大氣降水課件

大氣降水

atmosphereprecipitation

水相變化物理過程:59判據(jù):蒸發(fā)E>e

飽和E=eP60圖凝結(jié)E<e潛熱:61飽和水汽壓飽和水汽壓與溫度:E=E0108.5t/273+t

增溫時E指數(shù)規(guī)律增大(原因)

飽和水汽壓隨溫度改變的量,高溫時大于低溫.62表3.1飽和水汽壓與蒸發(fā)面性質(zhì)冰面(小)和過冷卻水:冰晶效應(yīng).63圖3.2

溶液面(小)和純水飽和水汽壓與蒸發(fā)面形狀:63圖3.3

凝結(jié)增長:E小>e>E大3.1蒸發(fā)(evaporation)

概念——一定溫度下由液態(tài)水（冰）轉(zhuǎn)為氣態(tài)水（水汽）的過程。

由蒸發(fā)消耗的水量稱為蒸發(fā)量，用蒸發(fā)失去的水層厚度（mm）表示。

（1）e與E二者的對比是出現(xiàn)蒸發(fā)的關(guān)鍵

e<E出現(xiàn)蒸發(fā)（未飽和）；e=E水汽分子進入與逸出數(shù)相等，處于動態(tài)平衡（飽和）;e>E出現(xiàn)凝結(jié)（過飽和）蒸發(fā)過程示意圖蒸發(fā)過程示意圖蒸發(fā)尾跡（2）影響蒸發(fā)速度快慢的主要因素（三個）

①蒸發(fā)的溫度—蒸發(fā)的溫度愈高，蒸發(fā)愈快，相反

愈慢。

②蒸發(fā)的性質(zhì)—同溫度時，水面蒸發(fā)快于冰面、淡

水快于海水。

③空氣濕度和風(fēng)—空氣濕度大的蒸發(fā)速度小于空氣

干燥時，有風(fēng)時大于無風(fēng)。

上述影響因素中，①起決定作用，其次為風(fēng)。（3）日變化和年變化——與氣溫相同

（4）蒸發(fā)量空間分布——因氣溫高低、海陸分布、

水汽量多少而不同。全球年蒸發(fā)量分布圖3.2凝結(jié)（condensation）

概念——一定溫度時由氣態(tài)水（水汽）轉(zhuǎn)為液態(tài)水（冰）的過程，由水汽直接轉(zhuǎn)為冰過程稱為凝華。

（1）凝結(jié)（凝華）條件

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具有一定凝結(jié)核（凝華核）

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增加水中的水汽e>E

?

通過空氣冷卻、降低E

凝結(jié)凝結(jié)尾跡冰晶（2）凝結(jié)（凝華）途徑

①暖水面蒸發(fā)使空氣中水汽量增加

例：秋冬季節(jié)水面上騰起的霧

②四種空氣冷卻方式

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絕熱冷卻——熱空氣作絕熱上升運動，是大

氣中云形成的主要方式。如：山地降溫等

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輻射冷卻——晴朗無風(fēng)夜晚，地面輻射冷卻至

td以下。如：輻射霧

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平流冷卻——暖空氣平流到冷卻地表上

?

混合冷卻——接近飽和的兩個溫差較大氣塊

（團）發(fā)生水平混合.66圖3.7

上述凝結(jié)方式中以冷卻為主。霧一主要是輻射冷卻、平流冷卻，云——主要是絕熱冷卻。

大氣凝結(jié)現(xiàn)象發(fā)生在地面和中空。(3)地面凝結(jié)物

地面凝結(jié)物類型——露、霜、霧凇、雨凇

地面凝結(jié)物一般直接依附在地面物體上

（草、樹、通訊設(shè)施等）。

露（dew）

概念——

t>0℃由水汽凝結(jié)而成的水滴

①形成條件——晴朗微風(fēng)的夜晚（輻射冷卻形成）

②凝結(jié)量——溫帶0.1—0.3mm（平均1mm），

是干旱地帶（埃及、阿拉伯、撒哈拉等沙漠)植物維持生命的主要源泉。

霜和霜凍、霜期

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霜（frost）

概念——

t<0℃，水汽直接凝華成細小的白色固體（冰晶）凝結(jié)物。

形成條件——晴朗微風(fēng)的夜晚（地表輻射冷卻，地表之上聚集冷氣流二種方式形成）。?

霜凍——農(nóng)作物生長季節(jié)中（白天T>0℃，夜晚T<0℃）地表溫度下降足以使農(nóng)作物遭受傷害或死亡的低溫（有白霜和黑霜之分）。可采取熏煙、澆水、復(fù)蓋薄膜等辦法預(yù)防。

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霜期

初霜日——入冬后第一次出現(xiàn)的霜日

終霜日——冬季后最末一次出現(xiàn)的霜日

無霜期（生長期）——終霜日的持續(xù)期

霜期長短因緯度、高度、局部地形而不同，且無霜期隨緯度增加而遞減。?

露、霜差異

共同點——天氣條件均為晴朗微風(fēng)的夜晚

不同點——溫度要求一個在0℃以上，一個在0℃以下

露、霜常被人們作為“晴天”的預(yù)兆（露水起晴天、霜重見晴天）。霜、霜凍露珠、露水霧凇（freezingfog）

概念——積聚在地面物體（樹、電線桿等）迎風(fēng)面上針狀或粒狀的白色松散微小固體（冰晶）凝結(jié)物。據(jù)形成條件、結(jié)構(gòu)分為兩類。

①晶狀霧凇

由物體表面晶體吸附過冷卻霧滴蒸發(fā)出來的水汽而形成的霧凇。

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形成條件——有霧、微風(fēng)或靜風(fēng)及t

低于-15℃。

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結(jié)構(gòu)——松散、稍有震動就會脫落。②粒狀霧凇

概念——

由風(fēng)將過冷卻霧滴吹至冷物體表迅速凍結(jié)而成，霧滴仍保持原形狀（呈粒狀）。

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形成條件——

風(fēng)速,Ｔ=-2℃—-7℃

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結(jié)構(gòu)——

緊密，能折斷樹枝、電線。

雨淞（glaze）

概念——在接觸的物體表面形成的光滑而透明的

冰層。

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形成條件——T<0℃，過冷卻雨滴或毛毛雨雨滴。

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結(jié)構(gòu)——

緊密，能折斷樹枝、電線。

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分布區(qū)域——

山地區(qū)域或湖區(qū)多見。

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災(zāi)害

霧凇和雨凇屬災(zāi)害性天氣。對通訊、交通、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等有較大影響（損失）（如，壓斷電線、折損樹木）。

霧凇

松花江江面上的樹掛黑龍江鏡泊湖封凍期(4)空中凝結(jié)物

空中凝結(jié)物類型——霧、云

霧直接懸浮在近地表大氣層內(nèi)，云則形成空中一定高度上。兩者僅是形成高度的差別（如—山上的濃霧，山下見到則是云）

（1）霧（fog）

概念——懸浮于近地表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)象稱為霧。

懸浮于近地表空氣的大量細小干燥塵粒（煙粒、灰塵），使水平能見度小于1km的空氣混濁現(xiàn)象稱霾。城市或污染嚴(yán)重的大工業(yè)區(qū)可見此現(xiàn)象。

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作用——可增加土壤水分，減少植物蒸騰、補償植物干季時的缺水現(xiàn)象。

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能見距離——一般200—500m，薄霧500—1000m，濃霧僅數(shù)十米。影響和危害城市、海上、高速交通。

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形成條件——主要取決于空氣冷卻過程。一般為以下4種，其中前2種為最常見。

加里福尼亞海邊薄霧(A.Straller,1983）霧中的珠穆朗瑪峰霧涌山鄉(xiāng)（楊樺等，2000）

四姑娘山薄霧（楊樺等，2000）四姑娘山霧景（楊樺等，2000）臺灣雪霸國家公園——

觀霧游憩區(qū)①輻射霧

概念——

地面輻射冷卻形成的霧

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形成條件——空氣濕度大，晴朗少云，夜晚或早晨，微

風(fēng)（1m/s—3m/s）、氣層穩(wěn)定。

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形成季節(jié)——秋、冬季

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著名區(qū)域——四川盆地（例：重慶冬季80%為輻射霧）

②平流霧

概念——

暖濕空氣平流到冷地表（或海面）形成的霧。

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形成條件——暖空氣濕度大，與接觸地表間溫差大，適

宜風(fēng)向和風(fēng)速（2m/s—7m/s）及氣層穩(wěn)定。

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形成季節(jié)、時間——春、夏季，一天中的任何時候。但

海上四季可見。

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形成區(qū)域——沿海大陸輻射霧頂上看到的目標(biāo)物

雨層云（氣象學(xué)教程，1973）

雨層云（陸忠漢等，1984）（2）云（cloud）

云是空中凝結(jié)物。不同高度、不同形態(tài)的云是水圈水分循環(huán)的必經(jīng)之路。

武夷山云海廬山云霧線

衡山日出云海黃山日出普陀山日落云狀分類

3族10屬雨系主要由積狀云、層狀云、波狀云三類組成。

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積狀云

形成方式——由熱力對流、冷鋒面對流、地形抬升等

形成。

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特征——云塊孤立分散，呈白色菜花狀。

一般，積云出現(xiàn)晴好天氣，積雨云出現(xiàn)雷陣雨或冰雹天氣。

積狀云的形成（張莞瑩，1996）

形成方式——因暖空氣（空氣密度?。﹦萘Υ笥诶淇諝舛蚶淇諝猓諝饷芏却螅┮粋?cè)移動，并穩(wěn)定滑行在冷空氣上方絕熱冷卻形成。

一般層狀云出現(xiàn)預(yù)示著3—5天的系統(tǒng)性降水天氣即將來臨。

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特征——云系移動速度很慢（1m/s—0.1m/s），持續(xù)時間長，云層覆蓋面廣。

?層狀云

系統(tǒng)性層狀云的形成（張莞瑩，1996）

形成方式——上升氣流區(qū)形成云，下沉氣流

區(qū)無云，而形成波狀云。

天氣——它的出現(xiàn)預(yù)示天氣現(xiàn)象穩(wěn)定少變

（或晴天不變，或陰雨天大風(fēng)不變）。

特征——云塊類似瓦塊狀、魚鱗狀，云的厚度

不大（一般幾十米—幾百米，有時也

達1000—2000米）。

波狀云特殊云72-74云量帶分布

赤道多云帶：赤道地區(qū)氣溫高、水汽來源充沛，全年以上升氣流為主，是全球的高云量帶，平均云量約為6。

緯度20-30°少云帶：全年以下沉氣流為主，空氣下沉絕熱增溫、十分干燥，是全球天空相對明凈的少云帶，平均云量4左右，荒漠地帶不足2。

中緯度多云帶：該帶內(nèi)氣團活動頻繁，冷暖空氣常在此形成鋒面，是全球的高云量帶，平均云量為6.5-7。

3.3大氣降水

3.3.1降水的形成

3.3.2降水類型

3.3.3降水的時間分配

3.3.4降水的地理分布3.3.1降水的形成

（1）形成條件①

e>>Ef>100%

②

云滴要大，要能經(jīng)歷

從云到地面的下落過

程而不被蒸發(fā)掉。

③足夠數(shù)量凝結(jié)核

（2）不同緯度降水形成

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低緯度——T>0，暖云降水（雨水）。

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中、高緯度——常出現(xiàn)冰、水共存現(xiàn)象。常出

現(xiàn)二種降水方式（雨，雨雪共存或雨、冰雹共

存或冰雹或雪）云滴增長凝結(jié)增長(冰晶效應(yīng)):初期和中高緯沖并增長:后期和低緯重力沖并與含水量,大水滴大小有關(guān)75-76

鏈瑣反應(yīng):概念:增大-破碎-再增大-再破碎過程:(臨界半徑300-350)

形成條件:上升氣流;一定含水量;云厚時間性:大小水滴在下降過程中

的沖并與增長降雨

冰雹峨眉雪

黃山雪

杭州雪

珠峰冰塔林雪后山村早晨雨和雪的形成77（3）人工降水

概念——采用人工在云中播撒催化劑（干冰或碘化銀）方法促云產(chǎn)生的降水。

作用——彌補干季節(jié)莊稼、植物、地表水等缺水現(xiàn)象。

實行地區(qū)——我國上海、南京、安徽、河北、湖北等地為常采用人工降水地區(qū)。3.3.2降水類型

主要為地形雨、對流雨、鋒面雨三種

（1）地形雨

概念——暖濕氣流運行中，遇山地阻擋在迎風(fēng)坡（雨坡）凝結(jié)高度以上形成的降水。

分布地區(qū)——世界上多雨地區(qū)基本均與地形有關(guān)（例：印度乞拉齊朋、臺灣山地、黃山、廬山…）地形雨（2）對流雨（熱雷雨）

概念——近地空氣強烈受熱上升，絕熱冷卻時形成的降水。

特征——時間短并伴有雷電、冰雹的暴雨。夏季午后最易發(fā)生。赤道帶全年均為對流雨。對流雨（3）鋒面雨

概念——冷、暖空氣塊（團）相遇時產(chǎn)生的降水。

鋒面雨是中、高緯度的重要降水形式3.3.3降水的時間分配

常用降水量、降水時間、降水強度及降水季節(jié)變化、降水變率等表示。

（1）降水量

常分日、月、年、月平均、年平均、多年平均降水量。

（2）降水時間

一次降水過程從開始到結(jié)束持續(xù)的時間，用日、時、分表示。

（3）降水強度

單位時間內(nèi)的降水量。中央氣象局將其分成7個等級。降水強度等級等級24小時強度等級（mm）小雨中雨大雨暴雨小雪中雪大雪﹤1010―24.925―49.9﹥50≤2.52.5―5.0﹥5.0（4）降水季節(jié)變化

降水季節(jié)變化與緯度、大氣環(huán)流等因素有關(guān)。

赤道帶——春分、秋分降水相對較多

溫帶大陸西岸——降水季節(jié)變化不明顯

溫帶大陸東岸——集中于夏季

我國——西南季風(fēng)區(qū)5—10月為雨季；東亞季風(fēng)區(qū)夏季為雨季，且南方雨季長于北方。

（5）降水變率（Cv）

概念——

各年降水量的距平數(shù)與某地多年平均降水量之比的百分比。

關(guān)系式：Cv=（距平數(shù)/平均數(shù)）×100%

式中：平均數(shù)——某地多年平均降水量

距平數(shù)——某地當(dāng)年降水量與多年平均降水量之差

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Cv可靠性

Cv小，表明年際間降水量接近常年平均數(shù)，穩(wěn)定性、可靠性大。相反，表明年際間降水量比常年平均數(shù)不是多則少，降水穩(wěn)定性、可靠性小。

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Cv分布規(guī)律

北方>南方，沿海<內(nèi)陸，西南季風(fēng)<東亞季風(fēng)區(qū)。干旱氣候區(qū)Cv值無實際意義。3.3.4降水的地理分布

降水地理分布與地理緯度、海陸位置、大氣環(huán)流、地形等因素有關(guān)。

北半球各緯度帶降水量(mm)緯度帶（度）

0-1010-2020-30年降水

30-4040-5050-60年降水

885912767緯度帶（度）

60-7070-8080-90年降水

417194113全球年降雨量分布圖地表按緯度分配的年平均降水量、蒸發(fā)量圖

實際年蒸發(fā)程度的世界分布圖

據(jù)估計，全球15%的水汽蒸發(fā)來自大陸（包括內(nèi)陸水），85%來自海洋。

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降水分布

——全球降水大致分布呈4個基本帶。

（1）赤道多雨帶——受赤道熱帶氣團控制，全年多雨，年降水量1500—3000mm，個別>3000—4000mm。

（2）20—30o少雨帶——受副高控制，年降水量<500mm，但受季風(fēng)、臺風(fēng)和地形因素影響，少數(shù)地區(qū)降水豐富（乞拉齊朋、福建、廣東…）

（3）中緯度多雨帶——受鋒面影響，年降水量500—1000mm。尤其大陸沿岸受季風(fēng)影響降水十分豐富。

（4）高緯度少雨帶——受極地高壓影響，氣溫低、蒸發(fā)弱，年降水量<300mm。1941-1950年六月份北京雨量的歷史變化武漢降水量的年變化情況（1880-1940年、1951-1957年）

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