辐射相对湿度考试讲义

第五节大气温度的空间分布一气温的水平分布气温的分布通常用等温线图表示。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，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，表示影响气温分布的因素较多影响气温分布的主要因素有三，即纬度、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，以便消退高度的因素，从而把纬度、海陆及其它因素更明显地表现出来．其次章大气的热能和温度

通常以1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。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，向两极渐渐降低，这是一个基本特征。在北半球，等温线7月比1月稀疏。这说明1月北半球南北温度差大于7月

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，而夏季相反最高温度带并不位于赤道上，而是冬季在5o

一10oN处，夏季移到20oN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出现在极地旁边，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更是因时因地而不同的二、对流层中气温的垂直分布在对流层中，总的状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，气温直减率的变更比下层小得多。在中层气温直减率平均为0.5一0.6℃／l00m，上层平均为0.65一0.75℃／l00m。对流层下层（由地面至2km）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、昼夜和天气条件的变更亦很大夏季白昼，在大陆上，当晴空无云时，地面猛烈地增热，底层（自地面至300一50om高度）气温直减率可大于干绝热率（可达1.2-1.5℃／l00m）（一）辐射逆温由于地面猛烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温

图2·35表明辐射逆温的生消过程。

图中a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，因而形成了自地面起先的逆温（图2·35b)随着地面辐射冷却的加剧，逆温渐渐向上扩展，黎明时达最强（图2·35中c。）日出后，太阳辐射渐渐增加，逆温便渐渐自下而上地消逝（图2·35中d、e）（二）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

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，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，则使平流逆温翩，从而使平流逆温的强度具有日变更（四）下沉逆温当某一层空气发生下沉运动时，因气压渐渐增大，以及因气层向水平方向的辐散，使其厚度减小（hl<h）

当下沉到某一高度上，空气层顶部的温度高于底部的温度，而形成逆温第三章大气中的水分大气从海洋、湖泊、河流及潮湿土壤的蒸发中或植物的蒸腾中获得水分。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。在确定条件下水汽发生凝合，形成云、雾等天气现象，并以雨、雪等降水形式重新回到地面。地球上的水分就是通过蒸发、凝合和降水等过程循环不已第一节蒸发和凝合水相变更水的三种形态：气态（水汽）、液态（水）和固态（冰），称为水的三相

1．水相变更的物理过程

单位时间内跑出水面的水分子比落回水中的水汽分子多，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恰好相等，系统内的水量和水汽分子含量都不再变更，即水和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汽称为饱和水汽，当时的水汽压称为饱和水汽压。2．水相变更的判据假设N为单位时间内跑出水面的水分子数，n为单位时间内落回水中的水汽分子数，得到水和水汽两相变更和平衡的分子物理学判据，即N＞n蒸发（未饱和）N=n动态平衡（饱和）N＜n凝合（过饱和）在气象工作中不测量N和n，所以不能干脆应用以上判据E＞e蒸发（未饱和）E=e动态平衡（饱和）E＜e凝合（过饱和）水汽e与水汽密度ρ成正比，而ρ与n成正比，所以e和n之间也成正比。这就是说，当水汽压e为某确定值时，则有一个对应的n值。当在某一温度下，水和水汽达到动态平衡时，水汽压E即为饱和水汽压，对应的落回水面的水汽分子数为ns，ns又等于该温度下跑出水面的水分子数N。所以E正比于N，比照分子物理学判据可得两相变更和平衡的饱和水汽压判据若Es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更和平衡的判据水的三种相态分别存在于不同的温度和压强条件下。水只存在于0℃以上的区域，冰只存在于0℃以下的区域，水汽虽然可存在于O℃以上及以下的区域，但其压强却被限制在确定值域下。三相共存点t0.0076℃E0＝6.11hPaOA线和OB线分别表示水与水汽、冰与水汽两相共存时的状态曲线。明显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，两相才能共存。所以OA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K点所对应的温度和水汽压是水汽的临界温度t，和临界压力,高于临界温度时就只能有气态存在了，因此蒸发线在K点中断。OB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。OC线是融解线，表示冰与水达到平衡时压力与温度的关系。O点为三相共存点：t0=0.0076℃，E0=6.11hPa。上述三线划分了冰、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3．水相变更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，使液面温度降低。假如保持其温度不变，必需自外界供给热量，这部分热量等于蒸发潜热L,L与温度有如下的关系当t=0℃时，有L=2.5x106J/kg。而且L是随温度的上升而减小的。不过在温度变更不大时，L的变更是很小的，所以一般取L为2.5x106/kg。当水汽发生凝合时，这部分潜热又将会全部释放出来，这就是凝合潜热。在同温度下，凝合潜热与蒸发潜热相等。二、饱和水汽压要了解蒸发面是处于蒸发、凝合还是处于动态平衡状态，就要将实有水汽压e与对应的饱和水汽压E进行比较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E为饱和水汽压，T为确定温度，L为凝合潜热，R、为水汽的比气体常数（一）饱和水汽压与温度的关系

积分（3·4）式，并将L=2﹒5x106J/kg,R＝461J/kg·K,T0=273K,T=273+t,E。＝6.11hPa代入，则得依据（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

1．冰面和过冷却水面的饱和水汽压在实际应用中，常常接受阅历公式确定饱和水汽压和温度的关系。最常用的比较精确的是马格努斯阅历公式△E代表同温度下冰面饱和水汽压和过冷却水面饱和水汽压之差：△E=E一E。其变更趋势如图中实线所示：自O℃起先，随着温度降低，差值快速增大，至一12℃时达最大值（△E二0.269hPa）温度接着降低时，差值减小（三）饱和水汽压与蒸发面形态的关系不同形态的蒸发面上，水分子受到四周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

A、B、C三点分子引力作用的范围。

A分子受到的引力最小，最易脱出水面；c分子受到的引力最大，最难脱出水面；B分子的状况介于二者之间。因此，温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平面次之，凹面最小。而且凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大；凹面的曲率愈大，饱和水汽压愈小三、影响蒸发的因素

它表明蒸发速度与饱和差（E一e）及分子扩散系数（A）成正比，而与气压（P）成反比（一）水源（二）热源（三）饱和差（E一e)

四、湿度随时间的变更水汽压与温度的日变更一样，最高值出现在午后温度最高、蒸发最强的时刻，最低值出现在温度最低、蒸发最弱的早晨相对湿度的日变更主要确定于气温相对湿度的日变更与温度日变更相反，其最高值基本上出现在早晨温度