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1、大气科学导论 第五章 水汽、云与降水 张苏平 zsping 1. 水汽的相变与作用 2. 云的产生与雾 3. 降水的原因 The composition of the air Permanent gasesVariable gases GasSymbolPercent (by volume) dry air Gas and particles SymbolPercent (by volume) Parts per million (ppm) NitrogenN278.08Water vaporH2O0 to 4 OxygenO220.95Carbon dioxideCO20.035355 Ar
2、gon氩Ar0.93Methane甲烷CH40.000171.7 Neon氖Ne0.0018Nitrous oxideN2O0.000030/3 Helium 氦 He0.0005OzoneO30.0000040.04 Hydrogen H20.00006Particles0.0000010.01 Xenon氙Xe0.000009Chlorofluoroca rbons (CFCs)0.000000010.0001 1、水汽的相变与 作用 水面上的蒸发 Variable gas : water vapor Phase transformation (weather producer). Lat
3、ent heat greenhouse gas 凝结核 云凝结核： 半径0.1微米 吸湿性 非吸湿性 火山灰，尘 埃，盐粒， 污染物 露和霜 霾 是一层灰尘层或盐粒层 平流雾 热空气移到冷表面形成。 辐射雾 低处的辐射雾：山谷雾 图：ENSO示意图 相变-潜热- 气候变化 大气中的水循环 云的产生与 分类 短波反射：阳伞效应 长波吸收：温室效应 引入气块的概念 上升气块膨胀冷却，下沉气块压缩增温。 P=RT 绝热过程：干绝热过程 干绝热减温率: 10 C /1000m 干空气块或未饱和空气块的运动 绝热过程：湿绝热过程 湿绝热减温率：小于10 C /1000m 运动过程中气块始终饱和 6C/1
4、000m Cumulus Cloud Development Altitude (km) Dew point of rising bubble Temperature of rising bubble LCL Cloud temperature Cloud top 不稳定的原因 温度随高度快速下降 ，上部空气冷却和地表空 气加热， 前者为：冷平流， 风带来冷空气；云（或 空气）向外太空辐射（辐 射冷却）； 后者为：白天热太 阳加热地表；暖平流被 风带入（暖平流）；空 气经过暖表面。 云的发展生长 表面加热和自由对流 地形 空气辐合 引起的大范围抬升 沿锋面的抬升 对流和积云 凝结高度以上的稳定
5、度和积云 淡积云浓积云积雨云 积雨云 积云发展景象 气流过山导致的荚状云 1802年，法博物学者拉马克提出了第一个区分云的系统 。 1803年，英国博物学者L. Howard，发展的云分类系统得到 了公众的接受。依据地面观测，引入拉丁字来描述。 薄层状的，Stratus，(层状, layer)，层云 膨胀的泡沫状的，Cumulus，(团团的, heap)，积云 丝缕状的，Cirrus，(卷卷头发的, Curl of hair)，卷云 下雨的云，Nimbus，(强烈降水的,Violent rain)，雨云 云的分类 1887年，瑞典Abercromby和Hildebrandsson 评述了上述系
6、统并发表了云图（国际云图），一直用 到现在（除了少数特殊的云），分4族10属。 每族以云底高度来区分：高、中、低云、和垂直 比水平发展强的云族（简称直展云）(中国为3族10属 ，即直展云也并入低云)。 云的名称 根据云低高度和垂直发展。 （一）高云：卷云 丝缕状结构，柔丝般光泽，分离 散乱。云体通常白色无暗影，呈丝条 状、羽毛状、马尾状、钩状、团簇状 、片状和砧状等。 毛卷云密卷云 伪卷云 钩卷云 薄幕卷层云 毛卷层云 中云：透光高积云 蔽光高积云 荚状高积云 积云性高积云 絮状高积云 堡状高积云 中云：高层云 带有条纹或纤缕结构的云幕，有时较 均匀，颜色灰白或灰色，有时微带蓝色。 云层较薄的
7、部分，可以看到昏暗不清的日 月轮廓，看去好象隔了一层毛玻璃。厚的 底部比较阴暗，看不到日月。由于云层厚 度不一，各部分明暗程度也就不同，但是 云底没有显著的起伏。 透光高层云 蔽光高层云 低云：雨层云 厚而均匀的降水云层，完全遮蔽日 月，呈暗灰色，布满全天，常有连续性 降水。如因降水不及地，在云底形成雪 （雨）旛时，云底显得混乱，没有明显 的界限。 雨层云 碎雨云 透光层积云 蔽光层积云 积云性层积云 堡状层积云 荚状层积云 低云：层云 云底低而均匀的云层，象雾， 但不接地，呈灰色或灰白色。 层云 碎层云 直展云：积云 垂直向上发展的，顶部呈圆弧形或圆 弧形重叠凸起，而底部几乎是水平的云块 。
8、云体边界分明。 淡积云 碎积云 浓积云 秃积雨云 鬃积雨云 基本云型的小结 在水平线附近可过高估计云量，因为两个云之间的 距离缝隙变小； 远处看，与降水无关的云比它们本来的显示厚和黑 。因光穿过长距离，比近处的云吸收多。 卫星观测云 静止气象卫星 极轨气象卫星 红外测云 示意图 可见红外卫星云图 水汽云图 降水的原因 任何形式的水（液或固态） 从云中落到地面，称为降水 。 有云不一定降水 云雨滴大小 典型大小(直径)： 雨滴：2000微米 云滴：20微米 凝结核：0.2微米 云滴变大需要的相对湿度 凝结核 吸湿性凝结核，降低了饱和水汽压（称溶 质效应）。结果RH100%，也能凝结。 不同大小凝
9、结核，RH100%时，凝结开始 ，RH增大到100%时，曲率效应对大核作用 可忽略，而对小核作用明显。 大的粒子可除去更多的水汽，使RH降低。 而小粒子易蒸发，使RH增大。因此，小核 曲率效应影响大，大核才可能变成雨滴。 一、碰并过程 大滴在路上与小滴碰撞和合并。 影响降水因素 液态水含量 滴大小的分布 云厚 云中上升气流 滴的电性和云中电场 二、冰晶过程 冷云 水滴与冰晶表面的饱和比较 水面与冰面饱和水汽压的差异 水汽转移过程 链式反应 主要类型包括： 毛毛雨，雨，雪，冰丸，冻雨，雹 。 降水类型 雨 毛毛雨 雨 雨幡 阵雨 暴雨 连续性雨 酸雨 雨强 雨幡 雨滴形状 雪 雪幡 雪花 雪花复杂形式 冻雨 冰雹 冰雹切片 为什么水汽和尘埃是大气的重要成分？ 简述水汽相变的作用？
