大气和气候－第二节

第二节大气水分和降水

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。在一定条件下水汽发生凝结，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、凝结和降水等过程循环不已。因此，地球上水分循环过程对地—气系统的热量平衡和天气变化起非常重要的作用。大气中的水分状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。一、大气湿度（一）湿度的概念及其表示方法表示大气水汽含量多少的物理量。

1、水汽压(vaporpressure)和饱和水汽压：水汽压随高度迅速下降，下降速度比气压要快。

大气压力是大气中各种气体压力的总和。水汽和其它气体一样，也有压力.大气中的水汽所产生的那部分压力称水汽压(e)。它的单位和气压一样，也用hPa表示。在温度一定情况下，单位体积空气中的水汽量有一定限度，如果水汽含量达到此限度，空气就呈饱和状态，这时的空气，称饱和空气。饱和空气的水汽压(E)称饱和水汽压，也叫最大水汽压。超过这个限度，水汽就开始凝结。2、绝对湿度和相对湿度

绝对湿度(absolutehumidity)

：指单位体积空气中含有的水汽质量，也即空气的水汽密度。对湿度不能直接测得，需要通过其他量间接测得。相对湿度(relativehumidity)

：空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值，f=(e/E)*100%相对湿度接近100％时，表明当时空气接近于饱和。当水汽压不变时，气温升高，饱和水汽压增大，相对湿度会减小。3.露点温度在空气中水汽含量不变，气压一定的条件下，使空气冷却达到饱和时的温度，称露点温度，简称露点(Td)。单位与气温相同。在气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含虽愈多，露点越高，所以露点也是反映空气中水汽含量的物理量。在实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度常比气温低(Td＜T)，因此，根据其差值(温度露点差)，可以大致判断空气距离饱和的程度。上述各种表示湿度的物理量中，水汽压、绝对湿度、露点基本上表示空气中水汽含量的多寡；而相对湿度、饱和差则表示空气距离饱和的程度。（二）湿度的变化与分布1、相对湿度的日变化－与气温日变化相反（二）湿度的变化与分布2、相对湿度的年变化因为相对湿度与水汽压和温度都有关系，年变化情况比较复杂。一般情况下，相对湿度夏季最小，冬季最大。但是在季风气候地区，冬季风来自大陆，水汽特别少，夏季风来自海洋，高温而潮湿，所以相对湿度以冬季最小，而夏季最大。（二）湿度的变化与分布3、湿度的地理分布

相对湿度分布随距海远近与纬度高低而不同。我国东南沿海相对湿度年平均值为80％，内蒙40％。赤道带全年高温，水汽来源充沛，80％以上；副热带，尤其是大陆内部，下沉气流占优势，水汽来源极少－50％；高纬地带，全年低温相对湿度达到80％。北纬/0N5152535455565水汽压/hPa相对湿度/%25.37922.97518.47112.9709.3746.5754.182二、蒸发和凝结（一）、判断蒸发的依据蒸发：水分从水面、土壤和植物表面逸入空气中的物理过程，即为蒸发。蒸发面上出现蒸发（升华）还是凝结（凝华）决定于实际水汽压（e

）和饱和水汽压（E

）的关系。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，则，（一）影响蒸发的因素与蒸发量1、水源：没有水源就不可能有蒸发，在沙漠中，几乎没有蒸发。2、热源：蒸发必须消耗热量，在蒸发过程中如果没有热量供给，蒸发减缓或逐渐停止。3、饱和差：蒸发速度与饱和差成正比。饱和差愈大，蒸发速度也愈快。

4、风速与湍流扩散：大气中的水汽垂直输送和水平扩散能加快蒸发速度。无风时，蒸发面上的水汽单靠分子扩散，水汽压减小得慢，饱和差小，因而蒸发缓慢。有风时，湍流加强，蒸发面上的水汽随风和湍流迅速散布到广大的空间，蒸发面上水汽压减小，饱和差增大，蒸发加快。

（二）凝结和凝结条件——

1、空气中的水汽达到饱和和过饱和；绝热冷却：空气上升时，因绝热膨胀而冷却——空气温度迅速降低，在短时间内引起凝结现象——大雨或中雨。辐射冷却：空气本身因向外放散热量产生冷却。辐射冷却过程一般较慢，水汽凝结量不多，只能形成露、霜、雾、层状云。平流冷却：较暖的空气经过冷地面，由于不断把热量传给冷的地表造成空气本身冷却。——凝结混合冷却：温度相差较大且接近饱和的两团空气混合时，混合后气团的平均水汽压可能比混合前的饱和水汽压大，多余的水汽就会凝结。（二）凝结和凝结条件——2、凝结核：两个作用：1）对水汽的吸附作用，2）让形成的滴粒比单纯由水分子聚集而成的滴粒大得多，使之处于潮湿环境，利于水汽凝结。三、水汽的凝结现象(一）、地表面的凝结现象1、霜与露傍晚或夜间，地面或地物由于辐射冷却，使贴近地表面的空气层也随之降温，当其温度降到露点以下，即空气中水汽含量过饱和时，在地面或地物的表面就会有水汽的凝结。如果此时的露点温度在0℃以上，在地面或地物上就出现微小的水滴，称为露。如果露点温度在0℃以下，则水汽直接在地面或地物上凝华成白色的冰晶，称为霜。有时已生成的露，由于温度降至0℃以下，冻结成冰珠，称为冻露，实际上也归入霜的一类。2、雾凇和雨凇

雾淞是一种白色固体凝结物，由过冷雾滴附着于地面物体或树枝迅速冻结而成。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o℃的地面或地物上冻结而成的.露(dew)霜(frost)雾凇（rime)雨凇（glaze）2、大气中的凝结现象1、雾(fog)

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。如果能见度在l一10km范围内，则称为轻雾。A.辐射雾：由下垫面辐射冷却，水汽凝结成微小水滴而产生的雾。多出现于早晨和夜晚。形成的条件是：晴朗、无风和相当高的湿度。B.平流雾:

暖气团在冷的下垫面上移动时产生的雾。厚度大，持续时间长、分布范围广。其形成不受天气阴晴的限制。风速太大不利于平流雾的形成。C.上坡雾:

湿空气沿山坡上升绝热冷却而形成的雾。主要出现在我国高原地区的迎风山坡。D.蒸汽雾:

秋季，河湖水温一般高于气温，水汽不断从水面蒸发出来，此时如果空气的湿度达到一定高度，则形成蒸汽雾。

E.锋面雾：包括锋前雾、锋后雾和锋际雾三种。锋前雾是在暖锋前形成的，锋后雾是在冷锋后形成的，锋际雾是在锋线上形成的。云的形成

A：热力对流：指地表受热不均和大气层结不稳定引起的对流上升运动。由对流运动所形成的云多属积状云。

B：动力抬升：指暖湿气流受锋面、辐合气流的作用所引起的大范围上升运动。这种运动形成的云主要是层状云。状云。

C：大气波动：

指大气流经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动。由大气波动产生的云主要属于波状云。

D：地形抬升指大气运行中遇地形阻挡，被迫抬升而产生的上升运动。这种运动形成的云既有积状云．也有波状云和层状云，通常称之为地形云。漂浮在天空中的云是由许多细小的水滴或冰晶组成的，其底部不接触地面，并有一定厚度。

云量：表示云的多少，以其所遮蔽天空面积来度量。把天空面积分为十等份，有3份被云遮蔽则云量记为3，满天有云记为10，万里无云记为0。2、云(clouds)云的分类云型低中高层状云雨层云高层云卷层云、卷云、卷云波状云层积云高积云卷积云积状云淡积云浓积云积雨云成因、特点是均匀幕状云层，具有较大水平范围，覆盖数千甚至上万平方公里的地区。由空气斜升运动形成。表面呈波状起伏或鱼鳞状的云层。因空气密度不同、运动速度不等的两个气层界面上产生波动而形成的。出现时常呈鼓励分散状态。是空气对流上，体积膨胀绝热冷却，水汽发生冷凝而成。只有当对流高度超过凝结高度，才能形成积状云。高积云卷云卷层云雨层云层云高层云积雨云积云云的分类积雨云雷暴云砧空の低いところにできる低層雲。山にかかっているような雲は、ほとんどこの雲である。

横に層状に広がった雲で、地面につくと、霧になる。層雲高層雲

ほぼ全空をおおう幕のように灰色の薄い雲。曇りガラスのような感じに見える。この雲を通して月を見ると、おぼろ月夜になる。巻層雲空の高いところにできる上層雲。薄いベールのような雲。太陽や月のまわりにできる日がさ、月がさは、この雲によるもの。この雲が見えると、次第に雲が低く厚くなり、天気が悪くなることが多い。巻雲

空の高いところにできる上層雲。ほうきではいた時のようなすじ状の雲。すじ雲と呼ばれることもある。高気圧におおわれたような時によく現れるので、天気は比較的良い。空の低いところにできる灰色の雲で、しとしとと長く続く雨や雪を降らせる。

乱層雲の「乱」という文字は、降水（雨・雪）を表している。乱層雲－雨层云

固まり状で綿のような雲。日中、暖められた空気が上昇することよって成長する。大きく成長すると積乱雲となって、雷や夕立になる。夕方になると消えてしまうことが多い。積雲空の中層にできる雲（中層雲）。ひつじのような固まりの雲が並んでいるような雲。巻積雲に似ているが、高積雲は１つ１つの固まりが大きく巻積雲より低いところに見える。秋の晴天に見られるが、次第に厚くなってくるときは天気が崩れる。高積雲

空の高いところにできる上層雲。小さな固まりがたくさん集まったように見える雲。いわし雲やうろこ雲に代表される。秋によく見られる。高積雲（ひつじ雲）に比べて、１つ１つの雲が小さく、高いところにあるように見える。巻積雲積雲が空の高いところまで成長したもの。成層圏に達して平たくつぶれることもある（かなとこ雲）。夕立のような、強い雨を短時間降らせる。雷が起きるときも、この雲である。積乱雲－积雨云２．１０種雲形雲は、できる高さから上層雲、中層雲、下層雲に分けられます。また、形から層雲のなかま、積雲のなかまに分けられます。雨が降らせているかどうかでも区別されます。そのことを、表にまとめると次のようになります。名称俗称特徴ＡＢＣＤＥ層状雲上層雲巻雲すじ雲○

巻積雲うろこ雲、いわし雲

○

巻層雲うす雲

○

中層雲高積雲ひつじ雲

○

高層雲おぼろ雲

○

下層雲層積雲うね雲、くもり雲

○○

層雲きり雲

○

乱層雲あま雲、ゆき雲

○

○対流雲積雲わた雲

○

積乱雲入道雲、かみなり雲

○○

Ａ：髪の毛のようなＢ：小さな雲片が群をなすＣ：層状をしている

Ｄ：モクモクしたＥ：雨を降らせる四、大气降水(precipitation)指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、雪、霰、雹等。冰雹（一）、降水的形成Raindropformation云滴的冲并增长云滴凝结增长(二)、降水量及其观测（二）降水的类型1、对流雨

大气对流运动引起的降水现象。近地面层空气受热或高层空气强烈降温，促使低层空气上升，水汽冷却凝结，形成对流雨。2、地形雨气流沿山坡被迫抬升引起的降水现象。地形雨常发生在迎风坡。3、锋面雨锋面活动时，暖湿空气中上升冷却凝结而引起的降水现象。锋面常与气旋相伴而生，所以又把锋面雨称为气旋雨。4、台风雨台风活动带来的降水现象，称为台风雨。地形雨台风垂直结构瓜田变汪