大气中的水分

第四章大气中的水分2023/2/41本章主要内容：1、了解地球上的水分循环过程；熟悉水的相变过程，了解影响饱和水汽压和相对湿度大小的因子。2、了解土壤水分蒸发的三个阶段、植物蒸腾、农田蒸散。4、了解水汽凝结的条件，地物与大气中的水汽凝结现象，云的形成及其分类，降水形成条件，降水量，降水强度及降水变率。5、了解作物的需水规律、蒸腾系数、作物水分临界期。熟悉水分对昆虫和植物病害的影响。大气中的水分2023/2/42地球上的水

大气中的水分2023/2/43水是生命之源、生产之要、生态之基。随着气候变化和人类活动影响的深入，水循环系统发生了显著变化，并诱发系列资源、生态、环境等问题。

大气中的水分2023/2/441961-2011年，中国十大流域地表水资源总量除西北内陆河、东南诸河表现为增加趋势外，其余七大流域均表现出减少趋势。2011年长江流域地表水资源创下1961年来最小值。

1961-2011年，中国地表平均气温平均每10年升高0.29℃。其中2011年比常年气温偏高0.5℃，为1997年以来连续第15个偏高年份。2011年中国平均降水量为556.8毫米，比常年偏少62.7毫米，为1961年以来的最低值。大气中的水分《2011年中国气候变化监测公报》2023/2/45

第一节空气湿度

水的三态变化

水的三态和相变原理

(1)大气中的水分，可以以固态、液态、气态存在，水分处于哪种形态，取决于其温度。(2)相变原理水的相态变化，实质上是水分子运动状态的反映。大气中的水分2023/2/46

大气中的水分一、空气湿度参量1、水汽压：e、E2、相对湿度：f3、饱和差：d4、露点温度：Td2023/2/47一、空气湿度参量1、水汽压（e）定义：空气中水汽的分压强。单位：百帕(hPa)1百帕(hPa)=100帕斯卡(Pa)反映空气中水汽含量的多少水汽含量

水汽压e大气中的水分2023/2/48

饱和水汽压（E）定义：饱和湿空气中水汽的分压强。反映空气的最大水汽容纳能力饱和水汽压取决于温度（马格奴斯半经验公式）影响因子：

温度T

E

蒸发面性质E过冷却水＞E冰蒸发面形状E凸面＞E平面＞E凹面

液体含盐度含盐度

EEET大气中的水分2023/2/492、相对湿度（f）定义：空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。反映空气的潮湿程度温度不变，E不变：水汽含量

e

r水汽含量不变，e不变：温度

E

r

大气中的水分2023/2/410

3、饱和差（d）：同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。d=E-e

反映空气的潮湿程度。水汽含量、温度温度不变，E不变：水汽含量

e

d水汽含量不变，e不变：温度

E

d影响因子：大气中的水分2023/2/4114、露点温度（Td）：对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。反映空气中水汽含量的多少，水汽含量

露点温度d

EeTTTdeE（T,e）大气中的水分2023/2/4125、绝对湿度（a）混合比（S）混合比：湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。m水汽m干空气S＝————比湿和混合比具有保守性绝对湿度（水汽密度）：单位体积湿空气中水汽的质量。a＝———m水汽V大气中的水分2023/2/413二、空气湿度的时间变化水汽压的时间变化日变化单波型（海洋型）

海洋、沿海地区、冬季大陆e时间日出前14时影响因子：蒸发强度双波型（大陆型）夏季内陆、沙漠地区e时间日出前14时10时22时影响因子：蒸发强度乱流强度大气中的水分2023/2/414年变化e时间冬季夏季影响因子：蒸发强度大气中的水分2023/2/415相对湿度的时间变化绝大多数地区：与气温的日变化反相时间r夜昼T

地面水分蒸发强度

eT

E

并且E比e快因此T

r同理T

r日变化大气中的水分2023/2/416近海地区及其它大型水体的周围（晴朗稳定的天气条件下）与气温的日变化同相r时间夜昼海陆风（水陆风）昼：吹海风，潮湿夜：吹陆风，干燥

相对湿度的时间变化大气中的水分2023/2/417

年变化大多数地区：与气温的年变化反相T

地面水分蒸发强度

eT

E

并且E比e快因此Tr同理T

rr时间夏季冬季

相对湿度的时间变化大气中的水分2023/2/418季风气候区：与气温的年变化同相夏季：夏季风，来自海洋，潮湿冬季：冬季风，来自内陆，干燥

相对湿度的时间变化夏季冬季时间r大气中的水分2023/2/419

第二节蒸发与蒸散

一、水面蒸发

单位面积上，单位时间内水份蒸发的数量（重量或水层厚度），就称为水面蒸发速度。单位：g／cm2·日道尔顿（Dalton）蒸发定律

W=A

大气中的水分式中：W----水面蒸发速度(gcm-2日-1或mm日-1)A----与风速有关的比例系数P----当时的大气压力E----水面温度下的饱和水汽压e----贴近水面空气的实际水汽压2023/2/420影响水面蒸发速率的因子

温度：T

E

d

W湿度：e

d

W

气压：P

W风：风速

W

蒸发面性质：W过冷却水＞W冰

蒸发面形状：W凸面＞W平面＞W凹面

含盐度：含盐度

W大气中的水分2023/2/421二、土壤蒸发土壤蒸发定义:土壤水分汽化并向大气扩散的过程。土壤蒸发的两种过程

第一种：蒸发直接发生在土壤表面。第二种：水分在土壤中某层次进行蒸发之后，水汽通过土壤的孔隙达表层溢出土表。影响因子:土壤因子、气象因子

大气中的水分2023/2/422三、农田蒸散植物蒸腾:

植物通过其体表（主要是叶面的气孔）将体内的水分以气态形式蒸发到体外的过程，称为植物蒸腾。叶片的蒸腾作用可以认为是由两部分组成的：（1）水分从叶肉细胞的表面到达叶子的外表面；（2）从叶子的外表面进入空气层。

大气中的水分2023/2/423农田蒸散:农田中，植物蒸腾与株间土壤蒸发的总和。它的数值也表示了农田的总耗水量。农田蒸散特点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张闭，可自行调节叶片蒸腾强度，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、茎面等植株表面。大气中的水分2023/2/424农田蒸散的影响因素气象因素，包括辐射差额、温度、湿度和风等。植物因素，包括植物覆盖度、植物种类、生长发育状况、气孔数目与排列及气孔张闭程度等。土壤因素，包括土壤通气性、土壤含水量以及水分向土面和根系分布流动的速度等。大气中的水分2023/2/425一、凝结条件凝结发生的条件空气达到饱和或过饱和状态，并有凝结核存在。1、空气的饱和或过饱和

实现方式：增大水汽含量：e

e＞E

降低温度：T

T＜Td

大气中常见的降温过程：③混合冷却④绝热冷却①辐射冷却②接触冷却第三节水汽凝结与大气降水大气中的水分2023/2/4262、凝结核

定义：在水汽凝结过程中起凝结核心作用的固态、液态和气态的气溶胶质粒。

分类：吸湿性凝结核：盐粒、烟粒等非吸湿性凝结核：尘埃、花粉等大气中的水分2023/2/427二、凝结物

地面凝结物：

露、霜、雾凇、雨凇露和霜：辐射冷却的产物，形成在晴朗无风的夜间和清晨。露：贴地层空气中的水汽在地面发生凝结而形成的小水滴。Td＞0℃霜：贴地层空气中的水汽在地面发生凝华而形成的小冰晶Td＜0℃热容量小、导热率小、粗糙的地表易形成露和霜。大气中的水分2023/2/428大气中的水分2023/2/429

雾凇∨和雨凇∽雾凇：附着在树枝及物体迎风面上的白色的疏松的凝结物。分类晶状雾凇（小冰晶）粒状雾凇（小冰粒）雨凇：过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层。大气中的水分2023/2/430大气中的水分2023/2/431近地层大气中的凝结物雾：飘浮在近地层空气中的小水滴和小冰晶。雾的分类：浓度轻雾（霭）＝能见度1～10km

雾≡能见度＜1km组成冰雾：小冰晶水雾：小水滴成因辐射雾：辐射冷却，晴朗微风和夜间和清晨。平流雾：接触冷却，冷暖空气大规模运动时。平流辐射雾（混合雾）地形雾蒸发雾大气中的水分2023/2/432

有关雾的气象谚语（1）清晨雾浓，一日天晴。

（2）早起雾露，晌午晒破葫芦。（3）早上地罩雾，尽管洗衣裤。

（4）春雾日头，夏雾雨；秋雾凉风，冬雾雪。（5）雾起不收，细雨不休；雾起即收，旭日可求。大气中的水分2023/2/433大气中的水分2023/2/434自由大气中的凝结物（云）云：指高悬于空中，由水汽凝结（凝华）而成的小水滴、过冷却水滴、冰晶单独或混合组成的可见集合体。

分类：

发生学分类

积状云（对流云）层状云波状云成因

形态学分类（国际分类法）云底高度和外形特征大气中的水分2023/2/435云族云属国际简写国际名(拉丁文学名)云底平均高度低

云

族①积云

②积雨云

③层积云

④雨层云

⑤层云Cu

Cb

Sc

Ns

StCumulusCumulo-nimbusStratus-cumulusNimbo-stratusStratus2500米以下中

云

族①高积云

②高层云Ac

AsAlto-cumulusAlto-stratus2500～6000米高

云

族①卷云

②卷层云

③卷积云Ci

Cs

CcCirrusCirro-cumulusCirro-stratus6000米以上云的分类大气中的水分2023/2/4362023/2/437淡积云大气中的水分2023/2/438碎积云大气中的水分2023/2/439浓积云大气中的水分2023/2/440秃积雨云大气中的水分2023/2/441鬃积雨云大气中的水分2023/2/442透光高积云大气中的水分2023/2/443透光高层云大气中的水分2023/2/444毛卷云大气中的水分2023/2/445透光高积云大气中的水分2023/2/446淡积云大气中的水分2023/2/447浓积云大气中的水分2023/2/448浓积云大气中的水分2023/2/449大气中的水分碎雨云2023/2/450大理仓山上空的云层大气中的水分2023/2/451锋面云系大气中的水分2023/2/452

对流云团大气中的水分2023/2/453卫星拍摄到的热带对流云团大气中的水分2023/2/454

龙卷风大气中的水分2023/2/455

龙卷风大气中的水分2023/2/4562023/2/457台风云系大气中的水分2023/2/458大气中的水分2023/2/459

台风大气中的水分2023/2/460大气中的水分2023/2/461大气中的水分2023/2/462

大气中的水分2023/2/463天上钩钩云，地上雨淋淋跑马云，台风临早上云城堡大雨快来到.大气中的水分2023/2/464大气中的水分2023/2/465第四节降水

一、降水的形成

大气中的水分充分的水汽供应和空气的绝热上升运动。云滴的增长凝结过程碰并过程乱流碰并重力碰并凝结增长扩散转移2023/2/4662023/2/4671、降水量

从大气中降落到地面未经蒸发、渗透和流失，在水平面上积聚的水层厚度，称为降水量。单位是mm。雪、霰、雹等固体降水的降水量为它们融化后的水层厚度。

大气中的水分

二、降水特征量2023/2/468

2、降水强度

单位时间的降水量，称为降水强度。其时间一般以天或小时为单位。降水强度等级划分有小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨等等。

3、降水变率

降水变率是表示降水量变化的特征量。

大气中的水分2023/2/469

降水强度（mm／24h）雪小雪＜2.5中雪2.5～5.0大雪＞5.0雨小雨0.1～10.0中雨10.1～25.0大雨25.1～50.0暴雨50.1～100.0大暴雨100.1～200.0特大暴雨＞200.0大气中的水分2023/2/470降水的种类雨阵雨毛毛雨雪阵雪雨夹雪阵性雨夹雪霰米雪冰粒冰雹,降水分类：降水性质

连续性降水主要降自雨层云

间歇性降水主要降自层积云和高层云阵性降水主要降自积雨云

毛毛状降水（毛毛雨）主要降自层云降水成因对流雨地形雨锋面雨台风雨大气中的水分2023/2/471

雨和毛毛雨雪和冰针霰和米雪雨夹雪冰粒（冻雨）冰雹降水形态降水体雨雪霰霰米雪雹冰粒降水的种类大气中的水分2023/2/472四、干燥度

定义：一个地区某时期的水面可能蒸发量与同期的降水量的比值。

干燥系数W0水面可能蒸发量，R

降水量

干湿区的划分指标干湿状况年降水量mm干燥度K湿润＞800K＜1.00半湿润