第四章大气中的水分

第四章大气中的水分本章内容

空气湿度

蒸发与凝结

水分与农业第一节空气湿度空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。湿度参量：表征空气中水汽含量的多少和潮湿程度的物理量。湿度参量水汽压相对湿度露点温度饱和差绝对湿度一、空气湿度参量

水汽压（e）反映空气中水汽含量的多少水汽含量水汽压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)

饱和水汽压（E）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）定义：饱和湿空气中水汽的分压强。影响因子：EET温度T

饱和水汽压E15℃

实际水汽压（e）定义：未饱和状态空气中水汽的分压强。通过百叶箱中干湿球温度来计算ABC

露点温度（Td

）定义：

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。EeTTTdeE反映空气中水汽含量的多少，水汽含量露点温度TdAB

饱和差（d

）定义：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。影响因子：温度不变，E不变：水汽含量ed水汽含量不变，e不变：温度Ed水汽含量、温度

相对湿度（r）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

er水汽含量不变，e不变：温度

Er绝对湿度（a）绝对湿度（水汽密度）：单位体积湿空气中水汽的质量。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

年变化e时间冬季夏季影响因子：蒸发强度

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eTE并且E比e快因此Tr同理Tr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

日变化

年变化大多数地区：与气温的年变化反相r时间夏季冬季季风气候区：与气温的年变化同相r夏季冬季时间夏季：夏季风，来自海洋，潮湿冬季：冬季风，来自内陆，干燥T地面水分蒸发强度eTE并且E比e快因此Tr同理Tr第二节蒸发与凝结一、蒸发与蒸腾

定义：温度低于沸点时，水分子由固态或液态水的自由面

逸出，变成气态的过程或现象。

蒸腾蒸发

定义：特指植物体内的水分，通过叶片气孔以气态水形式

向外界输送的过程。1.水面蒸发水源、热源、饱和差、风速和湍流扩散强度、溶质浓度2.土壤蒸发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：土壤水分通过毛细管到达土壤表层进行蒸发。

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逸出表层。

影响因子土壤因子、气象因子3.植物的蒸腾作用4.农田蒸散

植物蒸腾和农田表面土壤蒸发的总量称为农田蒸散。二、水汽凝结与大气降水1.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。

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

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、二氧化硫、烟粒非吸湿性凝结核：尘埃、花粉、岩石微粒

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、热导率小、粗糙的地表易形成露和霜。2.水汽凝结物

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。

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，晴朗微风的夜间和清晨。平流雾：接触冷却，暖空气大规模运动时。平流辐射雾（混合雾）地形雾蒸发雾雾的民间谚语“黄梅有雾，摇船不问路。”“雾大不见人，大胆洗衣裳。”“大雾不过晌，过晌听雨响。”“清晨雾色浓，天气必久晴。”“雾里日头，晒破石头。”“早上地罩雾，尽管晒稻。”雾与霾雾和霾的预警信号

自由大气中的凝结物水汽凝结物悬浮在自由大气中形成云。

定义：

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

中国《地面气象观测规范》云族、云属、云类、云目、衍生云、转化云云族云属学名简写低云1000M<H<2000M积云Cu积雨云Cb层积云Sc层云St雨层云Ns中云2000M<H<6000M高层云As高积云Ac高云H>6000M卷云Ci卷层云Cs卷积云Cc云族云属云类学名简写学名简写低云积云Cu淡积云碎积云浓积云CuhumFeCucong积雨云Cb秃积雨云鬃积雨云CbcalvCbcap层积云Sc透光层积云蔽光层积云积云性层积云堡状层积云荚状层积云SctraScopSccugSccastSclent层云St层云碎层云StFs雨层云Ns雨层云碎雨云NsFn看云识天气

天上钩钩云，地上雨淋淋。天有城堡云，地上雷雨临。天上扫帚云，三天雨降淋。早晨棉絮云，午后必雨淋。早晨东云长，有雨不过晌。早晨云挡坝，三天有雨下。早晨浮云走，午后晒死狗。早雨一日晴，晚雨到天明。今晚花花云，明天晒死人。空中鱼鳞天，不雨也风颠。天上豆荚云，不久雨将临。天上铁砧云，很快大雨淋。

淡积云碎积云浓积云秃积雨云鬃积雨云透光层积云蔽光层积云积云性层积云堡状层积云荚状层积云层云碎层云雨层云碎雨云云族云属云类学名简写学名简写中云高层云As透光高层云蔽光高层云AstraAsop高积云Ac透光高积云蔽光高积云荚状高积云积云性高积云絮状高积云堡状高积云ActraAcopAclentAccugAcfloAccast透光高层云蔽光高层云透光高积云蔽光高积云荚状高积云积云性高积云絮状高积云堡状高积云云族云属云类学名简写学名简写高云卷云Ci毛卷云密卷云伪卷云钩卷云CifilCidensCinotCiunc卷层云Cs毛卷层云匀卷层云CsfilCsncbu卷积云Cc卷积云Cc毛卷云密卷云伪卷云钩卷云毛卷层云匀(薄幕)卷层云卷积云降水：从天空降落到地面的固态或液态的水汽凝结物。

降水量和降水强度降水量：从大气降落到地面的未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的水层厚度。单位：毫米日降水量、旬降水总量、月降水总量、年降水总量降水强度：单位时间内的降水量。单位：mm／10分钟、mm／小时、mm／日3.降水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

降水的种类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暴雨和暴雨的预警信号三、降水的形成云滴增大，下降速度超过上升气流的速度，水汽充足，不因蒸发而使水滴耗尽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水汽的扩散转移过程：冷暖云滴之间：H2OE暖＞e＞E冷暖冷大小云滴之间：H2OE小＞e＞E大小大过冷却水滴与冰晶之间：（冰晶效应）H2OE水＞e＞E冰水冰三、干燥度

定义一个地区某时期的水面蒸发量与同期的降水量的比值。

干燥系数W0

水面蒸发量，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500～8001.00～1.49半干燥250～5001.50～3.49干燥＜250K≥3.50人工降水的基本原理和方法人工降水就是根据自然界降水形成的原理，特别是不同云层的物理特性，选择合适时机，用飞机、火箭弹向云中播散干冰、碘化银、盐粉等催化剂，人为地补充某些形成降水所必须的条件，促使云滴迅速凝结或并合增大，形成降水。所采用的方法，因云的性质不同，有以下几种。

冷云的人工降水目前人工使冷云中产生冰晶的方法有二:一是向冷云中撒播干冰(固体CO2)作为制冷剂。利用干冰沸点低(-78.9℃)的特点,借助干冰升华时从周围吸收大量热量,使云中温度降至-40℃以下。部分水汽和过冷却水滴急剧冷却而凝华为冰晶胚胎,并在凝华和冲并作用下使冰晶不断增大而形成降水。二是直接向冷云中撒播碘化银(或碘化铅、碘化汞等)。因为碘化银微粒的晶体结构与冰晶的晶体结构相似,具有冰核作用。水汽可在其表面凝华或冻结形成较大冰晶,然后沿着冲并过程而形成降水。暖云的人工降水暖云之所以不易形成降水是因为云滴尺度均匀,不利用扩散转移凝结和冲并增长。因此欲使暖云降水的基本原理是使云中大小水滴共存。可采用某些措施使暖云中获得一部分大的水滴,作为重力冲并的启动作用。破坏暖云中胶性稳定,达到大小水滴共存,便可实现冲并增大过程而形成降水。目前主要通过二个途径使暖云中大小水滴共存:一是将吸湿性很强的粉末(如氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化氨等)作为催化剂撒入云中,使云中水汽和小水滴很快凝附在盐粉上,增多大水滴,达到大小水滴共存。二是直接向云中撒播大水滴,破坏暖云的胶性而形成降水。人工消冷雾

向雾中播撒适当物质使之产生大量冰晶，冰晶与水汽和水滴共存时，由于冰面饱和水汽压小于水面饱和水汽压，雾中的水汽便会迅速凝华到冰晶上，冰晶的增长抑制了水滴的增长，并促使水滴不断蒸发、数量减少，从而达到减少和清除大气中雾滴的效果。可产生冰晶的物质有制冷剂（液氮、丙烷和干冰等）、人工冰核（碘化银等）和通过膨胀降温产生冰晶的压缩空气。从技术上讲，人工消冷雾较为成熟。人工消暖雾

减湿法：播撒盐粉、氯化钙等吸湿性核在雾中培植大水滴，拓宽雾滴谱，使雾中相对湿度减小，并诱发冲并过程，造成雾的沉降，使雾消散；加热方法：直接燃烧燃料增加局部区域温度，使雾滴蒸发而消散；这种方法消耗能量太大，不经济。混合法：用喷气发动机产生热气，靠热动力扰动气流，迫使上层未饱和空气不断混合到雾中，使雾消散；采用直升飞机破坏雾层顶部的逆温层，使雾因气流上升而消散等。第三节水分与农业