大气中的水分
《大气中的水分》课件
降水的过程和类型
降水的过程和类型是理解气候变化和天气预报的关键。
降水是指从大气中降落到地面的水滴、冰晶、雪、雹等水汽凝结物的总称。根据降水的物理状态和形 成机制，可以将降水分为雨、雪、冰雹、霜、露等类型。这些不同类型的降水过程和形成机制各不相 同，对气候变化和天气预报有重要影响。
降水对气候的影响
大气中水分的未来变化
REPORTING
温室效应与水汽的关系
温室效应是指大气层能够让阳光透进来照射地面，却阻止地 面热量散发出去的自然现象。水汽是温室气体之一，能够吸 收和重新辐射热量，对地球温度起着重要的调节作用。
随着工业化进程的加速，温室气体排放量不断增加，导致大 气中水汽含量升高，加剧了温室效应，进而引起全球气候变 化。
吸收光谱
水汽的吸收光谱呈现带状 分布，主要吸收中心位于 620-780纳米和11001800纳米的红外波段。
水汽的辐射特性
辐射特性定义
辐射光谱
水汽分子能够发射特定波长的电磁辐 射，这种特性称为水汽的辐射特性。
水汽的辐射光谱呈现带状分布，主要 发射中心位于620-780纳米和11001800纳米的红外波段。
降水
水滴或冰晶等降水物从云层降 落到地面。
地表径流
地表水通过河流、湖泊等途径 流入海洋。
PART 02
水汽的吸收与辐射
REPORTING
水汽的吸收特性
吸收特性定义
水汽分子能够吸收特定波 长的电磁辐射，这种特性 称为水汽的吸收特性。
吸收机制
水汽分子通过振动和转动 跃迁吸收电磁辐射，主要 吸收红外波段和微波波段 的辐射。
汽含量的增加。
水汽变化对未来气候的影响
降水模式的改变
大气中水汽含量的变化会影响降水模式的分布和强度，可能导致某 些地区出现极端天气现象，如暴雨、干旱等。
第三章 大气中的水分
降水及阵性降水。
雨层云
Ns
中 云 高层云 ＜6000m 高积云
As 由水滴和冰晶组成， Ac 可降水或变
雨层云。
卷云 高云
卷层云
Ci Cs
由冰晶组成，一般 不产生降水。
云的结构
◆ 云量的观测
——天空被云遮蔽的程度叫云量，以0 ～ 10 的 成数表示。云量的多少与纬度、海陆分布、大 气环流等因素有关。 晴天：0～3； 少云：3 ～ 5；多云：6～ 8； 阴天：9 ～ 10 。
的压力，用 E 表示，其单位与水汽压相同。 饱和水汽压随温度升高而增大，随温度降
低而减小。 不同气温下的饱和湿度
气温(℃)
水蒸气压力 (mmHg)
水蒸气量 (g/m3)
0
4.58
4.58
5
6.54
6.81
10
9.21
9.42
15
12.79
12.85
20
17.54
17.32
4、相对湿度
指空气中实际水汽压与同温度下的饱和 水汽压之比的百分数，用 f 表示，即：
蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面温度 越高，蒸发越快、蒸发量越大。蒸发量变化与 气温变化基本一致，即每天午后最大日出前最 小；夏季大冬季小；海洋大、大陆小。
蒸 发 面 的 影 响
地理纬度的影响
4、凝结及其条件
——空气中水的凝结必须具备两个条件： ◆空气要达到饱和或过饱和状态； ◆要有凝结核。
蒸发、融解、升华——吸收潜热； 凝结、冻结、凝华——释放潜热。
例如： 常温下，水的蒸发潜热为 L ＝ 2497 J ， 即蒸发 1 g 水需要消耗 2497 J 的热量； 与此相反， 1 g 水冻结成冰则可释放出 334.7 J 热量。
第四章 大气中的水分
Ei E过冷却水面-E冰面
冰分子脱出冰面所受 的束缚比水分子脱出 水面的束缚大
E冰面 E过冷却水面 100%
冰晶和过冷却水滴共存情况在云中很普遍 冰晶效应 如果实际水汽压处于两者的饱和水汽压之间:
es (过冷却水滴) ea (实际水汽) es (冰晶)
蒸发
凝华
水滴不断蒸发而减小，冰晶因不断凝华而 增大，在冰和水之间水汽转移现象。 冰晶效应：这种由于冰水共存引起冰水间的 水汽转移的作用
E＞e 未饱和 蒸发 E=e 饱和 动态平衡 E＜e 过饱和 凝结
4
水 融解线
蒸发线
升华线
水的三种相态分别存在于不同的温度和压强条 件下: (1)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0℃以上及以下的区 域，但其压强却被限制在一定值域下。
蒸发过程：较大动能水分子脱出液面使液面温 度降低。如果保持其温度不变，必须自外界供给热 量，这部分热量等于蒸发潜热L，L 与温度t有如下 的关系：
第四章 大气中的水分
凝结
水汽输送
凝结
降水
蒸发 植物蒸腾
湖
降水
地表径流 地下径流
蒸发
海洋
下渗
地球上水分循环过程对地-气系统的热量平衡和 天气变化起着非常重要的作用
（一） 蒸发和凝结的基本原理
大气中 （二） 地表面和大气中的凝结现象 的水分
（三） 降水及人工影响天气
（一）蒸发和凝结的基本原理
1、水相变化
辐射雾多发生 在夜长、气温低的 冬季。只要满足条 件，在大部分地区 均可形成。
29
（4）混合冷却：当温差较大，且接近饱和的两 团空气水平混合后，也可能产生凝结。由于饱和水 汽压随温度的改变呈指数曲线形式，就可能使混合 后气团的平均水汽压比混合气团平均温度下的饱和 水汽压大。
气象气候学-大气中的水分
1.什么是饱和水汽压？饱和水汽压：水汽与水或冰两相共存，其间分子交换过程达到动态平衡时的水汽压。
2.饱和水汽压主要受哪些因素影响？✓蒸发面的温度✓蒸发面的性质（水面、冰面、溶液面）✓蒸发面的形状（平面、凹面、凸面）3.饱和水汽压与温度成什么关系？饱和水汽压随温度升高而按指数规律迅速增大。
4.为什么饱和水汽压随温度升高而迅速增大？温度越高，水分子平均动能越大，单位时间脱出水面的分子越多；只有当水面上水汽密度增大到更大值时，落回水面的分子数才和脱出水面的分子数相等。
温度越高，水汽分子平均动能越大，而水汽压是水汽重量及其碰撞器壁的结果，故也随之增大。
5.饱和水汽压随温度升高而迅速增大有什么重要意义？温度升高，饱和变不饱和，蒸发重现；温度降低，不饱和变饱和，凝结出现。
饱和水汽压随温度改变的量，高温时比低温时大。
6.蒸发面性质对饱和水汽压有什么影响？冰面和过冷却水面的饱和水汽压仍随温度升高而按指数规律变化.7.蒸发面形状如何影响饱和水汽压？温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平面次之，凹面最小。
凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大；凹面的曲率愈大，饱和水汽压愈小大水滴曲率小，饱和水汽压小；小水滴曲率大，饱和水汽压大；从而出现大水滴“吞并”小水滴现象。
8.影响蒸发的因素有哪些？气象因素：热源、饱和差、风和湍流扩散、气压下垫面因素：水源、水面大小，形状及深度、水质、物理性质9.空气湿度随时间变化有何规律？10.大气中水汽凝结需要什么条件？凝结核、水汽饱和或过饱和11.不同饱和或过饱和途径对云雾的形成有何差异？水汽凝结以冷却为主。
绝热冷却对形成云最为主要；辐射冷却、平流冷却与混合冷却对形成雾最为主要。
12.什么是云？与雾有什么区别？云是悬浮在大气中的大量小水滴、冰晶微粒或两者混合物的可见聚合群体；底部不接触地面。
雾是悬浮于近地面空气中的大量小水滴或冰晶的可见聚合群体，底部接触地面。
13.云的形成需要什么条件？凝结核、充足水汽、冷却过程14.形成云的上升冷却过程有哪些类型？热力对流：多形成积状云动力抬升：锋面、气旋作用，多形成层状云大气波动：多形成波状云地形抬升：可形成积状云、层状云与波状云积状云：空气对流上升冷凝而成的具有孤立分散、云底平坦、顶部凸起形态的垂直发展云块。
大气中的水分
第三章大气中的水分第一节蒸发和凝结在同一时间内，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改变，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。
e为水汽压，E为饱和水汽压E＞e蒸发（未饱和）E=e动态平衡（饱和）E＜e凝结（过饱和）若Es为某一温度下对应的冰面上的饱和水汽压Es＞e升华Es=e动态平衡Es＜e凝华图3.1是根据大量经验数据绘制的水的位相平衡图。
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0℃以上及以下的区域，但其压强却被限制在一定值域下。
图3·1中OA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。
显然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tk和临界压力（Ek=2.2×105hPa），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。
例如图中的1、2、3点，点1位于OA线之下，ei＜E，这时水要蒸发；点2处，e2＞E，此时多余的水汽要产生凝结；点3恰好位于OA线上，e3=E，只有这时水和水汽才能处于稳定平衡状态。
二、饱和水汽压（一）饱和水汽压与温度的关系：饱和水汽压随温度的升高而增大。
这是因为蒸发面温度升高时，水分子平均动能增大，单位时间内脱出水面的分子增多，落回水面的分子数才和脱出水面的分子数相等；高温时的饱和水汽压比低温时要大。
第四章 大气中的水分
空气中常见的降温过程：
(1)绝热冷却 云、雨、雪、雹等。 (2)辐射冷却 露、霜、辐射雾等。 (3)接触冷却（平流冷却） 平流雾、雾凇V等。 (4)混合冷却：两团温差大、但都接近饱和而未饱 和的空气混合后有可能达到饱和。 低云、雾。
17
温度(℃)
-30 0.5
-20 1.2
-10 2.9
0 6.1
按云的外形、结构特点和成因:分为11属，29类。
高云族：云底高度6000米以上，冰晶，白色。一般不降水 中云族：云底高度2000－6000米，水滴、过冷却水滴、冰 晶。有时降水 低云族：云底高度2000米以下，水滴、水滴或冰晶。 云型 层状云 低 雨层云 层积云 层云 淡积云 浓积云 积雨云 碎云 中 高层云 高 卷层云、卷云
e 100% E
5
2.年变化
干燥而全年的绝对湿度a变化不大的地区：与T的 年变化相反，冬季最大，夏季最小。 季风气候区：冬季寒冷干燥,夏季炎热湿润，与气 温一致。
我国 最大 江南 春末夏初 华南 春（初春） 华北 夏季 西北 冬季 律） 最小 秋季 秋季 春季 夏季（不受季风影响，符合一般规
6
第二节 蒸发和蒸散
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雾的种类(根据成因)：雾可分为多种类型，常见 的有辐射雾和平流雾。
⑴辐射雾：局部地区在晚上辐射冷却，t≤td而形成的 雾，日出后消散 有利条件：晴朗、微风、湿度大、大气层结稳定的夜 间 特点： ①季节性强（冬半年），常出现在秋冬季节； ②明显日变化； ③地方性特点：局地性、范围小。 “十雾九晴” ：辐射雾，预示着晴天
纯净空气--水汽自生凝结过程 凝结(华)核：能起到水汽凝结(华)核心作用的大气 气溶胶质粒，包括固体、液体或亲水气体。 作用机制：
气象学与气候学-大气中的水分-蒸发和凝结
E
E e19.9t / 273t 0
5
饱和水汽压随温度的升高而增大 高温时的饱和水汽压比低温时要大 随着温度的升高，饱和水汽压按指数规律迅速 增大
6
重要推论：
空气温度的变化对蒸发和凝结有重要影响
高温时，饱和水汽压大，空气中所能容纳的水 汽含量增多，因而能使原来已处于饱和状态的 蒸发面会因温度升高而变得不饱和，蒸发重新 出现；
气象学与气候学
大气中的水分-蒸发和凝结
1
一.水相变化
1、水的三态和相变原理 (1)大气中的水分，可以以固态、液态、气
态存在，水分处于哪种形态，取决于其温度。 (2)相变原理 (principle of phase transformation) 水的相态变化，实质上是水分子运动状态
的反映。
2
2.水相变化判据
（一）空气要达到饱和或超饱和状态 （e≥E） 途径：1、增加大气中的水汽含量
2、空气冷却使T<Td，减小E 绝热冷却：空气上升 辐射冷却：夜间地面降温 平流冷却：暖空气流到冷水面上
10
三、大气中水汽的凝结条件
（二）有充足的凝结核 1、来源： 土壤微粒、风化岩石、火山微粒 工业、失火烟尘 海水飞溅时泡沫中的盐粒 流星、陨石燃烧后的微尘 。 2、作用 增大水滴半径，降低E，快速饱和， 增大水滴体积， 下降时不易蒸发掉 。
11
End
12
同样，可以得到冰面上的水相变化判据
4
二.饱和水汽压
（一）饱和水汽压与温度的关系
（1）定义： 在一定的温度条件下，一定体积 的空气所能容纳的水汽分子的数量是有一定 限度的，如果水汽含量恰好达到此限度，就 称为饱和空气，饱和空气中水汽所产生的压 力，就称为饱和水汽压。
水在大气中的作用
水在大气中的作用水是一种在地球上普遍存在的物质，也是生命的基本要素之一、在地球上的大气中，水以不同形式存在，包括水蒸气、云、雾、雨、雪等。
首先，水蒸气是大气中最常见的组成部分之一，它起着很重要的气候调节作用。
大气中的水分以水蒸气的形式存在，它可以通过蒸发和蒸散等过程进入大气中。
当大气中的水蒸气遇冷时，就会凝结成云和雾。
云是由大量微小的水滴组成的，它们可以通过凝结核形成。
云可以帮助调节地球的温度，它们可以反射太阳的辐射，减少地表的紫外线辐射，保护地面生物。
同时，云还可以帮助局部降温，因为云层可以阻挡太阳光的直射，减少地表的热量吸收。
云层的变化也可以预示天气情况，例如浓云可能预示着降雨的到来。
另外，雨是大气中水的一个重要表现形式。
当大气中的水蒸气饱和时，水分会凝结成水滴，这些水滴会通过空气的上升运动形成云。
当云中的水滴不断增大，达到一定大小时，它们会失去浮力而下落，形成降水，即雨水。
雨水的降落可以清洗大气中的污染物，改善空气质量。
同时，降雨也是地球的一种淋溶作用，它可以将大气中的氮、氧、二氧化碳等气体溶解在水中，形成雨水，降低大气中的气体含量。
除了雨水，雪也是大气中水的另一种表现形式。
在寒冷的地区，水蒸气会直接从气态转变为固态，形成冰晶，从而形成雪。
雪的形成不仅改变了地表的外貌，也起到保温的作用。
在冬季，雪可以覆盖在地表上，形成一层厚重的保护层，防止地面受到严寒天气的直接冷空气和寒风的影响。
同时，雪的融化也会向地下渗透，补充地下水资源。
此外，大气中的水还参与了地球上的气候变化。
由于人类活动的影响，大气中的温室气体浓度不断增加，进而导致全球气候的变暖。
水蒸气是最重要的温室气体之一，它的变化会对地球的气候产生重要影响。
当大气中的水蒸气增加时，它们会吸收和辐射更多的热量，导致地球的温度上升。
这种增温现象会引发更频繁和严重的自然灾害，如龙卷风、洪水、干旱等。
总结起来，水在大气中起到了多种作用。
它通过蒸发和蒸散进入大气中，从而形成水蒸气、云、雾等形式。
第四章 水分
水汽压（e）： 相对湿度（f）：
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（一）水汽压的日变化和年变化
1.日变化： 单峰型（海洋型）--地面水分充分供应，乱流弱的地 区，水汽压与气温变化一致：emax14:00，emin日出前 双峰型（大陆型）---地面 水分供应不够充分，或乱 流较强（水汽扩散强）的 地区。emax 9:00-10:00， 21:00-22:00 emin 日出前， 14:00-15:00
干燥而全年的绝对湿度a变化不大的地区：与T的 年变化相反，冬季最大，夏季最小。 季风气候区：冬季寒冷干燥,夏季炎热湿润，与气 温一致。
我国 最大 江南 春末夏初 华南 春（初春） 华北 夏季 西北 冬季 最小 秋季 秋季 春季 夏季（不受季风影响，符合一般规律）
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第二节 蒸发和蒸散
蒸发--常温下液面上水的汽化现象
e＞E
d＜0 Td＞T
温度露点差 T－Td
温度露点差：空气温度与露点温度之差。 反映空气e＝0 r＝0
未饱和 湿空气
e＜E 0＜r＜100％
饱和 湿空气
e＝E r＝100％
过饱和 湿空气
e＞E r＞100％
饱和差
露点温度 温度露点差
d＝E
d＞0
Td＜T T－Td＞0
40
⑵平流雾 暖湿空气移到冷的下垫面上逐渐冷却， 气流下层t ≤td而形成的雾。
有利条件：下垫面与暖湿空气的温差较大，有利于逆温的 形成；暖空气湿度大；适宜的风向（由暖向冷）和风 速（2-7m/s）；大气层结较稳定。 特点：范围大、危害重（浓厚），无日变化。春季较多 混合雾----平流辐射雾
正常空气中水分含量
正常空气中水分含量正常空气中的水分含量是一个看似平凡却不容忽视的话题。
尽管水分在我们日常生活中随处可见，但我们往往忽略了它对我们健康、环境和自然界的重要性。
在这篇文章中，我将给您带来一次关于正常空气中水分含量的深度探讨，希望通过这篇文章，您能够对这个看似微小的细节有更加全面和深入的理解。
1. 水分在空气中的存在形式水分在正常空气中以多种形式存在。
水分以气态的形式存在于空气中，这被称为水蒸气。
水蒸气来自于地球表面的水体蒸发、植被散发和人类活动等过程。
水分也以液态的形式存在于大气中的云、雨滴和露水中。
这些不同形式的水分共同构成了正常空气中的水分含量。
2. 正常空气中的水分含量的变化正常空气中的水分含量是随着时间和地理位置的变化而变化的。
在地球表面的不同区域，由于气候和地理环境的不同，空气中的水分含量也会有所差异。
在热带地区，由于高温和湿度，空气中的水分含量往往较高。
而在沙漠地区，由于干燥的气候，空气中的水分含量则较低。
随着时间的推移，空气中的水分含量也会发生变化。
在白天，由于阳光的照射和地表的加热，水体蒸发增加，使得空气中的水分含量相对较高。
而在夜晚，由于地表的降温和空气湿度的增加，水分凝结成露水，导致空气中的水分含量相对较低。
人类活动也会对空气中的水分含量产生影响。
工业排放和汽车尾气等人类活动释放出的废气和污染物不仅会对空气质量产生影响，还可能改变空气中的水分含量。
3. 正常空气中水分含量的意义正常空气中的水分含量对我们的生活和健康有着重要的意义。
在我们的身体中，水分是构成细胞、组织和器官的重要成分之一。
通过呼吸，我们吸入的空气中的水分可以被身体吸收和利用，以满足我们的生理需求。
正常空气中的水分含量对环境和生态系统也至关重要。
水分是维持植物生长和生态平衡的必需资源。
植物通过叶子中的气孔吸收空气中的水分，供给生长和光合作用所需。
水分还在地球大气循环中起着重要的作用，通过蒸发、降水和融化等过程，将水分重新分配到地表，保持了地球上的水循环平衡。
气象学第三章大气中的水分知识点
第三章大气中的水分1、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、蒸发潜热是在恒定温度下，使水由液态转为气态所需的热量。
3、饱和水汽压随温度的升高而增大。
4、有时水在0℃以下，甚至是在﹣20℃～﹣30℃以下仍不结冰，处于这种状态的水称为过冷却水。
5、若云中冰晶与过冷却水同时存在，而且当时的实际水汽压结余两者饱和水汽呀之间，就会产生冰水之间的谁其转移现象。
水滴会因不断蒸发而缩小，冰晶会因不断凝华而增大。
这就是“冰晶效应”。
6、同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯水面消，而且溶液浓度越高，饱和水汽压越小。
7、“凝结增长”：云雾中的水滴有大有小，大水滴曲率小，小水滴曲率大。
如果实际水汽压介于大小水滴的饱和水汽压之间，也会产生水汽的蒸发现象。
小水滴因蒸发而逐渐变小，大水滴因凝结而不断增大。
8、影响饱和水汽压的因素：●温度●蒸发面的性质●蒸发面形状9、影响蒸发的因素：●水源●热源●饱和差●风速与湍流扩散10、大气中水汽凝结的条件：●有凝结核或凝华核的存在●大气中水汽要达到饱和或过饱和状态11、凝结核：大气中能促使水汽凝结的微粒。
12、使空气达到过饱和的途径有两种：●暖水面蒸发●空气的冷却：绝热冷却、辐射冷却、平流冷却、混合冷却。
13、露、霜概念14、形成露和霜的气象条件是晴朗微风的夜晚。
15、霜冻：是指在农作物的生长季节里，地面和植物表面温度下降到足以引起农作物遭受伤害或者死亡的低温。
16、雾凇是形成于树枝上、电线上或其他地物迎风面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。
雾凇的种类：●晶状雾凇●粒状雾凇17、雾是悬浮于近地面空气中IDE大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1㎞的物理现象。
形成雾的基本条件是近地面空气中水汽充沛，有使水汽发生凝结的冷却过程和凝结核的存在。
18、根据雾的形成条件，可将雾分为：●气团雾：冷却雾、蒸发雾、混合雾（冷却雾又分为辐射雾、平流雾、上坡雾）●锋面雾19、辐射雾是由地面辐射冷却使贴地面气层变冷而形成的。
气象学-第4章 大气中的水分(ppt模板)
• 4.2 蒸发和蒸散 • 4.2.1 水面蒸发 • 4.2.2 土壤蒸发 • 4.2.3 农田蒸散
• 4.2.1、水面蒸发 • 蒸发速率：单位时间从单位面积上蒸发出的水量， 单位是g· cm-2· d-1。 • 蒸发量 单位时间因蒸发而消耗的水层厚度 单位 mm • • • • • • •
影响因素 1、蒸发面温度 2、饱和差 3、风速大小 4、气压 5、蒸发面性质
• 形成
• 1 暖云降水：
• 暖云：指云体处于0℃等温线以下的云块。 降水过程： 抬升作用 长），碰并 水汽上升 凝结成云滴，（凝结增 大水滴。
2 冷云降水：云体温度低于0度
• 水汽在一定的条件下，以凝结核为中心，由核化作用形成初始冰
晶，而后籍冰晶效应迅速形成较大的冰晶。->碰并、粘连、结淞 ->大雪晶，下降到0℃等温线以下时，融化，降至地面，->雨。
• • • •
• • • •
4.2.3 农田蒸散： 农田蒸散 植物蒸腾与株间土壤蒸发的总和 A 主要特点： （1） 农田蒸散不限于土壤表面的水分，还包括植物根系层土壤 的水分； （2） 植物通过叶片气孔的张闭，可自行调节叶片蒸腾强度，从 而影响农田蒸散； （3） 蒸腾主要在白天，而土壤蒸发则昼夜均可进行； （4）蒸散面不仅是土面，还有叶面、茎面等植株表面。 B 可能蒸散： 开阔地面，无平流作用，短草完全覆盖，供水充分条件下的蒸散。 C影响： （1） 气象因素，辐射差额、温度、湿度和风等。 （2） 植物因素，植物覆盖度、植物种类、生长发育状况、气孔 数目与排列、张闭程度等。 （3）土壤因素，土壤通气性、土壤含水量以及水分向土面和根 系分布流动的速度等。
• 4.3.2.3
自由大气中
• 云：水汽凝结物悬浮在自由大气中，由微小水滴、过冷却水滴、冰晶单独或 混合组成。 • 1 形成条件 空气的上升运动
大气中的水分大气中的水分41水的相变42蒸发与蒸腾43
土壤水分以气态形式向大气中扩散的现象，它具 有明显的阶段性，大致可分为三个阶段。 第一阶段：土壤潮湿，含水量充分。 第二阶段：土壤较干（在干旱地区或干旱时期。 第三阶段:土壤含水量很低，植物开始萎蔫，此时，土 壤
水分的毛管力作用停止，只能以气态形式从 地
下通过干土层向大气扩散。
4.2 蒸发与蒸腾
4.4 水汽的凝结
一、水汽凝结的条件
⑵空气中水汽的饱和或过饱和 ②空气的冷却
降温是使空气达到饱和的主要途径。
⒈绝热冷却 ⒉辐射冷却 ⒊平流冷却 4.混合冷却
4.4 水汽的凝结
二、地面和近地层水汽凝结物
⑴地面水汽凝结物 ①露和霜
在晴朗微风夜晚，贴近地面空气由于地面冷 却而降温，达到露点时，空气达到饱和，继续降 温，水汽就会在地面或地面物体上凝结。
• 在水相转变过程中，发生能量交换，这种在相变时所 吸收或消耗的热量称为潜热。
4.2 蒸发与蒸腾
• 蒸发的定义 • 土壤蒸发 • 植物蒸腾 • 蒸散
4.2 蒸发与蒸腾
一、蒸发的定义
⑴定义
水由液态变为气态的过程称为蒸发。
⑵表示 自然条件下的蒸发，通常用蒸发速度和蒸发量来度量。
蒸发速度：也称蒸发通量密度，单位时间单位面积上水分蒸 发的数量，单位kg/（m2 •s）
第4章大气中的水分
第4章 大气中的水分
• 4.1 水的相变 • 4.2 蒸发与蒸腾 • 4.3 空气湿度的变化 • 4.4 水汽的凝结 • 4.5 大气降水
4.1 水的相变
• 一、水的相变 • 二、水相变化的判据
4.1 水的相变
一、水的相变
常温下，大气中的水分有三态，即水的三相： 固、液、气。
二、相对湿度的变化
正常空气中水分含量
正常空气中水分含量
摘要：
一、正常空气中水分含量的概念
二、水分在空气中的存在形式
三、空气中水分含量的测量方法
四、我国空气湿度标准及影响
五、空气湿度对人体健康的影响
六、保持室内舒适湿度的方法
正文：
正常空气中水分含量是指空气中水汽的含量，通常以相对湿度来表示。
在自然界中，水以气态、液态和固态存在，而空气中的水分主要以气态形式存在，对人类生活和环境有着重要影响。
水分在空气中的存在形式有多种，包括水汽、雾、云和降水等。
在正常情况下，大气中的水汽含量较低，以水汽的形式存在。
当空气中的水汽达到饱和状态时，水汽会凝结成雾、云和降水等形式。
测量空气中水分含量的方法有多种，如干湿球湿度计、毛发湿度计和电阻湿度计等。
这些方法通过测量不同物理量的变化，来推算空气中水分含量。
在我国，通常采用干湿球湿度计法来测量空气湿度，并将其分为五个等级：干燥、较干燥、适中、较潮湿和潮湿。
我国空气湿度标准对人们的生活、工作和健康有着重要影响。
适中的空气湿度有利于人体的舒适度和健康，过高或过低的湿度都会对人体产生不良影
响。
例如，高湿度可能导致霉菌滋生，影响室内空气质量，而低湿度则可能导致皮肤干燥、口干舌燥等问题。
为了保持室内舒适湿度，可以采取一些措施。
首先，可以使用加湿器来增加室内空气湿度。
其次，适当放置植物可以提高室内湿度，同时净化空气。
此外，保持室内通风良好也是调节室内湿度的重要手段。
总之，正常空气中水分含量对人类生活和环境有着重要影响。
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E＞e 未饱和 蒸发 E=e 饱和 动态平衡 E＜e 过饱和 凝结
3
水 融解线
升华线
Байду номын сангаас
蒸发线
水的三种相态分别存在于不同的温度和压强条 件下: (1)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0℃以上及以下的区 域，但其压强却被限制在一定值域下。
蒸发过程：较大动能水分子脱出液面使液面温 度降低。如果保持其温度不变，必须自外界供给热 量，这部分热量等于蒸发潜热L，L 与温度t有如下 的关系：
影响因素之二：蒸发面性质
蒸发面性质不同，水分子脱出蒸发面需克服分 子引力也不同，同一温度下不同蒸发面上的饱和水 汽压也不相同。 A 冰面和过冷却水面的饱和水汽压 过冷却：液态水温度在冰点以下而不冻结的现象
通常不易见到过冷却水，但是在自然界，特别 是在云雾中较普遍存在(在-20℃--30℃以下不结冰)
C为与风速(W)有关的函数:C=f(W),具体关系需要 通过实验测定。
道尔顿蒸发定律的本质：水面蒸发模型
在自然条件下，蒸发是发生于湍流大气之中，影 响因素是湍流交换影响蒸发速度的主要因子有四个： 水源、热源、饱和差、风速。
影响因子之一：水源 没有水源就不可能有蒸发，水/雪面、湿土、植被 是蒸发产生的基本条件。在沙漠中，几乎没有蒸发。 影响因子之二：热源 蒸发必须消耗热量，在蒸发过程中如果没有热量 供给，蒸发面就会逐渐冷却，从而使蒸发面上的水汽 压降低，于是蒸发减缓或逐渐停止。因此蒸发速度在 很大程度上决定于热量的供给。实际上常以蒸发耗热 多少直接表示某地的蒸发速度。
冰晶效应：这种由于冰水共存引起冰水间的 水汽转移的作用
冰晶效应程度与其差值有关，差值越大，冰晶效应 越显著。这种效应是混合云形成降水的重要理论之一。
溶液中的溶质使溶液内分子间的作用力大于纯 水内分子间的作用力，使水分子脱离溶液面比脱离 纯水面困难。因此同一温度下，溶液面的饱和水汽 压比纯水面要小，且溶液浓度愈高饱和水汽压愈小。
原因：开尔文方程
ln
P
/
P0
2M RT
.1 r
曲面上蒸气压 平面上蒸气压
球形液滴的半径
凸面的曲率愈大，即r越小，饱和水汽压愈大
云雾中的水滴有大有小： 大水滴半径大，饱和水汽压小 小水滴半径小，饱和水汽压大
es (小水滴) ea (实际水汽) es (大水滴)
小水滴因蒸发而逐渐变小，大水滴因凝结 而不断增大——凝结增长。
影响因子之三：饱和差（E-e） 蒸发速度与饱和差成正比。严格说，此处的E 应 由蒸发面的温度算出，但通常以一定气温下的饱和水 汽压代替。饱和差愈大，蒸发速度也愈快。 影响因子之四：风速 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。
dT RT 2
E R T 2
克拉伯龙— 克劳修斯方程
E为饱和水汽压，T为绝对温度， L为凝结潜热， Rw为水汽的比气体常数
dE E
L R
dT T2
E
L ( 1 1)
E e R T0 T 0
L=2.5×106J/kg，Rw=461J/kg·K，T0=273K，T=273+t， E0=6.11hPa（为t=0℃时，纯水平面上的饱和水汽压）
19.9t
E 6.11e273t 经验公式：L是温度的函数
克拉伯龙—克劳修斯方程的适用性：水平液面
E
E e19.9t / 273t 0
（1）空气温度的变化， 对蒸发和凝结有重要影响。
升温：饱和空气---未 饱和---水面继续蒸发
降温：未饱和空气--饱和---过饱和---多余水汽 凝结
（2）饱和水汽压随温度的改变量，在高温时要 比低温时大。这也说明了为什么暴雨总是发生在暖 季。
Ei E过冷却水面-E冰面
冰分子脱出冰面所受 的束缚比水分子脱出 水面的束缚大
E冰面 100% E过冷却水面
冰晶和过冷却水滴共存情况在云中很普遍 冰晶效应
如果实际水汽压处于两者的饱和水汽压之间:
es (过冷却水滴) ea (实际水汽) es (冰晶)
蒸发
凝华
水滴不断蒸发而减小，冰晶因不断凝华而 增大，在冰和水之间水汽转移现象。
特点：这一过程在水滴增长到半径大于1μm 时，曲率的影响就很小了。所以“凝结增长”只 在云雾刚形成时起作用。
3、影响蒸发的因素 1802年英国著名物理学家、
化学家Dalton通过大量试验数据， 提出水面蒸发量与饱和水汽压差 (Δe)成正比，与气压(P)成反比， 且随着风速的加大而增大：
E C e道尔顿蒸发定律 P
升华潜热Ls表示为：
Ls （2.5106 105）（ J/Kg）
6
影响饱和水汽压的因素是蒸发面： （1）温度、 （2）性质（水面、冰面，溶液面等）、 （3）形状（平面、凹面、凸面）
影响因素之一温度
19世纪克拉伯龙和克劳修斯分别用热力学理论推导出了 纯水面饱和水汽压随温度升高而增大的数学表达式：
dE LE dE L dT
（一）蒸发和凝结的基本原理
大气中 （二）地表面和大气中的凝结现象 的水分
（三）降水及人工影响天气
水
冰
水、水汽、冰之间转换的物理过程
水相变化的判据：不同相态水分子的扩散速率
n
N
N＞n 未饱和 N= n 饱和 N＜n 过饱和
蒸发 动态平衡 凝结
e RT
冰与水汽两相变化和平衡判据 Es＞e 未饱和 升华 Es =e 饱和 动态平衡 Es ＜e 过饱和 凝华
L （2500 2.4t）10（ 3 J/Kg）
水汽凝结：潜热将会全部释放出来，这就是凝 结潜热。在同温度下，凝结潜热与蒸发潜热相等。
冰的升华过程：冰升华为水汽消耗的热量包 含两部分：
①冰融化为水所需消耗的融解潜热 融解潜热=3.34×105J/kg ②水变为水汽所需消耗的蒸发潜热 蒸发潜热=2.5×106J/kg
这种作用对在可溶性凝结核上形成云或雾的最 初胚滴明显，以溶液滴刚形成时较为显著，随着溶 液滴的增大，浓度逐渐减小，溶液影响就不明显了。
此外，水滴上的电荷对水滴表面上的饱和水汽 压也有一定的影响：使饱和水汽压减小
影响因素之三：蒸发面形状
蒸发面形状不同，水分子受周围分子吸引力不同。
凸表面
平表面
凹表面
A 凸表面水分子受到引力最小，表面水汽压最大 C 凹表面水分子受到引力最小，表面水汽压最小 B 平表面水分分子的情况介于二者之间。