第四章 大气中的水分新

第四章大气中的水分新第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期五第一节蒸发和凝结（凝华）

一、大气湿度概念（一）水汽压和饱和水汽压水汽压：大气中水汽产生的那部分压强称为水汽压。饱和水汽压：在温度一定情况下，单位体积中的水汽量有一定限度，如果水汽含量达到此限度，空气就是饱和状态，也叫最大水汽压，如果水汽超过这个限度，就开始凝结。

气象学第四章第一节第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期五（二）饱和差在某一温度下，饱和水汽压与实际水汽压之差。（三）相对湿度空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的比值（用百分数表示）。它直接反映空气距离饱和的相对程度。（四）绝对湿度单位体积空气中所含的水汽量，也就是空气中的水汽密度，称为绝对湿度a。它不便直接测量。

（五）露点（露点温度）

在空气中水汽含量不变、使空气冷却到饱和时的温度。在实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度比气温要低。气象学第四章第一节第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期五4

冰

水凝固

融化凝结

蒸发升华

凝华

水汽

二、水相变化气象学第四章第一节第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

从分子运动论看，水相变化是水的各相之间分子交换的过程。举例：在水和水汽共存的系统中蒸发过程5

(一)水相变化的物理过程气象学第四章第一节第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期五气象上常用饱和水汽压（E）和实际水汽压（e）来判断水和水汽两相变化和平衡：

E＞e（未饱和）蒸发

E=e（饱和）动态平衡

E＜e（过饱和）凝结若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化和平衡：

Es＞e升华Es=e动态平衡Es＜e凝华(二)水相变化的判据气象学第四章第一节第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期五（三）水相变化中的潜热

在水相的转变过程中，还伴随着能量的转换。蒸发过程中，液面温度会降低，损失的这部分热量就是蒸发潜热。

当水汽发生凝结时，这部分潜热又将会全部释放出来，这就是凝结潜热。

气象学第四章第一节第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期五水三相变化过程中的潜热转换冰

水凝固

融化凝结

蒸发凝华

升华

水汽

放热吸热吸热吸热气象学第四章第一节第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期五二、影响蒸发的因素

在静止大气中，水分蒸发速度W由下述方程描述(道尔顿定律)：表明蒸发速度与饱和差（E-e）及分子扩散系数（A）成正比，而与气压（P）成反比。气象学第四章第一节第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期五1、水源没有水源就不可能有蒸发。

2、热源3、饱和差蒸发速度与饱和差成正比。

4、风速与湍流扩散强度大气中的水汽垂直输送和水平扩散能加快蒸发速度。

在实际情况下，影响蒸发速度的主要因子有四个：

气象学第四章第一节第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期五三、相对湿度的时间变化（一）相对湿度的日变化相对湿度的日变化的特点是：最高值基本上出现在清晨，最低值出现在午后。（晴天）

主要决定于气温为什么午后气温升高，蒸发加强了，相对湿度反而减小了？气象学第四章第一节第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

一般以冬季最大，夏季最小。某些季风盛行地区，夏季大，冬季小。为什么？（二）相对湿度的年变化气象学第四章第一节第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期五四、大气中水汽凝结（凝华）的条件

大气中水汽凝结或凝华的一般条件是：一是有凝结核或凝华核的存在；二是大气中水汽要达到饱和或过饱和状态。

气象学第四章第一节第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期五（一）凝结（华）核凝结核：大气中能促使水汽凝结的微粒。半径越大，吸湿性越好的核周围越易产生凝结。凝华核：大气中能促使水汽直接在其周围凝华成冰晶的微粒。大气产生凝结的重要条件之一

气象学第四章第一节第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期五（二）空气中水汽的饱和或过饱和使空气达到过饱和的途径有两种：一是在一定温度下增加空气中的水汽，使水汽压大于该气温下的饱和水汽压。二是通过冷却作用，减少饱和水汽压，使其小于当时的实际水汽压。

大气中常见的凝结现象，后者居多气象学第四章第一节第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期五空气的冷却具体的过程有：绝热冷却辐射冷却平流冷却指空气在上升过程中，因体积膨胀对外做功导致空气本身的冷却。指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。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。是自然界中水汽凝结最主要的过程，凝结的水量也多。雾的形成

云的形成

气象学第四章第一节第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期五第二节地表面和大气中的凝结现象水汽的凝结可产生在空气中地表或地物上云和雾露、霜、雾凇和雨凇气象学第四章第二节第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期五一、地表面的水汽凝结物

（一）露和霜

露是近地层中的过饱和水汽，凝集在地面或近地面物体上的水珠。气象学第四章第二节第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期五霜是寒冷、晴朗和微风（或无风）的夜晚，气温降到露点以下，空气中的饱和水汽凝集在地面或近地面物体上的白色松脆的冰晶。形成露和霜的气象条件是晴朗、微风的夜晚。

霜和霜冻

气象学第四章第二节第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期五（二）雾凇雾凇是形成于树枝上、电线上或其它地物迎风面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。

气象学第四章第二节第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

形成

气象条件晶状雾凇由过冷却雾滴蒸发后，再由水汽凝华而成粒状雾凇由过冷却的雾滴被风吹过，碰到冷的物体表面迅速冻结而成有雾微风严寒（气温低于-15℃）浓雾风较大微寒（气温在-2—-7℃）气象学第四章第二节第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期五雨凇是形成在地面或地物迎风面上的透明的或毛玻璃状的紧密冰层。它主要是过冷却雨滴降到温度低于0℃的地面或地物上冻结而成的。（三）雨凇气象学第四章第二节第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期五二、近地面层空气中的凝结---雾

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。雾中的珠穆朗玛峰雾实际上也可以说是靠近地面的云

气象学第四章第二节第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

形成

形成的有利天气条件辐射雾由地面辐射冷却使贴地气层冷却而形成的（范围不大，持续时间短）空气中有充足的水汽；天气晴朗少云；微风（1—3m/s）；大气层结稳定平流雾由暖湿空气流经冷的下垫面逐渐冷却而形成的（范围大，持续时间长）下垫面与暖湿空气的温差较大；暖湿空气的湿度大；适宜的风向（由暖向冷）和风速（2—7m/s）；层结较稳定

气象学第四章第二节第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

(一)基本概念云是悬浮在大气中的小水滴或小冰晶微粒，或二者混合体，有时还含有一些较大的雨滴和冰雪粒。

云是降水的基础，是地球上水分循环的中间环节，并且云的发生发展总伴随着能量的交换。

三、云云和雾有何区别？气象学第四章第二节第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期五云与雾的联系与区别联系：云和雾都是由悬浮于空中的小水滴或冰晶组成的，云为空中之雾，雾为地面之云。区别：1、云底不接地，但有一定的高度和形状；2、云中的水滴比雾中的大；3、云的形成过程中，以绝热冷却为主，雾则以辐射冷却和平流冷却为主。气象学第四章第二节第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期五根据云的形成高度并结合其形态，将云分为3族10属：云族云属中云高积云高层云高云卷云卷积云卷层云云族云属低云层积云层云雨层云积云积雨云气象学第四章第二节第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期五积雨云积云雨层云层积云层云低云气象学第四章第二节第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期五高层云高积云中云气象学第四章第二节第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期五卷层云卷积云卷云高云气象学第四章第二节第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期五第三节降水云降水湿度水汽气象学第四章第三节第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期五由于云的温度、气流分布等状况的差异，降水具有不同的形态：雨——自云体中降落至地面的液体水滴。雪——从混合云中降落到地面的雪花形态的固体水。霰——云中降落至地面的不透明的球状晶体，由过冷却水滴在冰晶周围冻结而成，直径2—5mm。雹——是由透明和不透明的冰层相间组成的固体降水，呈球形，常降自积雨云。

降水（性质）连续性降水历时长，强度具有变化性高层云雨层云阵性降水历时短，强度大，具有突然性浓积云积雨云雨小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨<1010-2525-5050-100100-200>2000雪小雪中雪大雪<2.52.5-5.0>5.0

按降水强度划分(单位:mm/d)气象学第四章第三节第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期五半径小于100μm的水滴

标准云滴半径为10μm半径大于100μm的水滴

标准雨滴半径为1000μm

从体积来说，半径1mm的雨滴约相当于100万个半径为10μm的云滴。

降水的形成就是云滴增大为雨滴、雪花或其它降水物，并降至地面的过程。一、降水形成的一般物理过程云滴雨滴云滴是如何增大的？

气象学第四章第三节第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期五使云滴增大的过程主要有：（一）云滴凝结（或凝华）增长（二）冲并增长气象学第四章第三节第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

凝结（凝华）增长指水汽分子凝结（凝华）在云滴（冰晶）表面上，使云滴（冰晶）增长的过程。1、过冷水滴蒸发→冰晶凝华增长2、小水滴蒸发→大水滴凝结增长3、暖水滴蒸发→冷水滴凝结增长（一）云滴凝结（或凝华）增长

扩散转移过程：冰晶效应气象学第四章第三节第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期五水汽过冷却水滴变小冰晶增长蒸发凝华冰晶效应气象学第四章第三节第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期五冷云与暖云的云滴增长冷云（冰水混合云）：由冰晶和过冷却水滴混合组成的云，其云体高度在0℃等温线以上。冷云云滴增长的主要方式：冰晶效应暖云:由不同大小、冷暖水滴组成的云，整个云体温度高于0℃的云。云滴增长的主要方式：小（暖）水滴蒸发变小、大（冷）水滴凝结增大气象学第四章第三节第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

（二）冲并增长

两个或两个以上的水滴相碰合并而增大的过程。下降时，大水滴追上小水滴；上升时，小水滴追上大水滴，都会发生碰并，使云滴迅速增大。气象学第四章第三节第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

在云滴增长过程中，云滴凝结（或凝华）增长与冲并增长两种过程共同作用，初期以凝结（凝华）增长为主，后期则以碰并增长为主，尤其在低纬度地区的暖云降水，碰并增长更为重要。气象学第四章第三节第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期五

按照降雨不同成因，有对流雨、地形雨、锋面雨、台风雨等不同类型。二、降水的类型气象学第四章第三节第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期五对流雨人们也称雷阵雨，地面气温上升，空气受热膨胀，高空冷空气下沉补充，形成对流。上升的气流到达高空，气温下降，水汽形成云层，最终形成大雨。

多发生在热带对流雨气象学第四章第三节第四十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期五地形雨暖湿气流在迎风坡爬升时冷却凝结而成。我国东南部山区较多见。迎风坡背风坡气象学第四章第三节第四十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期五锋面雨冷暖气流相遇，暖气流因上升变冷，水汽凝结成雨。上海的夏天会下锋面雨。锋面气象学第四章第三节第四十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期五台风雨热带海洋上的空气旋涡，湿热空气大规模的上升，气温下降，水汽凝结成雨。我国东南沿海夏秋两季常会受台风雨的袭击。气象学第四章第三节第四十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期五三、人工降水

根据自然界降水的原理，利用催化剂，促使云滴迅速凝结或碰并增大形成雨滴，达到降水的方法。（一）人工影响冷云降水

影响冷云降水的基本原理是:在云内制造适量的冰晶，使其产生冰晶效应，使水滴蒸发，冰晶增长。投入冷冻剂如干冰（降温→自生冰晶）投入人工冰核碘化银气象学第四章第三节第四十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期五（二）人工影响暧云降水影响冷云降水的基本原理是:暖云内不可能