水汽-云-降水(大气科学导论-张苏平).

1、大气科学导论第五章水汽、云与降水张苏平 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 airPermanent gasesVariable gasesGasSymbolPercent (by volume) dry airGas and particlesSymbolPercent (by volume)Parts per million (ppm)NitrogenN278.08Water vaporH2O0 to 4OxygenO220.95Carbon dioxideCO20.035355Argon氩Ar0.93Methane甲烷CH

2、40.000171.7Neon氖Ne0.0018Nitrous oxideN2O0.000030/3Helium氦He0.0005OzoneO30.0000040.04HydrogenH20.00006Particles0.0000010.01Xenon氙Xe0.000009Chlorofluorocarbons(CFCs)0.000000010.00011、水汽的相变与作用水面上的蒸发Variable gas : water vaporPhase transformation (weather producer). Latent heatgreenhouse gas凝结核云凝结核：半径0.1

3、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/1000mCumulus Cloud Development00.511.522.535101520253035Altitude (km)

4、Temperature (oC)edwAltitude (km)Dew point ofrising bubbleTemperature ofrising bubbleLCLCloud temperatureCloud 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

5、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

6、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

7、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。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

8、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