气象学-大气中的水分课件

大气中的水分大气中的水分在一定条件下，水的三相之间能够相互转化，称之为水的相变判断依据：E>e蒸发E=e动态平衡E<e凝结E：饱和水汽压e:水汽压5.1水的相变在一定条件下，水的三相之间能够相互转化，称之为水的相变5.1地面蒸发植物蒸腾5.2蒸散地面蒸发5.2蒸散蒸发是水分子从液面逸出变成气态的过程。用某时段内（日、月、年），单位面积上，因蒸发而消耗的水层厚度来表示蒸发量。mm/d5.2.1 蒸发蒸发是水分子从液面逸出变成气态的过程。5.2.1 蒸发水源热源饱和差风速与湍流扩散

道尔顿定律：Wo=C(E-e)/P

Wo水面蒸发速率,E-e为饱和差,其中E为水面温度下的饱和水汽压，e为水面上空气的实际水汽压；P为气压；C为与风速有关的比例系数。蒸发面

凸面>平面>凹面溶质

盐度越大蒸发越慢5.2.1.1水面蒸发影响因子水源5.2.1.1水面蒸发影响因子植物体内的水分通过植物叶面气孔以气态水的形式向大气输送的过程成为蒸腾作用。是复杂的生物物理过程。5.2.2 蒸腾植物体内的水分通过植物叶面气孔以气态水的形式向大气输送的过程凝结核或凝华核大气中能促使水汽凝结的微粒在0℃以下还保持着液态，这样的水叫过冷水。水汽达到饱和或者过饱和状态（e≥E）1暖水面的蒸发（秋冬水面雾）

冷空气经过暖水面，水面温度高于气温，暖水面的饱和水汽压高于空气，通过蒸发使空气达到饱和。5.3.1凝结条件凝结核或凝华核5.3.1凝结条件2空气冷却1）

绝热冷却（云）：指空气在上升过程中，因体积膨胀对外做功而导致空气本身的冷却。

2）

辐射冷却（露、霜、雾）：指在晴朗无风的夜间，由于地面的辐射冷却，导致近地面层空气的降温。

3）

平流冷却（雾）：暖湿空气流经冷的下垫面时，将热量传递给冷的地表，造成空气本身温度降低。

4）混合冷却：当温差较大，且接近饱和的两团空气水平混合后，也可能产生凝结。

5.3.1凝结条件2空气冷却5.3.1凝结条件1、雾

是悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使

水平能见度小于1km的物理现象。轻雾通常在早晚产生，水平能见度在1~10公里；雾的能见度在0.5~1公里；大雾的能见度在100~500米；浓雾时能见度小于100米。5.3.2近地凝结产物1、雾5.3.2近地凝结产物

1）辐射雾：由于下垫面夜间辐射冷却,使空气中水汽凝结而形成的雾。①空气中有充足的水汽；②天气晴朗少云；③风力微弱（1—3m/s）；④大气层结稳定。出现季节：秋冬地点：山谷、洼地

厚度几十米到几百米，平均150米左右，水平范围不大，分布不均，常零星分布。"早晨地罩雾，尽管晒稻谷”5.3.2近地凝结产物1）辐射雾：5.3.2近地凝结产物2）平流雾

暖湿空气移到较冷的陆地或水面时，因下部冷却而形成的雾。①下垫面与暖湿空气的温差较大；②暖湿空气的湿度大；③适宜的风向（由暖向冷）和风速（2—7m/s）；④层结较稳定。

通常发生在冬季，持续时间一般较长，范围大，雾较浓，厚度较大，有时可达几百米。5.3.2近地凝结产物2）平流雾5.3.2近地凝结产物平流雾特点：日变化不明显，一天之中任何时候都可出现，条件具备可终日不消；二是来去突然、生成迅速，风向有利时可在几分钟内布满机场，对航空飞行安全威胁极大；三是范围大，水平范围可以从几百米到几千米。厚度也大，从地面向上可达几百米到上千米。5.3.2近地凝结产物平流雾特点：5.3.2近地凝结产物辐射雾平流雾5.3.2近地凝结产物辐射雾平流雾5.3.2近地凝结产物云

悬浮于大气中的水滴、冰晶或者两者的混合组成的可见聚合体，底部不与地面相接，并有一定厚度。

云吸收从地面散发的热量，并将其反射回地面，这有助于使地球保温。但是云同时也将太阳光直接反射回太空，这样便有降温作用。5.3.3高空凝结产物—云云5.3.3高空凝结产物—云云的种类及形成：1）热力对流（积状云）：指地表受热不均和大气层结不稳定引起的对流上升运动。5.3.3高空凝结产物—云云的种类及形成：5.3.3高空凝结产物—云积状云

积状云是垂直发展的云块，主要包括淡积云、浓积云和积雨云。

积状云多形成于夏季午后，具孤立分散、云底平坦和顶部凸起的外貌形态。5.3.3高空凝结产物—云积状云5.3.3高空凝结产物—云气象学-大气中的水分课件强烈发展的积雨云3强烈发展的积雨云强烈发展的积雨云3强烈发展的积雨云2）动力抬升

（层状云）

指暖湿气流受锋面、辐合气流的作用所引起的大范围上升运动。5.3.3高空凝结产物—云2）动力抬升（层状云）5.3.3高空凝结产物—云3）大气波动

（波状云）

指大气流经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动。5.3.3高空凝结产物3）大气波动（波状云）5.3.3高空凝结产物

波状云是波浪起伏的云层，包括卷积云、高积云、层积云。当空气存在波动时，波峰处空气上升，波谷处空气下沉。

形成波动的原因主要有：a.大气中存在着空气密度和气流速度不同的界面，

在此界面上引起波动。b.气流越山而形成的波动（称地形波或背风波）。

波状云是波浪起伏的云层，包括卷积云、高积云、层积云。当空气4）地形抬升

（积状云、波状云和层状云）

指大气运行中遇地形阻挡，被迫抬升而产生的上升运动。这种运动形成的云有积状云、波状云和层状云，通常称之为地形云。5.3.3高空凝结产物—云4）地形抬升（积状云、波状云和层状云）5.3.3高空5.4降水降水：从云中降到地面上的液态或固态水。降水过程可以粗线条地分为： 水面蒸发， 水蒸汽上升， 凝结成云， 云滴增大成雨滴（或雪花、冰雹粒子） 雨滴（或雪花、冰雹粒子）下落到地面。

但是，从蒸发到降水的微观物理过程是复杂的，这是我们关心的重点。5.4降水降水：从云中降到地面上的液态或固态水。降水过程可降水变率：

是衡量一个地方逐年降水量的变动情况。

降水变率大，说明某些年份出现水涝，而有些年份却出现干旱；降水变率小，说明逐年降水量较为恒定。

降水变率有绝对变率和相对变率两种。5.4.1降水表示方法降水变率：5.4.1降水表示方法降水绝对变率：某一时期的实际降水量与多年同期平均降水量之差（ΔR）。它表示降水量的变动程度。

△R为降水量绝对变率；Ri为逐年降水量；

为多年平均降水量；n为资料年数。

5.4.1降水表示方法降水绝对变率：某一时期的实际降水量与多年同期平均降水量之差（降水相对变率：降水绝对变率与多年同期平均降水量的比值。表示当地降水量的可靠程度。5.4.1降水表示方法降水相对变率：降水绝对变率与多年同期平均降水量的比值。表示当降水保证率

降水频率：某界限降水量在一定时期内出现的次数与该期降水总次数的百分比。

降水保证率：指高于（低于）某界限降水量的频率总和。表示某一界限降水量出现的可靠程度的大小。5.4.1降水表示方法降水保证率5.4.1降水表示方法蒸散：植物蒸腾和植被下土壤表面水分输送到大气的总过程。蒸腾+蒸发热源饱和差风速与湍流扩散

。蒸发面

溶质

道尔顿定律：Wo=C(E-e)/P

凝结条件：

凝结核

过饱和凝结途径：

暖水蒸发

空气冷却：

绝热、辐射、平流上节重点蒸散：植物蒸腾和植被下土壤表面水分输送到大气的总过程。蒸腾+雾

悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使

水平能见度小于1km的物理现象辐射雾水汽；天气；风；层结平流雾温差；湿度；风；层结。

云悬浮于大气中的水滴、冰晶或者两者的混合组成的可见聚合体，底部不与地面相接，并有一定厚度。热力对流动力抬升

大气波动

地形抬升

雾 悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1降水绝对变率：表示降水量的变动程度。5.4.1降水表示方法降水相对变率：表示当地降水量的可靠程度。降水绝对变率：表示降水量的变动程度。5.4.1降水表示方法

降水频率：某界限降水量在一定时期内出现的次数与该期降水总次数的百分比。

降水保证率：指高于（低于）某界限降水量的频率总和。表示某一界限降水量出现的可靠程度的大小。5.4.1降水表示方法降水频率：某界限降水量在一定时期内出现的次数与该期降水总次5.4.1降水表示方法降水量：天空降落到地面上的液态降水或者融化后的固态降水未经蒸发、渗透和流失而聚积再水平面上的水层深度。单位mm降水强度

指单位时间内的降水量。

单位为mm/分，mm/小时。

5.4.1降水表示方法降水量：天空降落到地面上的液态降水或

小雨<2.5mm/h10mm/day

中雨2.6-8mm/h10-25mm/day

大雨

8.1-15.9mm/h25-50mm/day

暴雨>16mm/h50-100mm/day

大暴雨

>100mm/day毛毛雨和雪一般用能见度来分等级:

大能见度<500米中能见度500-1000米小能见度>1000米小雨<2.5mm/h雨量器

和量杯雨量器和量杯地形抬升：地形雨

暖湿气流遇到地形抬升，发生绝热冷却形成降水。热对流:对流雨

暖季白天，地面增温，产生强烈对流上升活动。气旋活动：

气旋雨

气旋中心符合上升，空气绝热冷却凝结降水。台风活动:台风雨

台风------热带洋面上的强大气旋5.4.2降水成因

地形抬升：地形雨5.4.2降水成因

5.4.3降水的形成雨滴直径是凝结核粒子直径的10000倍。雨滴直径是云滴的100倍，106个云滴——1个雨滴5.4.3降水的形成雨滴直径是凝结核粒子直径的10000倍5.4.3降水的形成1、云滴增长的物理过程

云滴凝结（或凝华）增长

冰水雨滴

冷暖云滴

任一条件

大小云滴增长速度：与水汽的过饱和度成正比，和云滴半径成反比。云滴直径到20µm几乎不长了。冰水转化过程5.4.3降水的形成1、云滴增长的物理过程冰水转化过程5.4.3降水的形成云滴的冲并增长

大小云滴间发生冲并而合并增大的过程。冲并是一个正反馈的过程，即直径越大，单位时间扫过的云体积也大，能碰并进来的云水就大，增大就快。而水滴大了，碰并增大也更快。这样越长越快。5.4.3降水的形成云滴的冲并增长冲并是一个正反馈的过程冰晶降水过程的几种可能情况吸附液态水滴成为大的冰晶大的冰晶碰撞而破碎成小的冰晶冰晶碰撞站在一起形成雪片冰晶降水过程的几种可能情况吸附液态水滴大的冰晶碰撞而冰晶碰撞暖云的人工降水

暖云：整个云体高于0°C。

原理:改变云的滴谱分布的均匀性，破坏其稳定状态，促使凝结及碰并过程的进行。

方法：1直接喷洒大水滴。2利用吸湿性物质，如氯化钠、氯化钾、氯化钙5.4.4人工影响云雨

暖云的人工降水5.4.4人工影响云雨冷云的人工降水

冷云：由温度低于0°C过冷水组成。

原理：人工产生冰晶，改变云微结构的稳定性。

方法:1撒播人工冰核撒播制冷剂，如干冰，产生冰晶。2播撒人工冰核，如碘化银，碘化铅等。5.4.4人工影响云雨

冷云的人工降水5.4.4人工影响云雨人工增雨火箭高炮人工增雨火箭高炮1、霜和露：

傍晚或夜晚，由于地面辐射冷却，使贴近地表面的空气层随之降温，当温度低于露点温度，空气中的水汽含量过饱和时，在地表面形成的水汽凝结或凝华。

露点温度>0°C露

露点温度<0°C霜气象条件：晴朗微风5.5地面凝结产物1、霜和露：5.5地面凝结产物2、雾凇：形成与电线、树枝或其他物体迎风面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。晶状雾凇

：气温约为-15℃左右,有雾、微风的天气条件下，空气中过饱和冷却水可在物体表面上直接凝华生成。粒状雾凇

：当气温为-7~-2℃，有雾、风速较大的天气条件下，风将过冷却雾滴吹到冷的地物表面上冻结而形成。5.5

地面凝结产物2、雾凇：5.5地面凝结产物3、雨凇：

与地面或者地物迎风面上的透明