第三章大氣中的水分

第二章大氣中的水分主要內容大氣中空氣濕度的表示方法蒸發(fā)及凝結現(xiàn)象大氣中的凝結物降水的形成第一節(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（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。空氣中水汽含量越多，水汽壓越大。

2、絕對濕度：指單位體積濕空氣所含有的水汽質量，又稱為水汽密度，用a

表示，其單位為

g／m3或g／cm3?？諝庵兴吭蕉啵^對濕度就越大。

由于水汽含量難以直接測量，通常以e代替a。飽和水汽壓與相對濕度

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)04.584.5856.546.81109.219.421512.7912.852017.5417.324、相對濕度指空氣中實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓之比的百分數(shù)，用

f表示，即：f＝e／E

×100％——相對濕度大小直接反映空氣距離飽和的程度，當e

不變時，氣溫升高飽和水汽壓增大，相對濕度減小。相對濕度在80％以上稱為高氣濕，30％以下稱為低氣濕。相對濕度的測定69％75％81％87％93％35.0℃67％73％79％86％93％30.0℃61％68％76％83％92％25.0℃58％66％74％82％91％20.0℃52％61％70％80％90％15.0℃44％54％65％76％88％10.0℃32％45％58％71％86％5.0℃15％3l％47％65％82％0.0℃11％32％54％77％-50℃5.0℃4.0℃3.0℃2.0℃1.0℃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)了哪些規(guī)律？當溫度不變時，絕對濕度越大，相對濕度就越大；反之，絕對濕度越小，相對濕度就越小，它們呈正比關系。當絕對濕度不變時，溫度上升相對濕度必然下降，而溫度下降相對濕度必然上升，它們呈反比關系。當相對濕度不變時，溫度升高必然絕對濕度加大，溫度降低必然絕對濕度減小，它們呈正比關系。絕對濕度、相對濕度和溫度三者的關系飽和差與露點5、飽和差

指在一定溫度下，飽和水汽壓與空氣中實際水汽壓之差，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。

6、露點指空氣中水汽含量不變，氣壓保持一定時，氣溫下降到使空氣達到飽和時的溫度。用

Td

表示。

在飽和空氣中，T－Td

＝0；

而在未飽和空氣中，則T－Td

＝＞0。

T－Td差值越大，相對濕度越小，反之相對濕度越大。氣溫降到露點，是水汽凝結的必要條件。露點儀露點的簡單測量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，慢慢加入少量冰塊，觀測水溫的降低；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，此時溫度計的讀數(shù)即為露點溫度。（二）濕度的變化與分布1、日變化：相對濕度的日變化主要取決于氣溫。氣溫高相對濕度小，氣溫低相對濕度大。因為氣溫增高時，飽和水汽壓增大比水汽壓增大要快得多，氣溫降低時相反。因此，相對濕度最高值出現(xiàn)在清晨氣溫最低時，最低值出現(xiàn)在午后氣溫最高時。2、年變化：相對濕度的年變化，一般是冬季最大，夏季最小。但季風氣候區(qū)相反，夏季大冬季小，因為夏季風來自海洋，而冬季風來自大陸。3、濕度的空間分布相對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，所以相對濕度都較高≥80％。副熱帶區(qū)域，相對濕度較低，約50％。通常，相對濕度大陸小海洋大。在大陸，距離海洋越近，相對濕度越大；距離海洋越遠，相對濕度越小。二、蒸發(fā)與凝結水文循環(huán)過程如下圖所示1、水分循環(huán)“天然—人工”水循環(huán)示意圖內因（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JohnMbuguaetal,1995)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，使水圈形成一個動態(tài)的系統(tǒng)；（2）通過水循環(huán)，使海洋源源不斷地向陸地供應淡水，滋潤著土地，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

2、水相變化與潛熱交換蒸發(fā)——由水變成水汽；凝結——由水汽變成水；凍結——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化和交換，這種能量稱為潛熱（能）。潛熱交換◆由水的相變導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、凍結、凝華——釋放潛熱。例如：常溫下，水的蒸發(fā)潛熱為L＝2497J，即蒸發(fā)1g水需要消耗2497J的熱量；與此相反，1g水凍結成冰則可釋放出334.7J熱量。3、蒸發(fā)及其影響因素當e＜E時，出現(xiàn)蒸發(fā)；當e＞

E時，則出現(xiàn)凝結?！粽舭l(fā)量：因蒸發(fā)而消耗的水量，以水層厚度mm表示。蒸發(fā)1mm厚的水，相當于1m2面積上蒸發(fā)1000g的水量。

◆蒸發(fā)速率：單位時間從單位面積上蒸發(fā)出來的水分質量，單位為g／cm2·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??；夏季大冬季小；海洋大、大陸小。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??；海洋大、大陸小。蒸發(fā)面的影響地理緯度的影響4、凝結及其條件——空氣中水的凝結必須具備兩個條件：◆空氣要達到飽和或過飽和狀態(tài)；◆要有凝結核?！諝膺_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，大氣中水的凝結主要由于空氣冷卻而產生（絕熱冷卻：云、雨產生的主要方式；輻射冷卻和平流冷卻：霧、露、霜等產生的主要方式）?！Y核——指具有吸濕性、可作為水汽凝結核心的微粒。其含量隨高度遞減；陸地多海洋少；城市多鄉(xiāng)村少，工業(yè)區(qū)最多。三、水汽凝結現(xiàn)象三、水汽凝結現(xiàn)象1、地面凝結現(xiàn)象（露和霜）——當近地面層空氣冷卻至露點溫度以下時，水汽會凝結在地面或地面物體上?！袈叮喝绻饵c溫度高于0℃，水汽凝結為液態(tài)，稱為露；◆霜：如果露點溫度低于0℃，水汽凝結為固態(tài)，稱為霜；◆霜凍：是指溫度下降到足以引起農作物受害或死亡的低溫?！锫逗退男纬蓷l件：近地面層空氣濕度要大；有利于輻射冷卻的天氣條件；地面或地物熱傳導不良。北國樹掛(霧凇)雨凇2、近地氣層中的凝結物（霧）★霧：指漂浮在近地面層、由水汽凝結（凝華）而成的小水滴或小冰晶構成的可見集合體。當能見度小于1km稱為霧；1—10km的稱為輕霧?！綮F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，水汽凝結而形成；出現(xiàn)范圍廣。城市之霧1城市之霧城市之霧2城市之霧山地之霧倫敦——指高懸于空中、由水汽凝結（凝華）而成的小水滴或小冰晶構成的可見集合體。云是氣塊上升過程絕熱冷卻降溫，使水汽達到飽和或過飽和發(fā)生凝結而成?！粼频某梢颍簩α鬟\動——主要形成積狀云；系統(tǒng)性上升運動——主要形成層狀云；波狀運動——主要形成波狀云；地形作用——比較復雜，可以形成各種云。3、自由大氣中的凝結物（云）★衛(wèi)星云圖云的類型云族云屬符號特征低云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，一般不產生降水。卷層云Cs卷積云Cc◆云的分類：按國際分類法，根據(jù)云的形成高度，結合云的形態(tài)特征、結構、成因，將云分為3族10屬29種。云的結構◆

云量的觀測——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。晴天：0～3；少云：3～5；多云：6～8；陰天：9～10?！粼屏繋С嗟蓝嘣茙В荷仙龤饬鳎瑹釋α?，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、鋒面頻繁活動，云量6～7。積云，平底，向上發(fā)展積雨云在13分鐘內的發(fā)展積雨云在13分鐘內的發(fā)展強烈發(fā)展的積雨云1強烈發(fā)展的積雨云強烈發(fā)展的積雨云2強烈發(fā)展的積雨云強烈發(fā)展的積雨云3強烈發(fā)展的積雨云層積云層云雨層云高層云高積云卷云1卷云卷云2卷云卷云3卷云卷層云1卷層云★暈——當天空中有冰晶組成的卷層云圍繞在太陽或月亮的周圍時，光線經過冰晶的折射和反射作用，偶而會出現(xiàn)一個或兩個以上的彩色光環(huán)圍繞在太陽或月亮的四周，呈現(xiàn)內紅外紫的排列，有時還會見到一些彩色或白色的光斑、光弧。這種出現(xiàn)光圈、光斑及光弧等光學現(xiàn)象統(tǒng)稱為“暈”（halo）。

卷層云2諺語“日暈風，月暈雨”:表示已經有鋒面或低氣壓自遠方接近，是為天氣轉壞的前兆。卷層卷層云3卷層云卷積云波狀云1波狀云波狀云2波狀云旗云（地形云）火山云美國圣勞倫斯火山UFO云

（地形云）法國莢狀云（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?！艚邓畯姸龋褐竼挝粫r間內的降水量，單位為mm／h或mm／d?！艚邓兟剩褐父髂杲邓康木嗥綌?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％降水量的測量為了使降水量具有較高的精確性和比較性，氣象觀測規(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)（經融化后）降水，未經蒸發(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。

◆水分條件指降水量與實際蒸發(fā)量之差。降水量＞蒸發(fā)量時，氣候濕潤；降水量＜蒸發(fā)量時，氣候干燥。（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（凝華）增長：指水汽分子凝結（凝華）在云滴（冰晶）表面上，使云滴（冰晶）增長的過程。①過冷水滴蒸發(fā)→冰晶凝華增長②小水滴蒸發(fā)→大水滴凝結增長③暖水滴蒸發(fā)→冷水滴凝結增長★冷云與暖云的云滴增長——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暖云，其云體高度在0℃等溫線以下?！跍囟认嗤瑮l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?！抢湓圃频卧鲩L的主要過程；而?。ㄅ┧握舭l(fā)變小、大（冷）水滴凝結增大卻是暖云云滴增長的主要方式?！捎陔S著云滴半徑增大，其增長速度迅速下降，所以單靠凝結（凝華）難以形成降水。2、碰并增長是指兩個或兩個以上的水滴相碰合并而增大的過程。下降時，大水滴追上小水滴；上升時，小水滴追上大水滴，都會發(fā)生碰并，使云滴迅速增大?！粼谠频卧鲩L過程中，上述兩種過程共同作用，初期以凝結（凝華）增長為主，后期則以碰并增長為主，尤其在低緯度地區(qū)的暖云降水，碰并增長更為重要。★人工降水——根據(jù)自然界降水的原理，利用催化劑，促使云滴迅速凝結或碰并增大形成雨滴，達到降水的方法。◆冷云催化：人工增加冰晶，產生冰晶效應。方法：①＋干冰（降溫→自生冰晶）；②＋人工冰核（碘化銀、氯化汞等）；◆暖云催化：提供大水滴，促進凝結、碰并增長。方法：＋氯化鈉、氯化鉀等吸濕性物質.★雨量和分級

種類

24小時降水量12小時降水量

目視特征小雨＜10.0mm＜5.0mm雨滴清晰可辨，地全濕，無積水或積水形成很慢

中雨10.0～24.95.0～14.9雨滴連續(xù)成線，可聞雨聲，地面積水形成較快

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（二）降水的類型（成因分類）1、對流雨：近地面氣層強烈受熱上升，冷卻凝結形成積雨云而降雨，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，空氣輻合上升凝結成雨。降水范圍廣、時間較長；3、鋒面雨：冷暖氣團相遇，暖濕氣流沿鋒面抬升凝結成雨。降水范圍廣、時間長。在溫帶很常見；4、臺風雨：可產生強度極大的降水。夏秋季常見；5、地形雨：暖濕氣流沿山地迎風坡抬升冷卻凝結而降水。山地迎風坡常形成多雨中心，而背風坡則由于焚風效應，降水少，成為雨影區(qū)。★降水的類型（性質分類）◆連續(xù)性降水：雨或雪連續(xù)不斷地下，而且比較均勻，強度變化不大，一般降水歷時長、范圍廣，降水量往往也比較大。