气象学与气候学授课教案第三章.doc

第三章 大气的水分重点： 1、影响饱和水汽压大小的因素2、大气中水汽的凝结条件3、人工降水的原理难点：降水的形成条件 大气中的水分的来源:海洋、湖泊、河流、潮湿的土壤、植物的蒸腾 作用：1、通过水质三态的变化，形成云、雾、雨、雪、雹等 2、参与地球表面的水分循环。3-1 蒸发与凝结要求：1.熟练掌握影响饱和水汽压的因素，大气中的水汽凝结条件2.掌握水的动态变化及判断方法一、水相变化：（一）动态变化： 1、蒸发：大水面上由水转化成水汽的物理过程。 条件：温度愈高，速度大的水分子就越多，单位时间内跑出水面的水分子也越多。 吸热：L=600C/g 2、凝结：在水布水汽转化成水的物理过程。 条件：大气中水汽深度愈大，单位时间内落回的水分子数愈多 放热：L=600C/g 3、动态平衡：在水面上，落回的水分子数与跑出的水分子数相等，此时的水汽压就是饱和水汽压，此时的水汽就是饱和水汽。 4、水的升（凝）华： 升华：冰面上的冰分子转化成了水分子的过程 凝华：冰面上的水汽分子转化成了冰分子的过程 潜热：溶解热+蒸发（凝结）热=80+600=680 C/g（二）水相变化的判据： 设：N：单位时间内跑出水面的水分子数n：单位时间内落回水面的水分子数当N n时，水面蒸发，空气中水分子数增加 N= n时，水面处于动态平衡状态，跑出和落回的水分子数相等NE时，水面出现凝结现象，空气处于过饱和状态 e=E时，水面上出现动态平衡，即没有蒸发也没有凝结现象 eA1CB1A2CB2的范围，所以 E凹 E平E凸 如果蒸发面的大小不相同时，如大小水滴： 大水滴：表面吸引水分子作用力大，半径大，分子多，则E大 E小 水汽转移现象：当大小水小滴共存时，如果存在着实际水汽压大于大水滴的饱和水汽压而小于小水滴的饱和水汽压时，则小水滴不断蒸发变小，大水滴不断凝结而长大，产生水汽转移现象，有利于云雨的形成。三、大气中水汽的凝结条件：（一）空气要达到饱和或超饱和的状态（eE） 主要途径有：1、增加大气中水汽的含量不断蒸发 蒸发面的温度高于大气的温度冷气平流到暖的水面上潮湿地面受阳光照射 2、空气冷却使温度达到露点温度，减小饱和水汽压 绝热冷却：空气上升运动辐射冷却：夜间当地面降温到露点温度以下时，空气产生凝结晨雾平流冷却：暖气流到冷的表面，空气本身降温，使实际水汽压达到饱和水汽压，当空气温度与地面温度差增大时，暖气流产生凝结。（二）有充足的凝结核： 1、来源：土壤微粒、风化岩石、火山微粒；工业、失火烟尘；海水飞溅泡沫中的盐粒；流星、陨石燃烧后的微尘。2、作用： 增大水滴的半径，降低饱和水汽压，快速饱和增大水滴的体积，下降中不易蒸发掉例：无核冰晶：35倍的饱和水汽压才能凝结；有核冰晶：相对湿度小于100%也可以凝结复习题： 温度对饱和水汽压有何影响? 冰晶效应是如何形成的,有何意义? 为什么E溶液0时:地面或地面物体上出现极其微小的水滴，称为露。 当TdTd时，有霜冻而无霜 白霜：当低温Td时，即有霜冻又有霜 霜：白色的凝华物 因此，农业上要预防的是霜冻而不是霜，霜和露都是好天气的标志： 露水见晴天；霜重风晴天（二）雾淞和雨淞： 1、雾淞： 定义：形成于树枝上、电线上或其它地面物体的迎风面上的白色疏松、微小冰晶或冰粒。分类：根据形成条件和结构进行分类 晶状雾淞：T物T过冷雾滴时，过冷雾滴蒸发后，直接在物体表面凝华而成的冰晶特点：结构松散，稍有震动就脱落 条件：有雾、微风、T-15 粒状雾淞：过冷却雾滴碰到冷的物体表面后迅速冻结而成的冰晶。 特点： 结构紧密 条件：有雾，风速较大，T=-2- -7危害：能压断电线、树枝、影响交通和通讯2、雨淞：形成于地面、电线杆、电线、树枝等地面物体上的一层外表光滑略有凸起的而又透明的冰层。 条件： 过冷却雨滴、T=0- -5 危害：压断电线等，影响交通、通讯和农业。二、大气中的水汽凝结物：（一）雾： 1、定义：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的汽凝结物。 2、条件：近地面空气中水汽充足 有充足的凝结核 有使水汽凝结的冷却过程（辐射、平流、绝热） 风力微弱、层结稳定（rrmrd） 3、分类：根据雾的形成天气条件进行分类 雾锋面雾气团雾蒸发雾混合雾冷却雾辐射雾平流雾上坡雾 辐射雾：由于地面辐射冷却，使近地面的空气相应变冷，当空气温度在露点温度之下时，空气中的水汽产生凝结而形成的雾。条件：近地面空气中水汽充足；晴朗少云的夜晚（辐射降温强烈）；近地层有微风（可以使降温层增厚）；大气层结稳定（有利于近地层的水汽和尘埃积存（rrmrd）特点：日变化强烈：一般半夜形成，日出后逐渐散开季节性强：一般在冬半年的陆地上形成地方性强：比如谷地、盆地等地形例：重庆市：位于嘉陵江与长江的汇合处；处于四川盆地中，水汽充足，地形条件又适合，极容易形成地形雾。平流雾：暖浊空气移到冷的下垫面上使低层空气冷却而形成的雾条件：下垫面与暖湿空气的温差大，有利于逆温的形成；暖空气湿度大；适宜的风向（从暖的地方吹向冷的地方）和风速（每秒27米）；大气层结稳定。 （二）云： 1、定义：飘浮在空中的，由水滴、冰晶或过冷却水滴组成的大气中的水汽凝结物。 2、条件：充足的水汽e E；充足的凝结核 3、分类：按温度分：冷云（T0） 按成分分：冰成云(由冰晶组成)、水成云（由水滴或过冷却水滴组成）、混合云（由冰晶和过冷却水滴组成） 按上升气流分：积状云、波状云、层状云 按高度和形态分：十种 4、各类云的形成及特点： 积状云：属于对流性云，是由于空气对流上升绝热冷却，使水汽产生凝结而形成的云。特点：顶部孤立，分散，个体分明；底部平坦，水平范围小，云内不稳定，垂直发展的云块。有三种类型：淡积云：上升高度超过凝结高度，由水滴组成。特点是底平、个小、上部凸起浓积云：上升气流超过了冻结高度，由水滴、过冷却水滴组成；特点是云块大，顶园、底暗、上升气流强。积雨云：上升气流超过冻结高度，由水、过冷却水滴、冰晶组成。特点是顶部有丝缕状，有辐射气流，常在夏季午后出现，伴有雷电、阵雨。层状云：整层空气大范围滑升或抬升，绝热冷却而致。底部与锋面相吻合，顶部近水平状。前：卷云、卷层云：由冰晶组成中；高层云：由冰晶、过冷却水滴组成后：雨层云：由水滴、过冷却水滴、冰晶组成卷层云：均匀成层，并能透明看到太阳、月亮的轮廓，并有内红外紫的日晕或月晕。“日晕三更雨，月晕午时风”高层云：浓密灰白，均匀成层，产生连续降水雨层云：均匀的云幕，范围大，厚度大，能遮月蔽日,产生连续性降水,有“雨雪幡”产生。波状云：是由于空气的波动和乱流而形成的。 条件：有波动的气流；有充足的水汽和凝结核。 卷积云：气流波动很高，白色细磷片状。 “鱼鳞天，不雨也风颠。” 高积云：扁园形，瓦块状，在日月照射下有华或虹彩 “天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻” “瓦块云，晒死人” 层积云：灰白或灰色的大块云状特殊的云： 堡状云：云体细长，底部水平，顶部并列突起，是由于气流突破稳定气层而致。 “天上云城堡，地下雷雨鸣” 絮状云：边缘破碎，是由于潮湿气流不稳定且有强烈的湍流混合而致。 “朝有破絮云，午后雷雨临” 荚状云：是上升气流与下降气流相汇合而成的，呈豆荚状。一般晴天黄昏时出现，属于连晴天的标志。复习题：1、概念：露、霜、雾淞、雨淞、雾、云、晶状雾淞、粒状雾淞、辐射雾2、为什么说“露水见晴天，霜重见晴天”？3、霜与霜冻的区别是什么？4、晶状雾淞与粒状雾淞有什么不同？5、辐射雾的形成条件是什么：6、重庆和伦敦都是雾都，其成因有何不同？7、云有那些分类？8、积状云的天气特点怎样？本地什么季节容易出现此云系，如何判定它的天气变化？9、典型的层状云系从前到后是如何分布的，不同位置的云产生的天气特点有什么不同？10、“十雾九晴”、“日晕三更雨、月晕午时风”、“鱼磷天，不雨也风颠”、“瓦块云，晒死人”等谚语分别指的是什么天气现象或云？11、雾与云的相同点与不同点是什么？3-3 大气降水要点：1.熟练掌握降水形成的微观条件，人工降水的原理2.掌握降水的类型和分布一、概述：1、降水：从云中降到地面上的液态或固态的水称为降水。 云滴D100 标准雨滴D=1000 2、降水的形态：雨：从云中降下的液体水滴 雪：从混合云中降下的固体水 霰：从云中降下的不透明的球状晶体 雹：从云中降下的由透明层和不透明层相间组成的固体降水，呈球状。 3、降水的强度：雨（mm/d）小雨200雪（mm/d)小雪5.0二、降水形成的条件：（一）宏观条件： 1、水汽： 云是降水的主体，是由水滴、冰晶过冷水滴组成的，只有充足的水汽，才能形成降水的云。2、空气的上升运动（？） 绝热冷却：水汽产生凝结；水汽悬在空气中，防致过早降落（二）微观条件：1、凝结或凝华增长（初期） 冰水共存：在过冷却水滴和冰晶共存的冷云中，如果存在E冰eE过冷却水时，冰晶因凝结而不断长大，而过冷却水滴因不断蒸发而变小。（低纬度地区机会多）冷暖水滴共存：当云中有不同温度的水滴时，如果存在着E冷eE暖时，冷水滴因凝结而不断长大，暖水滴因不断蒸发而变小。大小水滴共存：暖云中存在着大小水滴，当E大eE小时，小水滴因不断蒸发而变小，大小滴因不断凝结而变大。 以上三个条件，其中冰水共存最重要，但增长速度太慢，还需要一个加速长大的过程。 2、冲并增长： 定义：由于云滴大小不同，具有不同的升降速度，相互间因碰撞而合并较大的云滴的过程。另外还有乱流碰并、电荷磁并。 过程：上升：V大V小，则小水滴追上大水滴，相互合并下降：V小V大，则大水滴追上小水滴，相互合并。经过这样的多次反复，象滚雪球一样，不断长大。此外，还有乱流碰并，电荷碰并影响因素：含水量愈多、水滴的大小愈不均匀，云滴增长愈快。云滴增长的初期，以凝结凝华增长为主，当云滴半径达到0.050.07mm时，以碰并增长为主，特别是低纬地区，冰水共存机会多，碰并增长更重要。二、雨、雪的形成（以学生自学为主） 自学： 1、水成云、混合云或冰成云中降下的分别是哪种雨，在什么情况下是雨而不是雪？ 2、雪花为什么有六角型、柱型、星型、枝型、片型？三、降水的类型与分布：（一）类型： 1、按降水时间和强度分： 连续性：均匀的雨滴或雪花，降水时间长，降水量大。（高层云、雨层云） 阵性：强度大，降水时间短，雨滴大。（浓积云、积雨云） 例：夏雨隔牛背、雹打一条线 毛毛雨：雨滴小，强度弱。（层积云、层云） 2、按降水成因分： 对流雨：对流绝热上升凝结而成。伴有雷电。例浓积云、积雨云 地形雨：暖湿气流被迫抬升，绝热上升而至。例印度的乞拉朋齐11440mm/年。 锋面雨：冷暖空气团在相遇，暖氛围被迫抬升而致。常在中纬度地区出现。 台风雨：在台风登陆时产生降水，在低纬地区常见。（二）降水的强度及分布： 1、降水量：降落到地面的水分，在不流失、不渗透、也没有蒸发的条件下，在单位时间内单位面积上积水的深度。 2、降水强度： 降水强度是指单位时间内的降水量(毫米/日、毫米/小时、毫米/分)。降水强度的等级有:(单位均为毫米/日) 小雨: 降水强度10 中雨: 10 降水强度 25 大雨: 25 降水强度 50 暴雨: 50 降水强度 100 大暴雨: 100 降水强度 200 3、降水变率：是表示降水平均变化情况的量。一般可分为绝对变率和相对变率。 4、降水的分布：受纬度 、海陆分布、大气环流、地形等因素的影响 赤道多雨带：年降水量在20003000mm之间，主要是由于气温高，水汽充足，上升气流强，多对流雨而致。此带分布于赤道及其两侧,大约向南、北延伸至纬度5-10，各地宽窄不一。因信风带在这里辐合，湿热空气强烈上升而 形成丰沛的降水，年降水量多在1500mm以上，一般可达20003000mm。若气流被山地阻挡上升，可形成更大的降水量。 副热带少雨带：信风带的西岸，副热带地区的中部，年降水量小于200mm。主要是由于副热带高压的下沉气流控制和信风带的背风海岸，风从陆地吹向海洋而形成的。 中纬度多雨带：西风带大陆西岸，年降水量在5001000mm之间。主要是由于负来自海洋中的暖洋流表面，含水量多；另外此地区又是冷暖空气相交汇的地区，多锋面，多气旋。 高纬少雨带：纬度高，气温低，降水少，年降水量小于300mm。四、人工降水： 根据降水形成的原理，人为地补充某些降水所缺少的条件，促使云滴迅速长大而降落。（一）冷云降水： 1、冷云：云体中一部分或全部云体T0 2、不降水的原因：缺少大小水滴共存的条件。 3、方法：氯化钠或氯化钾（吸湿性强，形成大小水滴共存的环境）复习题： 1、降水形成的条件是什么？ 2、为什么雪花有的是柱形、有的是片状、有的是枝形、有的是星状、而有的是六角形？3、为什么赤道地区多雨？4、为什么副热带地区是少雨带？5、为什么中纬度地区是第二个多雨带？6、为什么要进行人工降水，都有哪些方法，原理是什么？气象学与气候学课程考试B卷适用专业：地理科学 卷面总分：100分一、选择题：（每小题1分，40题，共40分。每题一个答案，请将答案填在题前的括号内，否则无效。） （ b ）1、多云的夜晚通常比晴朗的夜晚要温暖，其原因是： a大气吸收了可见光的缘故 b大气逆辐射增强的缘故 c大气对太阳辐射有削弱作用 d地面辐射增强的缘故 （ b ）2、既影响风向，又影响风速的是下列中的： a地转偏向力和水平气压梯度力 b水平气压梯度力和摩擦力 c地转偏向力和摩擦力 d地转偏向力、水平气压梯度力和摩擦力 （d ）3、关于高压系统和叙述，正确的是： a高压系统就是指系统 b高压系统只出现在低纬度热带地区c高压系统只出现在高纬度地区 d高压系统气流辐合下沉，多为晴朗天气 （ b ）4、我国南极中山站升起五星红旗，红旗迎风飘扬的方向是： a向东飘扬 b向西飘扬 c向南飘扬 d向北飘扬 （ c ）5、形成东亚季风的重要原因是： a副热带高气压带的控制 b太阳辐射使地球各纬度热量不均 c海陆热力性质的差异 d气压带、风带的季节移动 （ c ）6、一架飞机从南极的1.5万米高空飞往赤道这架飞机是： a对流层飞往平流层 b对流层飞往对流层 c平流层飞往对流层 d平流层飞往平流层 （ d ）7、同一经纬度“高处不性寒”的原因是： a气压低 b空气稀薄 c获得的太阳辐射少 d获得的地面辐射少 （ b ）8、干洁空气的主要万分是： a水汽和二氧化碳 b氧和氮 c混合气体、水汽和固体杂质 d臭氧 （ b ）9、在大气的垂直分层中，空气对流运动显著，与人类关系最密切的是： a平流层 b对流层 c中间层 d外层 （ c ）10、低层大气的直接热源是： a对流层大气 b太阳辐射 c地面 d臭氧、水汽、二氧化碳 （ c ）11、赤道地区降水类型主要是： a地表雨 b锋面雨 c对流雨 d台风雨 （a ）12、我国北方的冬春季节常见大风或沙暴天气，这是由于： a冷锋过境形成的 b暖锋过境形成的 c准静止锋过境形成的 d台风过境形成的 （ d ）13、由于气压带与风带交替控制形成的气候类型是： a热带雨林气候 b温带季风气候 c温带海洋气候 d地中海气候 （ b ）14、秋季我国广大北方的天气特点是“秋高气爽”，主要是由于此时这些地区： a受气旋控制 b受反气旋的控制 c受台风的控制 d受伏旱的影响 （ a ）15、当地球处于近日点时： a我国在强大的蒙古高压控制下，天气寒冷 b北太平洋上夏威夷高压强盛c大陆等温线向北凸 d在昆明和贵阳之间存在昆明准静止锋 （ d ）16、能够大量吸收太阳紫外线，被誉为“地球生命的保护伞”的大气成分是： a氧气 b氮 c二氧化碳 d臭氧 （c ）17、大气运动的根本原因是： a大气环流 b地面状况 c太阳辐射 d人类活动 （ b ）18、形成气候的基本因素是： a大气环流 b太阳辐射 c地面状况 d人类活动 （ d ）19、下列气候类型中，终年温和湿润的是： a热带雨林气候 b亚热带季风气候 c温带季风气候 d温带海洋气候 （ c ）20、下列句子中，表示气候的是： a今天风和日丽 b近来阴雨绵绵 c昆明四季如春 d将有台风登陆 （ b ）21、下列说法正确的是： a沿海地区一定多雨 b迎风坡一定多雨 c副热带地区降水都很少 d内陆地区降水都很少 （ b ）22、上海某日8月8日最高气温比8月9日高出7，其原因最可能是： a9日有寒潮到达 b9日有台风影响 c9日受梅雨影响 d9日受副高控制 （ c ）23、从北京到乌鲁木齐的直达民航班机，飞行时间约3.5小时，该班机返航回到北京只需3小时，原因是： a地球自转的影响 b两地时差的关系 c中纬度上空西风的影响 d水平气压梯度力不同的影响 （ c ）24、夏季对我国天气影响很大，直接控制我国雨带分布的是： a阿留申低压 b印度低压 c亚速尔高压 d西风带大陆内部 （d ）25、下列辐射中，波长最短的是： a大气逆辐射 b地面辐射 c太阳可见光 d太阳紫外线 （d ）26、寒潮来临时，可用熏烟的办法防寒，保护农作物，原因是： a熏烟加热大气使气温有所上升 b浓烟可阻挡寒潮前进c浓烟反射大气逆辐射 d浓烟吸收地面辐射，增加大气逆辐射 （ b ）27、关于等温线与等高线的对应关系，正确的是： a等高线数值越大，等温线数值也越大 b等高线数值越大，等温线数值也越小c等高线数值越大，等温线越稀疏 d同一海拔高度上，气温相等 （ b ）28、黄河中下游地区，对流层的厚度大约是： a8-9千米 b10-12千米 c13-14千米 d17-18千米 （ c ）29、关于大气层中的臭氧正确的说法是： a只有臭氧层才有臭氧 b臭氧在大气层中均匀分布 c臭氧能大量吸收太阳辐射中的紫外线 d臭氧层分布在对流层中，所以与人类关系很密切 （ b ）30、当天空出现青蓝色时，说明大气中的微粒直径是： a大于入射波的波长 b小于入射波的波长 c等于入射波的波长 d与入射波的波长无关 （ a/b ）31、当亚洲低压形成时： a我国南极考察船正在返航途中 b渤海湾正是晒盐的好季节 c南非开普敦处在副热带高压控制下 d北欧北部有极夜现象发生 （ d ）32、当长江出现伏旱时： a阿根廷的潘帕斯草原是湿季节 b南非开普敦炎热干燥c南亚地区正值雨季 d华北、东北进入雨季 （ b/c ）33、大气中的二氧化碳的主要作用是： a大量吸收太阳辐射中的紫外线 b对地面有保温作用c是植物进行光合作用的重要原料 d是维持一切生命所必需的物质 （b/d ）34、下列天气过程，受反气旋控制形成的是： a台风 b我国冬季的寒潮 c赤道地区的对流雨 d长江流域的伏旱 （ c/d ）35、下列关于降水的说法正确的是： a信风影响下的地区必然降水多 b面对海洋的山坡都是多雨区c赤道地区多对流雨 d寒流经过的沿岸地区少雨 （ c ）36、亚洲特有的气候类型是： a热带季风 b亚热带季风 c温带季风 d亚寒带针叶林 （ c ）37、下列地球现象及其成因对应正确的是： a日出前的黎明，日落后的黄昏，以及阴天天空仍然明亮大气的散射作用b深秋及第二年早春，霜冻多出现在晴朗有夜里大气逆辐射减弱c白天多云，气温比晴天低太阳辐射减弱d夜间多云，气温比晴天高太阳辐射增强 （ b ）38、有关气旋的正确叙述是： a中心气流下降 b过境时多阴雨天气 c中心气流上升 d过境时多晴天 （ c ）39、下列我国天气现象与其成因对应正确的是： a北方夏季的暴雨冷锋 b“清明时节雨纷纷”反气旋控制c台风气旋 d冬季寒潮气旋 （ b/d ）40、多形成连续性降水的天气是： a快行冷锋天气 b慢行冷锋天气 c反气旋过境天气 d暖锋天气二、填空题：（每空1分，共20分）1、地面上高低压系统是闭合的，到高空以 脊 和 槽 形式存在。2、西北太平洋上有三个台风集中区 南海中部洋面 、 关岛附近洋面 、 菲律宾以东洋面 。3、副热带高压在北半球夏季被分成四个单体 西太平洋副高 、 东太平洋副高 、 亚速尔高压 、 北非高压 。4、气压场的基本形式 高压 、低压 、 脊 、 槽 、鞍型气压场 。5、热 层又称电离层，具有 无线电波的反射 的能力。6、1月份北半球陆上的等温线凸向 极地 ，海上则凸向 赤道 。7、在北半球对流层中，温度分布总是 随着高度而降低 ，因而无论低层吹什么风，随高度的增加都逐渐转为 西 风。三、计算题：（10分） 1、 在海拔3000米的迎风山坡山脚