气象学与气候学：第三章 大气的水分

1、第三章大气的水分 第一节蒸发和凝结第二节地表面和大气中的凝结现象第三节降水一、水相变化 1.物理过程：分子运动论Nn蒸发(未饱和)，N=n动态平衡(饱和)，Nn凝结(过饱和)第一节、蒸发和凝结 气象判断： e(实有水汽压) 与 E(饱和水气压)第一节、蒸发和凝结 2.水的位相平衡图：“二点、三区域、四曲线” (1)三区域：冰、水、水汽。 在三个区域内不存在任何动态平衡 3.相变潜热(2)四曲线：OA为蒸发曲线（线上水和水汽是处于平衡状况，不在该线上的点不可能处于动态平衡状况）；OB为升华线（冰和水汽达到动态平衡的曲线）；OB为过冷水蒸发曲线（过冷水和水汽之间动态平衡）；OC为融解曲线（表示冰和

2、水达到平衡时饱和水汽压和温度之间的关系曲线) 3.相变潜热(3)两点：O点为三相点，表示在该点上才有可能三相之间的动态平衡。（T0=0.0076，E0=6.11hPa）K点为临界点，表示饱和水汽压和温度超过K点时只存在气态。（TK=373K，EK=218个大气压） 3.水相变化中的潜热 (1)蒸发潜热 L=（2500-2.4t）*103（J/kg） （2）升华潜热 Ls=2.8*106J/kg二、饱和水汽压 1.蒸发面的温度：按指数规律迅速增大(暴雨发生在暖季?)2.蒸发面性质3.蒸发面形状在温度一定情况下，单位体积空气中的水汽量有一定限度，如果水汽含量达到此限度，空气就呈饱和状态，这时的空气

3、，称饱和空气。饱和空气的水汽压（E）称饱和水汽压，也叫最大水汽压。 二、饱和水汽压 2.蒸发面性质(1) 同温下E冰面 E过冷水面（冰晶效应?）(2) E溶液面 E纯水面(3) E带电面 E不带电3.蒸发面形状： E凹面 E平面 E凸面 (凝结增长?)t0-5-10-11-12-15-20-25-30-35-40-50Es6.1084.2152.8632.6442.44l1.9421.2540.8070.5090.3140.1890.064Ei6.1084.0152.5972.3762.1721.6521.0320.6320.3800.2230.1280.039E00.2000.2660.26

4、80.2690.2600.2220.1750.1290.0910.06l0.025过冷水：水的温度在0以下，甚至在-2030以下仍不结冰，处于这种情况下的水，称为过冷却水。 水面：、分别为7.63和241.9 冰面：、分别是9.5和265.5 三、影响蒸发的因素水源热源 饱和差（E-e） 风速与湍流扩散道尔顿定律：W（蒸发速度）、饱和差（E-e）及分子扩散系数（A）成正比，气压（P）成反比。 温度 四、湿度随时间的变化：日变化、年变化 绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量，即空气当中水汽的密度，单位为g/m3 相对湿度：空气中实有水汽压(e)与饱和水汽压(E)的比值。f=e /E*100%

5、绝对湿度的日变化：有两种类型：单波型和双峰型 相对湿度的日变化：与气温的日变化相反 五、大气中水汽凝结的条件 一是有凝结核或凝华核的存在二是大气中水汽要达到饱和或过饱和状态 (1)暖水面蒸发 (改变e) (2)空气的冷却（改变E） 绝热冷却 辐射冷却 平流冷却 混合冷却蒸发雾的形成？(1)暖水面蒸发 (改变e) (2)空气的冷却（改变E）（主要的） 绝热冷却 形成云是主要的 辐射冷却 平流冷却 混合冷却 五、大气中水汽凝结的条件 形成雾是主要的第二节、地表面和大气中的凝结现象 一、地面的水汽凝结物 （一）露和霜 形成条件：晴朗、微风 霜冻：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

6、农作物遭受伤害或者死亡的低温；而霜是指白色固体凝结物。二者是有区别的。 （二）雾凇和雨凇 第二节、地表面和大气中的凝结现象（二）雾凇和雨凇 雾凇：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。 雨凇：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。 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。 根据雾形成的天气条件分为：气团雾及锋面雾； 根据气团雾的形成条件分为冷却雾、蒸发雾及混合雾。 根据冷却过程不同冷却雾又分为：辐射雾、平流雾及上坡雾等。 二、近地面层空气中的凝结 根据冷却过程不同冷却雾又分为：辐射雾、

7、平流雾及上坡雾等。 1.辐射雾：是由地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的。 形成条件、与逆温层的关系、厚度、天气状况、地方性二、近地面层空气中的凝结 根据冷却过程不同冷却雾又分为：辐射雾、平流雾及上坡雾等。 2.平流雾：是暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成。 形成条件、与逆温层的关系、范围与厚度、天气状况、海雾与陆上平流辐射雾、与蒸发雾的比较三、云云：空气中由水滴和冰晶所组成的聚合物。 (一)云的形成条件和分类 形成条件：凝结核 空气过饱和（绝热冷却） (大气上升：热力对流、动力抬升、大气波动、地形抬升）三、云(一)云的形成条件和分类分类：3族11属(二)各种云的形成 1.积状云的形成：空气对

8、流上升，垂直发展的云块。 分为淡积云、浓积云和积雨云 。 2.层状云的形成：是均匀幕状的云层，常具有较大的水平范围，其中包括卷层云 (卷云)、高层云及雨层云。 4.特殊云状的形成： 如堡状、絮状、悬球状、荚状等。3.波状云的形成：波状云是波浪起伏的云层。 包括卷积云，高积云、层积云。 淡积云浓积云积雨云卷云钩卷云高层云层云透光卷积云透光高积云透光层积云堡状云荚状云 这朵荚状云在俄罗斯东部的留契夫斯卡雅山上空形成美得令人窒息的画面。 摄影爱好者伊凡-德门蒂维斯奇在俄罗斯山脉上空看到这个云团时，简直不敢相信自己的眼睛。他说：“它是令我永生难忘的场景之一。” 一系列荚状云，它们是在美国俄勒冈州底特律

9、湖背后的杰斐逊山上空看到的。对滑翔机飞行员来说，它们是令人激动的景观，这些人借助附近的上升气流，能够飞得更远更高。云 空气的冷却 （改变E） 绝热冷却 辐射冷却 平流冷却 混合冷却雾第三节 降 水 降水： 从云中降到地面上的液态或固态水。常见的降水形式有雨、雪、霰、冰雹等。描述物理量：降水量、降水强度。 云滴：半径小于100um的水滴 雨滴：半径大于100um的水滴 标准雨滴半径为1000um。第三节 降 水 降水一、云滴增长的物理过程 (一)云滴凝结(或凝华)增长 冰晶效应、凝结增长、冷暖共存云滴 (二)云滴的冲并增长图3-13 大小水滴在下落过程中的冲并二、雨和雪的形成 三、各类云的降水：积状云、层状云、波状云 四、人工影响云雨：冷云、暖云的人工降水五、降水分布 1.在带状分布中有三个主要特点： 有一个赤道降水最大值，其位置和热赤道一样略偏在北半球； 高纬度的降水总量很小； 在副热带纬度是一个次低