第三章 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 水分
水汽含量不变，e不变：温度 E r
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： 水汽含量、温度 温度不变，E不变：水汽含量 e d 水汽含量不变，e不变：温度 E d
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。
三、植物蒸腾
植物蒸腾 植物通过其表面（主要是叶面气孔）将体内的水分以气 态形式扩散到体外的过程，称为植物蒸腾。 影响因素 气象因子；土壤湿度；植物生理结构和类型
四、农田蒸散
农田蒸散 农田中，作物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程称农田蒸散。 影响因子
气象因子、植物因子、土壤因子。
第三节
一、凝结条件
凝结发生的条件
1000M<H<2000M
属 简写 Cu Cb
中云
2000M<H<6000M
高云
H>6000M
层积云 层云 雨层云 碎层云 碎雨云 高层云 高积云 卷云 卷层云 卷积云
Sc St Ns Fs Fn As Ac Ci Cs Cc
第四节
一、降水的形成
降水
充分的水汽供应和空气的绝热上升运动。 凝结增长 凝结过程
饱和差 d>0
D=0 D&T=Td T<Td
e<E
e=E e>E
过饱和
二、空气湿度的时间变化
绝对湿度的时间变化 日变化 单波型（海洋型） 温度日变化小的潮湿地区
e
14时
影响因子：蒸发强度
日出前 时间
双波型（大陆型）
e
10时 22时
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。
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。
气象学第三章
冷却雾 气团雾 雾 的 分 类 蒸发雾 混合雾
辐射雾 平流雾 上坡雾
锋面雾
辐射雾：夜间地面辐射冷却，使贴近地面气层变冷而 形成的雾，称为辐射雾，多见于大陆，尤以山 谷．盆地最多； 平流雾：指暖空气移到冷下垫面上形成的雾；我国沿 海春夏季节常见； 蒸汽雾：冷空气移动到暖水面上形成的雾；在北冰洋 的冬季比较常见； 上坡雾：潮湿空气沿山坡上升使水汽凝结而产生的雾； 这里潮湿空气必须处于稳定状态，山坡坡度也不 能太大；常出现于我国青藏高原，云贵高原的东 部； 锋面雾：发生于锋面附近的雾，称为锋面雾；主要是 暖气团的降水落入冷空气层时，冷空气因雨滴蒸 发而达到饱和，水汽在锋面底部凝结而成．多见 于江淮一带；
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；海水飞溅泡沫中的盐粒；流星、陨 石燃烧后的微尘。 2、作用： ①增大水滴的半径，降低饱和水汽压，快速饱和 ②增大水滴的体积，下降中不易蒸发掉 例：无核冰晶：3—5倍的饱和水汽压才能凝结；有 核冰晶：相对湿度小于100%也可以凝结
大气的四种降温过程
1.绝热冷却:空气上升时,因绝热膨胀而冷却,使气 温迅速降低,在较短时间内引起凝结现象,形成中雨 或大雨.空气上升愈快,冷却愈快,凝结过程愈强烈. 2.辐射冷却:空气本身因向外放散热量产生冷却.其 过程一般比较缓慢,水汽凝结量不多. 3.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. 4.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气压可能比混合前气 团的饱和水气压大,多余的水汽就会凝结.
溶液面的饱和水汽压
溶液中溶质的存在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（E溶<E水），且溶液浓度愈高，饱 和水汽压愈小。
大气中的水分
蒸发的第三阶段
土壤蒸发 1、温度
气象因子 2、湿度 3、风
影响 土壤 蒸发 因子 土壤因子
1、土壤结构(紧密、疏松) 2、地形和方位
3、地下水位的高低 4、土壤颜色的深浅 5、植被覆盖(减弱风速和乱流)
土壤蒸发
松土：截断土壤中的毛细管，使土壤深层水分不能 上升到土壤表面，减少土壤中水分蒸发。 调 节 土 壤 水 分 蒸 发
雨淞(glaze)
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、导热率小、粗糙的地表易形成露和霜。
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。 粒状雾凇（小冰粒） 分类 晶状雾凇（小冰晶） 雨凇：过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层。
比湿（q）、混合比（S）、绝对湿度（a） 在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量的比值，称为 比湿（specific humidity)
mw q mw md
水汽的质量
空气的质量
混合比：湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。 m水汽 S＝———— m干空气
比湿和混合比具有保守性
增大水汽含量：
降低温度：
e
T
e＞E
T＜Td
？途径
1、大气中的水 汽含量必须达 到过饱和状态
达到水汽凝结 的条件 2、足够的凝 结核（或凝华 核）
空气冷却的几种主要方式 流过相对较冷地面时， 通过热量传递自身温度 降到露点温度
晴朗无风或微风夜 晚，地面强烈辐射 辐射 冷却，气层冷却到 冷却 露点温度以下时。
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。
大气中的水分资料
蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面温度 蒸发受气象因子和地理环境影响。 越高，蒸发越快、蒸发量越大。 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， 气温变化基本一致，即每天午后最大日出前最 夏季大冬季小；海洋大、大陆小。 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
地球上主要水体的平均更新周期： 地球上主要水体的平均更新周期： 更新最快———— 大气水 更新最快 更新最慢———— 冰川 更新最慢
2、水相变化与潜热交换
蒸发——由水变成水汽 蒸发——由水变成水汽； 由水变成水汽； 凝结——由水汽变成水 由水汽变成水； 凝结——由水汽变成水； 冻结——由水变成冰 由水变成冰； 冻结——由水变成冰； 融解——由冰变成水 由冰变成水； 融解——由冰变成水； 凝华——由水汽直接变成冰 由水汽直接变成冰； 凝华——由水汽直接变成冰； 升华——由冰直接变成水汽 由冰直接变成水汽。 升华——由冰直接变成水汽。 ◆水的相变过程伴随着能量转化和交换，这 水的相变过程伴随着能量转化和交换， 种能量称为潜热（ 种能量称为潜热（能）。
3、蒸发及其影响因素
当 e ＜ E 时，出现蒸发； 出现蒸发； 则出现凝结。 当 e ＞ E 时，则出现凝结。 ◆蒸发量：因蒸发而消耗的水量，以水层厚度 蒸发量：因蒸发而消耗的水量， mm 表示。蒸发 1 mm 厚的水，相当于 1 m2 表示。 厚的水， 1000g 的水量。 面积上蒸发 1000g 的水量。 ◆蒸发速率：单位时间从单位面积上蒸发出来 蒸发速率： 的水分质量， 的水分质量，单位为 g／cm2 · s 。 ——蒸发受气象因子和地理环境影响 ——蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面 蒸发受气象因子和地理环境影响。 温度越高，蒸发越快、蒸发量越大。 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， 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。 前最小；夏季大冬季小；海洋大、大陆小。
气象学与气候学复习题第三章
第三章大气水分一.填空题：1.在常温常压下，大气中的物质只有有三态变化，其他物质由于气温高于其温度，而以形态存在。
2.温度愈高，饱和水汽压，随着温度升高，饱和水汽压按规律迅速。
3.不同温度下的空气，降低同样的温度，高温时的饱和空气凝结水量比低温时。
4.当T= 时，E过冷=E冰。
5.冰晶效应的条件是。
6.大小水滴共存时，产生水汽转移现象的条件是。
7.空气达到过饱和的途径有、。
8.空气冷却的类型有、、。
9、近地面的空气因与冷地面接触而降温到露点以下，如果 >0℃时，则在地面或地面物体凝结成，称为露；如果 <0℃，则水汽直接在地面或地面物体上凝结成称为霜。
10、形成露和霜的条件是的夜晚。
11、霜冻是指在农作物生长季节里，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。
农业上要预防的是而不是霜。
12、出现白霜时，气温比露点温度，即出现也出现。
13、出现黑霜时，气温比露点温度，只有而无。
14、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。
根据其形成条件和结构可分为两类：和。
15、雨凇是形成在地面或地物迎风面上的的紧密冰层。
它主要是降到温度低于的地面或地物上冻结而成的。
如果它是由非过冷却雨滴降到冷却得很厉害的地面或地物上而形成的时候，一般这种雨凇很薄而且存在的时间不长。
16、雾是悬浮于近地面空气中的，使水平能见度小于的物理现象。
17、云是指漂浮在空中的，由组成的中的水汽凝结物。
18、下午出现淡积云是的预兆。
19、早上出现浓积云是的预兆。
20、谚语“瓦块云，晒死人”、“天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻”，就是指透光高积云或透光层积云出现后，。
21、降水是指从云中降落到地面的和水，常见的有。
21习惯上把半径小于 um的水滴称为云滴，半径大于 um的水滴称为雨滴。
标准云滴的半径是 um，标准雨滴的半径是 um。
22、使云滴增大的过程主要包括：和。
实际上，云滴的增长是这两种过程同时作用的结果。
大气中的水分
13
→ 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。
2020/12/8
14
2020/12/8
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积雨云的云底（悬球状云）
2020/12/8
75
积云性层积云：云块较大，呈灰白色、暗灰色，多为条状，顶部具有积云特征。由衰退的积云或积雨云扩展、平衍 而成； 也可由傍晚地面四散的受热空气上升而直接形成。
饱和水汽压判据
eρwRwT
Nn 蒸发未饱和 ？
Nn 动态平衡 饱和
Nn
凝结过饱和
2020/12/8
水 和
水 汽
E e E e
蒸发未饱和 动态平衡 饱和
Ee 凝结过饱和
冰 和 水 汽
Es e Es e
蒸发未饱和 动态平衡 饱和
Es e 凝结过饱和 5
C
• 水相平衡图
O B′
B
→ O点：三相共存点，t0 = 0.0076℃，E0 = 6.11hPa → K点：临界点，tk=374，Ek=2.2×105hPa。
2020/12/8
46
2020/12/8
• 形成辐射雾的有利天气条件是什么？
→ 空气中有充足的水汽； → 天气晴朗少云； → 风力微弱（1—3m/s）； → 大气层结稳定。
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• 形成平流雾的有利天气条件是什么？
→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。
第三章 水分
•饱和差（d）
•露点温度（Td）
•绝对湿度（a）
f = e / E× 100% (5-2) 有一定限度的。如果水汽含量 空气潮湿程度或 和的程度。d值愈大，空气离 （ρa从形式看，Td 是表示冷热 ）。单位：g/cm3或 式中：e为空气中的实际水汽压，E 恰好达到该温度条件下的最大 3 大气中水汽含量 饱和程度愈远，表示空气愈 程度的物理量，但实质上是表 g/m 为同温度下的饱和水汽压。 限度，这时的空气称为饱和空 多少的物理量。 干燥；d值愈小，则空气愈接 d 示湿度状况的一个特征量。T 当e = E时，f = 100%，表 气，此时的水汽压为饱和水汽 绝对湿度不能直接 近饱和，表示空气愈潮湿，d 的高低与空气中水汽含量多少 示空气中水汽达饱和；e<E时， 压（E）。饱和水汽压大小主要 测量，但可通过气温、 = 0时，空气达饱和状态，如 d 有关。空气中水汽含量多，T f<100% ， 表 示 空 气 不 饱 和 ； 由温度和蒸发的性质状况决定。 水汽压间接求算而得。 果e不变，当T降低时，E随 就高；水汽含量少，Td 就低。 e>E时，f>100%，表示空气过 饱和水汽压是随着温度的升高 之降低，d亦降低，减至E = 所以，Td 高低能直接反映空气 饱和。 而呈现指数律增大的。 e时，d =0 ，空气达饱和。 中水汽含量的多少。
射旺盛，也易于发生凝结。
雾淞
雾淞是附着 于树枝、电线和 物体的迎风面上 的一种白色疏松 的凝结物。通常， 雾淞是雾滴附着 并冻结而形成， 常见于寒冷有雾 的天气里。
雨淞
雨淞是地 面、电杆、电线、 树枝上形成的光 滑而透明的冰层， 是由过冷却雨滴 降落到低于0℃ 的物体表面冻结 而成。一般迎风 面形成较多。
第三章 水分
第三章 大气中的水分习题
第三章大气中的水分一、名词解释题：1. 饱和水汽压(E)：空气中水汽达到饱和时的水汽压。
2. 相对湿度(U)：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。
3. 饱和差(d)：同温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。
4. 露点温度(td )：在气压和水汽含量不变时，降低温度使空气达到饱和时的温度。
5. 降水量：从大气中降落到地面，未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积累的水层厚度。
6. 干燥度：为水面可能蒸发量与同期内降水量之比。
7. 农田蒸散：为植物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程。
8. 降水距平：是指某地实际降水量与多年同期平均降水量之差。
9. 降水变率=降水距平/多年平均降水量×100％10. 辐射雾：夜间由于地面和近地气层辐射冷却，致使空气温度降低至露点以下所形成的雾。
11.露点12.水分临界期13. 农田蒸散：为植物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程。
14. 冰晶效应：是指在温度低于0℃时，由于平冰面的饱和水汽压低于平水面的饱和水汽压，对水面还未饱和的水汽压来说冰面已达到饱和，此时在水滴和冰晶共存的条件下，水滴将不断蒸发而冰晶将不断增长的现象。
15.二、填空题：1. 低层大气中的水汽，随着高度的升高而(1)减少。
2. 蒸发量是指一日内由蒸发所消耗的(2)水层厚度。
3. 相对湿度的日变化与温度的日变化(3)相反。
4. 使水汽达到过饱和的主要冷却方式有(4) 辐射冷却、接触冷却、(5)混合冷却和(6)绝热冷却。
5. 空气中水汽含量越多，露点温度越(7) 高。
空气中的水汽达到饱和时，则相对湿度是(8) 100％。
6.根据土壤含水量由多到少，可将土壤蒸发速率分为三个阶段：、、三个阶段。
7.达到过饱和状态的途径：一是增加大气中的，二是使含有一定量水汽的空气。
8．饱和差等于零时，相对湿度等于_____。
9. 饱和水气压随温度的升高而_升高（增大）_。
10.当水汽压不变时，相对湿度随温度的升高而_降低（减小）_。
气象第三章
第三章大气中的水分地球上的水分就是通过蒸发、凝结和降水等过程循环不已。
在自然界中，常有一种或数种处于不同物态的物质所组成的系统。
在几个或几组彼此性质不同的均匀部分所组成的系统中，每一个均匀部分叫做系统的一个相。
单位时间内跑出水面的水分子比落回水中的水汽分子多，系统中的水就有一部分变成了水汽，这就是蒸发过程。
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。
水相变化的判据：e与E的大小的比较，若水汽压大于饱和水汽压，则过饱和。
O的横坐标为0℃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，但其压强却被压制在一定范围内。
图中，OA、OB分别表示水与水汽、冰与水汽两相共存的情况。
OA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和临界压力，高于临界温度时就只有水汽存在了，因此蒸发线在K点中断。
OB为升华线，表示水汽与冰平衡时冰面上饱和水汽压和温度的关系。
OC是融解线，表示冰与水达到平衡时，压力与温度的关系。
可以看出COK区域为水。
凝结时，由于水汽分子变为液态水，分子间的位能减小，因而有热能释放出来。
这种凝结时释放出来的热量叫做凝结潜热。
它与同温下的蒸发潜热数量上相等。
蒸发潜热（L）是指在恒定温度下，使某物质由液相转变为气相所需要的热量。
L与温度之间有关系：L =（2500－2.4t）×103（J/kg）当t=0℃时，L=2.5×106 J/kg 当温度变化不大时，L变化很小，故取L=2.5×106J/kg同理，冰升华为水汽有两个过程，冰变为水，水变为水汽，故升华潜热Ls为融解潜热（3.34×105 J/kg）和蒸发潜热的和，故Ls=2.8×106 J/kg饱和水汽压与蒸发面的温度、性质（水面、冰面，溶液面）、形状（凸面、凹面、平面）之间有密切的关系。
大气中的水分
半干燥 干燥
250～500 ＜250
1.50～3.49 K≥3.50
人工增雨
高 炮
火 箭
人工增雨，福州，2003
碘化银 增 雨
宁夏 20030406
防雹作业
北京，20040704
冰雹
蒸腾率E=α.Δe/γ
α为系数，且α=MV /RT 这里MV是水汽分子量，R—气 体常数8.31J/mol.K，T是空气温度（K）。
M V e M V e L ea E RT rt RT rt
凝结和凝结物
一、凝结条件
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： 降低温度： e T e＞E T＜Td ③ 混合冷却 ④ 绝热冷却
大气中常见的降温过程： 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。 吸湿性凝结核 分类： 非吸湿性凝结核
二、凝结物
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、导热率小、粗糙的地表易形成露和霜。
组成
水雾：小水滴
冰雾：小冰晶 辐射雾：辐射冷却，晴朗微风和夜间和清晨。 平流雾：接触冷却，冷暖空气大规模运动时。
成因
平流辐射雾（混合雾）
地形雾 蒸发雾
辐射雾（地面和山谷）
条件:晴空，静风，低温辐射冷却 常出现在秋冬
平流雾
暖湿空气移动到冷表面上，如果下垫面比空气冷，空气可冷却至 露点形成平流雾。
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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。
3、蒸发及其影响因素
当 e ＜ E 时，出现蒸发； 当 e ＞ E 时，则出现凝结。
◆蒸发量：因蒸发而消耗的水量，以水层厚度 mm 表示。蒸发 1 mm 厚的水，相当于 1 m2 面积上蒸发 1000g 的水量。
◆蒸发速率：单位时间从单位面积上蒸发出来 的水分质量，单位为 g／cm2 ·s 。 ——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。
◆降水量：指降落到地面上的雨和融 化后的雪、霰、雹等集聚在水平面上 的水层厚度，单位为 mm。
◆降水强度：指单位时间内的降水量， 单位为 mm／h 或 mm／d 。
◆降水变率：指各年降水量的距平数 与多年平均降水量的百分比，表示降 水量的变化程度。
Cv = 距平数／平均数×100％
降水量的测量
为了使降水量具有较高的 精确性和比较性，气象观 测规范中规定：降水量指 从天空中降落到地面上的 液态或固态（经融化后） 降水，未经蒸发、渗透、 流失而在水平面上积聚的 深度。降水量以毫米为单 位。
f ＝ e ／E ×100％
——相对湿度大小直接反映空气距离饱和 的程度，当 e 不变时，气温升高饱和水汽 压增大，相对湿度减小。
• 相对湿度在80％以上称为高气湿， 30％以下称为低气湿。
相 对 湿 度 的 测 定
干球 干湿差(干球温度减去湿球温度) 温度 1.0℃ 2.0℃ 3.0℃ 4.0℃ 5.0℃ -50℃ 77％ 54％ 32％ 11％ 0.0℃ 82％ 65％ 47％ 3l％ 15％ 5.0℃ 86％ 71％ 58％ 45％ 32％ 10.0℃ 88％ 76％ 65％ 54％ 44％ 15.0℃ 90％ 80％ 70％ 61％ 52％ 20.0℃ 91％ 82％ 74％ 66％ 58％ 25.0℃ 92％ 83％ 76％ 68％ 61％ 30.0℃ 93％ 86％ 79％ 73％ 67％ 35.0℃ 93％ 87％ 81％ 75％ 69％
通常，相对湿度大陆小海洋大。 在大陆，距离海洋越近，相对湿度越 大；距离海洋越远，相对湿度越小。
1、水分循环
水文循环过程如下图所示
大
气
降
水
水汽水平运动
地面 蒸发 根系吸收
蒸腾 内陆
海陆间
海上
滴落
地表径流
根系吸收 地下径流
蒸腾 滴落 根系吸收
水面蒸发 海洋
“天然—人工”水循环示意图
内因（水的物理特性）
——空气达到饱和或过饱和的途径： ◆增加空气水汽含量，如暖水面的蒸发； ◆降低气温，大气中水的凝结主要由于空气 冷却而产生（绝热冷却：云、雨产生的主要 方 式；辐射冷却和平流冷却：雾、露、霜等 产生的主要方式 ）。
▲凝结核——指具有吸湿性、可作为水汽凝 结核心的微粒。其含量随高度递减；陆地多 海洋少；城市多乡村少，工业区最多。
2、水相变化与潜热交换
蒸发——由水变成水汽； 凝结——由水汽变成水； 冻结——由水变成冰； 融解——由冰变成水； 凝华——由水汽直接变成冰； 升华——由冰直接变成水汽。
◆水的相变过程伴随着能量转化和交换，这 种能量称为潜热（能）。
◆ 由水的相变潜导热致的交热量换吸收和释放
过程，称为潜热交换（过程）。
——冰晶效应是冷云云滴增长的主要过程；而小（暖） 水滴蒸发变小、大（冷）水滴凝结增大却是暖云云滴增 长的主要方式。
——由于随着云滴半径增大，其增长速度迅速下降，所 以单靠凝结（凝华）难以形成降水。
2、碰并增长
是指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。
主要内容
大气中空气湿度的表示方法 蒸发及凝结现象 大气中的凝结物 降水的形成
第一节 大气湿度及水相变化
一、大气湿度
大气中水分含量的多少，称为湿度， 即空气的干湿程度。
（一）湿度的表示方法
1、水汽压： 指大气中水汽部分的分压力， 用 e 表示，单位是 hPa 。空气中水汽含量 越多，水汽压越大。
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
★ 冷云与暖云的云滴增长
——由冰晶和过冷却水滴混合组成的云称为冷云或冰水 混合云，其云体高度在 0 ℃ 等温线以上；而由不同大小、 冷暖水滴组成的云则称为暖云，其云体高度在 0 ℃ 等温 线以下。
——在温度相同条件下，冰面饱和水汽压小于水面饱和 水汽压， 水滴不断蒸发变小，而冰晶则不断凝华增大， 这种过程称为冰晶效应。
北国树挂(雾凇)
雨凇
2、近地气层中的凝结物（雾）
★雾：指漂浮在近地面层、由水汽凝结（凝 华）而成的小水滴或小冰晶构成的可见集合 体。当能见度小于 1 km 称为雾；1 — 10 km 的称为轻雾。 ◆雾的类型：最常见的是辐射雾和平流雾， 还有蒸气雾、上坡雾和锋面雾。 辐射雾——因地面辐射冷却，使近地面层空 气变冷，水汽凝结而成；多出现于秋冬季节 无云的夜晚，谚语有 “ 十雾九晴 ” 之说。 平流雾——暖湿气流移到冷的下垫面上，冷 却降温，水汽凝结而形成；出现范围广。
城市之雾1
城市之雾2
山地之雾
伦敦
3、自由大气中的凝结物（云）
——指高悬于空中、由水汽凝结（凝华）而 成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。云 是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到 饱和或过饱和发生凝结而成。
◆ 云的成因： 对流运动——主要形成积状云； 系统性上升运动——主要形成层状云； 波状运动——主要形成波状云； 地形作用——比较复杂，可以形成各种云。
◆ 云量带 赤道多云带：上升气流，热对流，云量 6； 纬度 20O– 30O 少云带：下沉气流，云量 4 ； 中高纬多云带：气团、锋面频繁活动，云量 6 ～7 。
积云，平底，向上发展
积雨云在13分钟内的发展
强烈发展的积雨云1
强烈发展的积雨云2
强烈发展的积雨云3
层积云
层云
雨层云
高层云
饱和差与露点
5、饱和差
指在一定温度下，饱和水汽 压与空气中实际水汽压之差，用 d 表示。
d ＝ E－ e ，单位与水汽压相同。饱和差
越大，明空气中水汽含量越少。
6、露点
指空气中水汽含量不变，气压保持一定 时，气温下降到使空气达到饱和时的温
度。用 Td 表示。 在饱和空气中， T－ Td ＝ 0 ； 而在未饱和空气中，则 T－Td ＝＞ 0 。 T－Td 差值越大，相对湿度
★ 卫 星 云 图
◆ 云的分类：按国际分类法，根据云的形成高度，结合云的形态特征、 结构、成因，将云分为 3 族 10 属 29 种。
云族 低 云
100 —— 2000m
云 属 云的符 类号 型 特 征
积云和
Cu
碎云
积雨云
由水滴组成，云底 Cb 平坦，垂直向上发
层积云
Sc 展，常常产生大量
层云
St
比较这些数据，你发现了哪些规律？
绝对湿度、相对湿度和温度三者的关系
当温度不变时，绝对湿度越大，相对湿度就越大； 反之，绝对湿度越小，相对湿度就越小，它们呈正 比关系。
当绝对湿度不变时，温度上升相对湿度必然下降， 而温度下降相对湿度必然上升，它们呈反比关系。
当相对湿度不变时，温度升高必然绝对湿度加大， 温度降低必然绝对湿度减小，它们呈正比关系。
谚语 “ 日晕风，月晕雨 ” : 表示已经有锋面 或低气压自远方接近，是为天气转坏的前兆。
卷层云2
卷层云3
卷 积 云
波状云1
波状云2
旗云（地形云）
火山云
美国圣劳伦斯火山
UFO云 （地形云）
法国
荚状云（地形云）
镜状云（地形云）
四、降水
——指从云层中降落到地面的液态或 固态水。包括雨、雪、霰、雹等。
三、水汽凝结现象
1、地面凝结现象（露和霜）