4 第三章水分

1、Moisture in the atmosphere a a、b b为常数，为常数，E E0 0为为00时纯水面的饱和水汽压时纯水面的饱和水汽压6.11hPa,6.11hPa,对于纯水面，对于纯水面，a a7.637.63，b b241.9241.9。 TReaw %100 Eer 5.5.露点温度（露点温度（t td d）当空气中的水汽含量不变且气压一定时，降低温度使空气当空气中的水汽含量不变且气压一定时，降低温度使空气达到饱和，此时的气温称为露点温度。与温度的单位相同。达到饱和，此时的气温称为露点温度。与温度的单位相同。如如t=10,e=8.72 hPa,t=10,e=8.72 hPa,降

2、低温度到降低温度到55时时（E=8.72hpaE=8.72hpa）则）则55是是1010的露点温度。的露点温度。 露点温度下的饱和水汽压就是实际水汽压。露点温度下的饱和水汽压就是实际水汽压。6.饱和差饱和差 当温度不变时，即当温度不变时，即E E不变：不变：水汽含量水汽含量、 e e 、d d当水汽含量不变时，当水汽含量不变时，即即e e不变：温度不变：温度、 E E、 d d|例例1 1：已知：已知r r3030，t td d1515，求饱和差，求饱和差d d。解：解：ddtbatE 10?0%100 EertbatEE 100（一）绝对湿度随时间的变化（自学内容）（一）绝对湿度随时间的变化

3、（自学内容）单波型（海洋型）单波型（海洋型） 海洋、沿海地区、海洋、沿海地区、冬季大陆冬季大陆双波型（大陆型）双波型（大陆型） 夏季内陆、沙漠夏季内陆、沙漠地区地区影响因子：影响因子：蒸发强度蒸发强度影影响因子：响因子：蒸发强度蒸发强度乱流强度乱流强度a a时间时间冬季冬季夏季夏季一般与气温的年变化一致。最大值陆地出现在一般与气温的年变化一致。最大值陆地出现在7 7月份，月份，沿海出现在沿海出现在8 8月份，最小值陆地出现在月份，最小值陆地出现在1 1月份，沿海出现在月份，沿海出现在2 2月份。绝对湿度的年变化还与降水的季节分布有关。月份。绝对湿度的年变化还与降水的季节分布有关。二）二） 相对

4、湿度随时间的变化相对湿度随时间的变化时间时间夜夜昼昼T T 地面水分蒸发地面水分蒸发 e e，由于，由于E E随随温度变化温度变化比比e e快，因此快，因此 T T r r 时间时间夜夜昼昼海陆风（水陆风）海陆风（水陆风）昼：吹海风，潮湿昼：吹海风，潮湿夜：吹陆风，干燥夜：吹陆风，干燥2014年年9月月21日日2014年年9月月21日日mmmm 假设假设N N 为单位时间内跑出水面的水分子数，为单位时间内跑出水面的水分子数，n n 为单位时为单位时间内落回水中的水汽分子数，则得到水和水汽两相变化和平间内落回水中的水汽分子数，则得到水和水汽两相变化和平衡的分子物理学判据，即：衡的分子物理学判据，

5、即：N Nn n 蒸发（未饱和）蒸发（未饱和）N=n N=n 动态平衡（饱和）动态平衡（饱和）N Nn n 凝结（过饱和）凝结（过饱和）E Ee e 蒸发蒸发E=e E=e 动态平衡动态平衡E Ee e 凝结凝结蒸发、凝结、饱和蒸发、凝结、饱和上式中：上式中：W-W-水面蒸发速度水面蒸发速度 ( (g gcmcm-2-2dd-1 -1 或或 mmmmd d-1-1）k k-与风速有关的比例系数与风速有关的比例系数P-P-当时的大气压力当时的大气压力E-E-水面温度下的饱和水汽压水面温度下的饱和水汽压e-e-贴近水面空气的实际水汽压贴近水面空气的实际水汽压 PeEkW 影响水面蒸发的因子：影响水

6、面蒸发的因子：PeEkW 土壤含水量的大小和土壤的性质、结构土壤含水量的大小和土壤的性质、结构等因子，即土壤水分向上输送的条件，等因子，即土壤水分向上输送的条件，称称土壤的供水能力土壤的供水能力。 及及抑制土壤蒸发的措施抑制土壤蒸发的措施土壤基质借颗粒表面的吸附与孔隙土壤基质借颗粒表面的吸附与孔隙的毛管作用而吸持水分，其中吸附的的毛管作用而吸持水分，其中吸附的水分称为水分称为吸附水吸附水，难以被植物吸收；，难以被植物吸收；由于毛管作用而保持的水分称为由于毛管作用而保持的水分称为毛管毛管水水，不易流失而且容易被植物吸收，不易流失而且容易被植物吸收，在农业生产中具有重要意义。在农业生产中具有重要意

7、义。毛毛管管水水土壤表层变干，蒸发面下降，气象条件土壤表层变干，蒸发面下降，气象条件的影响减小。的影响减小。土壤表层饱和，蒸发主要发生在土壤表层，土壤表层饱和，蒸发主要发生在土壤表层，此时土壤蒸发速度接近水面蒸发速度，主此时土壤蒸发速度接近水面蒸发速度，主要受气象因子的影响。要受气象因子的影响。此阶段可通过浅锄地来减小土壤蒸发。此阶段可通过浅锄地来减小土壤蒸发。 此阶段可通过镇压以减小土壤孔隙度和透气性此阶段可通过镇压以减小土壤孔隙度和透气性的方法来达到保墒的目的。的方法来达到保墒的目的。 此时，地表干土层已经很厚，必须采取灌溉才此时，地表干土层已经很厚，必须采取灌溉才能满足植物对水分的需要。

8、能满足植物对水分的需要。除上述不同土壤蒸发阶段的保墒措施外，目前广除上述不同土壤蒸发阶段的保墒措施外，目前广泛采用的地膜覆盖、土壤保水剂、土壤蒸发抑制剂等泛采用的地膜覆盖、土壤保水剂、土壤蒸发抑制剂等都具有良好的保墒效果。都具有良好的保墒效果。 植物蒸腾是一个生物物理过程，主要起输送养分和维植物蒸腾是一个生物物理过程，主要起输送养分和维持体温的作用持体温的作用. . 农田蒸散不限于土壤表面的水分，还包括植物根系层土农田蒸散不限于土壤表面的水分，还包括植物根系层土壤的水分；植物通过叶片气孔的开闭，可自行调节叶片蒸壤的水分；植物通过叶片气孔的开闭，可自行调节叶片蒸腾强度，从而影响农田蒸散；蒸腾主要

9、在白天，而土壤蒸腾强度，从而影响农田蒸散；蒸腾主要在白天，而土壤蒸发则昼夜均可进行；蒸散面不仅是土面，还有叶面、茎面发则昼夜均可进行；蒸散面不仅是土面，还有叶面、茎面等植株表面。等植株表面。 . .影响蒸散的因子影响蒸散的因子气象因素：气象因素：辐射差额、温度、湿度和风等；辐射差额、温度、湿度和风等；植物因素：植物因素：植物覆盖度、植物种类、生长发育状况、气孔植物覆盖度、植物种类、生长发育状况、气孔数目与排列、张闭程度等；数目与排列、张闭程度等； 有凝结核或凝华核的存在有凝结核或凝华核的存在大气中水汽要达到过饱和状态大气中水汽要达到过饱和状态 第三节第三节 水汽凝结水汽凝结。 (2)(2)降低

10、空气温度。（降低空气温度。（ttd,tEE) ) ； 空气的冷却空气的冷却 的方式有以下几种：的方式有以下几种：大气中常见的凝结现象，后者居多 冷却是主要的。对形成雾来说，由于凝结出现在贴近地冷却是主要的。对形成雾来说，由于凝结出现在贴近地面的气层中，因此辐射冷却、平流冷却是主要的；对形成面的气层中，因此辐射冷却、平流冷却是主要的；对形成云来说，由于凝结是在一定高度上，因而绝热冷却就成为云来说，由于凝结是在一定高度上，因而绝热冷却就成为主要的了主要的了空气中空气中地表或地物上地表或地物上云和雾云和雾露、霜、雾凇和雨凇露、霜、雾凇和雨凇 （一）地面的水汽凝结物（一）地面的水汽凝结物霜霜 & 霜冻

11、霜冻48小时内地面最低温度将要下降到小时内地面最低温度将要下降到0以下，以下，对农业将产生影响，或者已经降到对农业将产生影响，或者已经降到0以下，以下，对农业已经产生影响，并可能持续对农业已经产生影响，并可能持续24小时内地面最低温度将要下降到零下小时内地面最低温度将要下降到零下3以下，对农业将产生严重影响，或者以下，对农业将产生严重影响，或者已经降到零下已经降到零下3以下，对农业已经产生以下，对农业已经产生严重影响，并可能持续。严重影响，并可能持续。24小时内地面最低温度将要下降到零下小时内地面最低温度将要下降到零下5以下，对农业将产生严重影响，或者以下，对农业将产生严重影响，或者已经降到零

12、下已经降到零下5以下，对农业已经产生以下，对农业已经产生严重影响，并将持续。严重影响，并将持续。 形成形成 气象条件气象条件晶状晶状雾凇雾凇由过冷却雾滴蒸由过冷却雾滴蒸发后，再由水汽发后，再由水汽凝华而成凝华而成有有雾雾微风微风严寒严寒（气温低于（气温低于-15 -15 ）粒状粒状雾凇雾凇由过冷却的雾滴由过冷却的雾滴被风吹过，碰到被风吹过，碰到冷的物体表面迅冷的物体表面迅速冻结而成速冻结而成浓浓雾雾风较风较大大微寒微寒（气温在（气温在-2-2-7-7） 它主要是过冷却雨滴降它主要是过冷却雨滴降到温度低于到温度低于00的地面的地面或地物上冻结而成的。或地物上冻结而成的。 雾雾 凇凇 雾的类型雾的

13、类型地面空气中水汽充足地面空气中水汽充足有充足的凝结核有充足的凝结核有使水汽凝结的冷却过程（辐射、平流、绝热）有使水汽凝结的冷却过程（辐射、平流、绝热）风力微弱、层结稳定（风力微弱、层结稳定（ m d） 雾遮蔽太阳辐射，减小日照时数，削弱太阳直接辐射，雾遮蔽太阳辐射，减小日照时数，削弱太阳直接辐射，抑制白天温度的增高抑制白天温度的增高. . 寒冷季节，雾减弱夜间地面辐射，减轻或免除低温危寒冷季节，雾减弱夜间地面辐射，减轻或免除低温危害；雾有利于茶、麻等生长，如害；雾有利于茶、麻等生长，如 高山云雾出名茶高山云雾出名茶 ，雾，雾可延长麻类的营养生长期，提高产量可延长麻类的营养生长期，提高产量 增

14、大空气湿度，减小蒸散，限制根系吸收作用；雾滴沾增大空气湿度，减小蒸散，限制根系吸收作用；雾滴沾在植物表面，可起到露的作用，妨碍植物受粉结实，利在植物表面，可起到露的作用，妨碍植物受粉结实，利于病虫害发生于病虫害发生. .雾对交通的雾对交通的影响影响辐射雾辐射雾平流雾平流雾混合雾混合雾。云族云族云云 属属学名学名简写简写低云低云2000M2000M积云积云CuCu积雨云积雨云CbCb层积云层积云ScSc层云层云StSt雨层云雨层云NsNs中云中云2000MH6000M2000MH6000MH6000M卷云卷云CiCi卷层云卷层云CsCs卷积云卷积云CcCc云与雾的联系与区别云与雾的联系与区别联系

15、：联系： 云和雾都是由悬浮于空中的小水滴或云和雾都是由悬浮于空中的小水滴或冰晶组成的，云为空中之雾，雾为地面之冰晶组成的，云为空中之雾，雾为地面之云。云。区别：区别：1 1、云底不接地，但有一定的高度和形状；、云底不接地，但有一定的高度和形状；2 2、云中的水滴比雾中的大；、云中的水滴比雾中的大； 3 3、云的形成过程中，以绝热冷却为主，雾、云的形成过程中，以绝热冷却为主，雾则以辐射冷却和平流冷却为主。则以辐射冷却和平流冷却为主。 积雨云积雨云积云积云雨层云雨层云层层积积云云层云层云低低云云淡积云浓积云积雨云层云透光层积云高层云高层云高积云高积云中中云云高层云透光高积云卷层云卷层云卷积卷积云云

16、卷云卷云高高云云卷云钩卷云透光卷积云波浪云波浪云堡状云悬球状云悬球状云荚状云龙卷风龙卷风 H H2 2O OE E小小e eE E大大小小大大H H2 2O OE E水水e eE E冰冰水水冰冰H H2 2O OE E暖暖e eE E冷冷暖暖冷冷E小的更容易凝结小的更容易凝结冰晶效应冰晶效应 。 随着云滴的增大，凝结（华）增长减弱随着云滴的增大，凝结（华）增长减弱 又称雪丸或软雹。由白色不透明的近似球状（有时呈圆又称雪丸或软雹。由白色不透明的近似球状（有时呈圆锥形）的、有雪状结构的冰相粒子组成的固态降水，直径锥形）的、有雪状结构的冰相粒子组成的固态降水，直径2-5mm2-5mm，着硬地常反跳，

17、松脆易碎。，着硬地常反跳，松脆易碎。 雪花是由小冰晶增大变来的，而冰的分子以六角形的为最雪花是由小冰晶增大变来的，而冰的分子以六角形的为最多，对于六角形片状冰晶来说，由于它面上、边上和角上多，对于六角形片状冰晶来说，由于它面上、边上和角上的弯曲程度不同，且冰晶的面、边、角上的饱和水汽压不的弯曲程度不同，且冰晶的面、边、角上的饱和水汽压不同，其凝华增长的情况也不相同。同，其凝华增长的情况也不相同。对于冰晶而言其角上的饱和水汽压最大，边上次之，平面对于冰晶而言其角上的饱和水汽压最大，边上次之，平面上最小，弯曲程度大的地方凝华较快。上最小，弯曲程度大的地方凝华较快。在实有水汽压相同的情况下，如果云中

18、水汽非常丰富，实在实有水汽压相同的情况下，如果云中水汽非常丰富，实有水汽压大于角上的饱和水汽压，这样在面上、边上、角有水汽压大于角上的饱和水汽压，这样在面上、边上、角上都有水汽凝华，但尖角处位置突出，水汽供应最充分，上都有水汽凝华，但尖角处位置突出，水汽供应最充分，凝华增长得最快，所以多形成枝状或星状雪花凝华增长得最快，所以多形成枝状或星状雪花。 (四四)雹雹 霰和冰雹的主要区别是霰比较松散，而冰雹很硬；冰雹常出霰和冰雹的主要区别是霰比较松散，而冰雹很硬；冰雹常出现在对流活动较强的夏秋季节，而霰常出现在降雪前或与雪同现在对流活动较强的夏秋季节，而霰常出现在降雪前或与雪同时降落。从视觉上，冰雹是

19、半透明的，而霰一般是不透明的。时降落。从视觉上，冰雹是半透明的，而霰一般是不透明的。 对流雨对流雨 人们也称人们也称雷阵雨雷阵雨，地面，地面气温上升，空气受热膨气温上升，空气受热膨胀，高空冷空气下沉补胀，高空冷空气下沉补充，形成对流。上升的充，形成对流。上升的气流到达高空，气温下气流到达高空，气温下降，水汽形成云层，最降，水汽形成云层，最终形成大雨。终形成大雨。 多发生在热带多发生在热带对流雨对流雨地形雨地形雨暖湿气流在迎风坡爬升时冷却凝结而成。暖湿气流在迎风坡爬升时冷却凝结而成。我国东南部山区较多见。我国东南部山区较多见。迎风坡迎风坡背风坡背风坡锋面雨锋面雨冷暖气流相遇，冷暖气流相遇，暖气流

20、因上升变暖气流因上升变冷，水汽凝结成冷，水汽凝结成雨。雨。中纬度的夏天会中纬度的夏天会下锋面雨。下锋面雨。锋面锋面台风雨台风雨热带海洋上的空气旋涡，湿热空气大规模的上升，热带海洋上的空气旋涡，湿热空气大规模的上升，气温下降，水汽凝结成雨。气温下降，水汽凝结成雨。我国东南沿海夏秋两季常会受台风雨的袭击。我国东南沿海夏秋两季常会受台风雨的袭击。xxd niidnd11%100 xdD%100 xdD 多年平均降水只能表示常年平均情况，生产实践中必须了解水多年平均降水只能表示常年平均情况，生产实践中必须了解水分供应的保证状况和可靠程度。分供应的保证状况和可靠程度。 气候资料统计中常计算降水量在不同范

21、围内出现气候资料统计中常计算降水量在不同范围内出现的频率，常用的频率，常用分组法统计分组法统计。nNlog5 一、地球上的水分布一、地球上的水分布水体组成水体组成海洋水海洋水陆地水陆地水大气水大气水地下水地下水河湖水河湖水96.5396.53% %冰川水冰川水土壤水土壤水3.463.46% %0.0010.001% %（13.38亿亿Km3 ） （0.48亿亿Km3 ）（1.29万万Km3 ）其中淡水为其中淡水为0.35亿亿Km3 ，占全球的占全球的2.35%二、水循环二、水循环2021-6-14117海海 洋洋 上上 空空大大 陆陆 上上 空空海海 洋洋地地 下下陆陆 面面降降水水蒸蒸发发返

22、返回回大大气气地面径流地面径流海海洋洋蒸蒸发发降降水水气流输运气流输运外循环：外循环：内循环内循环：自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为：自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为：外循环外循环/ /内循环内循环地下径流地下径流汇入汇入河川河川三、水分平衡三、水分平衡1.概念概念所谓水分平衡，是指任意选择的区域（或水体），所谓水分平衡，是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其在任意时段内，其收入收入的水量与的水量与支出支出的水量之间差的水量之间差额必等于该时段区域（或水体）内蓄水的额必等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量变化量，即水在循环过程中，从总体上说即水在循环过程中，从总体上说收支

23、平衡收支平衡。I Q = S 式中式中: : I 水分收入项；水分收入项； Q 水分支出项；水分支出项； S 研究时段内区域（或水体）内蓄水变化量。研究时段内区域（或水体）内蓄水变化量。注意：注意：上式为水分平衡方程的上式为水分平衡方程的一般形式一般形式，对不同的区，对不同的区域和不同的问题应域和不同的问题应具体分析具体分析水分的输入项和输出项的各水分的输入项和输出项的各个组成部分，写出个组成部分，写出相应的水分平衡方程式相应的水分平衡方程式。陆地水分平衡方程陆地水分平衡方程 依据水分平衡的原理，以地球陆地为研究对象，建立依据水分平衡的原理，以地球陆地为研究对象，建立陆地陆地水分平衡方程水分平

24、衡方程： W陆陆 = P陆陆 R E陆陆 式中式中: P P陆陆： 在时段内陆地的降水量在时段内陆地的降水量 R R ： 时段内由陆地流入海洋的径流量时段内由陆地流入海洋的径流量 E E陆陆： 在时段内陆地的蒸发量在时段内陆地的蒸发量 W W陆陆 ： 在时段内陆地蓄水量的变化量在时段内陆地蓄水量的变化量海洋水分平衡方程海洋水分平衡方程以海洋为研究对象，某时段内的水以海洋为研究对象，某时段内的水分分平衡方程可写成：平衡方程可写成： W海海 = P海海R E海海式中式中: E海海 ： 海洋在时段内的蒸发量；海洋在时段内的蒸发量； P海海 ： 海洋在时段内的降水量；海洋在时段内的降水量； R ： 时

25、段内由陆地流入海洋的径流量；时段内由陆地流入海洋的径流量； W海海 ： 海洋在该时段内蓄水量的变化量。海洋在该时段内蓄水量的变化量。全球水分平衡方程全球水分平衡方程RPE 陆陆陆陆 水分平衡是水循环的数量表示。就全球多年水分平衡是水循环的数量表示。就全球多年平均状况而言，平均状况而言， W W 可忽略不计。陆地上多年可忽略不计。陆地上多年平均的水分平衡方程为：平均的水分平衡方程为：RPE 海海海海陆陆海海陆陆海海PPEE 全球海洋全球海洋36100361004580004580004700047000505000505000全球陆地全球陆地149001490011900011900047000

26、470007200072000全球全球5100051000577000577000577000577000人类活动直接或间接的影响了人类活动直接或间接的影响了水文循环的路线水文循环的路线以及以及水水分平衡的各项量值分平衡的各项量值，使，使水分平衡水分平衡产生变化；同时也改变了产生变化；同时也改变了水的物理化学性质。水的物理化学性质。大致包括以下方面：大致包括以下方面：u人类生产及生活用水对水文循环的影响人类生产及生活用水对水文循环的影响u水利工程的影响水利工程的影响u跨流域的调水工程跨流域的调水工程一、水分对作物生长发育的一般影响一、水分对作物生长发育的一般影响1 1、水分是植物体的重要组成部

27、分；、水分是植物体的重要组成部分；2 2、水分是营养物质吸收和运输的媒介；、水分是营养物质吸收和运输的媒介；3 3、水分支撑和维持生物细胞的紧张度；、水分支撑和维持生物细胞的紧张度；4 4、水分作为反应物质，参加了植物生长发育过程一系列、水分作为反应物质，参加了植物生长发育过程一系列的化学反应，是合成有机物的原料。的化学反应，是合成有机物的原料。 二、植物生长的需水量二、植物生长的需水量 、蒸腾系数、蒸腾系数蒸腾系数：形成一克干物质所需（蒸腾）的水量，就称蒸腾系数：形成一克干物质所需（蒸腾）的水量，就称为植物的蒸腾系数。为植物的蒸腾系数。作物名称作物名称蒸腾系数蒸腾系数水稻水稻500-800玉米玉米250-300小麦小麦450-600蔬菜蔬菜500-800葡萄葡萄182 三、作物水分临界期三、作物水