2 第三章第二云雾.ppt

第二节地表面和大气中凝结现象 水汽的凝结产生于空气中 有云 雾产生于地表或地物上 露 霜 雾凇 雨凇 王锡平河北师范大学 一 地面的水汽凝结物 一 露和霜傍晚或夜间 地面或地物辐射冷却使贴近地表面的空气层温度降到露点以下时 即空气中水汽含量达到过饱和 露点温度 00C 在地面或地物上就出现水汽凝结形成的微小水滴 称为露 露点温度 00C 则水汽直接在地面或地物上凝华成白色的冰晶 称为霜 形成露或霜的气象条件 晴朗 微风的夜晚 夜间晴朗 地面或地物迅速辐射冷却 微风 辐射冷却在较厚的气层中充分进行 而且可使贴地空气得到更换 保证有足够多的水汽供应凝结 无风时可供凝结的水汽不多 风速过大时由于湍流过强 使贴地空气与上层较暖的空气发生强烈混合 导致贴地空气降温缓慢 均不利于露和霜的形成 平流霜或洼地霜 霜 除辐射冷却形成外 在冷平流以后或洼地上积聚冷空气时 都有利于其形成 这种霜称为平流霜或洼地霜它们又常因辐射冷却而加强 因此在洼地与山谷中产生霜的频率较大 在水边平地和森林地带产生霜的频率较小 露的降水量很少 温带0 3mm 热带1 3mm 霜和霜冻的区别 霜是指白色固体凝结物 霜冻是指在农作物生长季节里 地面和植物表面温度下降到足以引起农作物遭受冻害或者死亡的低温 有霜时农作物不一定遭受霜冻之害 有霜冻时可以有霜出现 白霜 也可以没有霜出现 黑霜 我们要预防的是霜冻而不是霜 二 雾淞和雨淞 雾淞是形成于树枝上 电线上或其它地物迎风面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒 根据其形成条件和结构可分为两类 1 晶状雾淞2 粒状雾淞 1 晶状雾淞 晶状雾淞主要由过冷却雾滴蒸发后 再由水汽凝结到物体表面而成 形成条件 有雾 微风或静稳以及温度低于 150C时出现 因为E冰面 E水面 所以过冷却雾滴不断蒸发 水汽凝华在物体表面的冰晶上 使冰晶不断增长这种由物体表面冰晶吸附过冷却雾滴蒸发出来的水汽而形成的雾凇叫晶状雾凇 形似 特点 晶体与霜类似 结构松散 稍有震动就会脱落 2 粒状雾淞 形成条件 往往在风速较大 气温在 2 70C时出现 它是由过冷却的雾滴被风吹过 碰到冷的物体表面迅速冻结而成的 由于冻结速度很快 因而雾滴仍保持原来的形状 所以呈粒状 结构紧密 它的结构紧密 能使电线 树枝折断 对交通运输 通讯 输电线路等有一定影响 3 雨淞 雨淞是形成在地面或地物迎风面上的透明的或毛玻璃状的紧密冰层 它主要是过冷却雨滴降到温度低于00C的地面或地物上冻结而成的 在高纬度地区 雨淞是常出现的灾害性天气 二 近地面层空气中的凝结 雾是悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶 使水平能见度小于1km的物理现象如果能见度在1 10km范围内 则称为轻雾 最常见的雾是辐射雾和平流雾 雾的形成条件 雾的形成 近地面空气中水汽充沛 使水汽发生凝结的冷却过程 凝结核的存在 贴地气层中的水汽压大于其饱和水汽压时 水汽即凝结或凝华成雾 如气层中富有活跃的凝结核 雾可在相对湿度小于100 时形成 雾霾 因为冰面的饱和水汽压小于水面 在相对湿度未达100 的严寒天气里可出现冰晶雾 根据雾形成的天气条件 分为气团雾及锋面雾二大类 气团雾是在气团内形成的 锋面雾是锋面活动的产物 根据气团雾的形成条件 又分为冷却雾 蒸发雾及混合雾三种 根据冷却过程的不同 冷却雾又可分为辐射雾 平流雾及上坡雾等 其中最常见的是辐射雾和平流雾 雾的分类 根据雾形成的天气条件 气团雾锋面雾冷却雾蒸发雾混合雾辐射雾平流雾上坡雾 一 辐射雾 辐射雾是由地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的 有利于形成辐射雾的条件是 空气中有充足的水汽 天气晴朗少云 风力微弱 1 3m s 大气层结稳定 辐射雾的厚度 随空气的冷却程度及风力而定 低雾 高度在2 100m之间 上界常与逆温层的上界一致 低辐射雾常在秋天的黄昏 夜晚或早晨日出之前出现在低洼地区 在日出前后 浓度达最大 上午8 10时 由于逆温层被破坏 低雾即随之消失 有时无厚度不到2m 浅雾高雾 伸展到几百米高的辐射雾称为高雾 范围很广 能持续数天不散 仅在白天稍有减弱 天气与地形 辐射雾多出现在高气压区的晴夜 常预示晴天 冬半年我国大陆上多为高气压控制 夜又较长 特别有利于辐射雾的形成 四川盆地为辐射雾区 重庆冬天 80 雾城市及其附近凝结核充沛 以形成浓雾 都市雾 二 平流雾 平流雾是暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成的 海洋上暖而湿的空气流到大陆上或冷的海洋面上 都可以形成平流雾 形成平流雾的有利条件是 下垫面与暖湿空气的温差较大 暖湿空气的湿度大 适宜的风向 由暖向冷 和风速 2 7m s 层结较稳定 平流雾的特点 平流雾的范围和厚度一般比辐射雾大 在海洋上四季皆可出现 雾可以持久不消 而且范围广 由于它的生消主要决定于有无暖湿空气的平流 因此 只要有暖湿空气不断流来即可持续 海雾是平流雾中很重要的一种 有时可持续很长时间 我国沿海春夏季节多雾在我国沿海 以春夏为多雾季节 这是因为平流性质的海雾 只有当夏季风盛行时才能到达陆上 陆地上 由于平流冷却和辐射冷却的共同作用而形成平流辐射雾 三 其它成因的雾 冷气流流经暖水面时产生的蒸发雾稳定的空气沿高地或山坡上升时因绝热冷却而形成的上坡雾冷暖性质不同的气团交界处形成的锋面雾 三 云 云是降水的基础 是地球上水分循环的中间环节 并且云的发生发展总伴随着能量的交换 云的形状千变万化 一定的云状常伴随着一定的天气出现 因而云对天气变化具有指示意义 一 云的形成条件和分类 凝结的条件 凝结核 空气达到过饱和对于云的形成来说 空气达到过饱和主要是由空气垂直上升所进行的绝热冷却引起的 上升运动的形式和规模不同 形成的云的形态 高度 厚度也不同 大气的上升运动主要有如下四种方式 1 热力对流地表受热不均和大气层结不稳定引起的对流上升运动 由对流运动所形成的云多属积状云 2 动力抬升暖湿气流受锋面 辐合气流的作用所引起的大范围上升运动 这种运动形成的云主要是层状云 3 大气波动大气流经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动 由于大气波动产生的云主要属于波状云 4 地形抬升大气运行中遇到地形阻挡 被迫抬升而产生的上升运动 这种运动形成的云既有积状云 也有波状云和层状云 通常称之为地形云 云的分类 云的国际分类 卷云Ci 卷积云Cc 卷层云 Cs 高积云 Ac 高层云 As 层积云 Sc 雨层云 Ns 层云 St 积云 Cu 积雨云 Cb 云的国内分类 二 各种云的形成 1 积状云的形成积状云是垂直发展的云块 主要包括淡积云 浓积云和积雨云 积状云 不稳定大气中的对流上升运动相联系 对流上升能达到的最大高度 对流上限 高于凝结高度 则积状云形成 否则就不会形成积状云 对流愈强 对流上限高于凝结高度的差值就愈大 积状云厚度就愈大 对流上升区的水平范围广大 则积状云的水平范围也就愈大 积状云多形成于夏季午后 具孤立分散 云底平坦和顶部凸起的外貌形态 夏天 地面 空气加热不均匀 贴地气层中就生成温度 湿度及密度稍有不同的气块 热泡 稍热气块受浮力作用而随风飘浮 不断生消 较大的热气块上升较高 到达凝结高度以上 形成对流单体 孤立 分散 底部平坦 顶部凸起的淡积云 由于空气运动是连续的 相互补偿的 有上升就要有下沉 所以积状云是分散的 云块间露出蓝天 对于一定的地区 在同一时间里 空气温 湿度的水平分布近于一致 其凝结高度基本相同 因而积云底部平坦 积云形状特点 对流上限稍高于凝结高度 一般只形成淡积云 由于云顶一般在0 等温线高度以下 所以云体由水滴组成 云内湍流慢 上升气流的速度一般不超过5m s 在淡积云出现的高度上 如果有强风和较强的湍流时 淡积云的云体会变得破碎 这种云叫碎积云 对流上限超过凝结高度许多时 云体高大 顶部呈花椰菜状 形成浓积云 其云顶伸展至低于0 的高度 顶部由过冷却水滴组成 云中上升气流强 可达15 20m s 云中湍流也强 上升气流很强烈 浓积云云顶即可更向上伸展 云顶可伸展至 15 以下的高空 于是云顶冻结为冰晶 出现丝缕结构 形成积雨云 积雨云顶部 在高空风的吹拂下 向水平方向展开成砧状 称为砧状云 在顺高空风的方向上 云砧能伸展很远 因而它的伸展方向 可作为判定积雨云的移动方向 积雨云的厚度很大 在中纬度地区为5000 8000m 在低纬度地区可达10000m以上 云中上升下沉气流的速度都很大 上升气流常可达20 30m s 曾观测到60m s的上升速度 下沉速度也有10 15m s 云中湍流十分强烈 热力对流形成的积状云具有明显的日变化 上午多为淡积云 随着对流的增强 逐渐发展为浓积云 下午对流最旺盛 可发展为积雨云 傍晚对流减弱 积雨云逐渐消散 可以演变为伪卷云 积云性高积云和积云性层积云 如果到了下午 天空还只是淡积云 这表明空气比较稳定 积云不能再发展长大 天气较好 所以淡积云又叫晴天积云 是连续晴天的预兆 夏天 如果早上很早就出现了浓积云 则表示空气已很不稳定 就可能发展为积雨云 因此 早上有浓积云是有雷雨的预兆 傍晚层积云是积状云消散后演变成的 说明空气层结稳定 一到夜间云就散去 这是连晴的预兆 积云的日变化特点 直接判断短期天气的变化 淡积云 浓积云 积雨云 2 层状云 层状云是均匀幕状的云层 常具有较大的水平范围 包括卷层云 Cs 卷云 Ci 高层云 As 及雨层云 Ns 层状云是由于空气大规模的系统性上升运动而产生的主要是锋面上的上升运动 这种系统性的上升运动 水平范围大 上升速度缓 持续时间长 能使空气上升好几千米 系统性层状云系 暖锋过境时 稳定的暖湿空气沿冷空气斜坡缓慢滑升 绝热冷却 形成层状云 云的底部同锋面大体吻合 云顶近似水平 在倾斜面的不同部位 最前面的是卷云和卷层云 其厚度最薄 一般为几百米至2000m 云体由冰晶组成中部高层云 其厚度一般为1000 3000m 顶部多为冰晶组成 主体部分多为冰晶与过冷却水滴共同组成 最后面是雨层云 其厚度一般为3000 6000m 其顶部为冰晶组成 中部为过冷却水滴与冰晶共同组成 底部由于温度高于0 故为水滴组成 所以 在降水来临之前 有些云可以作为征兆 如卷层云 通常出现在层状云系的前部 其出现还往往伴随着日 月晕 因此如看到天空有晕 便知道有卷层云移来 则未来将有雨层云移来 天气可能转雨 农谚 日晕三更雨 月晕午时风 就是指此征兆 层云一般为下雨的云 高层云 层云 卷云 钩卷云 3 波状云 波状云是波浪起伏的云层 包括卷积云 Cc 高积云 Ac 层积云 Sc 和层云 St 云中的上升速度可达每秒几十厘米 仅次于积状云中的上升速度 当空气存在波动时 波峰处空气上升 由于绝热冷却而形成云 波谷处空气下沉 则无云形成 如果在波动形成之前该处已有厚度均匀的层状云存在 则在波峰处云加厚 波谷处云减薄以致消失 从而形成厚度不大 保持一定间距的平行云条 呈一列列或一行行的波状云 一般认为波动原因有二 一是由于大气中存在着空气密度和气流速度不同的界面 在此界面上引起波动 二是由于气流越山而形成的波动 称地形波或背风波 在上层风速大 密度小 下层风速小 密度大的界面上产生波动时 由于各高度上的风向 风速常随时间变化 波动的方向也随之改变 新产生的波动叠加在原来的波动之上 从而形成棋盘格子般的云块 波动气层甚高时形成卷积云 较高时形成高积云 低时形成层积云 波状云的厚度不大 一般为几十米到几百米 有时可达1000 2000m 在它出现时 常表明气层比较稳定 天气少变化 谚语 瓦块云 晒死人 天上鲤鱼斑 明天晒谷不用翻 就是指透光高积云或透光层积云出现后 天气晴好而少变 但是系统性波状云 像卷积云是在卷云或卷层云上产生波动后演变成的 所以它和大片层状云连在一起 表示将有风雨来临 鱼鳞天 不雨也风颠 就是指此种预兆 透光卷积云 透光高积云 透光层积云 4 特殊云状的形成 1 悬球状云 2 堡状云和絮状云 3 荚状云 1 悬球状云 是指从云底下垂的云团 多出现在积雨云的底部 有时在高积云 高层云和雨层云的底部也可以见到 当云中有大量的水滴时 如果云底附近有强烈的上升气流 将下降的水滴托住 便会形成好像悬挂在云底的云团 这就是悬球状云 悬球状云的出现 通常预兆有降水产生 因为一旦上升气流减弱 原先被托住的水滴就会降落下来 形成降水 2 堡状云和絮状云堡状云底部水平 顶部则是并列着突起的小云塔 形状像远方的城堡 这种云的形成 常常是在波状云的基础上发展起来的 当波状云在逆温层下形成以后 如果逆温层不太厚 则逆温层下湍流发展时 较强的上升气流就穿过逆温层 使水汽凝结 形成具有圆弧顶部的云朵 这就是堡状云 常见的堡状云有堡状高积云和堡状层积云 絮状云的个体破碎 形状像棉絮团 它常是潮湿气层中的强烈湍流混合作用而形成的 主要为絮状高积云 夏半年如早晨出现堡