三章-大氣中的水分課件

1、第二章 大氣中的水分第二章 大氣中的水分主要內(nèi)容 大氣中空氣濕度的表示方法 蒸發(fā)及凝結(jié)現(xiàn)象 大氣中的凝結(jié)物 降水的形成主要內(nèi)容 大氣中空氣濕度的表示方法第一節(jié) 大氣濕度及水相變化大氣中水分含量的多少，稱為濕度，即空氣的干濕程度。一、大氣濕度第一節(jié) 大氣濕度及水相變化大氣中水分含量的多少，稱為濕度，（一）濕度的表示方法 1、水汽壓： 指大氣中水汽部分的分壓力，用 e 表示，單位是 hPa ?？諝庵兴吭蕉?，水汽壓越大。 2、絕對(duì)濕度： 指單位體積濕空氣所含有的水汽質(zhì)量，又稱為水汽密度， 用 a 表示，其單位為 gm3 或 gcm3 ?？諝庵兴吭蕉啵^對(duì)濕度就越大。 由于水汽含量難以直接

2、測(cè)量，通常以 e 代替 a 。（一）濕度的表示方法 1、水汽壓： 指大氣中水汽部分的分壓飽和水汽壓與相對(duì)濕度 3、飽和水汽壓： 指一定體積空氣在一定溫度條件下所能容納的最大水汽量所具有的壓力，用 E 表示，其單位與水汽壓相同。飽和水汽壓隨溫度升高而增大，隨溫度降低而減小。 不同氣溫下的飽和濕度 氣溫() 水蒸氣壓力(mmHg) 水蒸氣量(g/m3) 04.584.5856.54 6.81 109.21 9.42 1512.79 12.85 20 17.54 17.32 飽和水汽壓與相對(duì)濕度 3、飽和水汽壓： 指一定體積空氣在一定 4、相對(duì)濕度 指空氣中實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓之比的百分

3、數(shù)，用 f 表示，即： f e E 100相對(duì)濕度大小直接反映空氣距離飽和的程度，當(dāng) e 不變時(shí)，氣溫升高飽和水汽壓增大，相對(duì)濕度減小。相對(duì)濕度在80以上稱為高氣濕，30以下稱為低氣濕。 4、相對(duì)濕度相對(duì)濕度在80以上稱為高氣濕，30以下稱為相對(duì)濕度的測(cè)定相對(duì)濕度的測(cè)定697581879335.0677379869330.0616876839225.0586674829120.0526170809015.0445465768810.032455871865.0153l4765820.011325477-505.04.03.02.01.0干濕差(干球溫度減去濕球溫度)干球溫度比較這些數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)

4、了哪些規(guī)律？697581879335.06773798當(dāng)溫度不變時(shí)，絕對(duì)濕度越大，相對(duì)濕度就越大；反之，絕對(duì)濕度越小，相對(duì)濕度就越小，它們呈正比關(guān)系。 當(dāng)絕對(duì)濕度不變時(shí)，溫度上升相對(duì)濕度必然下降，而溫度下降相對(duì)濕度必然上升，它們呈反比關(guān)系。當(dāng)相對(duì)濕度不變時(shí)，溫度升高必然絕對(duì)濕度加大，溫度降低必然絕對(duì)濕度減小，它們呈正比關(guān)系。絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和溫度三者的關(guān)系當(dāng)溫度不變時(shí)，絕對(duì)濕度越大，相對(duì)濕度就越大；反之，絕對(duì)濕度越飽和差與露點(diǎn) 5、飽和差 指在一定溫度下，飽和水汽壓與空氣中實(shí)際水汽壓之差，用 d 表示。 d E e ，單位與水汽壓相同。飽和差越大，說明空氣中水汽含量越少。 飽和差與露點(diǎn) 5、

5、飽和差 6、露點(diǎn) 指空氣中水汽含量不變，氣壓保持一定時(shí)，氣溫下降到使空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度。用 Td 表示。 在飽和空氣中， TTd 0 ； 而在未飽和空氣中，則 TTd 0 。 TTd 差值越大，相對(duì)濕度越小，反之相對(duì)濕度越大。氣溫降到露點(diǎn)，是水汽凝結(jié)的必要條件。露點(diǎn)儀6、露點(diǎn)露點(diǎn)儀露點(diǎn)的簡(jiǎn)單測(cè)量1、以量杯裝盛自來水片刻，讓水溫和 氣溫一致；2、放入溫度計(jì)，慢慢加入少量冰塊， 觀測(cè)水溫的降低；3、等候片刻或繼續(xù)加入多一些冰塊， 直至量杯外表面出現(xiàn)水珠，此時(shí)溫 度計(jì)的讀數(shù)即為露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)的簡(jiǎn)單測(cè)量1、以量杯裝盛自來水片刻，讓水溫和（二）濕度的變化與分布 1、日變化： 相對(duì)濕度的日變化主要取決于

6、氣溫。氣溫高相對(duì)濕度小，氣溫低相對(duì)濕度大。因?yàn)闅鉁卦龈邥r(shí)，飽和水汽壓增大比水汽壓增大要快得多，氣溫降低時(shí)相反。因此，相對(duì)濕度最高值出現(xiàn)在清晨氣溫最低時(shí)，最低值出現(xiàn)在午后氣溫最高時(shí)。 2、年變化： 相對(duì)濕度的年變化，一般是冬季最大，夏季最小。但季風(fēng)氣候區(qū)相反，夏季大冬季小，因?yàn)橄募撅L(fēng)來自海洋，而冬季風(fēng)來自大陸。（二）濕度的變化與分布 1、日變化： 相對(duì)濕度的日變化主要取3、濕度的空間分布 相對(duì)濕度的空間分布特征取決于緯度和海陸分布狀況。 赤道地帶終年高溫多雨，而高緯度地帶則全年低溫，所以相對(duì)濕度都較高80。副熱帶區(qū)域，相對(duì)濕度較低，約50。 通常，相對(duì)濕度大陸小海洋大。在大陸，距離海洋越近，相對(duì)

7、濕度越大；距離海洋越遠(yuǎn)，相對(duì)濕度越小。3、濕度的空間分布 相對(duì)濕度的空間分布特征取決于二、蒸發(fā)與凝結(jié)水文循環(huán)過程如下圖所示1、水分循環(huán)二、蒸發(fā)與凝結(jié)水文循環(huán)過程如下圖所示1、水分循環(huán) “天然人工”水循環(huán)示意圖 “天然人工”水循環(huán)示意圖 內(nèi)因（水的物理特性） 外因（太陽輻射和地心引力）水循環(huán) 內(nèi)因（水的物理特性） 外因（太陽輻射和地心引力）水循環(huán)全球水平衡(數(shù)據(jù)來自John Mbugua et al, 1995)全球水平衡(數(shù)據(jù)來自John Mbugua et al, 1水循環(huán)的意義（1）水循環(huán)是地球上各水體間相互聯(lián)系的紐帶， 使水圈形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)；（2）通過水循環(huán)，使海洋源源不斷地向陸地供

8、應(yīng) 淡水，滋潤(rùn)著土地，哺育著生命。地球上主要水體的平均更新周期： 更新最快 大氣水 更新最慢 冰川水循環(huán)的意義（1）水循環(huán)是地球上各水體間相互聯(lián)系的紐帶，（2 2、水相變化與潛熱交換蒸發(fā)由水變成水汽；凝結(jié)由水汽變成水；凍結(jié)由水變成冰；融解由冰變成水；凝華由水汽直接變成冰；升華由冰直接變成水汽。 水的相變過程伴隨著能量轉(zhuǎn)化和交換，這種能量稱為潛熱（能）。 2、水相變化與潛熱交換潛熱交換 由水的相變導(dǎo)致的熱量吸收和釋放過程，稱為潛熱交換（過程）。 蒸發(fā)、融解、升華吸收潛熱； 凝結(jié)、凍結(jié)、凝華釋放潛熱。例如：常溫下，水的蒸發(fā)潛熱為 L 2497 J ，即蒸發(fā) 1 g 水需要消耗 2497 J 的熱量

9、；與此相反， 1 g 水凍結(jié)成冰則可釋放出 334.7 J 熱量。潛熱交換 由水的相變導(dǎo)致的熱量吸收和釋放3、蒸發(fā)及其影響因素當(dāng) e E 時(shí)，出現(xiàn)蒸發(fā)；當(dāng) e E 時(shí)，則出現(xiàn)凝結(jié)。蒸發(fā)量：因蒸發(fā)而消耗的水量，以水層厚度mm 表示。蒸發(fā) 1 mm 厚的水，相當(dāng)于 1 m2面積上蒸發(fā) 1000g 的水量。 蒸發(fā)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間從單位面積上蒸發(fā)出來的水分質(zhì)量，單位為 gcm2 s 。蒸發(fā)受氣象因子和地理環(huán)境影響。蒸發(fā)面溫度越高，蒸發(fā)越快、蒸發(fā)量越大。蒸發(fā)量變化與氣溫變化基本一致，即每天午后最大日出前最??；夏季大冬季?。缓Ｑ蟠?、大陸小。3、蒸發(fā)及其影響因素當(dāng) e E 時(shí)，出現(xiàn)蒸發(fā)；蒸發(fā)受氣象因子和地理環(huán)

10、境影響。蒸發(fā)面溫度越高，蒸發(fā)越快、蒸發(fā)量越大。蒸發(fā)量變化與氣溫變化基本一致，即每天午后最大日出前最小；夏季大冬季小；海洋大、大陸小。蒸發(fā)面的影響蒸發(fā)受氣象因子和地理環(huán)境影響。蒸發(fā)面溫度越高，蒸發(fā)越快、蒸發(fā)地理緯度的影響地理緯度的影響4、凝結(jié)及其條件空氣中水的凝結(jié)必須具備兩個(gè)條件：空氣要達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)；要有凝結(jié)核。空氣達(dá)到飽和或過飽和的途徑：增加空氣水汽含量，如暖水面的蒸發(fā)；降低氣溫，大氣中水的凝結(jié)主要由于空氣冷卻而產(chǎn)生（絕熱冷卻：云、雨產(chǎn)生的主要方 式；輻射冷卻和平流冷卻：霧、露、霜等產(chǎn)生的主要方式 ）。凝結(jié)核指具有吸濕性、可作為水汽凝結(jié)核心的微粒。其含量隨高度遞減；陸地多海洋少；城市多

11、鄉(xiāng)村少，工業(yè)區(qū)最多。4、凝結(jié)及其條件空氣中水的凝結(jié)必須具備兩個(gè)條件：三、水汽凝結(jié)現(xiàn)象三、水汽凝結(jié)現(xiàn)象三、水汽凝結(jié)現(xiàn)象三、水汽凝結(jié)現(xiàn)象1、地面凝結(jié)現(xiàn)象（露和霜）當(dāng)近地面層空氣冷卻至露點(diǎn)溫度以下時(shí)，水汽會(huì)凝結(jié)在地面或地面物體上。露：如果露點(diǎn)溫度高于 0 ，水汽凝結(jié)為液態(tài)，稱為露；霜：如果露點(diǎn)溫度低于 0 ，水汽凝結(jié)為固態(tài)，稱為霜；霜凍：是指溫度下降到足以引起農(nóng)作物受害或死亡的低溫。露和霜的形成條件：近地面層空氣濕度要大；有利于輻射冷卻的天氣條件；地面或地物熱傳導(dǎo)不良。1、地面凝結(jié)現(xiàn)象（露和霜）當(dāng)近地面層空氣冷卻至露點(diǎn)溫度以北國樹掛(霧凇)雨凇北國樹掛(霧凇)雨凇2、近地氣層中的凝結(jié)物（霧）霧：指漂

12、浮在近地面層、由水汽凝結(jié)（凝華）而成的小水滴或小冰晶構(gòu)成的可見集合體。當(dāng)能見度小于 1 km 稱為霧；1 10 km的稱為輕霧。霧的類型：最常見的是輻射霧和平流霧，還有蒸氣霧、上坡霧和鋒面霧。輻射霧因地面輻射冷卻，使近地面層空氣變冷，水汽凝結(jié)而成；多出現(xiàn)于秋冬季節(jié)無云的夜晚，諺語有 “ 十霧九晴 ” 之說。平流霧暖濕氣流移到冷的下墊面上，冷卻降溫，水汽凝結(jié)而形成；出現(xiàn)范圍廣。2、近地氣層中的凝結(jié)物（霧）霧：指漂浮在近地面層、由水汽凝城市之霧1城市之霧城市之霧1城市之霧城市之霧2城市之霧城市之霧2城市之霧山地之霧山地之霧倫敦倫敦指高懸于空中、由水汽凝結(jié)（凝華）而成的小水滴或小冰晶構(gòu)成的可見集合體

13、。云是氣塊上升過程絕熱冷卻降溫，使水汽達(dá)到飽和或過飽和發(fā)生凝結(jié)而成。 云的成因：對(duì)流運(yùn)動(dòng)主要形成積狀云；系統(tǒng)性上升運(yùn)動(dòng)主要形成層狀云；波狀運(yùn)動(dòng)主要形成波狀云；地形作用比較復(fù)雜，可以形成各種云。3、自由大氣中的凝結(jié)物（云）指高懸于空中、由水汽凝結(jié)（凝華）而3、自由大氣中的凝結(jié)物衛(wèi)星云圖衛(wèi)星云圖云的類型云 族云 屬符 號(hào)特 征低云100 2000m積云和碎云Cu由水滴組成，云底平坦，垂直向上發(fā)展，常常產(chǎn)生大量降水及陣性降水。積雨云Cb層積云Sc層 云St雨層云Ns中 云6000m高層云As由水滴和冰晶組成，可降水或變雨層云。高積云Ac高 云6000m卷 云Ci由冰晶組成，一般不產(chǎn)生降水。卷層云Cs

14、卷積云Cc 云的分類：按國際分類法，根據(jù)云的形成高度，結(jié)合云的形態(tài)特征、 結(jié)構(gòu)、成因，將云分為 3 族 10 屬 29 種。云的類型云 族云 屬符 號(hào)特 征低積云的結(jié)構(gòu)云的結(jié)構(gòu) 云量的觀測(cè)天空被云遮蔽的程度叫云量，以0 10 的成數(shù)表示。云量的多少與緯度、海陸分布、大氣環(huán)流等因素有關(guān)。晴天：03； 少云：3 5；多云：6 8； 陰天：9 10 。 云量帶赤道多云帶：上升氣流，熱對(duì)流，云量 6；緯度 20O 30O 少云帶：下沉氣流，云量 4 ；中高緯多云帶：氣團(tuán)、鋒面頻繁活動(dòng)，云量 6 7 。 云量的觀測(cè)天空被云遮蔽的程度叫云量，以0 10 積云，平底，向上發(fā)展積云，平底，向上發(fā)展積雨云在13

15、分鐘內(nèi)的發(fā)展積雨云在13分鐘內(nèi)的發(fā)展積雨云在13分鐘內(nèi)的發(fā)展積雨云在13分鐘內(nèi)的發(fā)展強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云1強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云1強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云2強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云2強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云3強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云3強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云層積云層積云層云層云雨層云雨層云高層云高層云高積云高積云卷云1卷云卷云1卷云卷云2卷云卷云2卷云卷云3卷云卷云3卷云卷層云1卷層云卷層云1卷層云 暈當(dāng)天空中有冰晶組成的卷層云圍繞在太陽或月亮的周圍時(shí)，光線經(jīng)過冰晶的折射和反射作用，偶而會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)以上的彩色光環(huán)圍繞在太陽或月亮的四周，呈現(xiàn)內(nèi)紅外紫的排列，有時(shí)

16、還會(huì)見到一些彩色或白色的光斑、光弧。這種出現(xiàn)光圈、光斑及光弧等光學(xué)現(xiàn)象統(tǒng)稱為 “ 暈 ”（halo）。 暈當(dāng)天空中有冰晶組成的卷層云圍繞卷層云2諺語 “ 日暈風(fēng)，月暈雨 ” : 表示已經(jīng)有鋒面或低氣壓自遠(yuǎn)方接近，是為天氣轉(zhuǎn)壞的前兆。卷層卷層云2諺語 “ 日暈風(fēng)，月暈雨 ” : 表示已經(jīng)有鋒面卷卷層云3卷層云卷層云3卷層云卷積云卷積云波狀云1波狀云波狀云1波狀云波狀云2波狀云波狀云2波狀云旗云（地形云）旗云（地形云）火山云美國圣勞倫斯火山火山云美國圣勞倫斯火山UFO云（地形云）法國UFO云（地形云）法國莢狀云（地形云）莢狀云（地形云）鏡狀云（地形云）鏡狀云（地形云）四、降水指從云層中降落到地面的

17、液態(tài)或固態(tài)水。包括雨、雪、霰、雹等。降水量：指降落到地面上的雨和融化后的雪、霰、雹等集聚在水平面上的水層厚度，單位為 mm。降水強(qiáng)度：指單位時(shí)間內(nèi)的降水量，單位為 mmh 或 mmd 。降水變率：指各年降水量的距平數(shù)與多年平均降水量的百分比，表示降水量的變化程度。 Cv = 距平數(shù)平均數(shù)100四、降水指從云層中降落到地面的液態(tài)或降水量的測(cè)量為了使降水量具有較高的精確性和比較性，氣象觀測(cè)規(guī)范中規(guī)定：降水量指從天空中降落到地面上的液態(tài)或固態(tài)（經(jīng)融化后）降水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水平面上積聚的深度。降水量以毫米為單位。 降水量的測(cè)量為了使降水量具有較高的精確性和比較性，氣象觀測(cè)規(guī)水分條件指降水量

18、與實(shí)際蒸發(fā)量之差。降水量蒸發(fā)量時(shí)，氣候濕潤(rùn)；降水量蒸發(fā)量時(shí)，氣候干燥。水分條件指降水量與實(shí)際蒸發(fā)量之差。（一）降水的形成降水從云中來，但有云未必有降水。形成降水的關(guān)鍵，是云滴迅速增大到能克服空氣阻力和上升氣流的頂托，并在降落過程中不被蒸發(fā)掉。1、凝結(jié)（凝華）增長(zhǎng)：指水汽分子凝結(jié)（凝華）在云滴（冰晶）表面上，使云滴（冰晶）增長(zhǎng)的過程。過冷水滴蒸發(fā)冰晶凝華增長(zhǎng)小水滴蒸發(fā)大水滴凝結(jié)增長(zhǎng)暖水滴蒸發(fā)冷水滴凝結(jié)增長(zhǎng)（一）降水的形成降水從云中來，但有云未必有降水。形過冷 冷云與暖云的云滴增長(zhǎng)由冰晶和過冷卻水滴混合組成的云稱為冷云或冰水混合云，其云體高度在 0 等溫線以上；而由不同大小、冷暖水滴組成的云則稱為

19、暖云，其云體高度在 0 等溫線以下。在溫度相同條件下，冰面飽和水汽壓小于水面飽和水汽壓， 水滴不斷蒸發(fā)變小，而冰晶則不斷凝華增大，這種過程稱為冰晶效應(yīng)。冰晶效應(yīng)是冷云云滴增長(zhǎng)的主要過程；而?。ㄅ┧握舭l(fā)變小、大（冷）水滴凝結(jié)增大卻是暖云云滴增長(zhǎng)的主要方式。由于隨著云滴半徑增大，其增長(zhǎng)速度迅速下降，所以單靠凝結(jié)（凝華）難以形成降水。 冷云與暖云的云滴增長(zhǎng)由冰晶和過冷卻水滴混合組成的云稱 2、碰并增長(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)過程中，上述兩種過程共同作用，初期以凝結(jié)（凝華）增長(zhǎng)為主，后

20、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。 2、碰并增長(zhǎng)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的水滴相碰合并在云滴增長(zhǎng)過第三章-大氣中的水分課件 人工降水根據(jù)自然界降水的原理，利用催化劑，促使云滴迅速凝結(jié)或碰并增大形成雨滴，達(dá)到降水的方法。冷云催化：人工增加冰晶，產(chǎn)生冰晶效應(yīng)。方法： 干冰（降溫自生冰晶）； 人工冰核（碘化銀、氯化汞等）； 暖云催化：提供大水滴，促進(jìn)凝結(jié)、碰并增長(zhǎng)。方法：氯化鈉、氯化鉀等吸濕性物質(zhì). 人工降水根據(jù)自然界降水的原理，利用催化劑，促雨量和分級(jí) 種類 24小時(shí)降水量12小時(shí)降水量 目視特征小雨10.0 mm5.0 mm雨滴清晰可辨，地全濕，無積水或積水形成很慢 中

21、雨10.0 24.95.0 14.9 雨滴連續(xù)成線，可聞?dòng)曷暎孛娣e水形成較快 大雨25.0 49.915.0 29.9雨滴模糊成片，雨聲激烈，地面積水形成很快 暴雨50.0 99.930.0 69.9 雨如傾盆，講話受雨聲干擾而聽不清楚，地面積水水流大暴雨100.0 249.070.0 139.9特大暴雨 250.0 140.0雨量和分級(jí) 種類 24小時(shí)12小時(shí)目視特征小雨10.0 （二）降水的類型（成因分類）1、對(duì)流雨：近地面氣層強(qiáng)烈受熱上升，冷卻凝結(jié)形成積雨云而降雨， 常伴隨雷電現(xiàn)象， 又稱熱雷雨；赤道常年可見，我國夏季常見；2、氣旋雨：氣旋中心氣壓低，空氣輻合上升凝結(jié)成雨。降水范圍廣、

22、時(shí)間較長(zhǎng)；3、鋒面雨：冷暖氣團(tuán)相遇，暖濕氣流沿鋒面抬升凝結(jié)成雨。 降水范圍廣、時(shí)間長(zhǎng)。 在溫帶很常見；4、臺(tái)風(fēng)雨：可產(chǎn)生強(qiáng)度極大的降水。夏秋季常見；5、地形雨：暖濕氣流沿山地迎風(fēng)坡抬升冷卻凝結(jié)而降水。 山地迎風(fēng)坡常形成多雨中心， 而背風(fēng)坡則由于焚風(fēng)效應(yīng)，降水少，成為雨影區(qū)。（二）降水的類型（成因分類）1、對(duì)流雨：近地面氣層強(qiáng)烈受熱上降水的類型（性質(zhì)分類）連續(xù)性降水：雨或雪連續(xù)不斷地下，而且比較均勻，強(qiáng)度變化不大，一般降水歷時(shí)長(zhǎng)、范圍廣，降水量往往也比較大。間斷性降水：雨或雪時(shí)下時(shí)停，或強(qiáng)度有明顯的大小變化，但其變化較緩慢，降水歷時(shí)長(zhǎng)短不等。陣性降水：雨或冰雹呈陣性下降，偶爾有陣雪。驟降驟停，或強(qiáng)度變化很突然，下降速度快，強(qiáng)度大，但往往降水歷時(shí)短，范圍小。如果在陣雨的同時(shí)