大气中的水分PPT课件

.,1,大气中的水分,.,2,什么是水相变化？为什么自然界中水存在三相变化？,水相变化：水的固、液、气三相之间的相互转化。,自然界的温度不仅永远低于水汽的临界温度，而且还常低于水的冻结温度。水是自然界中唯一能在三相之间相互转化的物质。,.,3,什么是物质的临界温度和临界压力？,扩展知识,临界温渡：物质以液态形式出现的最高温度，高于此温度，无论外加多大压力，都不会使气态液化；也可理解成：使分子间的吸收作用等于分子间排斥作用时，所许可存在的最高温度。,临界压力：临界温度下，使气体液化所需的最低压力。,.,4,从分子运动论角度，如何解释水相变化过程？,水相变化是水的各相之间分子交换的过程,跑出水面的水分子数与水温成正比；落回水面的水分子数与水汽浓度成正比。,.,5,从分子运动论角度，如何解释水相变化过程？,水相变化是水的各相之间分子交换的过程,N：跑出水面的水分子数n：落回水面的水汽分子数,.,6,水相变化的判据是什么？,分子物理判据（无法直接应用）,饱和水汽压判据,水和水汽,冰和水汽,？,水相变化可由e和同温度下的E的比较来判定,.,7,水相平衡图,O点：三相共存点，t0=0.0076，E0=6.11hPa,K点：临界点，tk=374，Ek=2.2105hPa。,.,8,OA线：蒸发线，表示水与水汽处于动态平衡时水面上饱和水汽压与温度的关系。,水相平衡图,OC线：融解线，表示冰与水处于动态平衡时压力与温度的关系。,.,9,水相平衡图,OB线：升华线，表示冰与水汽处于动态平衡时冰面上饱和水汽压与温度的关系。,OB线：表示过冷却水与水汽处于动态平衡时水面上饱和水汽压与温度的关系。,.,10,水相变化中的潜热,潜热，相变潜热的简称，指单位质量的物质在等温等压情况下，从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量。,固、液之间的潜热称为熔解热（或凝固热）液、气之间的称为汽化热（或凝结热）固、气之间的称为升华热（或凝华热）,.,11,水相变化中的潜热,蒸发潜热与温度的关系（随温度升高而减小）：,.,12,水相变化中的潜热,升华潜热，等于融解潜热与蒸发潜热之和。一般情况下：,.,13,什么是饱和水汽压？饱和水汽压主要受哪些因素影响？,饱和水汽压：水汽与水或冰两相共存，其间分子交换过程达到动态平衡时的水汽压。,影响饱和水汽压的主要因素：,蒸发面的温度蒸发面的性质（水面、冰面、溶液面）蒸发面的形状（平面、凹面、凸面）,.,14,饱和水汽压与温度成什么关系？,饱和水汽压随温度升高而按指数规律迅速增大。（WhyandHow?）,.,15,为什么饱和水汽压随温度升高而迅速增大？,温度越高，水分子平均动能越大，单位时间脱出水面的分子越多；只有当水面上水汽密度增大到更大值时，落回水面的分子数才和脱出水面的分子数相等。,温度越高，水汽分子平均动能越大，而水汽压是水汽重量及其碰撞器壁的结果，故也随之增大。,.,16,饱和水汽压随温度升高而迅速增大有什么重要意义？,温度升高，饱和变不饱和，蒸发重现；温度降低，不饱和变饱和，凝结出现。,饱和水汽压随温度改变的量，高温时比低温时大。,（暴雨为什么总是发生在暖季？）,.,17,蒸发面性质对饱和水汽压有什么影响？,冰面和过冷却水面的饱和水汽压仍随温度升高而按指数规律变化（Why?）。但三者存在如下关系：,.,18,Ei与Es的对比,E=Es-Ei，自0开始，随温度降低，差值迅速增大，到-12达最大值；再随温度降低时，差值减小；f=Ei/Es，随温度降低而近于线性递减。,.,19,Ei与Es差异的重要意义,解释冰成云或冰成雾中存在相对湿度对于100%的现象；解释“冰晶效应”（贝吉龙效应）。,.,20,蒸发面性质对饱和水汽压有什么影响？,溶液面的饱和水汽压小于纯水面的饱和水汽压；溶液浓度越大，饱和水汽压越小。（Why?）,对可溶性凝结核上形成云或雾的最初胚滴时相当重要。,.,21,蒸发面形状如何影响饱和水汽压？,温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平面次之，凹面最小。（Why?）凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大；凹面的曲率愈大，饱和水汽压愈小大水滴曲率小，饱和水汽压小；小水滴曲率大，饱和水汽压大；从而出现大水滴“吞并”小水滴现象。,.,22,影响蒸发的因素有哪些？,.,23,影响蒸发的因素有哪些？,.,24,空气湿度随时间变化有何规律？,水汽压的时间变化有何规律？相对湿度的间变化有何规律？,.,25,.,26,.,27,.,28,大气中水汽凝结需要什么条件？,.,29,暖水面蒸发,.,30,混合冷却,水平混合后气团的水汽压和温度为原有两团空气水汽压和温度的算术平均值，而饱和水汽压随温度的改变呈指数曲线形式，故混合后气团的水汽压完全可能大于饱和水汽压。,.,31,不同饱和或过饱和途径对云雾的形成有何差异？,水汽凝结以冷却为主。绝热冷却对形成云最为主要；辐射冷却、平流冷却与混合冷却对形成雾最为主要。（Why?）,.,32,.,33,来说说你所知道的大气中水汽的凝结现象吧！,露、霜、雾淞、雨淞,雾,云,.,34,什么是露（Dew）和霜（Frost）？两者有什么不同？形成时需要什么条件？,露：傍晚或夜间，凝结在地面或地物上的液态水滴。,霜：傍晚或夜间，凝华在地面或地物上的白色冰晶。,露与霜的区别：主要在于水汽冷却至饱和时的露点温度是高于还是低于0。,形成条件：湿度大、晴朗微风、地物导热性差,.,35,.,36,.,37,为什么洼地和山谷出现霜的频率较大，而水边平地和森林地带出现霜的频率较小？,洼地和山谷不仅利于冷空气集聚，而且易于形成微风的条件；水边平地和森林地带则不易于形成微风的条件（Why?）。,.,38,霜和霜冻有什么区别？,霜是白色冰晶，而霜冻则是指低温灾害；有霜不一定有霜冻，有霜冻时也可能无霜（有黑霜）；要预防的是霜冻而不是霜。,怎样预防霜冻？,.,39,什么是雾淞？晶状雾淞和粒状雾淞有什么不同？,雾淞：过冷却雾滴被冻结在地物迎风面而形成的白色微小冰晶或冰粒。,晶状雾淞是过冷却雾滴在微风或静稳、低温（低于-15）条件下，先蒸发后凝华在地物表面的冰晶上而形成，与霜类似，结构松散；粒状雾淞是过冷却雾滴在风速较大、气温较低（-2-8）条件下，被吹到地物表面冻结而成，结构紧密。,.,40,.,41,.,42,.,43,.,44,雨淞和雾淞有什么不同？,雨淞：过冷却雨滴降到温度低于0的地物上冻结而成的透明或毛玻璃状的紧密冰层。,.,45,.,46,.,47,雾是什么？形成雾需要什么条件？雾可分为哪些类型？,.,48,形成辐射雾的有利天气条件是什么？,空气中有充足的水汽；天气晴朗少云；风力微弱（13m/s）；大气层结稳定。,.,49,形成平流雾的有利天气条件是什么？,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（27m/s）；层结较稳定。,.,50,.,51,.,52,辐射雾,.,53,辐射雾,.,54,平流雾,.,55,平流雾,.,56,蒸发雾,.,57,蒸发雾,.,58,什么是云？与雾有什么区别？云的形成需要什么条件？,云是悬浮在大气中的大量小水滴、冰晶微粒或两者混合物的可见聚合群体；底部不接触地面。,成云条件：凝结核、充足水汽、冷却过程,云量：云遮蔽天空视野的成数,.,59,形成云的上升冷却过程有哪些类型？,热力对流：多形成积状云,动力抬升：锋面、气旋作用，多形成层状云,大气波动：多形成波状云,地形抬升：可形成积状云、层状云与波状云,.,60,根据形成高度，可将云分成哪些类型？,.,61,.,62,.,63,什么是积状云？积状云是怎样形成的？,积状云：空气对流上升冷凝而成的具有孤立分散、云底平坦、顶部凸起形态的垂直发展云块。,.,64,为什么积状云具有孤立分散、云底平坦、顶部凸起的形态特征？,孤立分散：对流上升外形成云，下沉处没云形成；,云底平坦：一定地区同一时间里，空气温湿度差异很小，凝结高度基本相同；,顶部凸起：上升热气块中心区最热，上升气流最强，达到的高度最高；而四周上升气流较弱，达到的高度较低。,.,65,.,66,积状云是如何发展演变的？,.,67,淡积云,浓积云,秃积雨云,鬃积雨云,碎积云,积云性层积云,向晚层积云,积云性高积云,伪卷云,.,68,.,69,淡积云：云块扁平、个体不大，底平顶圆，“馒头云，天气睛”,.,70,碎积云：破碎或初生的积云，形状多变，边缘破碎，多呈白色,.,71,浓积云：个体高大，云体臃肿，顶似花椰菜，圆弧形重叠明显，底部阴暗。“早晨乌云盖，无雨也风来”,.,72,云幞（f）：浓积云顶白色云纱般的云片，由上部较潮湿气层受上升气流局部抬升凝结而成。,.,73,秃积雨云：刚从浓积云发展而来，除云顶边缘某些部位因冰晶化而开始模糊，呈现丝缕结构外，其它特征与浓积云无明显差别。,.,74,.,75,鬃积雨云：云体浓厚庞大，云顶毛丝结构明显，向外扩展开来，形成铁砧状，云底混乱铅黑。,.,76,积雨云的云底（悬球状云）,.,77,积云性层积云：云块较大，呈灰白色、暗灰色，多为条状，顶部具有积云特征。由衰退的积云或积雨云扩展、平衍而成；也可由傍晚地面四散的受热空气上升而直接形成。,.,78,向晚层积云：积云性层积云的一种，顶部较平，呈扁平长条形，云顶尚保留有一些积云的园拱形，常出现于傍晚。,.,79,积云性高积云：云块大小不一致，呈灰白色，外形略有积云特征；是由衰退的积云或积雨云扩展而成；一般预示天气逐渐趋于稳定。,.,80,伪卷云：大块密而厚的冰晶组成的云，色白或深灰、云块中间部分较均匀，仅其边缘可见丝缕结构。,.,81,什么是层状云？层状云是如何形成的？,层状云：均匀幕状的云层，常具有较大的水平范围，包括卷层云、卷云、高层云及雨层云等。,形成：常由大规模系统性上升运动产生，主要由锋面上稳定的暖湿空气沿锋面缓慢抬升或滑升而引起；辐射冷却、空气辐合上升、气流过山引起的空气上升运动也可形成层状云。,.,82,.,83,毛卷云：丝缕结构十分明显，状如羽毛、乱发，常分散孤立地分布在天空，或成带与地面斜交；日月透过云体地物阴影很明显；“游丝天外飞，久晴便可期”。,.,84,毛卷云,.,85,密卷云：比较厚密的片状卷云，边缘可见明显的丝缕结构。薄的能看清楚日、月光盘，较厚的仅见日、月位置，最厚的能遮蔽日、月光，此时呈灰色。其形与高空对流有关。密卷云的出现预示天气较稳定。,.,86,密卷云,.,87,钩卷云：具有小钩或逗号形状的卷云，其上有小团簇，下有较长的拖尾，常与地面斜交。曳尾常是云体冰晶下落过程中，因风的切变而产生。,.,88,钩卷云,.,89,卷层云：全部由冰晶组成，云底具有丝缕的结构，能透过日月的光，使地物有影，常可见晕圈。“日晕三更雨，月晕午时风”。,.,90,薄幕卷层云：薄而均匀的云幕，几乎看不出有明显的结构，常借晕的现象来表明有云层的存在。,.,91,.,92,幻日（Sundog）,.,93,幻日（Sundog）,.,94,幻日（Sundog）,.,95,毛卷层云：云体薄而不均匀，丝缕结构十分明显。有时很象大片薄的密卷云。,.,96,高层云：冰晶、雪花、水滴混合组成的云幕，呈灰白色或蓝灰色，云底常有条纹结构；又分透光和蔽光两类。,.,97,透光高层云：厚度稍薄，呈灰白色均匀云幕，隔云幕看太阳，如隔一层毛玻璃，仅能模糊判定其位置，地物无影。,.,98,蔽光高层云：云层较厚，呈深灰色或浅兰色，厚度变化很大，厚的部分不见日月位置，薄的部分比较明亮，云底有纤缕状条纹结构。,.,99,雨层云：低而漫无定形，云体均匀成层，能完全遮蔽日月，呈暗灰色，云底常伴有碎雨云。,.,100,碎雨云：雨层云、积雨云或厚的高层云下，云体低而破碎，形状多变，移动较快，呈暗灰色，由降水蒸发，空气湿度增大，在乱流作用下水汽凝结而成。,.,101,层云：均匀成层，呈灰色，很象雾，云底很低但不接触地面，常见于清晨；由夜间强烈的辐射冷却或乱流混合作用使水汽凝结或雾抬升而成，也会在暖空气笼罩的较冷表面上形成。,.,102,碎层云：云体为不规则的碎片，形状多变，移动较快，呈灰色或灰白色，往往是由消散中的层云或雾抬升而成；出现时多预示晴天。,.,103,碎层云,.,104,什么是波状云？波状云是如何形成的？,波状云：波浪起伏的云层，常包括卷积云、高积云、层积云等。,形成：空气波动时，上升处形成云，下沉处无云形成；波动的原因有二，一是密度与流速切变引起波动，地理气流越山形成波动；湍流作用也可形成波状云。,.,105,.,106,卷积云：云块很小，呈白色细鳞片状，常成行、成群排列整齐，很象微风吹拂水面而成的小波纹；“鱼鳞天，不雨也风颠”。,.,107,高积云：云块较小，轮廓分明，常呈椭圆形、瓦块状、鱼鳞片或水波状的密集云条。常成群、成行、成波状排列。,.,108,透光层积云：云块较薄，呈灰白色，排列整齐，云块之间常有明显的缝隙，即使无缝隙时，大部分云块边缘也比较明亮。,.,109,蔽光层积云：云块较厚，呈暗灰色，云块之间无缝隙，常密集成层，底部有明显的波状起伏，常布满全天，有时可产生降水。,.,110,什么是堡状云？堡状云是如何形成的？,堡状云：云块细长，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。,.,111,堡状高积云,.,112,堡状高积云,.,113,什么是絮状云？絮状云是如何形成的？,絮状云：个体破碎，形状像棉絮团，常是潮湿气层中的强烈湍流混合作用而形成，主要为絮状高积云。,.,114,什么是荚状云？荚状云是如何形成的？,荚状云：荚状云中间厚、边缘薄，云块呈豆荚状；常见的荚状云主要是荚状高积云和荚状层积云。,.,115,.,116,荚状高积云,.,117,.,118,.,119,.,120,幡状云,.,121,.,122,.,123,什么是降水？降水有哪些形式？,降水：云中降落到地面上的液态或固态水；降水具有不同的形态：雨、雪、霰（xin）、雹。,.,124,雨：自云体中降落至地面的液体水滴。,.,125,雪：从混合云中降落到地面的雪花形态的固体水。,.,126,世上没有两片一样的雪花,.,127,为什么雪花多成六角形？,冰分子以六角形为多；六角形片状冰晶面、边、角曲率不同，饱和水汽压不同，面上最小，角上最大：,eE面，形成柱状雪花eE边，边比面凝结更快，形成片状雪花eE角，角比边、面凝结更快，形成枝状或星状雪花,.,128,.,129,霰：中降落至地面的不透明的球状晶体，由过冷却水滴在冰晶周围冻结而成，直径25mm。,.,130,雹：是由透明和不透明的冰层相间组成的固体降水，呈球形，常降自积雨云。,.,131,.,132,.,133,什么是降水量？降水可分为哪些类型？,降水量：指降落到地面上的雨和融化后的雪、雹等未经蒸发、渗透、流失而集聚在水平面上的水层厚度，单位为mm；单位时间内的降水量称为降水强度。,.,134,什么是降水量？降水可分为哪些类型？,降水强度划分标准,.,135,云滴增长为雨滴的过程有哪些？,凝结（或凝华）增长冲并增长,.,136,什么是凝结/华增长？凝结增长存在什么局限？有利于凝结增长的条件有哪些？,凝结（或凝华）增长：云滴依靠水汽分子在其表面上凝聚而增长的过程。凝结增长会随着凝结的进行而逐渐停止，需要具备一些条件如冰水云滴、冷暖云滴或大小云滴共存来促进凝结增长的继续；但因不同云滴间的水汽转移也会随云滴增大而减弱，故凝结增长难以使云滴迅速增长到雨滴。,.,137,冰晶效应（贝吉龙效应）,.,138,什么是冲并增长？引起冲并增长的原因有哪些？,冲并增长：大小云滴之间发生冲碰而合并增大的过程冲并原因：重力冲并、湍流冲并、尾流俘获冲并、荷电相吸冲并,.,139,冲并增长有什么特点？,空气经过大水滴时，会发生绕流；冲并增长速度与水汽含量及水滴间相对速度成正比；水滴越大，冲并增长越迅速；冲并过程是一个随机过程；水滴下落时不再保持球形，且增大到一定尺度就会破碎。,.,140,水滴下降过程中保持不破碎的最大尺度，称为临界尺度；用等体积的球半径表示，称为临界半径或破碎半径；其大小与气流条件有关。实测约为300-350m。,.,141,水滴增大破碎再增大再破碎的循环往复过程，称为“链锁反应”或暖云的繁生机制。,链锁反应的条件：上升气流大于6m/s，含水量大于2g/m3,链锁反应的停止：大量雨滴下降会抑制上升气流，或带来下沉气汽,.,142,云滴增长初期，凝结（凝华）增长为主；云滴增大到一定阶段后，重力冲并为主。暖云降水，冲并作用更为重要。,.,1