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1、第四章 大气中的水汽1. 大气中水汽的表示方法2. 蒸发与蒸腾3. 水汽的凝结4. 大气降水5. 水分与农业生产第四章 大气中的水汽1. 大气中水汽的表示方法绝对湿度水汽压饱和水汽压饱和差相对湿度露点温度绝对湿度单位容积空气中含有的水汽质量数，记做a 或 。单位为g/m3。 绝对湿度直观地描述了空气中水汽的含量， 在研究空气的结露量等时更加方便。 绝对湿度也称水汽密度，空气中数值一般变 化于040g/m3。 绝对湿度一般不容易直接测得，多为通过水 汽压而计算得到。水汽压水汽在大气中的分压称作水汽压，以e表示，单位为hPa。大气中水汽含量越丰富，则其水汽压越大，水汽压与绝对 湿度之间的关系可以用
2、下式表示： a217e / T 式中：a为绝对湿度，单位为g/m3e为水汽压，单位为hPaT为空气温度（绝对温标），单位为K。n水汽压是从动力学上反映空气中水汽含量的，水汽的输送 是从压力大的地方向压力小的地方运动。饱和水汽压空气中能容纳的水汽量是有限的，空气中所能容纳的最大 水汽量在大气中的分压称为饱和水汽压。用E表示。饱和水汽压实际上是针对具体蒸发面而言，是蒸发面上单 位时间逸出的水分子数与同时间内由空气返回蒸发面上水分子 数达到动态平衡的反映。空气是否达到饱和取决于蒸发面上单位时间逸出的水分子 数，即蒸发面的温度和溶液浓度、形状等。纯水平面上饱和水汽压可以用下面半经验公式表示： EE01
3、0(7.5t /（237.3+t)式中：E0为0时水面饱和水汽压6.1078hPan空气的饱和水汽压即空气中凝结核表面的饱和水汽压，一 般上，我们可以认为，空气中凝结核的温度与空气温度是相一 致的，即可以用空气温度替代凝结核表面的温度而计算空气的 饱和水汽压。饱和差表示空气中尚能容纳的水汽量，表达式为：dEe式中：E为空气的饱和水汽压，e为空气的实际水汽压n饱和差实际上反映了潮湿物体表面蒸发的速度，即其蒸发 力，饱和差越大，则其蒸发越迅速。n对于具体物体表面的蒸发，则其蒸发力为该物体表面饱和 水汽压与空气中水汽压的差值，温度越高的蒸发力越大，也越 容易蒸发。相对湿度表示空气达到饱和的程度，表达
4、式为： RHe/E100相对湿度表示空气的干湿程度，数值越大， 则越潮湿。相对湿度是最常用的表示空气中水汽含量的 物理量，通常我们所说的空气湿度就是指其相 对湿度，比如，说湿度为85，即其相对湿度为 85。露点温度露点温 度简称露点 (td)，指的 是当空气中 水汽压不变 情况下，降 低空气温度 使空气刚好 达到饱和时 的温度。空气湿度的时空变化水汽压、绝对湿度、露点温度的变化：相对湿度、饱和差的变化：2. 蒸发与蒸腾水面蒸发土壤蒸发植物蒸腾农田水分蒸散水面蒸发影响水面蒸发的因素：水面的饱和水汽压与空气中水汽压之差；水面上风速；溶液浓度；水面上大气压。下垫面中，水面的蒸发速度几乎是最快的，它的
5、蒸发主 要取决于水面上空气象条件，一般以它的蒸发量作为一个地 方水分需求的参考。土壤蒸发重力水阶段：（稳高阶段）土壤在充分灌溉或较长时间降水后，其水分含量超过本 身能够容纳最大持水量，多余的水分在重力作用下向下渗漏， 称重力水。此阶段水分的蒸发类同于水面蒸发，蒸发速度取决 于表面气象条件，甚至比水面蒸发速度更大。毛管水阶段：（速降阶段）土壤通过其颗粒间的空隙储存的水分。此阶段的土壤 蒸发取决于两方面：气象条件以及土壤性质。生产上应采取适 当的措施降低该阶段的土壤蒸发，如覆盖、中耕等。束缚水阶段：（稳低阶段）当土壤水分持续降低，表层土壤中毛管断裂，形成干土 层，此时，土壤颗粒周围也存在部分水分，
6、但紧紧被其吸附不 能为作物所吸收，此时，土壤水分蒸发基本停滞，只是经土壤 孔隙，下层土壤水分通过分子扩散的形式向表层输送。植物蒸腾植物的蒸腾既是物理过程，也是其生理过程，是作物根系 吸收水分和矿物质等的动力来源。其蒸腾量（速度）取决于叶 片温度和空气中水汽压以及叶片表面湍流。植物整个生长期吸收的大量水分主要用于蒸腾，我们把农 作物生长期内总的蒸腾耗水量与作物收获的干物质量的比 值称为作物的蒸腾系数.农田水分蒸散农作物生长过程中，土壤蒸发与植物蒸腾同时存在，其共 同消耗的水分称为农田水分蒸散，简称蒸散。农作物不同生长时期，水分消耗的方式有所差别：苗期主 要是土壤蒸发，当作物封行后，蒸腾就是其主要
7、方式了。农田水分蒸散的计算、估测是精确农业的一个重要方面， 历来是研究农田水分需求的重点和热点，也有诸多的估算公式 ，但受到不同农作物、不同气象条件和土壤条件的影响，其实 际蒸散差异较大。常用的农田水分蒸散的估算办法主要有：水分平衡法、桑 斯威特法、彭曼法、鲍恩比法等。任一种农田水分蒸散模型计算结果都小于自由水面水分蒸 发速度。3. 水汽的凝结水汽凝结的条件水汽的凝结物F地面水汽凝结物F近地面空气中水汽凝结物F自由大气中水汽凝结物水汽凝结的条件l空气中水汽达到饱和或过饱和 增加空气中水汽含量 降低空气的饱和水汽压 通过降低空气温度的方式来降低空气中的饱和水汽 压，空气的降温方式主要有：辐射降温
8、、平流降温、 绝热降温和混合降温。l充足的凝结核 清洁的空气中水汽很难凝结（凝华），凝结核的作 用为降低空气的饱和水汽压（减小其曲率、增加与水 分子的吸引力等）。辐射降温：夜间，地表通过地面有效辐射大量散失热量，温度 下降，而接近于地表的空气温度随之而下降，此称之为辐射降 温。平流降温：暖空气流入到冷的下垫面，下层空气由于和地表的 热量交换而降低温度，这种方式称为平流降温。绝热降温：当空气团与外界热量交换达到动态平衡，称为绝热 。绝热的空气团作上升运动时，由于大气压减小，空气膨胀而 作功，内能降低，温度下降，称为绝热降温。分干绝热和湿绝 热两种形式，区别在于有无水汽凝结，其降温速率分别为每上
9、升1hm，温度下降1和约0.5。混合降温：两团温度不同的未饱和空气相混合后，温度发生变 化，称为混合降温，它有可能使得空气达到饱和状态。水汽的凝结物n地表的水汽凝结物露、霜地表凝结面温度大于0凝结为露，反之为霜，其它还有雾淞、雨淞等；露和霜形成的降温方式：辐射冷却。形成露和霜的有利天气条件：夜晚晴朗微风的天气。雾淞形成原因：蒸发雾遇到冷的物体（树枝等）在其表面凝结而形成。雨淞形成原因：雨水在冷的凝结面上冻结而成。露水可以补充作物（土壤）由于蒸发、蒸腾等消耗的水分，有效性强，重露 其降水量可接近0.3mm。植物叶片上凝露对微生物的繁殖非常有利，是诱发作物病害的一个重要条件 ；露水对牛、羊等食草动
10、物采食有不利的影响。霜与霜冻是不同的概念，霜冻是指初冬，植物表面的温度下降到冰点以下的 低温而使其体内组织冻结产生的短时间低温危害。北京西山红叶（表面凝霜）霜打油菜（柳州）茶园霜冻（福建安溪）雾淞（吉林）雾淞（南京）雨淞水汽的凝结物n近地气层的水汽凝结物雾按照形成的原因的不同，雾可以分成：（1）辐射雾（2）平流雾（3）地形雾（4）蒸发雾（5）锋面雾辐射雾：由于地面和近地层空气辐射冷却，使空 气达到过饱和而凝结形成。形成的有利天气条件：晴朗微风潮湿的天气。平流雾：暖空气流经冷的下垫面，其下部与冷的 下垫面接触，逐渐降温而形成。地形雾：由于地形因素而形成的雾。主要为夜间 山上冷空气下沉，山谷中暖湿
11、空气被抬升降温而 形成。蒸发雾：初冬季节，水面温度较高，蒸发强烈，蒸 发的水汽输送到空气中，空气温度较低，饱和水汽 压较小，水汽达到过饱和而形成的水汽凝结物。锋面雾：地面锋线附近，暖空气被抬升而形成。水汽的凝结物n自由大气中水汽凝结物云云形成的降温方式：绝热降温。形成与维持云存在的必要条件：空气的上升运动。按照云底高度、云状的不同，将天空中的云分成三族十一属二十九类。云底高度：凝结高度，数值上等于（t-td）hm。如果地面温 度、水汽压差异不大，云底高度也就基本相同，所以云底一 般都是平的。云图欣赏4. 大气降水n降水的成因n降水的类型n降水的表示方法n降水量n降水强度n降水变率降水成因n问题
12、：地球上物体在重力作用下都要向下运动，为什么云 滴难以降落地面而形成降水？夏季降水要比冬季的雨滴大？n降水的形成过程就是云滴增大的过程。n云滴增大的途径：n凝结增大云开始形成时云滴增大的主要途径，在空气不断上升 时,不停地有水汽凝结。n冲并增大当云滴在不稳定的上升气流带动下做各向运动，大 小不同的云滴其运动速度的差异，造成相互碰撞而合并，是 云滴增大形成降水的主要途径。降水的类型n按形成原因分：热对流降水、地形降水、气旋降水、锋面 降水、台风降水n按形态分：雨、雪、霰、冰雹降水的表示方法降水量：从云中降落到地面的水汽凝结物，未经蒸发、渗 漏和流失，在水平面上所积聚的水层深度称降水量，单位: mm 。降水强度：单位时间的降水量，一般以小时、日为单位， 按不同降水强度可将降水分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴 雨和特大暴雨等级别。降水变率：表示降水量年际间变动程度的统计量。
