讲稿农业气象学chapter

1、1 空气湿度（air humidity)二三空气湿度的表示方法空气湿度的时空变化一水的相变一、水的相变 水汽是大气中唯一能发生相变的气体，水的三相为水汽、水、冰。水相变化的物理过程从分子运动学的观点看，水相变化是各相之间分子交换的过程。水相变化中的三种过程在水和水汽共存的系统中，存在三种过程：蒸发过程、凝结过程和动态平衡。气象学上用空气湿度表示大气中水汽含量的多少。 绝对湿度(w)就是单位体积湿空气中所含的水汽质量，也即为水汽密度(water vapor density)。可表示空气中水汽的绝对含量。 根据气体的状态方程，它与水汽压的关系是：1.绝对湿度(absolute humidity)

2、其中T为气温，ea为实际水汽压，R w为水汽的比气体常数。二、 空气湿度的表示方法2.水汽压(water vapour pressure) 水汽压（e）：空气中水汽产生的压强。水汽压可以直接表示空气中水汽含量的多少。水汽压单位：百帕（hPa），毫米汞柱mmHg饱和水汽压：空气中水汽达到饱和状态时的水汽压(saturation/equilibrium vapour pressure) ，用E或es表示。(1)物态 同温度下冰面E冰E水饱和水汽压E的影响因素云中，冰晶与过冷却水滴常常并存，若E冰eE水，则水滴将蒸发而逐渐缩小，冰晶将不断凝华而增大，水分子不断从水滴向冰晶转移，这就是“冰晶效应”E受

3、物态、蒸发面形状、水溶液浓度、温度等因素影响。(2)蒸发面形状 当蒸发面曲率半径1m，与水分子半径相近时，蒸发面形状会影响E的大小。饱和水汽压的影响因素(3)云中水滴大小 云中水滴大小不一，曲率不同，若实际水汽压介于大小水滴的E之间时 (E大eE小)，小水滴因蒸发而缩小，大水滴因凝结而增大。饱和水汽压的影响因素(4)蒸发面浓度 当蒸发面浓度的不同，也会影响E的大小。因为浓度大的液体表面水分子占据的面积小，单位时间内逸出的水分子就少。饱和水汽压的影响因素(5)温度 影响饱和水汽压的最主要因素温度()-30-20-100102030E(hPa)0.51.22.96.112.323.442.5不同温

4、度下的饱和水汽压饱和水汽压与温度的关系，可用马格奴斯（Magnus）半经验公式表示(Es0=6.1hPa)：也可用泰登(Teten)公式表示:es0=610.78pa=6.1hpa 饱和水汽压与温度关系曲线饱和水汽压(E)温度()相对湿度（r）：空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。即：3.相对湿度(relative humidity) 相对湿度主要取决于空气中的水汽含量和温度。当温度一定时，水汽含量越多，相对湿度越大；而当水汽含量一定时，气温越高，相对湿度越小。 饱和差（d）：同温度下的饱和水汽压与空气中实际水汽压之差。即： d=E-e 饱和差表示空气中的水汽含量与饱和时的水汽含量

5、之间的差距，但不表示空气中水汽含量的多少。 当温度一定时，水汽含量越多，饱和差越小；而当水汽含量一定时，气温越高，饱和差越大。4.饱和差（saturation deficit/deficiency)5.露点温度(dew-point temperature)温度()-30-20-100102030E(hPa)0.51.22.96.112.323.442.5不同温度下的饱和水汽压(1) 设有一团气温为20 ，水汽压为12.3hPa的气块，它是不饱和的。如果将其降温至10 ，就达到饱和。(2) 气温为30 ，水汽压为6.1hPa的气块，它也是不饱和的。如果将其降温至0 ，就达到饱和。温度()-30-

6、20-100102030E(hPa)0.51.22.96.112.323.442.5不同温度下的饱和水汽压 上面的例子说明：含有水汽、但不饱和的空气块，可以通过降低温度达到饱和，如果在这个温度下再降温，则会出现凝结现象。因此这个温度是夜间地面出现露水的起点温度。所以有定义：露点温度（td)：对含有水汽的湿空气，在不改变气压与水汽含量的条件下通过降温使其达到饱和时的温度，单位为 。三.空气湿度的时空变化1. 空气湿度的空间变化 水汽压的垂直变化：水汽主要集中在对流层的下部，且随高度上升而迅速降低。水汽压随高度的变化可近似用下式表示：其中为经验常数，一般取5000m。相对湿度随高度的变化则比较复杂

7、。 2. 空气湿度的时间变化 （1）水汽压的日、年变化日变化 海洋型：地面水分充分供应，乱流不强的地区水汽压与气温变化一致：eMax14:00，emin日出前 大陆型：地面水分供应不够充分，或乱流较强的地区，水汽压变化曲线为双峰型：eMax9:00-10:00，21:00-22:00emin日出前，14:00-15:00年变化 与温度变化一致：eMax7月，emin1月 水汽压的日变化水汽压距平单峰型双峰型 从相对湿度的定义可知：相对湿度随饱和水汽压的增大而减小，而饱和水汽压又随温度的升高而迅速增大，因此相对湿度一般随温度的升高面减小。（2）相对湿度的变化相对湿度的日变化 几乎与温度的变化相反

8、。 相对湿度的年变化 一般来说冬季最大，夏季最小。但在季风气候区，冬季受寒冷大陆冷空气影响，寒冷干燥；夏季受海洋气流的影响，炎热湿润，所以相对湿度的变化与气温相同。 相对湿度的日变化相对湿度温度一二2 蒸发与蒸腾水面蒸发土壤水分的蒸发一.水面蒸发(Evaporation) 蒸发速率（W0 )：单位时间单位面积上蒸发的水量。单位有mm/d和g/cm2d，二者的关系是： 1g/cm2d=10mm/d水面蒸发速率可用道尔顿(Dalton)蒸发公式表示： 其中esw为水面温度下的饱和水汽压，ea为空气中的实际水汽压，P为气压，C为与风速有关的常数。水面蒸发速率的影响因素根据道尔顿蒸发公式： 可知：水面

9、蒸发速率的主要影响因素为：1.水面温度 温度越高，蒸发越快；2.水汽压 空气中水汽压越小（越干燥），蒸发越快；3.气压 气压越小，蒸发量越大；4.风速 风速越大，蒸发量也越大；5.溶质浓度 浓度越大，蒸发量越小。蒸发的观测一口径20厘米、高约10厘米的金属圆盆 金属丝网圈距地面高度为70厘米每天20时观测，测量前一天注入的20毫米清水 1.土壤水分蒸发的方式 :水分由毛细管上升到土壤表面后汽化 这种方式主要受气象因子影响，影响因素与水面蒸发过程类似。水分在土壤中汽化，然后通过土壤孔隙扩散进入大气 这种过程与气象因子基本上没有什么关系，蒸发速率主要受土壤因素（如土壤类型、结构、孔隙度等）的影响。

10、二.土壤水分的蒸发土壤中水分由多到少的过程大致经历三个阶段：(1)稳高阶段 在土壤水分较多的阶段，蒸发主要通过第一种方式进行。(2)速降阶段 土壤水分含量迅速降低，只有部分毛细管起作用，蒸发通过两种方式进行。(3) 稳低阶段 土壤水分很低，毛细管失去了传导水分的作用，蒸发只能通过第二种方式进行。 在稳高阶段，蒸发过程主要受气象因子影响；在稳低阶段，蒸发速率主要受土壤因素的影响；而在速降阶段 ，气象因子和土壤因子都对蒸发过程有影响。2.土壤水分蒸发过程 土壤水分又称为墒，由上述分析，可用以下措施保墒：(1)耕翻与松土 在稳高阶段，松土或翻耕可切断毛细管，破坏其输水的作用；(2)镇压 在速降阶段或

11、稳低阶段，镇压可减小土壤空隙，阻断水汽扩散的通道；(3) 覆盖 用地膜、秸杆等覆盖，可阻断土壤水分进入大气的路径，效果很好。3.保墒措施一二3 水汽凝结与大气降水水汽凝结的条件水汽凝结物三降水四人工影响云雨一.凝结(condensation)条件(一)空气中的水汽达到过饱和 :根据道尔顿蒸发公式： 可知，要产生凝结（W00，凝结物为露水，td0，凝结物为霜。 出现的有利条件：晴朗微风的夜晚与清晨。因此露和霜都预示天气晴朗。 凡是夜间有效辐射较大的地物表面，都易形成露和霜。雾凇（rime) 雾淞俗称“树挂”，是附着于地物迎风面上的白色疏松的凝结物，由过冷却雾滴被风吹到地物表面后迅速冻结而成。 粒

12、状雾淞 出现在-2至-7 、有雾且风速较大的天气条件下。 晶状雾淞 出现在 -15 左右、有雾且微风的天气条件下。2.雾凇与雨淞 过冷却雨降落在低于0的地物表面迅速冻结而成的光滑透明的冰层。 雨淞(glaze/ glazed frost)名称外形特征成因天气条件容易附着的物体部分霜白色松脆的冰晶地面或近地物体冷却到0以下，水汽凝化而成，或由露冻结而成晴朗，微风，湿度大的夜间水平面上和微斜的表面上雾淞乳白色的冰晶层或颗粒状冰层，较松脆过冷却雾滴在物体迎风面冻结或严寒时空气中水汽凝华而成气温较低(在-3以下)，有雾或湿度大时物体的突出部分和迎风面上最多雨淞透明或毛玻璃状的冰层，坚硬，光滑过冷却雨滴

13、或毛毛雨滴在物体（温度低于0)上冻结而成气温稍低有雨或毛毛雨下降的时候水平、垂直面均可形成，但水平面和迎风面上增长快霜、雾淞和雨淞的比较(二)近地气层中的凝结物雾(Fog) 雾是悬浮在近地气层中的微小水滴或冰晶的聚合物，它常使能见度减小(5.0降水距平(rainfall departure):又叫绝对变率（variability）,指一地某一时段的实际降水量与多年同期平均降水量之差。多年距平绝对值的平均，叫平均距平。降水相对变率（relative variability）：一段时间内的降水距平与多年平均降水量的百分比。平均相对变率：平均距平与多年同期平均降水量的百分比。意义：表示一个地区降水量年际之间变动程度的大小，也表示了发生旱涝可能性的大小。(3)降水距平和降水变率 一地一定时段内的水面可能蒸发量与同期降水量的比值，叫做干燥度（K）。 K=W0/R,式中的W0表示在当地气候条件下在地面或农田充分供水时的蒸发量，称为蒸发力（或称潜在蒸散，蒸发势），它与大于10的积温有十分密切的关系。按一年的时间段计算，大约为大于10的活动积温的0.16倍。因此有：（4）.干燥度（aridity index）农业上可将干燥度划分为以下等级：K0.99 湿润 1.0K1.49 半湿润