn)動(dòng)如鋒面上的上升運(yùn)動(dòng)（水平范圍大，速度只有0.1—1m/s，持續(xù)時(shí)間長）引起的。當(dāng)暖空氣向冷空氣一側(cè)移動(dòng)時(shí)，前者沿后者斜坡緩慢滑升，絕熱冷卻，形成層狀云。云的底部同冷暖空氣交綏的傾斜面（鋒面）大體吻合，云頂近似水平。在鋒面的不同部位，云的厚度差別很大。位于最前面的是卷云和卷層云，其厚度最薄，一般為幾百米至2km，云體由冰晶組成。中部是高層云，其厚度一般為1~3km，頂部多為冰晶組成，主體部分多為冰晶與過冷卻水滴共同組成。最后面是雨層云，其厚度一般為3~6km，其頂部為冰晶組成，中部為過冷卻水滴與冰晶共同組成，底部為水滴組成。3、波狀云的形成波狀云是波浪起伏的云層，包括卷積云、高積云、層積云。當(dāng)空氣存在波動(dòng)時(shí)，波峰處空氣上升，其上升速度可達(dá)每秒幾十厘米，僅次于積狀云中的上升速度；波谷處空氣下沉?？諝馍仙幱捎诮^熱冷卻而形成云，空氣下沉處則無云形成。如果在波動(dòng)形成之前已有厚度均勻的層狀云存在，則在波峰處云加厚，波谷處云減薄以至消失，從而形成厚度不大、保持一定間距的平行云條，呈一列列或一行行的波狀云。波狀云的厚度不大，一般為幾十米到幾百米。它出現(xiàn)常表明氣層比較穩(wěn)定，天氣少變化（“瓦塊云，曬死人”；“天山鯉魚斑，明天曬谷不用翻”）。但是系統(tǒng)性波狀云，如卷積云，是在卷云或卷層云上產(chǎn)生波動(dòng)后演變成的，所以它和大片層狀云連在一起，表示將有風(fēng)雨來臨。第三節(jié)降水降水主要來自云中，但有云不一定都有降水。這是因?yàn)樵频蔚捏w積很小，不能克服空氣阻力和上升氣流的頂托。只有當(dāng)云滴增長到能克服空氣阻力和上升氣流的頂托，并且在降落至地面的過程中不致被蒸發(fā)掉時(shí)，降水才形成。降水的形態(tài)：雨：自云體中降落至地面的液體水滴。雪：從混合云中降落到地面的雪花形態(tài)的固體水。霰：從云中降落至地面的不透明的球狀晶體，由過冷卻水滴在冰晶周圍凍結(jié)而成，直徑2~5mm。夜深煙火滅,霰雪落紛紛?！拙右住肚刂幸鳌稧raupelDefinition:Graupelformswhensnowintheatmosphereencounterssupercooledwater.Inaprocessknownasaccretion,icecrystalsforminstantlyontheoutsideofthesnowandaccumulateuntiltheoriginalsnowflakeisnolongervisibleordistinguishable.Thecoatingoftheseicecrystalsontheoutsideofthesnowiscalledarimecoating.Thesizeofgraupelistypicallyunder5millimeters,butsomegraupelcanbethesizeofaquarter(coin).雹：是由透明和不透明的冰層相間組成的固體降水，呈球形，常降自積雨云。Totellthedifferencebetweengraupelandhail,yousimplyhavetotouchagraupelball.Graupelpelletstypicallyfallapartwhentouchedorwhentheyhittheground.Hailisformedwhenlayersoficeaccumulateandareveryhardasaresult.連續(xù)性降水歷時(shí)長，強(qiáng)度具有變化性，降水主要來自高層云和雨層云。陣性降水歷時(shí)短，強(qiáng)度大，具有突然性，降水來自濃積云和積雨云。一、云滴增長的物理過程降水的形成就是云滴增大為雨滴、雪花或其它降水物、并降至地面的過程。云能否降水，意味著在一定時(shí)間內(nèi)能否使約106個(gè)云滴轉(zhuǎn)變成一個(gè)雨滴。使云滴增大的過程主要有：（一）云滴凝結(jié)（或凝華）增長凝結(jié)（或凝華）增長過程是指云滴依靠水汽分子在其表面上凝聚增長的過程。在云的形成和發(fā)展階段，由于云體持續(xù)上升，絕熱冷卻，或云外不斷有水汽輸入云中，使云內(nèi)空氣中的水汽壓大于云滴的飽和水汽壓，因此云滴能夠由水汽凝結(jié)（或凝華）而增長。一般，云滴的凝結(jié)（或凝華）增長有一定限度:一旦云滴表面產(chǎn)生凝結(jié)（或凝華），水汽從空氣中析出，空氣濕度減小，云滴周圍便不能維持過飽和狀態(tài)，從而使凝結(jié)（或凝華）逐漸停止。要使這種凝結(jié)（或凝華）增長不斷進(jìn)行，還必須有水汽的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移過程：即當(dāng)云層內(nèi)部存在著冰水云滴共存、冷暖云滴共存或大小云滴共存中的任一種條件時(shí)，產(chǎn)生水汽從一種云滴轉(zhuǎn)化至另一種云滴上的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移過程。但是，不論是凝結(jié)還是凝華增長過程，都很難使云滴迅速增長到雨滴的尺度；而且它們的作用都將隨云滴的增大而減弱?？梢娨乖频卧鲩L成為雨滴，勢必還要有另外的過程→沖并增長過程。（二）云滴的沖并增長沖并增長過程：大小云滴之間發(fā)生沖并而合并增大的過程。云內(nèi)的云滴大小不一，相應(yīng)地具有不同的運(yùn)動(dòng)速度。大云滴下降速度比小云滴快，因而大云滴在下降過程中很快追上小云滴，大小云滴相互碰撞而粘附起來，成為更大的云滴。當(dāng)有上升氣流時(shí)，小云滴運(yùn)動(dòng)速度快，會追趕上大云滴并與之合并，成為更大的云滴。云滴增大以后，它的橫截面積變大，在上升和下降過程中又可合并更多的水云滴。這種在重力場中由于大小云滴速度不同而產(chǎn)生的沖并現(xiàn)象，稱為重力沖并。水滴重力沖并增長的快慢程度與云中含水量及大小水滴的相對速度成正比。對半徑小于20μm的云滴，其重力沖并增長作用可忽略不計(jì)；半徑大于30μm的大水滴在很短時(shí)間內(nèi)即可通過重力沖并增長達(dá)到半徑為幾個(gè)毫米的雨滴。大水滴越大，沖并增長越迅速。通過沖并作用，水滴不斷增大，在空氣中下降時(shí)不再保持球形。開始下降時(shí)，底部平整，上部因表面張力而保持原來的球形。當(dāng)水滴繼續(xù)增大，水滴變形越來越劇烈，底部向內(nèi)凹陷，形成一個(gè)空腔。空腔越變越大，越變越深，上部越來越薄，最后破碎成許多大小不同的水滴。當(dāng)大氣中的雨滴半徑增大到300~350μm時(shí)（自然界中觀測到的臨界半徑：水滴在下降過程中保持不破碎的最大尺度稱為臨界尺度，常用等體積球體的半徑來表示，稱為臨界半徑或破碎半徑），就要破碎成幾個(gè)較大的水滴和一些小水滴；這些水滴可以被上升氣流攜帶上升，并在上升過程中作為新的胚胎而增長；長大到上升氣流支托不住時(shí)再次下降；在下降過程中繼續(xù)增大，當(dāng)大到臨界半徑后，再次破碎分裂而重復(fù)上述過程。云中水滴增大→破碎→再增大→再破碎的往復(fù)循環(huán)過程，常用來解釋暖云降水的形成，稱為“鏈鎖反應(yīng)”。產(chǎn)生“鏈鎖反應(yīng)”的條件是：上升氣流速度通常大于6m/s；云中含水量大于2g/m3，同時(shí)還要求一定的云厚?！版滄i反應(yīng)”不會無限地繼續(xù)下去，因?yàn)閺?qiáng)烈的上升氣流無法持久；同時(shí)，大量雨滴下降時(shí)會抑制上升氣流，或帶來下沉氣流。如雷雨天氣時(shí)，一陣大雨之后、云體即崩潰消散。兩種云滴增大過程在由云滴轉(zhuǎn)化為降水的過程中始終存在。在云滴增長的初期，凝結(jié)（或凝華）增長為主，沖并為次。當(dāng)云滴增大到一定階段（一般直徑達(dá)50~70μm）后，凝結(jié)（或凝華）過程退居次要地位，而以重力沖并為主。在低緯度地區(qū)，云中出現(xiàn)冰水共存的機(jī)會較少，形成所謂暖云降水，這時(shí)沖并作用更為重要。二、雨和雪的形成（一）雨的形成水成云；冰成云；混合云由液態(tài)水滴（包括過冷卻水滴）所組成的云體稱為水成云。水成云內(nèi)如果具備了云滴增大為雨滴的條件，并使雨滴具有一定的下降速度，這時(shí)降落下來的就是雨或毛毛雨。由冰晶組成的云體稱為冰成云，而由水滴（主要是過冷卻水滴）和冰晶共同組成的云稱為混合云。從冰成云或混合云中降下的冰晶或雪花，下落到0℃以上的氣層內(nèi)，融化以后也成為雨滴下落到地面，形成降雨。（二）雪的形成在混合云中，由于冰水共存使冰晶不斷凝華增大，成為雪花。當(dāng)云下氣溫低于0℃時(shí)，雪花可以一直落到地面而形成降雪。如果云下氣溫高于0℃時(shí)，則可能出現(xiàn)雨夾雪。雪花的形狀很多，除六角形外，還有星狀、柱狀和片狀等。冰的晶體以六角形為最多，而六角形片狀冰晶的面上、邊上和角上的曲率不同，相應(yīng)地具有不同的飽和水汽壓。其中角上的飽和水汽壓最大，邊上次之，平面上最小。在實(shí)有水汽壓相同的情況下，由于冰晶各部分飽和水汽壓不同，其凝華增長的情況也不相同。當(dāng)實(shí)有水汽壓僅大于平面的飽和水汽壓時(shí)，水汽只在面上凝華，形成的是柱狀雪花。當(dāng)實(shí)有水汽壓大于邊上的飽和水汽壓時(shí)，邊上和面上都會發(fā)生凝華。由于邊上水汽供應(yīng)較充分，故在冰晶邊上凝華比面上快，多形成片狀雪花。當(dāng)實(shí)有水汽壓大于角上的飽和水汽壓時(shí)，面上、邊上、角上都有水汽凝華，但尖角處位置突出，水汽供應(yīng)最充分，凝華增長得最快，故多形成枝狀或星狀雪。又由于冰晶不停地運(yùn)動(dòng)，它所處的溫度和濕度條件