辐射相对湿度考试

1、第五节第五节 大气温度的空间分布大气温度的空间分布一一 气温的水平分布气温的水平分布气温的分布通常用气温的分布通常用等温线图等温线图表示。表示。所谓等温线就是地面上气温相等的各地点的连线所谓等温线就是地面上气温相等的各地点的连线 等温线的不同排列，反映出不同的气温分布特点。如等温线稀疏，等温线的不同排列，反映出不同的气温分布特点。如等温线稀疏，则表示各地气温相差不大。等温线密集，表示各地气温悬殊。等温线则表示各地气温相差不大。等温线密集，表示各地气温悬殊。等温线平直，表示影响气温分布的因素较少。等温线的弯曲，表示影响气温平直，表示影响气温分布的因素较少。等温线的弯曲，表示影响气温分布的因素较多

2、分布的因素较多 影响气温分布的主要因素有三，即影响气温分布的主要因素有三，即纬度、海陆和高度纬度、海陆和高度 在绘制等温线图时，常把温度值订正到同一高度即海平面上，在绘制等温线图时，常把温度值订正到同一高度即海平面上，以便以便消除高度的因素消除高度的因素，从而把纬度、海陆及其它因素更明显地表，从而把纬度、海陆及其它因素更明显地表现出来现出来第二章第二章 大气的热能和温度大气的热能和温度 通常以通常以 1 月代表北半球的冬季和南半球的夏季月代表北半球的冬季和南半球的夏季， 7 月代表北半球的夏季和南半球的冬季月代表北半球的夏季和南半球的冬季。 对冬季和夏季地球表面平均温度分布的特征，可作如下分析

3、对冬季和夏季地球表面平均温度分布的特征，可作如下分析 在全球平均气温分布图上，明显地看出，赤道地区气温高，向在全球平均气温分布图上，明显地看出，赤道地区气温高，向两极逐渐降低，这是一个基本特征。两极逐渐降低，这是一个基本特征。 在北半球，等温线在北半球，等温线 7 月比月比 1 月稀疏。这说明月稀疏。这说明 1 月北半球南北温度差大于月北半球南北温度差大于 7 月月 冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大致凸向极地，而夏季相反在海洋上大致凸向极地，而夏季相反 最高温度带并不位于赤道上，而是冬季在最高温度带并不位于赤道上，而是冬季在 5o 一一

4、 10oN 处，夏季移到处，夏季移到 20oN 左右。左右。 南半球不论冬夏，最低温度都出现在南极。北半球仅夏季最低温度南半球不论冬夏，最低温度都出现在南极。北半球仅夏季最低温度出现在极地附近，而奢冬季最冷地区出现在东部西伯利亚和格陵兰地区。出现在极地附近，而奢冬季最冷地区出现在东部西伯利亚和格陵兰地区。在对流层内各高度的气温垂直变化是因时因地而不同的在对流层内各高度的气温垂直变化是因时因地而不同的 二、对流层中气温的垂直分布二、对流层中气温的垂直分布在对流层中，总的情况是气温随高度而降低在对流层中，总的情况是气温随高度而降低 对流层的中层和上层受地表的影响较小，气温直减率的变化比对流层的中层

5、和上层受地表的影响较小，气温直减率的变化比下层小得多。在下层小得多。在中层气温直减率平均为中层气温直减率平均为 0 . 5 一一 0 . 6 l00m ，上层平均为上层平均为 0 . 65 一一 0 . 75 l00m 。 对流层下层对流层下层（由地面至（由地面至 2km ）的气温直减率平均为）的气温直减率平均为 0.3-0.4 l00m 。但由于气层受地面增热和冷却的影响很大，气温直减率随地面性质、季节、但由于气层受地面增热和冷却的影响很大，气温直减率随地面性质、季节、昼夜和天气条件的变化亦很大昼夜和天气条件的变化亦很大 夏季白昼，在大陆上，当晴空无云时，地面剧烈地增热，底层夏季白昼，在大陆

6、上，当晴空无云时，地面剧烈地增热，底层（自地面至（自地面至 300 一一 50om 高度）气温直减率可大于干绝热率（可达高度）气温直减率可大于干绝热率（可达 1.2-1.5 l00m ） （一）（一） 辐射逆温辐射逆温 由于地面强烈辐射由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，冷却而形成的逆温，称为辐射逆温称为辐射逆温 图图 2 35 表明辐射表明辐射逆温的生消过程。逆温的生消过程。 图中图中 a 为辐射逆温形成前的气温垂直分布情形为辐射逆温形成前的气温垂直分布情形 在晴朗无云或少云的夜间，地面很快辐射冷却，贴近地面的气层在晴朗无云或少云的夜间，地面很快辐射冷却，贴近地面的气层也随之降温。由于空气愈靠

7、近地面，受地表的影响愈大，所以，离地也随之降温。由于空气愈靠近地面，受地表的影响愈大，所以，离地面愈近，降温愈，离地面愈远，降温愈少，因而形成了自地面开始的面愈近，降温愈，离地面愈远，降温愈少，因而形成了自地面开始的逆温（图逆温（图 2 35b ) 随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强（图上扩展，黎明时达最强（图 2 35 中中c。）。） 日出后，太阳辐射逐渐增强，逆温日出后，太阳辐射逐渐增强，逆温 便逐渐自下而上地消失（图便逐渐自下而上地消失（图 2 35 中中 d 、 e ） （二）湍流逆温（二）湍流逆温由于低层空气的湍流混合而形成的逆温

8、，称为湍流逆温由于低层空气的湍流混合而形成的逆温，称为湍流逆温 （三）平流逆温（三）平流逆温 暖空气平流到冷的地面或冷的水暖空气平流到冷的地面或冷的水面上，会发生接触冷却作用，愈近面上，会发生接触冷却作用，愈近地表面的空气降温愈多，而上层空地表面的空气降温愈多，而上层空气受冷地表面的影响小，降温较少，气受冷地表面的影响小，降温较少，于是产生逆温现象。这种因空气的于是产生逆温现象。这种因空气的平流而产生的逆温，称平流逆温平流而产生的逆温，称平流逆温 平流逆温的形成仍和湍流及辐射作用分不开平流逆温的形成仍和湍流及辐射作用分不开 夜间地面辐射冷却作用，可使平流逆温加强，而白天地面辐射增温作用，夜间地

9、面辐射冷却作用，可使平流逆温加强，而白天地面辐射增温作用，则使平流逆温翩，从而使平流逆温的强度具有日变化则使平流逆温翩，从而使平流逆温的强度具有日变化 （四）下沉逆温（四）下沉逆温 当某一层空气发生下沉当某一层空气发生下沉运动时，因气压逐渐增大，运动时，因气压逐渐增大，以及因气层向水平方向的辐以及因气层向水平方向的辐散，使其厚度减小（散，使其厚度减小（ hl h ） 当下沉到某一高度上，空气层当下沉到某一高度上，空气层顶部的温度高于底部的温度，而顶部的温度高于底部的温度，而形成逆温形成逆温 第三章第三章 大气中的水分大气中的水分 大气从海洋、湖泊、河流及潮湿土壤的大气从海洋、湖泊、河流及潮湿土

10、壤的蒸发蒸发中或植物中或植物的的蒸腾蒸腾中获得水分。水分进入大气后，由于它本身的分子中获得水分。水分进入大气后，由于它本身的分子扩散和空气的运动传递而散布于大气之中。在一定条件下扩散和空气的运动传递而散布于大气之中。在一定条件下水汽发生水汽发生凝结凝结，形成云、雾等天气现象，并以，形成云、雾等天气现象，并以雨、雪雨、雪等降等降水形式重新回到地面。地球上的水分就是通过蒸发、凝结水形式重新回到地面。地球上的水分就是通过蒸发、凝结和降水等过程循环不已和降水等过程循环不已 第一节第一节 蒸发和凝结蒸发和凝结 水相变化水相变化水的三种形态：气态（水汽）、液态（水）和固态（冰），称为水的三相水的三种形态：

11、气态（水汽）、液态（水）和固态（冰），称为水的三相 1 水相变化的物理过程水相变化的物理过程 单位时间内跑出水面的水分子比落回水中的水汽分子多，单位时间内跑出水面的水分子比落回水中的水汽分子多，系统中的水就有一部分变成了水汽，这就是蒸发过程系统中的水就有一部分变成了水汽，这就是蒸发过程 在同一时间内，跑出水面的水分子与落回水中的水汽分子在同一时间内，跑出水面的水分子与落回水中的水汽分子恰好相等，系统内的水量和水汽分子含量都不再改变，即水和恰好相等，系统内的水量和水汽分子含量都不再改变，即水和水汽之间达到了两相平衡，这种平衡叫做动态平衡水汽之间达到了两相平衡，这种平衡叫做动态平衡 动态平衡时的水

12、汽称为饱和水汽，当时的水汽压称为饱和水汽压。动态平衡时的水汽称为饱和水汽，当时的水汽压称为饱和水汽压。2 水相变化的判据水相变化的判据 假设假设 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为为单位时间内落回水中的水汽分子数，单位时间内落回水中的水汽分子数， 得到水和水汽得到水和水汽两相变化和平衡的分子物理学判据，即两相变化和平衡的分子物理学判据，即Nn蒸发（未饱和）蒸发（未饱和）N=n动态平衡（饱和）动态平衡（饱和）Nn凝结（过饱和）凝结（过饱和）在气象工作中不测量在气象工作中不测量 N 和和 n ，所以不能直接应用以上判据，所以不能直接应用以上判据 Ee蒸发（未饱

13、和）蒸发（未饱和） E=e动态平衡（饱和）动态平衡（饱和）Ee凝结（过饱和）凝结（过饱和） 水汽水汽 e 与水汽密度与水汽密度成正比，而成正比，而与与 n 成正比，成正比，所以所以e和和 n 之间也成正比。这就是说，当水汽压之间也成正比。这就是说，当水汽压e为为某一定值时，则有一个对应的某一定值时，则有一个对应的n值。当在某一温度下，值。当在某一温度下，水和水汽达到动态平衡时，水汽压水和水汽达到动态平衡时，水汽压 E 即为饱和水汽即为饱和水汽压，对应的落回水面的水压，对应的落回水面的水 汽分子数为汽分子数为 n s， n s又等又等于该温度下跑出水面的水分子数于该温度下跑出水面的水分子数 N

14、。所以。所以 E 正比于正比于 N ，对照分子物理学判，对照分子物理学判 据可得两相变化和平衡的饱据可得两相变化和平衡的饱和水汽压判据和水汽压判据 若若 E s为某一温度下对应的冰面上的饱和水汽压，为某一温度下对应的冰面上的饱和水汽压，与以上类似也可得到冰和水汽两相变化和平衡的判据与以上类似也可得到冰和水汽两相变化和平衡的判据 水的三种相态分别水的三种相态分别存在于不同的温度和存在于不同的温度和压强条件下。水只存压强条件下。水只存在于在于0 以上的区域，以上的区域，冰只存在于冰只存在于0 以下以下的区域，水汽虽然可的区域，水汽虽然可存在于存在于 O 以上及以上及以下的区域，但其压以下的区域，但

15、其压强却被限制在一定值强却被限制在一定值域下。域下。 三相共存点三相共存点t 0.0076E0 6.11hPa OA 线和线和 OB 线分别表示水与水汽、冰与水汽两相共存时线分别表示水与水汽、冰与水汽两相共存时的状态曲线。显然这两条曲线上各点的压强就是在相应温度的状态曲线。显然这两条曲线上各点的压强就是在相应温度下水汽的饱和水汽压，因为只有水汽达到饱和时，两相才能下水汽的饱和水汽压，因为只有水汽达到饱和时，两相才能共存。所以共存。所以 OA 线又称蒸发线，表示水与水汽处于动态平衡线又称蒸发线，表示水与水汽处于动态平衡时水面上饱和水汽压与温度的关系。线上时水面上饱和水汽压与温度的关系。线上 K

16、点所对应的温度点所对应的温度和水汽压是水汽的临界温度和水汽压是水汽的临界温度 t ，和临界压力，和临界压力 , 高于临界温度时高于临界温度时就只能有气态存在了，因此蒸发线在就只能有气态存在了，因此蒸发线在 K点中断。点中断。OB称升华线，称升华线，它表示冰与水汽平衡时冰面上饱和水汽压与温度的关系。它表示冰与水汽平衡时冰面上饱和水汽压与温度的关系。OC 线是融解线，表示冰与水达到平衡时压力与温度的关系。线是融解线，表示冰与水达到平衡时压力与温度的关系。O点点为三相共存点：为三相共存点： t 0 = 0 . 0076 ， E0 = 6 . 11hPa 。上述三线。上述三线划分了冰、水、水汽的三个区

17、域，在各个区域内不存在两相间划分了冰、水、水汽的三个区域，在各个区域内不存在两相间的稳定平衡的稳定平衡 3 水相变化中的潜热水相变化中的潜热 蒸发过程中，由于具有较大动能的水分子脱出液面，蒸发过程中，由于具有较大动能的水分子脱出液面，使液面温度降低。如果保持其温度不变，必须自外界供使液面温度降低。如果保持其温度不变，必须自外界供给热量，这部分热量等于给热量，这部分热量等于蒸发潜热蒸发潜热 L , L 与温度有如下的与温度有如下的关系关系 当当 t =0 时，有时，有 L =2 . 5x 106J / kg 。而且。而且 L 是随温是随温度的升高而减小的。不过在温度变化不大时，度的升高而减小的。

18、不过在温度变化不大时， L 的变化是的变化是很小的，所以一般取很小的，所以一般取 L 为为 2 . 5 x 106 / kg 。当水汽发生。当水汽发生凝结时，这部分潜热又将会全部释放出来，这就是凝结时，这部分潜热又将会全部释放出来，这就是凝结潜凝结潜热热。在同温度下，凝结潜热与蒸发潜热相等。在同温度下，凝结潜热与蒸发潜热相等。 二、饱和水汽压二、饱和水汽压 要了解蒸发面是处于蒸发、凝结还是处于动态平衡要了解蒸发面是处于蒸发、凝结还是处于动态平衡状态，就要将实有水汽压状态，就要将实有水汽压 e 与对应的饱和水汽压与对应的饱和水汽压 E 进进行比较行比较 饱和水汽压与温度的关系可由克拉柏龙一克劳修

19、司方程描述饱和水汽压与温度的关系可由克拉柏龙一克劳修司方程描述式中式中 E 为饱和水汽压，为饱和水汽压， T 为绝对温度，为绝对温度， L 为凝结潜热，为凝结潜热， R 、为水汽的比气体常数、为水汽的比气体常数 （一）饱和水汽压与温度的关系（一）饱和水汽压与温度的关系 积分（积分（ 3 4 ）式，并将）式，并将 L = 25 x 106 J/ kg , R 461 J/ kg K , T 0=273K , T = 273 + t , E 。 6 . 11hPa 代入，则得代入，则得根据（ 3 6 ）式的计算结果，列表 3 1 （二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系（二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系

20、 1 冰面和过冷却水面的饱和水汽压冰面和过冷却水面的饱和水汽压 在实际应用中，经常采用经验公式确定饱和水汽压和温度的关系。最常用的比较准确的是马格努斯经验公式 E 代表同温度下冰面饱和水汽压和过冷却水面饱和水代表同温度下冰面饱和水汽压和过冷却水面饱和水汽压之差：汽压之差： E = E 一一 E 。其变化趋势如图中实线所示：自。其变化趋势如图中实线所示：自 O 开始，随着温度降低，差值迅速增大，至一开始，随着温度降低，差值迅速增大，至一 12 时达时达最大值（最大值（ E 二二 0 . 269hPa ）温度继续降低时，差值减小）温度继续降低时，差值减小 （三）饱和水汽压与蒸发面形状的关系（三）饱和水汽压与蒸发面形状的关系 不同形状的蒸发面上，水分子受到周围分子的吸引力是不同的不同形状的蒸发面上，水分子受到周围分子的吸引力是不同的 三个圆圈分别表示凸水面、平水面和凹水面对于三个圆圈分别表示凸水面、平水面和凹水面对于 A 、 B 、 C 三点分子引力作用三点