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1、1,大气水分和降水,一. 大气湿度 二蒸发 三. 凝结 四. 大气降水,2,一、大气湿度,一）湿度概念及其表示方法 表示大气湿润程度的物理量，称大气湿度，它有如下几种表示方法： 1.水汽压e 大气压力是大气中各种气体压力的总和.大气中水汽所产生的那部分压力, 叫水汽压. 水汽压的单位与气压单位一样，用毫米水银柱高或hPa表示。在气象观测中, 由干、湿球温度差经过换算而求得。,3,空气中水汽含量与温度高低有密切关系。温度愈高，空气中容纳水汽的能力愈强。在一定的温度条件下，一定体积的空气中所容纳的水汽数量是有一定限度的，因而水汽压也有一个限度。当水汽含量恰好达到这个限度，叫饱和空气。饱和空气的水汽
2、压称为饱和水汽压E，或称最大水汽压。饱和水汽压的大小与温度有关，温度愈高，饱和水汽压愈大.,4,式中，e水汽压（mm）；T为以绝对温度K表示的气温。 由式可知，当气温等于16（289K）时，ae。一般情况下，气温的数值和16相差不大，以毫米水银柱高为单位的水汽压与绝对湿度在数值上近似，故在实际工作中以水汽压代替绝对湿度。,2. 绝对湿度 单位容积空气中所含的水汽质量（通常以g/m3表示），称为绝对湿度。它与水汽压有如下关系：,5,饱和绝对湿度随温度的变化,6,当空气饱和时，eE，此时f100；当空气未饱和时，eE，f100；空气处于过饱和时，f100。相对湿度能够直接反映空气距饱和时的程度和大
3、气中水汽的相对含量，在气候资料分析中运用很广。,3.相对湿度f 大气中实际水汽含量与饱和时水汽含量的比数，即实际水汽压e与同温度条件下饱和水汽压E之比称为相对湿度。相对湿度通常用百分数表示：,7,4.饱和差d 在某一温度下，饱和水汽压与实际水汽压的差值，称为饱和差（或湿度差）。单位为毫米或毫巴。 dE-e 饱和差愈大，说明空气中水汽含量愈少，空气愈干燥；饱和差愈小，空气中水汽含量愈多，空气愈潮湿。d0，f100。,8,5. 露点温度td 当空气中水汽含量不变、气压一定时，气温下降到使空气达到饱和时的温度，称为露点温度，简称露点。 空气经常处于未饱和状态，所以露点温度经常低于气温。在饱和空气中，
4、t-td0；在未饱和空气中，t-td0；t-td差值愈大，说明相对湿度愈小。气温降低到露点，是水汽凝结的必要条件。,9,又从表中查出饱和水汽压为23.4hPa时的露点温度是20。说明水汽压不变，温度由30下降到20时，便可出现露点。,露点温度、相对湿度可以通过查表获得。例如，当气温为30，水汽压为23.4hPa，从表3-8 (P74)可查出30时的饱和水汽压为42.4hPa，则,10,(二）湿度的变化与分布,相对湿度的时间变化：相对湿度的日变化与年变化往往比较复杂. 因为它和气温变化、天气系统、与大气环流有密切的关系。 在水汽压日变化不大的情况下，相对湿度最高值出现在温度最低的日出之前；最低值
5、出现在气温最高的午后。这是由于温度升高时，蒸发作用加强，水汽压虽然增大，但饱和水汽压增大更多，水汽难以饱和，所以相对湿度反而降低。,5月份华盛顿的相对湿度、露点温度和气温日变化图,11,空间分布：相对湿度的分布随距海远近与纬度高低而有不同。 我国东南沿海的杭州，相对湿度的年平均值为82，而西北内陆的哈密只有40。,绝对湿度随纬度的变化,12,二、蒸发,（一）蒸发及其影响因素 液态水转化为水汽的过程叫蒸发。蒸发过程的发生，取决于实际水汽压（e）与饱和水汽压（E）二者对比关系。当eE，蒸发进行；eE，蒸发停止，并可能产生凝结；eE，处于动态平衡，即逸出水面的分子数与进入水中的分子数相等。,13,影
6、响蒸发的因素主要有： 1.蒸发面的温度 蒸发面的温度愈高，蒸发过程愈迅速。因为温度高时，蒸发面上的饱和水汽压大，饱和差也比较大。这是影响蒸发的主要因素。 2.空气湿度和风 空气湿度愈大，饱和差愈小，蒸发过程缓慢；无风时，蒸发面上的水汽靠分子扩散向外传递，水汽压减小很缓慢，容易达到饱和，故蒸发过程微弱。有风时，蒸发面上的水汽随气流散布，故蒸发过程迅速。,14,3. 蒸发面的性质 在同样温度条件下，冰面饱和水汽压比水面饱和水汽压小，如果水汽压相同，冰面上的饱和差比水面小，因而冰面的蒸发比水面慢。在温度相同的情况下，海水比淡水蒸发慢；清水蒸发比浊水慢，因为浊水吸热多，温度升高快。 影响蒸发速度诸因素
7、中，温度是经常起决定作用的因素，温度愈高，蒸发愈快；反之，愈慢。其次是风速，风速愈大，蒸发愈快；反之，愈慢。,15,（二）蒸发量,蒸发消耗的水量称为蒸发量，以蒸发失去的水层厚度（mm）表示。目前气象台站采用蒸发皿观测蒸发量。蒸发皿是一个口径20厘米、高约10厘米的圆盆。倒入清水若干，24小时后量测水量，二者的差值即蒸发皿的蒸发量。,16,蒸发量的变化一般与气温变化一致。一日内，午后气温最高，蒸发量最大；日出前气温最低，蒸发量最小。一年内，夏季蒸发量大，冬季小。 在干旱地区，蒸发能力很强，蒸发量很少，例如我国柴达木盆地的冷湖，年蒸发能力可达1500毫米以上，但那里的年降水量只有14.1毫米，所以
8、实际蒸发量很小。,17,三、凝结,（一）凝结和凝结的条件 水由汽态转化为液态的过程，称为凝结。显然，凝结是与蒸发相反的一种物理过程。 大气中的水汽产生凝结，需要一定条件，1）水汽达到饱和或过饱和，2）还需有凝结核。 1）水汽达到过饱和状态的途径有二：一是增加空气中的水汽含量；二是使空气温度降到露点温度或以下。前者如冷空气移到暖水面上，气温在短时间内尚未提高，而水面蒸发使空气水汽含量增加达到饱和状态，因而产生烟雾状凝结物。后者是水汽凝结的主要途径。辐射、平流、混合、绝热上升等过程都会使气温降低到露点以下，使空气达到过饱和状态。,18,绝热过程 在气象学上，任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化
9、过程，叫做绝热过程。在大气中，作垂直运动的气块，其状态变化通常接近于绝热过程。 当升、降气块内部既没有发生水相变化，又没有与外界交换热量的过程，称作干绝热过程。 饱和湿空气绝热上升时，要因冷却而发生凝结，同时释放凝结潜热，加热气块。这一过程称为湿绝热过程。,19,（二）地面凝结物,1.露与霜 日没后，地面开始冷却，近地面层空气也随之冷却，温度降低。当气温降低到露点以下时，水汽即凝附于地面或地面物体上。当时的温度如在0以上，水汽凝结为液态，这就是露；如温度在0以下，水汽凝结为固态冰晶，这就是霜。由此可见，二者成因相同，凝结状态取决于当时的温度。霜通常见于冬季，露见于其他季节，尤以夏季为明显。,2
10、0,在农事季节，霜期的长短有重要意义。入冬后第一次出现的霜日叫初霜日，最末一次出现的霜日叫终霜日。自初霜日起至终霜日止的持续期称为霜期。在这期间多数植物停止生长。自终霜日到初霜日的持续期称为无霜期。 一般说来，纬度愈高，无霜期愈短；反之，无霜期愈长。例如，我国温州（2801N）无霜期长达321天，长春（4354N）只有145天。纬度相同，海拔愈高，无霜期愈短；反之，无霜期愈长。例如，庐山牯岭（1165米）无霜期为212天，山下九江为263天，二者相差51天。此外，山地阳坡无霜期长于阴坡；低洼地段无霜期比平坦开阔地短。,21,2.雾凇和雨凇 雾凇是一种白色固体凝结物，由过冷的雾滴附着于地面物体上
11、迅速冻结而成, 俗称”树挂”。多出现于寒冷而湿度高的天气条件下. 雨淞, 俗称“冰凌”。由过冷却雨、毛毛雨接触极冷物体表面形成。 雾凇和雨凇通常都形成于树枝、电线上，并总是在物体的迎风面上增长，且在受风面大的物体上凝聚最多。雾凇和雨淞常造成林木破坏、电线折断，对农林、交通产生有害影响。,22,23,24,25,（三）云和雾,1.雾 雾是飘浮在近地面层极细小的水滴或冰晶。当空气中水滴显著增多时，大气呈现混浊状态。当空气中有较多的烟、尘等微粒存在时，也能导致大气能见度变坏，这种现象称为霾。 依据不同的成因，雾可分为辐射雾、平流雾、蒸汽雾、上坡雾和锋面雾五种。,26,1）辐射雾：夜间地面辐射冷却，使
12、贴近地面气层变冷而形成雾。 2）平流雾：暖空气流经冷地面形成的雾。 3）蒸汽雾：冷空气移动到暖水面上形成的雾。冬季的冷气流与暖水面相接触，容易形成蒸汽雾，例如深秋或初冬的早晨，河面，湖面上常见到一片轻烟，称河、湖烟雾。,27,上坡雾：潮湿空气沿山坡上升使水汽而产生的雾。 锋面雾：发生于锋面附近的雾。主要是暖气团的降水落入冷空气层时，冷空气因雨滴蒸发而达到过饱和，水汽在锋面底部凝结而成。我国江淮一带梅雨季节常常出现锋面雾。,28,霾_广州,雾_焦作（11月22日）,29,30,31,2.云 雾是低空近地面层水汽凝结现象，而云则是高空水汽凝结现象。空气对流、锋面抬升、地形抬升等作用使空气上升到凝结
13、高度时，就会形成云。此时气温如在0以上，水汽凝结为水滴；如在0以下，一般凝华为冰晶。,32,按形成云的上升气流特点，可将云分为：积状云、层状云、波状云三类。 （1）积状云：积状云是垂直发展的云块，出现时常常是孤立分散的，包括淡积云、浓积云和积雨云。热力对流、冷锋面对流、地形抬升等，均可形成积状云。,33,（2）层状云：层状云是均匀幕状的云层，通常具有较大的水平范围，包括卷层云、高层云和雨层云。层状云多形成于系统性上升运动中。系统性上升运动速度虽然很慢（只有110厘米/秒），但持续时间长，水平范围很大，所以能形成范围广阔的云层。,34,（3）波状云：波状云是表面呈现波浪起伏状的云层等。这类云通常
14、是在空气密度不同、运动速度不等的两个气层界面上，由于产生波动而形成的。包括层积云、高积云、卷积云。,35,根据云底的高度，云可分成高云、中云、低云三大云族。然后再按云的外形特征、结构和成因可将其划分为十属二十九类。它们主要是： 低云包括层积云、层云、雨层云、积云、积雨云五属(类)，其中层积云、层云、雨层云由水滴组成，云底高度通常在2，500米以下。大部分低云都可能下雨，雨层云还常有连续性雨、雪。而积云、积雨云由水滴、过冷水滴、冰晶混合组成，云底高度一般也常在2，500米以下，但云顶很高。积雨云多下雷阵雨，有时伴有狂风、冰雹。,36,中云包括高层云、高积云两属(类)，多由水滴、过冷水滴与冰晶混合
15、组成，云底高度通常在2，500-5，000米之间。高层云常有雨、雪产生，但薄的高积云一般不会下雨。 高云包括卷云、卷层云、卷积云三属(类)，全部由小冰晶组成，云底高度通常在5，000米以上。高云一般不会下雨，但冬季北方的卷层云、密卷云偶尔会降雪。,37,38,39,雨层云,40,41,云量,天空被云遮蔽的程度叫云量，用010的成数表示。例如，天空全被云遮蔽，云量为10；一半为云遮蔽，云量是5；云占1/10天空，云量为1。根据气温、气流运动等特点，全球可大致划分以下几个云量带： （1）赤道多云带：全年以上升气流为主，气温高，对流旺盛，水汽来源充沛，平均云量约为6： （2）纬度2030少云带：全年
16、以下沉气流为主，空气干燥，是全球两个相对明净带。平均云量4左右，荒漠地带不足2。 （3）中高纬多云带：气团、锋面活动频繁，高纬地带还由于气温低，是全球高云量带。平均6.57。,42,四、大气降水 (Precipitation),（一）产生降水的一般物理过程 从云层中降落到地面的液态或固态水，称为降水。雨、雪、雨夹雪、冰雹等等，都是降水现象。,43,云滴增长主要有两个过程。1. 云滴凝结（凝华）增长；2. 云滴的冲并增长。 1. 云滴凝结（凝华）增长 在云的形成和发展阶段中，因云体持续上升，绝热冷却，或不断有水汽输入云中，使云滴周围的实际水汽压大于它的饱和水汽压，云滴就因为水汽凝结或凝华而逐渐增大。当云中水滴与冰晶共存时，更容易促使云滴增长。在云中并存在着过冷水滴、水汽和冰晶的条件下，对冰而言，空气已达饱和，对水来说，尚未饱和，于是，水滴将会被蒸发，而冰晶将因水汽在它们上面凝华而不断增长。这样，很快就能形成大冰晶。 对云体上部已超越等0线，有冰晶和过冷却水滴共同构成的混合云降水而言，冰晶效应是主要的.,44,
