大气物理2-chapter(2section)new浅色

1、第一章 大气概论1第二章第二章 地球大气的成分及分布地球大气的成分及分布第一章 大气概论2第二节第二节 大气中的水汽大气中的水汽313103 . 1m第一章 大气概论3313103 . 1m第一章 大气概论4 混合比和比湿 水汽压 绝对湿度(水汽密度) 相对湿度 露点和霜点 温度露点差湿度：表示大气中水汽含量的物理量。湿度：表示大气中水汽含量的物理量。第一章 大气概论51、混合比 r 和比湿 q 混合比：湿空气中水汽质量 与干空气质量 之比。vmdmdvmmr 比湿：湿空气中水汽质量 与湿空气质量 之比。vdvmmmqvmvdmm 第一章 大气概论6第一章 大气概论7 水汽在空气中所占质量很小

2、，所以 qr 第一章 大气概论82、水汽压 e : 水汽压（e）：湿空气中水汽的分压强。 水汽压（e）：湿空气中水汽的分压强。第一章 大气概论9vdvvnnnvvvMmn dddMmn pevTRnVPii*TnRpV*第一章 大气概论10622. 0dvMMdvdvdvvvddvvvdvvmmMMmmMmMmMmnnn/rrpevrrpeePerePeq378. 0 ,可推出同理第一章 大气概论11PePeqr622. 0湿空气中水汽的分压湿空气总压强第一章 大气概论12 纯水汽的饱和水汽压是指一定温度下纯水汽与水（冰）纯水汽的饱和水汽压是指一定温度下纯水汽与水（冰）处于相态平衡时的水汽压，

3、实验表明它仅与温度有关。处于相态平衡时的水汽压，实验表明它仅与温度有关。 (实际上应该是平液面实际上应该是平液面) 下面会补充下面会补充: 饱和水汽压和哪些因子有关饱和水汽压和哪些因子有关? 和温度有关，和温度有关， 和水分子蒸發面的性质（冰面还是水面和水分子蒸發面的性质（冰面还是水面 ）、形狀（曲率）、）、形狀（曲率）、是否带电、含有什么物质有关是否带电、含有什么物质有关 饱和蒸汽压的微观解释：进入和逃出液面的气体分子达到动态平衡时水汽的压强。第一章 大气概论13大气各组分的临界温度和临界压强物质临界温度（ ）临界压强（atm）氮-147.233.5氧-118.950.1氩-11248.0二

4、氧化碳3172.9水374218.3C为什么水汽是通常条件下唯一可以发生相变的成分？第一章 大气概论14 临界温度：加压力使气体液化的最高温度称为临界温度。（临界温度以下可以观察到相变，临界温度以上物质只以气态存在。）第一章 大气概论15临界温度以下临界温度以下:如果汽体的温度如果汽体的温度不变，压强增加不变，压强增加到一定程度，气到一定程度，气态可以变为液态态可以变为液态第一章 大气概论16二氧化碳的汽液二相图( P-V 图)密闭容器汽液共存状态，此时蒸汽的汽液共存状态，此时蒸汽的压强称为压强称为饱和蒸汽压饱和蒸汽压第一章 大气概论17ABMCD实验室中实验室中 CO2 的等温压缩过程的等温

5、压缩过程等温线等温线汽液共存状态，汽液共存状态，此时蒸汽的压强称为此时蒸汽的压强称为饱和蒸汽压饱和蒸汽压饱和蒸汽压值由温度饱和蒸汽压值由温度决定决定第一章 大气概论18换个角度理解： 容器抽成真空，常温(比如 ,饱和水汽压是17hPa)，向其中滴水，容器中水的存在状态（液态、汽态、汽液共存）与滴入水的多少有关当以汽态形式存在时, 水汽压肯定小于饱和水汽压；当汽液共存时，水汽压肯定等于饱和水汽压，不会前者大于后者。 与P-V图中结果一致。 有干空气也影响不大 饱和水汽压：一定温度条件下，大气中水汽含量是有一定限度的，其最大水汽含量即容纳水汽的能力称为饱和水汽量，相应的水汽分压强就是饱和水汽压。

6、(王衍明 大气物理学)第一章 大气概论19水面饱和水汽压冰面饱和水汽压sesie第一章 大气概论20第一章 大气概论21水汽相对于水面达到水汽相对于水面达到饱和饱和水汽相对于水面达到水汽相对于水面达到饱和饱和水汽相对于冰面达到饱和水汽相对于冰面达到饱和C12第一章 大气概论22平的纯水面上饱和水汽压的计算（两种方法）: b) 马格奴斯经验公式：tbatssee1003 .2375 . 7)0(11. 60baChPaes时饱和水汽压a) 克拉玻龙方程：2TReLdTdevsVs第一章 大气概论23平的纯冰面上饱和水汽压的计算: tbatssee1005 .2655 . 9)0(11. 60ba

7、ChPaes时饱和水汽压第一章 大气概论24 饱和水汽压除和温度有关，饱和水汽压除和温度有关， 还和水分子蒸發面的性质（冰面还是还和水分子蒸發面的性质（冰面还是水面水面 ）、形狀（曲率）、是否带电、）、形狀（曲率）、是否带电、含有什么物质有关含有什么物质有关.第一章 大气概论25第一章 大气概论26水面饱和水汽压冰面饱和水汽压sesieC0C40C0第一章 大气概论27 大面积水体大面积水体 以下即结冰以下即结冰. 比如地面上比如地面上: 夏天结露水夏天结露水, 地面附近是水面饱和水汽压地面附近是水面饱和水汽压;冬天结霜冬天结霜, 地面附近是冰面饱和水汽压地面附近是冰面饱和水汽压. 小液滴不如

8、此小液滴不如此过冷却水（过冷却水（ 以下以下的高空大气中存在小液滴的高空大气中存在小液滴, 此时的液态水称此时的液态水称为过冷却水）。为过冷却水）。C0C0C0C40第一章 大气概论28100%50%0%水滴云微物理学C0C40空气中的凝结空气中的凝结核多于冰核核多于冰核第一章 大气概论29C0补充3:饱和蒸汽压的微观解释：进入和逃出液面的气体分子达到动态平衡时水汽的压强。第一章 大气概论30第一章 大气概论313、绝对湿度或水汽密度v (absolute humidity) 湿空气中所含的水汽质量 m 与该湿空气体积 V 之比，即 v=m/V，单位: 克/立方米。 TRevvTReTRedv

9、v第一章 大气概论32 下面涉及到考虑相变时的物理量 一定温度下水汽的分压强是有一定限度的，超过此值,会发生相变。这是我们关心的问题有雾、雨 。 同时，其它湿度参量露点、比湿、绝对湿度、相对湿度等也都是有限度的。第一章 大气概论334、相对湿度 湿空气中实际水汽压 （e）与同温度下饱和水汽压（ ）的百分比，即 。 sWeeUvsxseWUvxvsvWxxU第一章 大气概论34nRTPVTRnTRMmVPiiii*PePPnnxvvv/Pexsvs同理, 饱和水汽的摩尔分数：svsveexx第一章 大气概论35svsvWeexxUPersssvsvWqqrreexxUPerss第一章 大气概论3

10、65、露点、露点 和霜点和霜点 露点（或霜点）：湿空气等压降温达到露点（或霜点）：湿空气等压降温达到饱和时的温度。饱和时的温度。 (等压降温过程等压降温过程) 如果对水面达到饱和则为露点（如果对水面达到饱和则为露点（dew point） ( 以上以上 ) ， 如果对冰面达到饱和则为霜点如果对冰面达到饱和则为霜点 （frozen point）( 以下以下 ) 。 (图图)dtftC0C0第一章 大气概论37 露、霜形成的条件: 大都出现于天气晴朗、无风或微风的夜晚。 一般在夜间形成，日出以后，温度升高，露就蒸发消失了。第一章 大气概论38夏秋季冬季2T2dTAB此图的理解？此图的理解？湿空气在湿

11、空气在A点点( )未饱和未饱和 (水汽压水汽压 小于小于此时温度对应的饱和此时温度对应的饱和水汽压水汽压 ). 等压降温到达等压降温到达B点点( ), 此时的温度此时的温度 对应的饱和水汽对应的饱和水汽压恰好等于气团中的压恰好等于气团中的水汽压水汽压, 该温度称为气该温度称为气团的露点温度团的露点温度.22,eT2ese222,eTd2ese22dT第一章 大气概论39临界点三相点三相点：三三相点：三相平衡共存相平衡共存状态。状态。临界温度：加压力使气体液化的最高温度。升华曲线汽化曲线熔解曲线第一章 大气概论40 露点和水汽压一一对应 ; 水汽压确定了,露点就确定了. ddtbatsee100

12、3 .2375 . 7)0(11. 60baChPaes时饱和水汽压露点温度接近于当天的最低温度说明说明:第一章 大气概论41雨凇、雾凇的产生雨凇、雾凇的产生第一章 大气概论42 雨凇、雾凇的产生 初冬或冬末初春，冷暖空气交锋，冷空气温度在 以下，其上暖空气温度在 以上。从暖空气中降下的雨滴经冷空气时变为过冷雨滴，落在树枝、电线或其它物体上时，会突然冻成一层外表光滑晶莹剔透的冰层，这就是“雨淞”（冻雨）。 如果气温与水温相差很大，则因水面蒸发大量水汽，在水面附近的冷空气便发生水汽凝结成雾。如果气温是零下, 河水零度以上, 会形成过冷却雾. 被风吹散, 在地面物体上结冰。这时在电线上、树枝上形成

13、了白色的冰花，叫做“雾凇” (俗称“树挂”)。 C0C0第一章 大气概论43 温度露点差: 温度与露点的差. 温度露点差越大, 空气距饱和程度越远.6、温度露点差、温度露点差 第一章 大气概论44例题例题1 气温气温 ，气压，气压1017.7hPa，相对湿度，相对湿度37%时，时，求所有其它的湿度值。求所有其它的湿度值。解：解：饱和水汽压饱和水汽压 水汽压水汽压 绝对湿度绝对湿度 混合比混合比(比湿比湿) 露点露点 温度露点差温度露点差 C8 .21)(26101.6108.213.2378.215.70hPaeetbatss)(62. 9hPaeUeqqrreeUswsssw)/(007.0

14、84665598)8 .21273(28710062.9622.03mkgTReTRedvv)/(9 .510007 .101762.9622.0622.0kggPePeqrCteedtbatsdd5 . 6100Cttd3.15第一章 大气概论45例题例题2 已知已知1000hPa和和900hPa气层间平均比湿是气层间平均比湿是 q=2g/kg。如果所有水汽全部凝结，所获得。如果所有水汽全部凝结，所获得的液态水厚度的液态水厚度（可降水量）（可降水量）是多少（是多少（mm）？）？解：单位截面气柱内水汽的质量为解：单位截面气柱内水汽的质量为)/(04. 2122121212121mkgppgqd

15、pgqgdpdpgdzmppvppppvzzvv可降水量可降水量)(04. 2)/(10)/(04. 2332mmmkgmkgmhliquidv第一章 大气概论46The mean distribution of precipitable water, or total atmospheric water vapor above the Earths surface, for 1992. This depiction includes data from both satellite and radiosonde observations. (Image courtesy of Thomas

16、Vonder Haar and David Randel, Colorado State University, Fort Collins.)1992年可降水量的平均分布（由无线电探年可降水量的平均分布（由无线电探空资料和卫星资料共同推得）空资料和卫星资料共同推得）第一章 大气概论47Schematic of the tropospheric and stratospheric layers and the tropopause, the boundary between the two. The mean vertical distribution of temperature and the water vapor mixing ratio in the atmosphere are shown. Note that the mixing ratio scale is logarithmic a