《云降水物理学II》教学大纲

1、云降水物理学IIPhysics of Clouds and Precipitation一、课程基本情况课程类别：专业任选课课程学分：2学分课程总学时：32学时，其中讲课：30学时；考试：2学时课程性质：选修开课学期：第5学期先修课程：热力学、大气物理学、大气探测学适用专业：大气科学教 材：杨军、陈宝君、银燕等，云降水物理学（第1版），气象出版社，2011年。开课单位：大气物理学院大气物理系二、课程性质、教学目标和任务云、雾、降水物理过程是大气水循环的核心组成部分，是地球大气的热量、水份和动量平衡的关键因素，它不仅影响到局地的和短期的天气过程，也影响到大气环流和全球气候的变化。此外，云和降水还会

2、影响大气污染、大气雷电和电磁辐射的传播。本课程以大气热力学和大气动力学为基础，研究大气中水分在各阶段所经历的物理过程，即研究云、雾和降水和形成、发展和消散的物理规律，是大气科学中最为重要的分支学科之一，是雷达气象学、天气导变、强风暴等物理气象学的核心，与云动力学、云降水物理实验等课程相配合，共同构筑专业知识结构的核心框架。课程教学目标是使学生掌握云雾降水过程形成的基本原理，培养学生从物理本质出发分析和解决大气科学问题的能力。三、教学内容和要求1、绪论（2学时）（1）了解学科的发展历史；（2）理解研究方法体系；（3）掌握学科性质；微观云物理学与云动力学的联系；重点：学科性质；微观云物理学与云动力

3、学的联系；云降水物理学与人工影响天气的关系2、水的热力学性质（2学时）（1）了解水汽、液水、冰的分子结构特征及相变的微观解释；（2）理解冰晶效应及其在云物理学中的意义；（3）掌握表面张力、饱和水汽压及其影响因子；柯拉方程及其意义；重点：表面张力能和饱和水汽压及其影响因子；Clausius-Clapeyron方程；Kelvin方程；Khler方程；Bergeron效应（Bergeron过程、冰晶效应）难点：Khler方程的物理意义3、云雾形成的宏观条件（2学时）（1）了解大气水循环过程的基本特征、水汽含量变化的原理；（2）理解大气主要降温机制；（3）掌握湿空气达到饱和的途径；含水量及其随高度的变

4、化规律；重点：湿空气达到饱和的途径；大气降温过程与云雾形成的关系；含水量、绝热含水量的概念及其垂直分布规律4、云雾的宏观特征（4学时）（1）了解全球云雾降水的时空分布特征；卷云的宏观特征；地形对云系发展的影响；（2）理解云过程时间尺度；积云形成的热泡理论；辐射雾的物理机制；（3）掌握积状云和层状云的宏观特征、辐射雾与平流雾的特征差异；重点：云过程时间尺度；全球云降水分布；积云形成的热泡理论；辐射雾的物理机制；气团雷暴、积云一般特征难点：积云形成的热泡理论5、云降水微观特征（4学时）（1）了解冰相云降水粒子的微物理特征；（2）理解云中湿度特征；温度与水成物相态的关系；云雾降水粒子的尺度分布；下落

5、末速度；云的胶体稳定性；冰雹的分层结构；（3）掌握云降水粒子谱分布数据处理方法及微物理特征量的计算；重点：云雾降水粒子的典型尺度谱分布；Stokes定律推导；云的胶体稳定性；冰雹的分层结构难点：云降水粒子谱分布数据处理方法及微物理特征量的计算6、云的核化理论（2学时）（1）了解离子和不可溶粒子表面凝结核化的基本特点；（2）理解云凝结核和大气冰核的性质和特点；冰核起核化作用的条件；（3）理解同质核化的基本性质；同质冻结核化和异质冻结核化的差异；（4）掌握核化的概念；可溶性核上的凝结核化过程；重点：云凝结核和大气冰核的性质和特点、冰核起核化作用的条件难点：可溶性核上的凝结核化过程7、水滴与冰晶的扩

6、散增长（4学时）（1）了解冰晶凝华增长处理方法；冰晶的形状与温度和湿度的关系；（2）理解单滴凝结增长方程及其应用；云滴群凝结增长过程基本规律；（3）掌握球形滴表面的水汽扩散方程、热扩散方程、Maxwell方程；扩散系数、热传导率；扩散增长基本规律；潜热对冰晶效应的影响；重点：球形水滴表面的水汽扩散方程、热扩散方程、Maxwell方程、扩散增长基本规律；潜热对冰晶效应的影响；云滴群凝结增长过程基本规律难点：单滴凝结增长方程及其应用8、液相降水形成理论（3学时）（1）了解随机和准随机碰并增长模型、凝结增长过渡到碰并增长的可能机制；（2）理解凝结增长与碰并增长的共同作用过程；（3）掌握碰撞效率概念及

7、规律；雨滴繁生机制；连续碰并增长方程的推导及应用；重点：碰撞效率概念及规律；连续碰并增长；雨滴繁生机制难点：连续碰并增长方程的推导及应用9、冰相降水形成理论（3学时）（1）了解冰相粒子的碰撞特性、冰质粒的融化；（2）理解连续碰并增长方程对冰相粒子碰并增长过程的应用；成云致雨的微物理过程；（3）掌握冰相降水的主要形成机制；冰质粒繁生机制；重点：冰相降水的主要形成机制；冰质粒繁生机制；成云致雨的微物理过程10、冰雹微物理学（2学时）（1）了解雹胚与云体温度的关系；（2）理解冰雹增长微物理过程；冰雹云流场结构对在冰雹形成过程中的作用；（3）掌握气团雷暴的结构与生命史；干增长和湿增长的概念和判据；重点

8、：干增长和湿增长及其判据；冰雹云流场结构对在冰雹形成过程中的作用难点：冰雹增长微物理过程11、降水过程与结构特征（2学时）（1）了解热带气旋的云系结构特征；雨带形成机制；（2）理解降水形成的简化理论；（3）掌握“播种云供应云”降水机制；温带气旋云系及其雨带的结构；重点：“播种云供应云”降水机制；温带气旋云系及其雨带的结构难点：降水形成理论四、课程考核（1）作业等：作业：5次；（2）考核方式：闭卷考试（3）总评成绩计算方式：平时成绩（课堂+作业）、期末考试成绩等综合计算五、参考书目1.王鹏飞、李子华，微观云物理学，气象出版社，1989。2.罗杰斯（周文贤、章澄昌译），云物理简明教程，气象出版社，

9、1983。3.梅森(Mason),云物理学，科学出版社，1978。4. V. I. Khvorostyanov, and J. A. Curry, Thermodynamics, kinetics, and microphysics of clouds. Cambridge University Press, 2014.5. P. K. Wang, Physics and dynamics of clouds and precipitation. Cambridge University Press, 2013.6.D. Lamb and J. Verlinde, Physics and chemistry of clouds. Cambridge University Press, 2011.7. W. R. Cotton, G. H. Bryan, and S. C. Van den Heever, Storm and cloud dynamics: the dynamics of clouds and precipitating mesosc