第三章大气的水分.ppt

1、2020/10/13,气象气候学,地理科学与旅游学院,第三章 大气的水分 第一节 蒸发与凝结 第二节 地表面和大气中的凝结物 第三节 降水,一、水相变化 1、水相变化的物理过程 蒸发-由水变成水汽的物理过程。 蒸发潜热 -1g水蒸发为同温度下的水汽所需消耗的热量。L=2497焦耳/g 凝结 凝结潜热 -凝结时所释放的热量. L=2497焦耳/g 凝华 升华, 升华潜热 =融解潜热+蒸发潜热 = 334.7 + 2497 =2831.7焦耳/g 凝华潜热 潜热交换过程 -这种由水的相变导致的热量吸收和释放过程。 潜热能 -水的相变过程伴随有能量转化和交换，这种能量为潜热能。,蒸发面是出现蒸发（升

2、华）还是凝结（凝华），其决定条件是什么？,e E 凝结过程 实际水汽量达到过 饱和状态. e = E 实际水汽量达到饱和状态，无 蒸发也无凝结.,-e 与 E,2、水相变化的判据,二、饱和水汽压（E） 1、E与蒸发面T的关系 -E随T的升高而增大. 思考：这是为什么？ 注意两点： E随T的升高而增大。这意味着由于T的升高，原来饱和的空气可变为不饱和，重新出现蒸发；相反，T下降，E下降，意味原来饱和状态的空气变为过饱和状态，多余的水汽可能出现凝结。,处在不同T下的饱和空气，如果下降同样的T，那么，在高温条件下的饱和空气凝结的水汽量要比低温条件凝结的水汽要多。 思考：为什么暴雨总是发生在暖季？ 2

3、、E与蒸发面性质的关系 冰面和过冷却水 E冰 E过冷却水 思考：为什么？,这就是“冰晶效应“，又称贝吉龙理论，对降水的形成起重要作用。 溶液面和纯水面 E溶 E纯 思考：为什么？,冰 晶,水滴,E冰 e E过冷却水,E冰 e,e E过冷却水,E与蒸发面形状的关系,大、小水滴的饱和水气压 大水滴的曲率小，小水滴曲率大. E大水滴 E小水滴 E大水滴 e E小水滴 对云雾的初始形成起作用.（大水滴半径小于1微米）,A,B,C,凸水面（曲率大）E A 平水面 EB 凹水面（曲率小）EC,三、影响蒸发的因素（1）水源（2）热源（3）饱和差E- e（4）风速和湍流扩散的强度,四、空气湿度的时间变化 1、

4、水汽压 （1）日变化 湍流较强夏季（陆地）: 一天中有两个最高值（9h10h, 21h22h)和两个最低值（清晨、午后）. 湍流不强季节（海洋、沿海或陆地）: 一天中有一个最高值（午后）和一个最低值（ 清晨）.,（2）年变化 -一年中有一个最高值和最低值. 2、相对湿度（f = e / E x 100% ） （1）日变化： （2） 年变化：,五、水汽凝结的条件 （1）空气要达到饱和或过饱和状态. 增加大气中水汽过饱和状态的过程： 暖水面蒸发 空气的冷却（绝热冷却、辐射冷却、平流冷却） （2）要有凝结核 中国雾都-重庆,Back,第二节 地表面和大气中的凝结现象 一、地面的水汽凝结物 1、露和霜

5、,谚语：露水起晴天，霜重见晴天。 谚语： 冬天吹大风，日头火样红； 日落红霞现，风停霜必浓。 在农业生产上，我们要预防的是霜还 是霜冻？为什么？可采用什么措施？,露和霜 概念 -近地面空气中水汽，因地面或地面物体辐射冷却，使其温度低于贴地空气的Td 时，水汽则凝结在地面或近地面物体上。那么 若Td 0，凝结物是水滴，称为露. 若Td 0,凝结物是松散结构白色冰晶，称为霜。, 形成的条件 空气湿度. 晴朗和微风的夜晚. 地面或地物不利于传导热量，而易于凝结。 露和霜的区别 降温条件不同： 形态不同：, 霜和霜冻的区别 霜冻：低温。 低温 Td， 有霜冻而无霜出现，称为黑霜； 低温 Td，有霜冻同

6、时有霜出现，称为白霜；,2、雾凇和雨凇 雾凇 -过冷水滴凝聚而成的白色固体凝结物。 晶状雾凇 -在有雾、微风、冰晶与过冷却水共存，T-15天气条件下，过冷却雾滴蒸发后，由水汽凝华而成。 粒状雾凇 -在有雾、风速较大，T=-2-7 天气里，风把过冷雾滴吹到冷的物体表面迅速冻结而成。,雨凇（冰凌、冻雨） -由过冷却雨滴降到T0 的地面或地物上，立即冻结成透明或毛玻璃状的紧密冰层，使电线和树枝变成粗大的冰棍，地面积起厚厚的冰层。,0,0,0,云 层,气层或云层,旅游资源开发-“中国雪之乡”,2、 空中的主要凝结物-云和雾, 云 概念 -由水汽凝结而成的大量的小水滴或小冰晶高悬于空中的可见聚合体。 形

7、成条件 水汽充足 有凝结核 有冷却降温,云的生成过程 动力抬升（锋面、大范围气流辐合） 热力抬升 地形抬升 大气波动 云的分类 按云的温度分： 冷云（0 以下） 暖云（0 以上 ）,按云的相态分： 水成云（暖水滴和过冷却水） 冰成云（冰晶） 混合云（过冷却水和冰晶） 按云的上升气流特点和形状分： 积状云 层状云 波状云,云 的 分 类,积状云,成因 -主要热力对流引起。 特点及其成因 个体分明、孤立分散.（为什么?） 底平、顶凸。 （为什么?） 积状云形成的几个阶段： 淡积云阶段 浓积云阶段 积雨云阶段,V=5m/s,V=1520m/s,V=2030m/s,T=-15,预测天气： 夏天的下午是

8、淡积云为晴天的预 兆，早上是浓积云则为雷雨的预兆。 黑云上顶，风雨不用请。 一块黑云在天顶，再大风雨也不惊。,层状云,卷云,卷层云,高层云,雨层云,成因-动力抬升 特征 范围大，连成一片. （为什么?） 结构、颜色差别不大. （为什么?） 降水连续性、强度小、时间长。（为什么?） 预测天气： “日晕三更雨，月晕午时风”,日晕,月晕,波状云,成因-有大气波动和湍流运动,逆温层,特征 厚度不大，较稳定. （为什么?） 排列有序整齐，降水具有间歇性。 （为什么?） 预测天气：“瓦块云，晒死人”、 “天上鲤鱼斑,明天晒谷不用翻”（晴好天气）； “鱼鳞天，不雨也风颠”（它和层状云连在一起出现风雨天气）。

9、, 雾,概念 - 悬浮在近地面空气中的大量水滴或冰晶的可见集合体，使水平能见度小于1Km的物理现象。 形成条件 水汽充足 有冷却过程 有凝结核 雾的分类,雾,气团雾 锋面雾,蒸发雾 混合雾 冷却雾,辐射雾 平流雾 上坡雾,(形成的天气条件）,(形成的条件),(形成的冷却过程 ),雾的分类,辐射雾 概念：地面辐射冷却使贴近地气层变冷而形成的雾。 形成的条件： 晴夜 微风（13m/s) 水汽充足 大气层结稳定（逆温层）,特征 厚度不大，日变化明显；（为什么?） 季节性，冬季多见；（为什么?） 地方性较强。 预测天气：“十雾九晴” 平流雾 概念：暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成的雾。,形成的条件

10、： 下垫面与移来的暖湿空气的温差较大 空气湿度大 适宜的风向和风速（27m/s) 层结较稳定 特征： 范围广，厚度大，时间长，无明显的日变化；（为什么?） 海洋四季多见，沿海春夏多见；（为什么?） 沿海多于内陆，高纬多于低纬。,平流辐射雾-由平流冷却和辐射冷却共同作用而形成的雾。-出现的时期随各地风向的季变有差异。,冬季,春季,蒸发雾 -冷空气经过暖水面时，水面上不断蒸发出来水汽遇到冷空气凝结形成的雾。 上坡雾 -稳定的空气沿高地或山坡上升因绝热冷却而形成的雾。 锋面雾 -冷暖性质不同的气团交界处形成的雾。,重庆,第三节 降水 概念: -从云中生成降落到地面的液态或固态水汽凝结物。 水汽 云滴

11、、冰晶胚胎 云滴 雨滴 降水形成的宏观条件: 水汽充足 要有上升运动 降水形成的微物理过程-云滴增长过程 水汽 云滴、冰晶胚胎 云滴 雨滴,云滴的凝结（华）增长过程 云内维持一定的过饱和状态（增长有限度） 云滴之间要存在饱和水汽压差异，即高、低温云滴共存；大、小云滴(水滴）共存；冰晶、过冷却水共存。（增长也有限度）,冰 晶,水滴,E冰 e,e E过冷却水,E冰 e E过冷却水,云滴的碰并增长过程 碰并增长-两个或两个以上的水滴相碰合并而增大的过程。 重力碰并-在地球的重力场中，大小水滴运动速度不同而产生的碰并现象。 -云滴的凝结（华）增长过程与云滴的碰并增长过程同时起作用。, 降水类型 按降水形态分： -雨、雪、冰雹、霰. 按降水性质分： -连续性降水、阵性降水、毛毛雨. 按降水强度分： -小雨大雨；小雪大雪。