大氣圈與氣候系統(tǒng)大氣水分和降水講述課件

1、第三章 大氣圈與氣候系統(tǒng)重點(diǎn)及難點(diǎn)大氣熱能性質(zhì)大氣運(yùn)動(dòng)形式及特點(diǎn)各種氣候類型的判斷大氣的組成和熱能大氣水分和降水大氣運(yùn)動(dòng)和天氣系統(tǒng)氣候的形成氣候變化一、大氣濕度（一）濕度概念及其表示方法表示大氣濕潤(rùn)程度的物理量，稱大氣濕度，它有如下幾種表示方法：1.水汽壓e 水汽是大氣的組成部分，具有壓力，稱為水汽壓。當(dāng)大氣中的水汽含量增加時(shí)，水汽壓也相應(yīng)增大；反之，水汽壓減小。因此，水汽壓可以用來(lái)表示大氣中水汽含量的多少。水汽壓的單位與氣壓?jiǎn)挝灰粯?，用毫米水銀柱高或毫巴表示。 水汽壓的分布：赤道向兩極減??；隨高度表現(xiàn)為指數(shù)衰減；第二節(jié) 大氣水分和降水空氣中水汽含量與溫度高低有密切關(guān)系。溫度愈高，空氣中容納水

2、汽的能力愈強(qiáng)。在一定的溫度條件下，一定體積的空氣中所容納的水汽數(shù)量是有一定限度的，因而水汽壓也有一個(gè)限度。當(dāng)水汽含量恰好達(dá)到這個(gè)限度，叫飽和空氣。飽和空氣的水汽壓稱為飽和水汽壓E，或稱最大水汽壓。飽和水汽壓的大小與溫度有關(guān)，溫度愈高，飽和水汽壓愈大。 2.絕對(duì)濕度單位容積空氣中所含的水汽質(zhì)量（通常以g/m3 表示），稱為絕對(duì)濕度。一般情況下，氣溫的數(shù)值和16相差不大時(shí)，以毫米水銀柱高為單位的水汽壓與絕對(duì)濕度在數(shù)值上近似，故在實(shí)際工作中以水汽壓代替絕對(duì)濕度。 絕對(duì)濕度與水汽壓的關(guān)系：H=289*e/T (e：水汽壓；T：氣溫）3.相對(duì)濕度f(wàn) 大氣中實(shí)際水汽含量與飽和時(shí)水汽含量的比數(shù)，即實(shí)際水汽壓

3、e 與同溫度條件下飽和水汽壓E 之比稱為相對(duì)濕度。相對(duì)濕度能夠直接反映空氣距飽和時(shí)的程度和大氣中水汽的相對(duì)含量，在氣候資料分析中運(yùn)用很廣。F=e/E (e：水汽壓；E：飽和水汽壓）4.露點(diǎn)溫度Td 當(dāng)空氣中水汽含量不變、氣壓一定時(shí)，氣溫下降到使空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度，簡(jiǎn)稱露點(diǎn)?？諝饨?jīng)常處于未飽和狀態(tài)，所以露點(diǎn)溫度經(jīng)常低于氣溫。在飽和空氣中，T- Td 0；在未飽和空氣中， T- Td 0； T- Td 差值愈大，說(shuō)明相對(duì)濕度愈小。氣溫降低到露點(diǎn)，是水汽凝結(jié)的必要條件。（二）濕度的變化與分布： 相對(duì)濕度應(yīng)用廣泛。 1）相對(duì)濕度日變化：與氣溫日變化相反。 水汽壓日變化不大的情況下，最高

4、值出現(xiàn)在日出之前，最低值出現(xiàn)在午后。 沿海地區(qū)，白天盛行海風(fēng)，水汽含量高，相對(duì)濕度最高值出現(xiàn)在午后； 夜晚盛行陸風(fēng)，相對(duì)濕度最低值出現(xiàn)在日出前。 2）年變化：一般情況為夏季小，冬季高；夏季盛行海風(fēng)，冬季盛行陸風(fēng)時(shí)，相反。 3）空間分布：距海遠(yuǎn)近和緯度高低差異（赤道、副熱帶及高緯度區(qū)）。二、蒸發(fā)和凝結(jié)（一）蒸發(fā)及其影響因素液態(tài)水轉(zhuǎn)化為水汽的過(guò)程叫蒸發(fā)。蒸發(fā)過(guò)程的發(fā)生，取決于實(shí)際水汽壓（e）與飽和水汽壓（E）二者對(duì)比關(guān)系。當(dāng)eE，蒸發(fā)進(jìn)行；eE，蒸發(fā)停止，并可能產(chǎn)生凝結(jié)；eE，處于動(dòng)態(tài)平衡，即逸出水面的分子數(shù)與進(jìn)入水中的分子數(shù)相等。影響蒸發(fā)的因素主要有：1.蒸發(fā)面的溫度 蒸發(fā)面的溫度愈高，蒸發(fā)過(guò)程

5、愈迅速。因?yàn)闇囟雀邥r(shí)，蒸發(fā)面上的飽和水汽壓大，飽和差也比較大。這是影響蒸發(fā)的主要因素。2.空氣濕度和風(fēng) 空氣濕度愈大，飽和差愈小，蒸發(fā)過(guò)程緩慢；空氣濕度愈小，飽和差愈大，蒸發(fā)過(guò)程迅速。無(wú)風(fēng)時(shí)，蒸發(fā)面上的水汽靠分子擴(kuò)散向外傳遞，水汽壓減小很緩慢，容易達(dá)到飽和，故蒸發(fā)過(guò)程微弱。有風(fēng)時(shí)，蒸發(fā)面上的水汽隨氣流散布，水汽壓比較小，故蒸發(fā)過(guò)程迅速。B. 蒸發(fā)量（mm) 一般與氣溫變化一致。（二）凝結(jié)和凝結(jié)的條件1.水由汽態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過(guò)程，稱為凝結(jié)。顯然，凝結(jié)是與蒸發(fā)相反的一種物理過(guò)程。當(dāng)水面上的水汽壓超過(guò)飽和水汽壓（eE）時(shí)，水汽處于過(guò)飽和狀態(tài)，返回水面上的分子比逸出的分子多，部分汽態(tài)水即轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水。

6、因此，水汽凝結(jié)以水汽達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)為前提。絕熱冷卻：絕熱膨脹而冷卻，本身水汽量無(wú)增加，但飽和水汽壓下降。此時(shí)氣溫為露點(diǎn)溫度。輻射冷卻：空氣本身向外輻射使溫度降低的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程一般較緩慢，水汽凝結(jié)量不多，只能形成露、霜、霧等。平流冷卻：較暖的空氣經(jīng)過(guò)冷地面，把熱量傳給冷地表，造成空氣本身冷卻?；旌侠鋮s：溫度相差較大且接近飽和的兩團(tuán)空氣混合。水汽達(dá)到飽和或過(guò)飽和1）增加空氣中的水汽含量2）使含有一定量的空氣冷卻四種過(guò)程2. 凝結(jié)核：水汽開(kāi)始凝結(jié)的核心。 水汽的吸附作用；使形成的滴粒比單純由水分子聚集而成的滴粒大，利于水汽繼續(xù)凝結(jié)。三、水汽的凝結(jié)現(xiàn)象（一） 地表面的凝結(jié)現(xiàn)象1.霜和露 水汽凝附于地

7、面或地面物體上，溫度在0以上呈液態(tài)，稱為露；溫度在0以下呈固態(tài)，稱為霜。 形成條件：晴朗無(wú)風(fēng)或風(fēng)速很小的夜晚。霜通常見(jiàn)于冬季，露見(jiàn)于其他季節(jié)，尤以夏季為明顯。霜與露的形成與天氣狀況、局部地形等條件有何關(guān)系？霜與露的形成與天氣狀況、局部地形等條件密切相關(guān)。晴天夜晚無(wú)風(fēng)或風(fēng)很小時(shí)，地面有效輻射強(qiáng)烈，近地面層空氣溫度迅速下降到露點(diǎn)，因而有利于水汽的凝結(jié)；多云的夜晚，由于大氣逆輻射增強(qiáng)，地面有效輻射大為減弱，近地面層空氣溫度難以下降到露點(diǎn)，故不利于水汽凝結(jié)；風(fēng)力較強(qiáng)的夜晚，因空氣的亂流混合，氣溫也難以降低到露點(diǎn)溫度，霜露不容易形成。此外，表面輻射很強(qiáng)又不善于傳熱的物體，如樹(shù)葉、雜草等表面，最有利于形成

8、霜露。2.霧凇和雨凇霧凇是一種白色固體凝結(jié)物，由過(guò)冷的霧滴附著于地面物體上迅速凍結(jié)而成。它經(jīng)常出現(xiàn)在有霧、風(fēng)小的嚴(yán)寒天氣里。雨凇是平滑而透明的冰層。它多半在溫度為0-6時(shí)，由過(guò)冷卻雨、毛毛雨接觸物體表面形成；或是經(jīng)長(zhǎng)期嚴(yán)寒后，雨滴降落在極冷物體表面凍結(jié)而成。霧凇雨凇霧凇和雨凇通常都形成于樹(shù)枝、電線上，并總是在物體的迎風(fēng)面上增長(zhǎng)，且在受風(fēng)面大的物體上凝聚最多。霧凇和雨淞常造成林木破壞、電線折斷，對(duì)農(nóng)林、交通產(chǎn)生有害影響。（二）大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象 1.霧：漂浮于近地面層的乳白色微小水滴或冰晶。煙塵微粒較多時(shí)導(dǎo)致的能見(jiàn)度較差，稱為霾。 輻射霧： 平流霧： 蒸汽霧： 上坡霧： 鋒面霧： 分布特點(diǎn)：沿海多

9、于內(nèi)地，高緯多于低緯。霧2. 云 ：高空水汽的凝結(jié)現(xiàn)象。 云的分類：依據(jù)云的形狀、云底高度及云的上升特點(diǎn)分類 積狀云：空氣對(duì)流上升，呈孤立分散狀態(tài)； 層狀云：空氣斜升運(yùn)動(dòng)形成，均勻幕狀云層，通常具有較大的范圍，覆蓋數(shù)千甚至上萬(wàn)平方千米的地區(qū)。 波狀云：通常因空氣密度不同，運(yùn)動(dòng)速度不等的兩個(gè)氣層界面上產(chǎn)生波動(dòng)而形成。表面呈現(xiàn)波狀起伏或魚(yú)鱗狀的云層。 雨層云高層云卷層云波狀云層狀云高積云卷層云云量：0-10.分布與緯度、海陸分布、氣流運(yùn)動(dòng)等有關(guān)。全球可劃分為：赤道多云帶：上升氣流為主，對(duì)流旺盛。平均云量為6.緯度20-30度少云帶：以下沉氣流為主，空氣干燥，平均云量為4；中高緯多云帶：氣團(tuán)、鋒面活

10、動(dòng)頻繁。平均云量為6.5-7.四 大氣降水：從云層中降落到地面的液態(tài)或固態(tài)水。(一)降水的形成云滴增長(zhǎng)1. 云滴凝結(jié)增長(zhǎng) 冰水共存（冰晶效應(yīng)）、冷暖不同的水滴共存； 2.云滴沖并增長(zhǎng)：是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的水滴相碰合并而增大的過(guò)程。下降時(shí)，大水滴追上小水滴；上升時(shí)，小水滴追上大水滴，都會(huì)發(fā)生碰并，使云滴迅速增大。 在云滴增長(zhǎng)過(guò)程中，上述兩種過(guò)程共同作用，初期以凝結(jié)（凝華）增長(zhǎng)為主，后期則以碰并增長(zhǎng)為主，尤其在低緯度地區(qū)的暖云降水，碰并增長(zhǎng)更為重要。人工降水：借助催化劑改變?cè)频蔚男再|(zhì)、大小和分布狀況，創(chuàng)造云滴增大條件。冷云人工降水：播撒干冰和碘化銀；暖云人工降水：云內(nèi)撒播氯化鈉、氯化鉀等粉末。（二

11、） 降水的類型A 對(duì)流雨：空氣濕度大，近地面氣層強(qiáng)烈受熱引起對(duì)流形成的降水。多以暴雨形似出現(xiàn)。如西南季風(fēng)區(qū)，通常見(jiàn)于夏季。B 地形雨：暖濕空氣遇高山阻礙被迫抬升，達(dá)到冷凝時(shí)產(chǎn)生降水，迎風(fēng)坡多雨，背風(fēng)坡焚風(fēng)效應(yīng)。C 鋒面雨：兩種物理性質(zhì)不同的氣團(tuán)相遇，暖空氣沿交界面上升，達(dá)到冷凝高度降水。雨區(qū)廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。D 臺(tái)風(fēng)雨（三） 降水的時(shí)間變化1.降水量與降水強(qiáng)度 降水量：降落到地面的雨、雪、雹等，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透流失而積聚在水平面上的水層厚度。 降水強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間的降水量。2.降水的日變化 大陸型：兩個(gè)最大值（午后和清晨）、兩個(gè)最小值（夜間和午前）； 海洋或海岸型：一個(gè)最大值（清晨）、一個(gè)最小值（午后）；3. 降水的季節(jié)變化：緯度、海陸位置及大氣環(huán)流等影響。 赤道型：全年多雨，兩個(gè)最大值（春、秋分），兩個(gè)最小值（夏至、冬至）； 熱帶型：兩段最多降水量逐漸接近； 副熱帶型：全年降水只有一個(gè)最高、最低值。 溫帶及高緯型：內(nèi)陸及東海岸以夏季對(duì)流雨為主，西海岸以秋冬氣旋雨為主。4. 降水變率 各年降水量的距平數(shù)與多年平均降水量的百分比。 降水變率大小反映降水的穩(wěn)定性或可靠性。 北方大于南方，內(nèi)陸大于沿海。（四）降水量的分布降水量的空間分布，受地理緯度、海陸位置、大氣環(huán)流、天氣系統(tǒng)和地形等多種因素制約。從降水量的緯度分布來(lái)看，全球可劃分四個(gè)降水帶 （1）赤道多雨帶：年降水量至少1500