第3章大气中的水分

气象气候学地理科学与旅游学院2023/7/27第三章大气的水分第一节蒸发与凝结第二节地表面和大气中的凝结现象第三节降水2023/7/27第一节蒸发与凝结阅读思考：1、理解水相变化的原理，水相变化的判据是什么？2、影响饱和水气压的因素有哪些？3、相对湿度日变化、年变化怎样？4、当云中冰水共存、冷暖云滴共存、大小水滴共存时，哪些云滴会蒸发？哪些云滴会凝结？为什么？5、空气中水汽发生凝结要具备什么条件？2023/7/27一、水相变化1、水相变化的物理过程①蒸发---由水变成水汽的物理过程。②蒸发潜热----1g水蒸发为同温度下的水汽所需消耗的热量。L=2497焦耳/g③凝结④凝结潜热----凝结时所释放的热量.L=2497焦耳/g⑤凝华⑥升华2023/7/27⑦升华潜热=融解潜热+蒸发潜热=334.7+2497=2831.7焦耳/g⑧凝华潜热⑨潜热交换过程----这种由水的相变导致的热量吸收和释放过程。⑩潜热能----水的相变过程伴随有能量转化和交换，这种能量为潜热能。2023/7/27蒸发面是出现蒸发（升华）还是凝结（凝华），其决定条件是什么？

e

<E蒸发过程实际水汽量未达到饱和状态.e

>E凝结过程实际水汽量达到过饱和状态.

e

=E实际水汽量达到饱和状态，无蒸发也无凝结.----e

与E2、水相变化的判据2023/7/27二、饱和水汽压（E）1、E与蒸发面T的关系----E随T的升高而增大.思考：这是为什么？注意两点：E随T的升高而增大。这意味着由于T的升高，原来饱和的空气可变为不饱和，重新出现蒸发；相反，T下降，E下降，意味原来饱和状态的空气变为过饱和状态，多余的水汽可能出现凝结。2023/7/27处在不同T下的饱和空气，如果下降同样的T，那么，在高温条件下的饱和空气凝结的水汽量要比低温条件凝结的水汽要多。思考：为什么暴雨总是发生在暖季？2、E与蒸发面性质的关系冰面和过冷却水E冰<E过冷却水

思考：为什么？2023/7/27这就是“冰晶效应“，又称贝吉龙理论，对降水的形成起重要作用。溶液面和纯水面E溶<

E纯

思考：为什么？冰晶水滴E冰<

e

<

E过冷却水E冰<

e

e

<

E过冷却水2023/7/27E与蒸发面形状的关系大、小水滴的饱和水气压大水滴的曲率小，小水滴曲率大.E大水滴<

E小水滴E大水滴<

e

<

E小水滴对云雾的初始形成起作用.（大水滴半径小于1微米）ABC凸水面（曲率大）E

A>平水面EB

>

凹水面（曲率小）EC2023/7/27三、影响蒸发的因素

（1）水源

（2）热源

（3）饱和差E-e

（4）风速和湍流扩散的强度

2023/7/27四、空气湿度的时间变化1、水汽压（1）日变化湍流较强夏季（陆地）:一天中有两个最高值（9h~10h,21h~22h)和两个最低值（清晨、午后）.湍流不强季节（海洋、沿海或陆地）:一天中有一个最高值（午后）和一个最低值（

清晨）.2023/7/27（2）年变化----一年中有一个最高值和最低值.2、相对湿度（f=

e

/Ex100%）（1）日变化：（2）年变化：2023/7/27五、水汽凝结的条件（1）空气要达到饱和或过饱和状态.增加大气中水汽过饱和状态的过程：暖水面蒸发空气的冷却（绝热冷却、辐射冷却、平流冷却）（2）要有凝结核中国雾都----重庆Back2023/7/27第二节地表面和大气中的凝结现象

阅读思考：1、什么是霜和露？在农业生产上，我们要预防的是霜还是霜冻？为什么？可采用什么措施？2、云和雾有何异同？“十雾九晴”指的是什么雾？3、重庆为什么成为中国雾都？4、积状云、层状云、波状云有什么特点？其形成原因是什么？2023/7/27第二节地表面和大气中的凝结现象一、地面的水汽凝结物1、露和霜2023/7/27谚语：露水起晴天，霜重见晴天。谚语：冬天吹大风，日头火样红；日落红霞现，风停霜必浓。2023/7/27

露和霜（1）概念----近地面空气中水汽，因地面或地面物体辐射冷却，使其温度低于贴地空气的Td时，水汽则凝结在地面或近地面物体上。那么若Td

>0℃，凝结物是水滴，称为露.若Td

<

0℃,凝结物是松散结构白色冰晶，称为霜。2023/7/27（2）形成的条件空气湿度.晴朗和微风的夜晚.地面或地物不利于传导热量，而易于凝结。（3）露和霜的区别降温条件不同：形态不同：2023/7/27（4）霜和霜冻的区别霜冻：低温。低温>

Td，

有霜冻而无霜出现，称为黑霜；低温<

Td，有霜冻同时有霜出现，称为白霜；

2023/7/27在农业生产上，我们要预防的是霜还是霜冻？为什么？可采用什么措施？2023/7/272023/7/272、雾凇和雨凇（1）雾凇----过冷水滴凝聚而成的白色固体凝结物。晶状雾凇----在有雾、微风、冰晶与过冷却水共存，T<-15℃天气条件下，过冷却雾滴蒸发后，由水汽凝华而成。粒状雾凇----在有雾、风速较大，T=-2~7℃天气里，风把过冷雾滴吹到冷的物体表面迅速冻结而成。2023/7/27（2）雨凇（冰凌、冻雨）----由过冷却雨滴降到T<0℃

的地面或地物上，立即冻结成透明或毛玻璃状的紧密冰层，使电线和树枝变成粗大的冰棍，地面积起厚厚的冰层。0℃0℃0℃云层气层或云层2023/7/272023/7/272023/7/272023/7/27黑龙江省牡丹江市双峰林场2023/7/272023/7/272023/7/271、概念----悬浮在近地面空气中的大量水滴或冰晶的可见集合体，使水平能见度小于1Km的物理现象。2、形成条件水汽充足有冷却过程有凝结核二、近地面空中的主要凝结物----雾2023/7/27雾气团雾锋面雾蒸发雾混合雾冷却雾辐射雾平流雾上坡雾(形成的天气条件）(形成的条件)(形成的冷却过程)3、雾的分类2023/7/27（1）

辐射雾①概念：地面辐射冷却使贴近地气层变冷而形成的雾。②形成的条件：晴夜微风（1~3m/s)水汽充足大气层结稳定（逆温层）2023/7/27③特征厚度不大，日变化明显；（为什么?）季节性，冬季多见；（为什么?）地方性较强。预测天气：“十雾九晴”（2）平流雾①

概念：暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成的雾。2023/7/27②形成的条件：下垫面与移来的暖湿空气的温差较大空气湿度大适宜的风向和风速（2~7m/s)层结较稳定③特征：范围广，厚度大，时间长，无明显的日变化；（为什么?）海洋四季多见，沿海春夏多见；（为什么?）沿海多于内陆，高纬多于低纬。2023/7/272023/7/27（3）平流辐射雾

----由平流冷却和辐射冷却共同作用而形成的雾。

----出现的时期随各地风向的季变有差异。冬季春季2023/7/27（4）

蒸发雾----冷空气经过暖水面时，水面上不断蒸发出来水汽遇到冷空气凝结形成的雾。（5）上坡雾----稳定的空气沿高地或山坡上升因绝热冷却而形成的雾。（6）锋面雾----冷暖性质不同的气团交界处形成的雾。2023/7/27庐山上坡雾2023/7/27庐山上坡雾2023/7/27重庆重庆为什么成为中国雾都？2023/7/27三、

云1、概念----由水汽凝结而成的大量的小水滴或小冰晶高悬于空中的可见聚合体。2、形成条件水汽充足有凝结核有冷却降温2023/7/273、云的生成过程动力抬升（锋面、大范围气流辐合）热力抬升地形抬升大气波动4、云的分类（1）按云的温度分：冷云（0℃以下）暖云（0℃以上）2023/7/27（2）按云的相态分：水成云（暖水滴和过冷却水）冰成云（冰晶）混合云（过冷却水和冰晶）（3）按云的上升气流特点和形状分：积状云层状云波状云2023/7/27云型低小于2000米中2000~6000米高大于6000米层状云雨层云（Ns）高层云（As）卷层云（Cs）卷云（Ci）波状云层积云（Sc）层云（St）高积云（As）卷积云（Cs）积状云淡积云（Cuhum）浓积云（CuCong）积雨云（Cb）云的分类2023/7/275、积状云图中的积状云什么季节多见？2023/7/27预测天气：夏天的下午是淡积云为晴天的预兆，早上是浓积云则为雷雨的预兆。黑云上顶，风雨不用请。一块黑云在天顶，再大风雨也不惊。2023/7/27NEXT（1）成因----主要热力对流引起。（2）特点及其成因个体分明、孤立分散.（为什么?）底平、顶凸。（为什么?）（3）积状云形成的几个阶段：淡积云阶段浓积云阶段积雨云阶段2023/7/27V=5m/sV=15~20m/sV=20~30m/sT=-15℃谚语若夏天下午是淡积云，其天气预兆：若夏天早上是浓积云，其天气预兆：2023/7/27“日晕三更雨“月晕午时风”“日晕三更雨2023/7/27日月晕

6、层状云卷云卷层云高层云雨层云图中的层状云什么季节多见？NsAsCsCi2023/7/27（1）成因----动力抬升（2）特征范围大，连成一片.

（为什么?）结构、颜色差别不大.

（为什么?）降水连续性、强度小、时间长。（为什么?）

2023/7/272023/7/27预测天气：“瓦块云，晒死人”；“天上鲤鱼斑,明天晒谷不用翻”2023/7/277、波状云（1）成因----有大气波动和湍流运动逆温层2023/7/27（2）特征厚度不大，较稳定.排列有序整齐，降水具有间歇性。Back2023/7/27第三节降水阅读思考：1、什么是降水？降水是怎样形成的？2、为什么有云不一定有降水？3、人工降水的基本原理是什么？2023/7/27第三节降水一、概念:----从云中生成降落到地面的液态或固态水汽凝结物。水汽云滴、冰晶胚胎云滴雨滴二、降水形成的宏观条件:水汽充足要有上升运动三、降水形成的物理过程水汽云滴、冰晶胚胎云滴雨滴2023/7/271、云滴的凝结（华）增长过程（1）云内维持一定的过饱和状态（增长有限度）（2）云滴之间要存在饱和水汽压差异，即高、低温云滴共存；大、小云滴(水滴）共存；冰晶、过冷却水共存。（增长也有限度）冰晶水滴E冰<

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E过冷却水E冰<

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E过冷却水2023/7/272023/7/27大、小水滴的饱和水气压大水滴的曲率小，小水滴曲率大.E大水滴<

E小水滴E大水滴<

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E小水滴E大水滴<

e<

E小水滴2、云滴的碰并增长过程（1）碰并增长----两个或两个以上的水滴相碰合并而增大的过程。（2）重力碰并----在地球的重力场中，大小水滴运动速度不同而产生的碰并现象。云滴的凝结（华）增长过程与云滴的碰并增长过程同时起作用。2023/7/27四、降水类型按降水形态分：----雨、雪、冰雹、霰.按降水性质分：----连续性降水、阵性降水、毛毛雨.按降水强度分：----小雨大雨；小雪大雪。2023/7/27蕉岭县受损的房屋平远仁居镇冰雹2013年3月19日冰雹2023/7/27类别强度（mm/d）类别强度（mm/d）小雨0.1~9.9暴雨50~99.9中雨10~24.9大暴雨100~199.9大雨25~49.9特大暴雨≧200小雪中雪大雪雪（mm/d）<2.52.5~5.0>5.02023/7/27加勒比海中瓜达卢佩岛上的巴斯特是有记录的短时间内降雨最猛烈的地方。1970年11月26日，这里每分钟的降雨量达到了38