大气科学基础课件 5-2-16

§2主要云属的宏观和微观特征一、云雾的微观结构物态质点大小含水量数密度凝结核雾滴的化学成分质点荷点情况雪晶形状云雾滴的物态

云雾滴的物态由温度决定：分为水雾、水云、混合雾、混合云以及冰雹和冰云。

雾：>－18°C～－20°C水滴

<－20°C含有冰晶，多为混合雾

<－30°C多为冰雾云：>0°C水云－15°C～0°C过冷水滴组成的水云－30°C～

－15°C混合云

<－30°C冰云图中，冰晶（a）有针状和柱状，雪晶（b）六角枝状，雪晶（c）枝星状，雪晶（d）为碰合的枝星状，雪晶（e）为星状，雪晶（f）为星状。冰晶和雪晶是固体降水，它们的形状多样，呈白色不透明的晶体。从图中（a、b）霰可看出，枝星状雪晶凇附大量过冷水滴逐渐形成霰。图中（c）霰是一个枣形团粒，它是由柱状晶体凇附大量过冷水滴而形成的。图中（d）霰是由枝星状雪晶附凇大量过冷水滴而形成。霰，由不同形状的雪晶凇附大量过冷水滴而逐渐形成白色不透明的团粒。云雾滴的大小、数密度和滴谱雾滴，1－40微米之间，温度大于0°C时，雾滴7－15微米，温度小于0°C，2－5微米，轻雾的半径小于1微米；云滴，半径小于100微米的水滴，大多数在2－15微米之间；雨滴，半径大于100微米；云滴是指云中的众多不同尺度的水滴，云滴的直径为几个微米至100微米。图中，是不同尺度的云滴，大云滴直径为40微米，小云滴为7.5微米冻滴，从云中降落到地面的过程中冻结的雨滴，也叫冰粒。它的直径1毫米至3毫米。图中，雨滴最大直径15毫米，最小直径3毫米雨滴，从云中下降的液态降水，直径≥0.5毫米，由于雨滴滴落较快，呈雨线，清晰可见。落在水面上会激起波纹和水花，落在地面上可留下湿斑。图中，从积雨云中降落的冰雹。冰雹形状各异，冰雹的外层有透明的冰层，也有不透明的冰层。有似霰为雹核的冰雹，也有以冻滴为雹核的冰雹数密度（浓度），单位体积云体（或雾中）内包含的云滴个数，用每立方厘米有云滴（或雾滴）多少个来表示；滴谱，不同半径云滴（或雾滴）的浓度按半径大小的分布：弱雾的数密度，50－100个/厘米3浓雾的数密度，500－600个/厘米3雾的滴谱与雾的形成有关，初生的雾滴谱较窄，存在以久或趋于消散的雾，滴谱较宽云中云滴的尺度大小不同，滴谱随着不同类型的云，不同时间，地点和云中的部位有很大不同。积状云淡积云的滴谱较窄，随着对流的加强，浓积云和积雨云的滴谱较宽。云滴的大小相差越大，滴谱越宽。云底附近滴谱窄，随着高度增高，滴谱逐渐增宽，云的中上部滴谱最宽，云的边缘处滴谱又变窄；层状云通常雨层云的滴谱比其他类型云要宽，容易产生降水。云雾的含水量

雾（云）的含水量，单位体积空气中水滴或冰晶的质量称为，单位为克/米3雾的含水量随雾的强度不同而不同，雾越浓，含水量越大。同一强度的雾其含水量主要决定于温度。温度越高，含水量越大。中等强度：

温度－15°C～

－20°C，含水量：0.1－0.2克/米3温度－15°C～0°C，含水量：0.2－0.5克/米3温度0°C～10°C，含水量：0.5－1.0克/米3云中的含水量随云的类型不同而不同，一般积状云中的含水量大于层状云中的含水量；在积状云内的不同部位，含水量也是不同的；云的平均含水量与温度密切相关，一般温度越高，云中含水量越大。二、云和雾（1）云雾形成的基本过程（2）雾（3）云（1）云雾形成的基本过程雾，大气中的水汽达到饱和以后，凝结和凝华而成小水滴或冰晶，漂浮在贴近地面的气层的现象，并由于组成雾的气溶胶质粒对光的散射、反射作用使能见度减小到1千米以下；轻雾，上述同样过程，能见度等于或大于1千米时；云，上述过程发生在大气的某一高度上时。形成云雾的基本条件过饱和，生成云雾的关键凝结核，火山爆发、岩石风化、海洋浪花、森林火灾、硫化物、宇宙尘、植物花粉、城市和工厂排出的污染物等增大相对湿度的两种途径降低温度（dT<0）；增加水汽使水汽压增大（de>0）；降低温度对相对湿度的影响比增加水汽的影响大近20倍；冷却和加湿是形成雾的重要原因，对于云的形成来说，冷却是主要的，增湿是次要的。形成云雾的基本过程冷却过程绝热冷却、平流冷却、辐射冷却蒸发过程混合过程水平混合、垂直混合云雾消散的基本过程

增高温度和减小水汽含量的过程都会使云雾趋于消散：云雾中的空气温度增高，引起云雾滴的蒸发而消散；云雾中的空气与云雾四周未饱和的空气混合；云雾滴因凝结和碰并增大而降落；水雾移到冰雪面上，产生冰晶效应。（2）雾

雾，近地面大气层中水汽达到饱和后，水汽即可凝结或凝华成雾，雾中水滴半径1微米到50－60微米的范围，其大小决定于雾中的含水量和形成雾的水滴个数。雾中含水量大而水滴又小时，能见度就坏。

分类：气团雾，形成于气团内部，是由于近地层空气与下垫面相互作用的结果产生的，包括冷却雾、蒸发雾、混合雾和地方性雾；锋面雾，锋面活动的产物。冷却雾，空气冷却到露点以下时所出现的雾；辐射雾，由于地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的雾；平流雾，由于暖湿空气平流到冷的下垫面上经冷却而形成的雾；上坡雾（膨胀雾或山坡雾），空气沿山坡上升，由于绝热膨胀冷却而形成的雾。近地气层中水汽含量充沛：相对湿度大晴夜：夜晚地面有效辐射强，温度下降幅度大微风，风速1－3米/秒：适当的垂直混合，形成较厚的冷却层近地层出现逆温层有利于辐射雾形成的条件

有明显的日年变化，一般在夜间生成，日出前后达到最强，上午8－10时左右就会完全消散。一年中，秋冬两季出现辐射雾较多，夏季较少；与地理环境有密切关系：潮湿的山谷、洼地、盆地等，例如我国的四川盆地；具有很强的地方性特点，垂直尺度为几十米到几百米，一般水平范围也不大。

辐射雾的特征有利于平流雾形成的条件暖湿空气与冷下垫面的温差较大暖湿空气的湿度较大，可以提供形成雾的水汽适中的风速，2－7米/秒层结较稳定日变化不明显，年变化较明显。中午可能暂时消失或者减弱，在黄昏又复出现或加强。一年中春夏多而秋冬少。南海，珠江口一带为12月至次年4月，以2－4月海雾最盛，长江口一带5－6月，黄河口一带则在7－8月；海上平流雾持续时间长，陆上往往是平流辐射雾，即先暖湿平流后辐射冷却；平流雾的特征是大范围空气平流冷却而形成，因此具有较大的厚度和水平范围。平流雾的垂直尺度可从几十米到两千米，水平范围可达数百千米以上，平流雾的强度比辐射雾大；天气条件：常伴有层云、碎雨云和毛毛雨等天气。上坡雾这种雾的形成与被抬升的空气稳定度有关：空气层结比较稳定时，被抬升后就可形成雾；空气层结比较不稳定时，被抬升后就会形成不与上坡相接的云而不是雾；这种雾总是出现在迎风坡，背风坡则不会出现。蒸发雾蒸发雾是冷空气流经暖水面上，由于暖水面的蒸发，使得冷空气中的水汽增加，造成饱和而产生凝结形成的雾。在寒冷地区，冷气流和暖水面接触时，最易产生这种雾。海洋雾和河湖上的秋季雾：深秋和初冬的早晨，河面或湖面上常见的轻烟就是这种雾，实际上也是一种平流雾，不过厚度和水平范围都不大，易于消散。暖水面上的水汽压与冷空气的饱和水汽压之间达到一定的差值；在不稳定层上，有逆温层存在。

蒸发雾形成的条件垂直尺度不大，50－100米左右；既不稳定，也不均匀，随生随消，时浓时淡。蒸发雾的特征混合雾两团接近饱和的空气在水平方向相互混合达到饱和发生凝结而行成的雾；有利于形成雾的条件：参加混合的空气温差大于10度，各自相对湿度大于95％；出现在海陆气温相差很大而风微弱时的海岸附近。地方性雾受局地条件的影响明显；都市雾，出现在大城市，工业中心及工厂附近，由于有大量的凝结核存在，对雾的形成很有利。这种雾持续时间较长，对交通特别不利，并造成污染，危害人体健康。锋面雾锋前雾，经常出现在暖锋之前，有时也出现在冷锋或静止锋之下。形成这种雾的有利条件是锋区两边温度差比较明显。锋际雾，冷暖气团在交界的锋区混合而行成的锋后雾，暖湿空气移至原来为冷气团控制的地面上冷却而形成的雾。通常与锋线一起移动；雾区沿锋线成带状分布；常出现在梅雨季节暖锋前后或华南准静止锋活动的地区；一日中的任何时间都可以出现，日变化不明显，如果锋面移动很慢，雾的持续时间也可以较长。锋面雾的特征由于锋面降水在冷空气里蒸发，使锋面底部产生雾；由于锋过境时气压下降而引起空气的绝热冷却就凝结成雾；由于锋面上的低云延伸到地面而成雾。

锋面雾的成因早晨山地园林地区日出后，受阳光照射，在近地面有几米厚的灰白色的雾层，即轻雾。轻雾是夜间近地层长波辐射很强，气温降低，水汽凝结而形成的早晨04时30分辐射雾已形成，在雾维持过程中有时变浓，有时减弱，一直持续到09时30分雾才逐渐消散。图中能见度小于150米夜间长江江面开始降雨，凌晨雨停。由于冷空气移至较暖的江面上，水汽凝结而形成锋面雾。图中是武昌西部江面上的锋面雾海上的平流雾，从鼓浪屿南边海面上移来，见图a、逐渐向岸边延伸，岸石一块巨石只见顶部见图b，海雾又覆盖了岸边见图c。海雾在岸边持续了40分钟后，逐渐向南方退移而后消失。abc夜间降雪已停止，早晨气温较低，河面湿度较高，水汽蒸发后，在水面上凝结成蒸发雾雾凇，呈白色，它是冬季雾天，在无风或微风的雾中，过冷雾滴直接冻结凝华在树枝上而形成雾凇。

其他地面凝结物霜，夜间地面冷却0℃以下的时候，近地面空气中的水汽凝华。在图中的植物叶面周边上，呈白色冰晶体，即是霜。草叶上的水珠就是露，它是早晨空气中的水汽在地面生长的草叶面上凝结的水珠即是露。

（3）云云是由大气中水汽凝结（凝华）而形成的微小水滴、过冷水滴、冰晶、雪晶，由它们单一或混合组成的，形状各异飘浮在天空中可见的混合体。云是在不同天气系统演变过程之中形成的，因而云又是预示未来天气的征兆。云的生成，宏观特征，量的多少，在天空中分布情况和演变，都能够显示出当时大气运动、稳定程度和水汽状况，也是预示未来天气演变的主要征兆之一。目前，气象雷达和卫星都是以观测云为主要对象，卫星拍摄的云图已成为天气预报的重要资料之一。云的形成条件是水