第四章 大氣中的水分新

第四章大氣中的水分新第1頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)蒸發(fā)和凝結(jié)（凝華）

一、大氣濕度概念（一）水汽壓和飽和水汽壓水汽壓：大氣中水汽產(chǎn)生的那部分壓強稱為水汽壓。飽和水汽壓：在溫度一定情況下，單位體積中的水汽量有一定限度，如果水汽含量達(dá)到此限度，空氣就是飽和狀態(tài)，也叫最大水汽壓，如果水汽超過這個限度，就開始凝結(jié)。

氣象學(xué)第四章第一節(jié)第2頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）飽和差在某一溫度下，飽和水汽壓與實際水汽壓之差。（三）相對濕度空氣中的實際水汽壓與同溫度下飽和水汽壓的比值（用百分?jǐn)?shù)表示）。它直接反映空氣距離飽和的相對程度。（四）絕對濕度單位體積空氣中所含的水汽量，也就是空氣中的水汽密度，稱為絕對濕度a。它不便直接測量。

（五）露點（露點溫度）

在空氣中水汽含量不變、使空氣冷卻到飽和時的溫度。在實際大氣中，空氣經(jīng)常處于未飽和狀態(tài)，露點溫度比氣溫要低。氣象學(xué)第四章第一節(jié)第3頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月4

冰

水凝固

融化凝結(jié)

蒸發(fā)升華

凝華

水汽

二、水相變化氣象學(xué)第四章第一節(jié)第4頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

從分子運動論看，水相變化是水的各相之間分子交換的過程。舉例：在水和水汽共存的系統(tǒng)中蒸發(fā)過程5

(一)水相變化的物理過程氣象學(xué)第四章第一節(jié)第5頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月氣象上常用飽和水汽壓（E）和實際水汽壓（e）來判斷水和水汽兩相變化和平衡：

E＞e（未飽和）蒸發(fā)

E=e（飽和）動態(tài)平衡

E＜e（過飽和）凝結(jié)若Es為某一溫度下對應(yīng)的冰面上的飽和水汽壓，與以上類似也可得到冰和水汽兩相變化和平衡：

Es＞e升華Es=e動態(tài)平衡Es＜e凝華(二)水相變化的判據(jù)氣象學(xué)第四章第一節(jié)第6頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）水相變化中的潛熱

在水相的轉(zhuǎn)變過程中，還伴隨著能量的轉(zhuǎn)換。蒸發(fā)過程中，液面溫度會降低，損失的這部分熱量就是蒸發(fā)潛熱。

當(dāng)水汽發(fā)生凝結(jié)時，這部分潛熱又將會全部釋放出來，這就是凝結(jié)潛熱。

氣象學(xué)第四章第一節(jié)第7頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月水三相變化過程中的潛熱轉(zhuǎn)換冰

水凝固

融化凝結(jié)

蒸發(fā)凝華

升華

水汽

放熱吸熱吸熱吸熱氣象學(xué)第四章第一節(jié)第8頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月二、影響蒸發(fā)的因素

在靜止大氣中，水分蒸發(fā)速度W由下述方程描述(道爾頓定律)：表明蒸發(fā)速度與飽和差（E-e）及分子擴散系數(shù)（A）成正比，而與氣壓（P）成反比。氣象學(xué)第四章第一節(jié)第9頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月1、水源沒有水源就不可能有蒸發(fā)。

2、熱源3、飽和差蒸發(fā)速度與飽和差成正比。

4、風(fēng)速與湍流擴散強度大氣中的水汽垂直輸送和水平擴散能加快蒸發(fā)速度。

在實際情況下，影響蒸發(fā)速度的主要因子有四個：

氣象學(xué)第四章第一節(jié)第10頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月三、相對濕度的時間變化（一）相對濕度的日變化相對濕度的日變化的特點是：最高值基本上出現(xiàn)在清晨，最低值出現(xiàn)在午后。（晴天）

主要決定于氣溫為什么午后氣溫升高，蒸發(fā)加強了，相對濕度反而減小了？氣象學(xué)第四章第一節(jié)第11頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

一般以冬季最大，夏季最小。某些季風(fēng)盛行地區(qū)，夏季大，冬季小。為什么？（二）相對濕度的年變化氣象學(xué)第四章第一節(jié)第12頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月四、大氣中水汽凝結(jié)（凝華）的條件

大氣中水汽凝結(jié)或凝華的一般條件是：一是有凝結(jié)核或凝華核的存在；二是大氣中水汽要達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)。

氣象學(xué)第四章第一節(jié)第13頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）凝結(jié)（華）核凝結(jié)核：大氣中能促使水汽凝結(jié)的微粒。半徑越大，吸濕性越好的核周圍越易產(chǎn)生凝結(jié)。凝華核：大氣中能促使水汽直接在其周圍凝華成冰晶的微粒。大氣產(chǎn)生凝結(jié)的重要條件之一

氣象學(xué)第四章第一節(jié)第14頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）空氣中水汽的飽和或過飽和使空氣達(dá)到過飽和的途徑有兩種：一是在一定溫度下增加空氣中的水汽，使水汽壓大于該氣溫下的飽和水汽壓。二是通過冷卻作用，減少飽和水汽壓，使其小于當(dāng)時的實際水汽壓。

大氣中常見的凝結(jié)現(xiàn)象，后者居多氣象學(xué)第四章第一節(jié)第15頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月空氣的冷卻具體的過程有：絕熱冷卻輻射冷卻平流冷卻指空氣在上升過程中，因體積膨脹對外做功導(dǎo)致空氣本身的冷卻。指暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面時，將熱量傳遞給冷的地表，造成空氣本身溫度降低。指在晴朗無風(fēng)的夜間，由于地面的輻射冷卻，導(dǎo)致近地面層空氣的降溫。是自然界中水汽凝結(jié)最主要的過程，凝結(jié)的水量也多。霧的形成

云的形成

氣象學(xué)第四章第一節(jié)第16頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)地表面和大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象水汽的凝結(jié)可產(chǎn)生在空氣中地表或地物上云和霧露、霜、霧凇和雨凇氣象學(xué)第四章第二節(jié)第17頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月一、地表面的水汽凝結(jié)物

（一）露和霜

露是近地層中的過飽和水汽，凝集在地面或近地面物體上的水珠。氣象學(xué)第四章第二節(jié)第18頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月霜是寒冷、晴朗和微風(fēng)（或無風(fēng)）的夜晚，氣溫降到露點以下，空氣中的飽和水汽凝集在地面或近地面物體上的白色松脆的冰晶。形成露和霜的氣象條件是晴朗、微風(fēng)的夜晚。

霜和霜凍

氣象學(xué)第四章第二節(jié)第19頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（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。

氣象學(xué)第四章第二節(jié)第20頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

形成

氣象條件晶狀霧凇由過冷卻霧滴蒸發(fā)后，再由水汽凝華而成粒狀霧凇由過冷卻的霧滴被風(fēng)吹過，碰到冷的物體表面迅速凍結(jié)而成有霧微風(fēng)嚴(yán)寒（氣溫低于-15℃）濃霧風(fēng)較大微寒（氣溫在-2—-7℃）氣象學(xué)第四章第二節(jié)第21頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月雨凇是形成在地面或地物迎風(fēng)面上的透明的或毛玻璃狀的緊密冰層。它主要是過冷卻雨滴降到溫度低于0℃的地面或地物上凍結(jié)而成的。（三）雨凇氣象學(xué)第四章第二節(jié)第22頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月二、近地面層空氣中的凝結(jié)---霧

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。霧中的珠穆朗瑪峰霧實際上也可以說是靠近地面的云

氣象學(xué)第四章第二節(jié)第23頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

形成

形成的有利天氣條件輻射霧由地面輻射冷卻使貼地氣層冷卻而形成的（范圍不大，持續(xù)時間短）空氣中有充足的水汽；天氣晴朗少云；微風(fēng)（1—3m/s）；大氣層結(jié)穩(wěn)定平流霧由暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面逐漸冷卻而形成的（范圍大，持續(xù)時間長）下墊面與暖濕空氣的溫差較大；暖濕空氣的濕度大；適宜的風(fēng)向（由暖向冷）和風(fēng)速（2—7m/s）；層結(jié)較穩(wěn)定

氣象學(xué)第四章第二節(jié)第24頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

(一)基本概念云是懸浮在大氣中的小水滴或小冰晶微粒，或二者混合體，有時還含有一些較大的雨滴和冰雪粒。

云是降水的基礎(chǔ)，是地球上水分循環(huán)的中間環(huán)節(jié)，并且云的發(fā)生發(fā)展總伴隨著能量的交換。

三、云云和霧有何區(qū)別？氣象學(xué)第四章第二節(jié)第25頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月云與霧的聯(lián)系與區(qū)別聯(lián)系：云和霧都是由懸浮于空中的小水滴或冰晶組成的，云為空中之霧，霧為地面之云。區(qū)別：1、云底不接地，但有一定的高度和形狀；2、云中的水滴比霧中的大；3、云的形成過程中，以絕熱冷卻為主，霧則以輻射冷卻和平流冷卻為主。氣象學(xué)第四章第二節(jié)第26頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)云的形成高度并結(jié)合其形態(tài)，將云分為3族10屬：云族云屬中云高積云高層云高云卷云卷積云卷層云云族云屬低云層積云層云雨層云積云積雨云氣象學(xué)第四章第二節(jié)第27頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月積雨云積云雨層云層積云層云低云氣象學(xué)第四章第二節(jié)第28頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月高層云高積云中云氣象學(xué)第四章第二節(jié)第29頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月卷層云卷積云卷云高云氣象學(xué)第四章第二節(jié)第30頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)降水云降水濕度水汽氣象學(xué)第四章第三節(jié)第31頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月由于云的溫度、氣流分布等狀況的差異，降水具有不同的形態(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——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。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。

降水（性質(zhì)）連續(xù)性降水歷時長，強度具有變化性高層云雨層云陣性降水歷時短，強度大，具有突然性濃積云積雨云雨小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨<1010-2525-5050-100100-200>2000雪小雪中雪大雪<2.52.5-5.0>5.0

按降水強度劃分(單位:mm/d)氣象學(xué)第四章第三節(jié)第32頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月半徑小于100μm的水滴

標(biāo)準(zhǔn)云滴半徑為10μm半徑大于100μm的水滴

標(biāo)準(zhǔn)雨滴半徑為1000μm

從體積來說，半徑1mm的雨滴約相當(dāng)于100萬個半徑為10μm的云滴。

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。一、降水形成的一般物理過程云滴雨滴云滴是如何增大的？

氣象學(xué)第四章第三節(jié)第33頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月使云滴增大的過程主要有：（一）云滴凝結(jié)（或凝華）增長（二）沖并增長氣象學(xué)第四章第三節(jié)第34頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

凝結(jié)（凝華）增長指水汽分子凝結(jié)（凝華）在云滴（冰晶）表面上，使云滴（冰晶）增長的過程。1、過冷水滴蒸發(fā)→冰晶凝華增長2、小水滴蒸發(fā)→大水滴凝結(jié)增長3、暖水滴蒸發(fā)→冷水滴凝結(jié)增長（一）云滴凝結(jié)（或凝華）增長

擴散轉(zhuǎn)移過程：冰晶效應(yīng)氣象學(xué)第四章第三節(jié)第35頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月水汽過冷卻水滴變小冰晶增長蒸發(fā)凝華冰晶效應(yīng)氣象學(xué)第四章第三節(jié)第36頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月冷云與暖云的云滴增長冷云（冰水混合云）：由冰晶和過冷卻水滴混合組成的云，其云體高度在0℃等溫線以上。冷云云滴增長的主要方式：冰晶效應(yīng)暖云:由不同大小、冷暖水滴組成的云，整個云體溫度高于0℃的云。云滴增長的主要方式：小（暖）水滴蒸發(fā)變小、大（冷）水滴凝結(jié)增大氣象學(xué)第四章第三節(jié)第37頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

（二）沖并增長

兩個或兩個以上的水滴相碰合并而增大的過程。下降時，大水滴追上小水滴；上升時，小水滴追上大水滴，都會發(fā)生碰并，使云滴迅速增大。氣象學(xué)第四章第三節(jié)第38頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

在云滴增長過程中，云滴凝結(jié)（或凝華）增長與沖并增長兩種過程共同作用，初期以凝結(jié)（凝華）增長為主，后期則以碰并增長為主，尤其在低緯度地區(qū)的暖云降水，碰并增長更為重要。氣象學(xué)第四章第三節(jié)第39頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

按照降雨不同成因，有對流雨、地形雨、鋒面雨、臺風(fēng)雨等不同類型。二、降水的類型氣象學(xué)第四章第三節(jié)第40頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月對流雨人們也稱雷陣雨，地面氣溫上升，空氣受熱膨脹，高空冷空氣下沉補充，形成對流。上升的氣流到達(dá)高空，氣溫下降，水汽形成云層，最終形成大雨。

多發(fā)生在熱帶對流雨氣象學(xué)第四章第三節(jié)第41頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月地形雨暖濕氣流在迎風(fēng)坡爬升時冷卻凝結(jié)而成。我國東南部山區(qū)較多見。迎風(fēng)坡背風(fēng)坡氣象學(xué)第四章第三節(jié)第42頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月鋒面雨冷暖氣流相遇，暖氣流因上升變冷，水汽凝結(jié)成雨。上海的夏天會下鋒面雨。鋒面氣象學(xué)第四章第三節(jié)第43頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月臺風(fēng)雨熱帶海洋上的空氣旋渦，濕熱空氣大規(guī)模的上升，氣溫下降，水汽凝結(jié)成雨。我國東南沿海夏秋兩季常會受臺風(fēng)雨的襲擊。氣象學(xué)第四章第三節(jié)第44頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月三、人工降水

根據(jù)自然界降水的原理，利用催化劑，促使云滴迅速凝結(jié)或碰并增大形成雨滴，達(dá)到降水的方法。（一）人工影響冷云降水

影響冷云降水的基本原理是:在云內(nèi)制造適量的冰晶，使其產(chǎn)生冰晶效應(yīng)，使水滴蒸發(fā)，冰晶增長。投入冷凍劑如干冰（降溫→自生冰晶）投入人工冰核碘化銀氣象學(xué)第四章第三節(jié)第45頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）人工影響曖云降水影響冷云降水的基本原理是:暖云內(nèi)不可能有