大气中的水分ppt课件

第四章大气中的水分,本章内容,空气湿度,蒸发和蒸散,凝结和凝结物,降水,1,地气系统中的水分收支,气态,液态,固态,对所有生物生长发育都具有重要意义：空气湿度和大气降水,2,第一节空气湿度,空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。湿度参量：表征空气中水汽含量的多少和潮湿程度的物理量。,3,水汽压（watervaporpressure)（e）,反映空气中水汽含量的多少水汽含量水汽压e,定义：大气中水汽产生的分压力。,单位：百帕(hPa)1百帕(hPa)=100帕斯卡(Pa),水汽含量恰好达到该温度下的最大限度，这时的空气为饱和水汽压（）称饱和空气，此时的水汽压为饱和水汽压。,饱和湿空气中水汽的分压强。,4,饱和水汽压（E）,反映空气的最大水汽容纳能力饱和水汽压取决于温度（马格奴斯半经验公式）,影响因子：,温度TE蒸发面性质E过冷却水E冰蒸发面形状E凸面E平面E凹面液体含盐度含盐度E,5,马格奴斯(Magnus)半经验公式。E0=6.1hPa，为0时的饱和水汽压；te为蒸发面温度。饱和水汽压是以指数律随温度升高而迅速增大,表5-1不同温度下的饱和水汽压,6,随温度升高呈指数率增大,T增大，eE，多余水汽凝结,E随温度升降的改变量，在高温时比低温时大些。降低同样温度，在高温条件下饱和空气中形成的云雾要浓些。,7,考察水分子在不同性质水面下的吸引力,蒸发面性质,E纯水面E冰面E纯水面E溶液面,温度在0以下不结冰的水称为过冷却水（supercooledwater),8,蒸发面形状：,考察水分子在不同形状下的吸引力大小,E凸面E平面E凹面，凸面的曲率愈大（即水滴愈小），饱和水汽压愈大，而凹面的曲率愈大，则其饱和水汽压愈小。,9,相对湿度（relativehumidity）,定义：,空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。,在同一气温条件下，水汽含量距离饱和的程度，反映空气的潮湿程度不仅随大气中的水汽含量而变，同时也随气温而变。相对湿度与温度成反比关系。,空气中的实际水汽压,同温下的饱和水汽压,10,温度不变，E不变：水汽含量er水汽含量不变，e不变：温度Er,100%过饱和状态,11,露点温度(dew-pointtemperature)用Td表示,定义：,对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。,水汽含量露点温度Td,露点温度与当时的气温无关，反映空气中水汽含量的多少，故只表示空气湿度，不表示空气的冷热状况,12,当空气中水汽含量达到饱和时，Td=T即露点温度与气温相等,当空气中水汽含量未饱和时，TdT即露点温度比气温低,当空气中水汽含量过饱和时，TdT即露点温度比气温低,露点温度与当时的气温差，表示空气的潮湿程度，差越小，说明空气湿度越接近饱和程度，即空气越潮湿，反之，则越干燥,气温降低多少度，水汽能否产生凝结，这对天气预报具有重要的意义,13,饱和差saturationdeficit（d）,定义：,同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。,d=E-e,饱和差的大小表示空气中实际水汽含量距离饱和的程度，反映空气的潮湿程度。,影响因子：,温度不变，E不变：水汽含量ed水汽含量不变，e不变：温度Ed,水汽含量、温度,14,比湿（q）、混合比（S）、绝对湿度（a）,在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量的比值，称为比湿（specifichumidity),水汽的质量,空气的质量,15,混合比：湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。,比湿与水汽压特性不同。当湿空气上升膨胀或下降收缩过程中,空气体积发生变化,水汽压相应也改变。但比湿不同,只要没有凝结现象发生,比湿就不变,具有保守性。这一特性,在气象学上常用来判断气团的干湿性质和有关温度的计算。,比湿和混合比具有保守性,在讨论空气绝热升降中，通常用比湿来表示该空气团的湿度,16,绝对湿度watervapordensity（水汽密度）：单位体积湿空气中水汽的质量。,绝对湿度不易直接测定，通常通过气温、水气压间接求算而得,17,二、空气湿度的时间变化,水汽压的时间变化,日变化,单波型（海洋型）海洋、沿海地区、冬季大陆,影响因子：蒸发强度,双波型（大陆型）夏季内陆、沙漠地区,影响因子：蒸发强度乱流强度,18,年变化,影响因子：蒸发强度,19,相对湿度的时间变化,绝大多数地区：与气温的日变化反相,T地面水分蒸发强度eTE并且E比e快因此Tr同理Tr,近海地区及其它大型水体的周围（晴朗稳定的天气条件下）与气温的日变化同相,海陆风（水陆风）昼：吹海风，潮湿夜：吹陆风，干燥,日变化,20,年变化,大多数地区：与气温的年变化反相,T地面水分蒸发强度eTE并且E比e快因此Tr同理Tr,季风气候区：与气温的年变化同相,夏季：夏季风，来自海洋，潮湿冬季：冬季风，来自内陆，干燥,21,第二节蒸发和蒸散,由水转变为水汽的物理过程，称为蒸发(evaporation)。由冰直接转变为水汽的物理过程，为升华(sublimation),通常人们将两者均称为蒸发。蒸发和蒸腾是土壤水分平衡式中的主要支出项，蒸散(evapotranspiration)为农田中土面蒸发和植物蒸腾之和。,22,一、水面蒸发,蒸发速率(evaporativity),定义：单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质量。单位：gcm2日,日蒸发量：一天中蒸发掉的水层的厚度。(单位：mm/d),道尔顿蒸发公式,d0时，W0，蒸发过程d0时，W0，动态平衡d0时，W0，凝结过程,水面蒸发速率,饱和差,气压,与风速有关的比例系数,23,影响水面蒸发速率的因子,温度：TEdW,湿度：edW,气压：PW,风：风速W,蒸发面性质：W过冷却水W冰,蒸发面形状：W凸面W平面W凹面,含盐度：含盐度W,24,二、土壤蒸发,土壤蒸发：土壤水分汽化并向大气扩散的过程。,土壤水分蒸发，一方面决定于温度、湿度和风等气象因子。另一方面，决定于土壤本身的结构和物理性质、土表状况、土壤含水量和地势等。,25,影响土壤蒸发因子,土壤因子,气象因子,1、土壤结构(紧密、疏松),2、地形和方位,3、地下水位的高低,4、土壤颜色的深浅,5、植被覆盖(减弱风速和乱流),1、温度,2、湿度,3、风,土壤蒸发,26,调节土壤水分蒸发,松土：截断土壤中的毛细管，使土壤深层水分不能上升到土壤表面，减少土壤中水分蒸发。,镇压：干燥土壤，蒸发在土壤中进行，采用镇压减少干涸层的孔隙度，从而减少水汽进入大气的机会。(华北地区广泛采用),深中耕：在低洼排水不良的地区，采用深翻及深中耕等方法，有利于水分的蒸发，改善土壤的水热状况,土壤蒸发,27,三、植物的蒸腾,角质层厚度，气孔大小数量，根系吸水能力,通过植物体表蒸发水分的过程称为蒸腾。植物通过根毛吸进水分，然后经输导组织到达叶片及其它器官，再经气孔及植物体表面蒸发到空气中。,28,植物蒸腾的作用：植物利用叶组织内水分子的气化(即蒸腾)，有效地降低其体温，以利于光合作用的进行，此外，由于蒸腾作用使由根毛到茎叶之间形成水分的输送，伴随水分的流动，使溶于水中的各种营养物质输向植株各个部分。,蒸腾作用速度主要取决于三个基本条件：小气候条件，植物的形态结构和植物的生理类型。,改善热岛效应,29,四、农田蒸散,1、蒸散中的“蒸发”包括土面和根层水分。2、植物通过叶面气孔的张、闭调节蒸腾。3、蒸腾作用主要在白天，蒸发日夜都有。4、蒸发面不仅是土壤表面还包括植物叶面。,农田中土面蒸发和植物蒸腾之和为蒸散(evapotranspiration)。,影响蒸散的因素,30,当水面上的水汽压大于饱和水汽压(eE)时,水面上的空气处于过饱和状态，多余的水汽转变为液态水滴，这种由水汽转变为水滴的物理过程，称为凝结(congealment)。由水汽直接变为冰的物理过程，称为凝华(sublimation)。,一、凝结的概念,第三节凝结和凝结物,31,二、凝结的条件,？途径,增大水汽含量：eeE降低温度：TTTd,32,空气冷却的几种主要方式,33,凝结核（condensationnucleus）是指凝结过程中起凝结核心作用的固态、液态和气态的气溶胶质粒。,34,云凝结核的主要来源有三种：,燃烧时排放到空气中的各种无机盐烟尘；,燃烧过程中或工业生产中排放的硫氧化物和氮氧化物气体，与大气中其他物质化合而成的可溶性微粒；,尘土和海水溅沫进入大气的海盐微粒。,一般说来，大气中并不缺乏云凝结核,只要水汽超过饱和状态,就可以形成云（雾）滴。因为云凝结核的浓度，对形成的云滴的大小和浓度有重要作用，所以它对云中的微物理过程有重要影响。,35,凝结核的作用,形成以凝结核为中心的胚滴；这是因为凝结核的存在使水滴半径增大，曲率减小，从而使饱和水汽压减小，易发生凝结。,可溶性凝结核使得胚滴变成溶液滴，减小了表面的饱和水汽压，有利于溶液胚滴凝结增大。,36,二、凝结物,37,地面上的凝结物,露(dew),霜(forst),雾凇(rime),雨淞(glaze),38,辐射冷却的产物，形成在晴朗无风的夜间和清晨。,露：贴地层空气中的水汽在地面发生凝结而形成的小水滴。,Td0,霜：贴地层空气中的水汽在地面发生凝华而形成的小冰晶。,Td0,热容量小、导热率小、粗糙的地表易形成露和霜。,39,雾凇和雨凇,雾凇：附着在树枝及物体迎风面上的白色的疏松的凝结物。,雨凇：过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层。,40,近地气层的凝结物,当近地气层中空气温度降到Td以下时，水汽凝结成小水滴或小冰晶，飘浮在低空呈乳白色幕状，使人眼的正常视线能力不到一千米的现象，称为雾(fog),根据成因可将雾分为七种,41,在夜间，地面及空气由于辐射冷却，使接近地面的空气层温度降低，降至露点以下时，水气凝结成雾，称为辐射雾。,1、冬半年出现最多2、有明显的日变化夜间或清晨形成3、有明显的地区性特点(西南),辐射雾,42,湿热的空气移到较冷的地面上，其下层冷却降温，水气凝结成雾。这种由于空气平流而生成雾，称为平流雾。,1、冬季陆地，暖季海洋2、一天中任何时刻都可形成范围大、浓度广，十雾九雨,1、地面与暖湿空气温差大2、暖湿空气湿度大3、风速适中(2-7米/秒),平流雾,43,暖湿空气平流到冷的下垫面上冷却而形成的雾。暖海面上的空气或大陆上的暖湿空气流到冷的.范围较大，厚度一般达几十米到200米，少数可达1000米。它在一昼夜间随时均可形成。若因夜间辐射冷却而使之加强，则称为平流辐射雾。,平流辐射雾,44,两团冷暖不同的空气混合后产生。如夜间山顶冷空气与山谷中较暖空气混合，冬天人说话等。,混合雾,蒸发雾,当气温低于水温，暖水面蒸发的水汽进入其上面的冷空气而形成。如深秋、初冬的早晨，江面和湖面上；冬季打开水等,45,锋面雾,山坡雾,稳定的湿空气沿高地或山坡缓慢上升时，因绝热冷却，在迎风坡面上形成。,锋面过境时，暖气团下部的暖湿空气在冷的下垫面冷却形成。,46,雾对农作物的影响,3、雾对水果的产量有影响；同时雾影响水果表面的色泽和品质。,1、雾遮蔽日光，使作物的光合作用受到阻碍。作物制造的有机物质减少，影响植物的生长发育和产量形成。,2、有雾的日子短波紫外线到达地面的量减少，造成农作物的徒长。由于有雾，空气湿度过大，易引起病虫的危害。但有雾时，对茶叶和麻类等易受紫外线伤害的作物生长和发育则是有利的，素有“云雾山中产名茶”和“雾多麻质好”之说。,47,人工消雾,雾的成因是由于空气冷却或空气湿度大。因此，提高空气的温度或降低空气的湿度时，雾将消散,1、燃料燃烧2、低洼地搞好排水3、营造防护林,48,自由大气中的凝结物,云是大气中水汽凝结(凝华)形成的小水滴、冰晶微粒或两者混合组成的可见悬浮体。云有时也包含一些较大的雨滴、冰晶或雪粒。云的底部不接触地面，并有一定厚度。,形成云的基本条件：1、水汽充足。2、有足够的凝结核。3、有空气的垂直上升运动形成的绝热冷却过程。,空气的垂直上升运动是形成云的主要原因,49,空气受热不均，而产生的对流。,引起空气上升运动的原因：,暖气团沿着冷气团斜面向上滑升。,运动速度不同的两层空气，在其界面上产生波动，在波峰上产生空气的上升运动。由于空气上升运动的形式不同，便形成了积状云、层状云和波状云等不同类型的云。,按成因分类,形态学分类（国际分类法）,云底高度和外形特征,中国地面气象观测规范,云族、云属、云类、云目、衍生云、转化云,50,51,52,5000m以上,一般无降水,2500-5000m,2500m以下，常伴有降雨,雨层云,层积云,淡积云,浓积云,积雨云,高积云,高层云,卷积云,卷云,53,由于空气的对流运动而产生的云，又称为对流云。它包括淡积云、浓积云和积雨云，多出现于暖季,(1)积状云,54,个体不大，轮廓清晰，底部平坦，顶部呈圆弧形凸起，状如馒头，其厚度小于水平宽度，不形成降雨。,淡积云,55,浓积云,个体高大，轮廓清晰，底部平而暗，顶部圆弧状重叠，似花椰菜，其厚度超过水平宽度，不形成降雨。,56,个体小，形状多变，边缘破碎，多为白色碎块，轮廓很不完整，靠左边的一块碎积云正向淡积云发展，不形成降雨。,碎积云,57,秃积雨云,鬃积雨云,云浓而厚，云体庞大如高耸的山岳，顶部开始冻结，轮廓模糊，有纤维结构，底部十分阴暗，常产生阵性降水，而且伴有雷电，有时可伴有龙卷风。,58,层状云,系统的层状云是由暖空气沿冷空气斜面滑升时形成，又称滑升云。它包括雨层云、高层云、卷层云和卷云，多见于暖湿空气沿锋面或山坡缓慢滑升绝热冷却，由此形成一个完整云系。,59,雨层云,云体均匀成层，布满全天，云底很低，云层很厚，完全遮蔽日、月，天空呈暗灰色，降连续性雨雪。,60,高层云,蔽光高层云,透光高层云,云体均匀成层，呈灰白色或灰色，布满全天。可分成透光高层云、蔽光高层云。,61,卷云,云体具有纤维状结构，色白无影且有光泽，日出前及日落后带黄色或红色，云层较厚时为灰白色。可分为：毛卷云、密卷云、钩卷云和伪卷云4类。,钩卷云,62,卷层云,云体均匀成层、透明或乳白色，透过云层日、月轮廓清晰可见，地物有影，常有晕。,63,(3)波状云,当大气中存在密度和速度不同的两个空气层的水平界面或是当气流越过山峰时形成的波动，从而产生的波浪起伏的云。可分为：层积云、高积云和卷积云。,64,云块一般较大，其薄厚或形状有很大差异，常呈灰臼色或灰色，结构较松散。薄云块可辨出日、月位置；厚云块则较阴暗。有时零星散布，大多成群、成行、成波状沿一个或两个方向整齐