气象学：大气中的水分

（二）相对湿度的时间变化
相对湿度的年变化位 相对湿度的变化与气 相，一般与气温年变化相 温及大气中的水汽含量有 反，温暖季节f小，寒冷季 关。在大陆内部，其日变 节f大。在季风盛行地区， 化与气温日变化相反，最 由于夏季多有来自海洋的 大值出现在日出前气温最 潮湿空气，冬季有来自大 低的时候，最小值出现在 陆的干燥空气，因此f年变 气温最高的14—15时，见 化与上述情况相反，最大 图5-3（P.70）。这主要是 值出现夏半年的雨季或雨 取决于温度对E的影响。海 季之前，最小值出现在冬 滨地区f的日变化表现日高 季。 夜低，与气温日变化一致。
二、凝结物 （一）地面凝结物
露与霜
•• 形成：当地面或地物表面经辐射冷却，使贴地气 露对农业生产的意义：在一些雨水稀少的干 层温度下降到露点温度以下时，如果露点在0℃以上， 旱地区或干热天气条件下，露起着一种维护 水汽凝结成水滴，即为露；露点在0℃以下，水汽凝 植物生命，缓解旱情的作用；但露也会助长 华成疏松结构的白色冰晶，即为霜。 植物病原菌的发生发展，重露可使秸秆和穗 • 影响因素：露和霜常形成于辐射冷却强烈的条件下， 粒湿度增大，影响收割和脱粒。 因此，晴朗无风（或微风）的夜晚或早晨最有利于 • 霜和霜冻的区别：霜冻是一种低温引起的 露、霜的形成。故有“露重见晴天”或“霜重见晴 天”之说。凡辐射能力强或热容量小、导热率小的 灾害，而霜是一种天气现象。出现霜冻时可 物体表面均有利于露或霜的形成，如深色物体、岩 以有霜，也可以没有霜。由于水汽结霜能释 石、疏松土壤表面等。植物枝叶表面颜色较深，辐 放潜热，霜的形成可轻微缓解霜冻。
（三）自由大气中的凝结物
云
水 汽凝结 物悬浮 在自由大气中即形成 云。云可由微小水滴 、 过冷却水滴、冰晶单 独或混合组成。
按空气运动形式
积状云 层状云 波状云
积云（Cu） 积雨云（Cb） 层积云（Sc） 层云（St） 雨层云（Ns） 高层云（As） 高积云（Ac） 卷云（Ci） 卷层云（Cs） 卷积云（Cc）
数，E－e 为饱和差， P为气压。
在自然条件下，水面蒸发要比上述情况复杂得 多，必须对外界因子全部影响予以考虑，如对流、 乱流、蒸发面上空气的干湿程度等。
二、土壤蒸发
一种是水分在土壤中某层次进行蒸发 防止土壤水分蒸发，保持土壤有效水分 在土壤 土壤中的水变为水汽逸出土壤表面， 变干以前可以耙松表土，以切断毛细管，使土壤水分 之后，水汽通过土壤的孔隙达表层逸出 是通过两种不同过程来完成的。 的蒸发由第一种过程变为第二种过程，以保持下层的 土表。 一种是蒸发直接发生在土壤表面。 土壤水分。但表土耙松后，孔隙增大，又利于第二过 土壤蒸发： 这种情况发生在土壤表层变干、下层 程的蒸发进行，因此，为了进一步保持土壤水分，在 这种情况发生在土壤潮湿、土层中充满水 指土壤水分汽化并 土壤水分输送不到土表或毛管水上升速 表土耙松后，再进行镇压，将松土压紧。这样既切断 分或者下层土壤通过毛管向土表输送水分的 向大气扩散的过程。 度小于蒸发速度时。这时的蒸发的速度 了毛细管，又减少了表层的孔隙度。在农业上究竟采 速度等于蒸发速度的时候。这时土壤蒸发和 用何种手段保持土壤水分，主要看土壤湿润情况。 比同样条件下水面的蒸发速度小，且气 同样条件下水面的蒸发速度几乎相同，主要 影响土壤湿度的因子 凡是影响土壤湿度的各种因子 象因子对蒸发的影响也开始减小。此时， 受气象条件的影响。 都能影响土壤水分蒸发，如地形、方位、颜色、土质、 蒸发速度主要决定于土壤含水量和土壤 植被覆盖等。
结构。
三、农田蒸散 （一）植物蒸腾
蒸腾既是物理过程，又是生理过程，所 以植物的蒸腾除和气象条件有关外，还和植 植物蒸腾：物体通 物本身所处的状态有关。 过其体表（主要是叶 研究蒸腾时除考虑气象条件与叶片的本身 面的气孔）将体内的 特性外，还应考虑土壤水分的供应和在植物 水分以气态形式蒸发 体内的输送情况，以及叶量、叶片结构及植 物年龄等。 到体外的过程，称为 植物蒸腾。
（二）近地层大气中的凝结物
雾
• 形成：当近地气层的温度下降到露点温
度以下，空气中的水汽凝结成小水滴或 凝华成冰晶，弥漫在空气中，使水平能 见度＜1km的现象即为雾。如水平能见 度＞1km，＜10 km，则称为轻雾或霭。
• 分类：
辐射雾
平流雾
平流辐射雾
夜间，由于地面辐 暖湿空气流经冷的 射冷却，使近地气层温 下垫面而逐渐冷却，气 在夜间，平 度降低到Td 以下而形成 温降到Td以下而形成的 流雾常由于伴随 的雾称之。辐射雾多形 雾，称之。形成平流雾 辐射冷却而加强， 成在晴朗而微风的夜间 的有利条件是：空气与 这种由于平流和 或清晨，日出以后渐渐 下垫面之间温差大，空 辐射同时作用而 消散。所谓“雾兆晴 气湿度大，且有适宜的 形成的雾，称平 天”，即辐射雾。秋冬 风流辐射雾或混合。大 速（ 2—7m/s） 季节，潮湿或地势低凹 气层结愈稳定，则愈易 雾。 的地方易形成辐射雾。 形成平流雾。
第五章 大气中的水分
第一节 空气湿度 第二节 蒸发和蒸散 第三节 凝结和凝结物 第四节 降水 第五节 水分条件与农业
要求深刻理解和熟练掌握的重点内容： • 空气湿度参量 • 空气湿度时间变化 • 水面蒸发、土壤蒸发 • 水汽凝结条件及水汽凝结物 • 降水特征量及其分析 • 作物的水分利用效率 要求一般理解和掌握的内容： • 农田蒸散的影响因素 • 作物的水分需求 难点： • 土壤蒸发及其影响因子 返回第五章
第三节 凝结和凝结物
一、凝结条件 空气的饱和或过饱和 凝结核
根据道尔顿蒸发公式，凝结的必要条件是实际 空气中水汽凝结或凝华时，除了应具备e≥E的 必要条件外，还须有凝结核存在。凝结核是指在水 水汽压（e）大于饱和水汽压（E）。途径：一是在 汽凝结过程中起凝结核心作用的固态、液态和气态 一定温度下增加空气中的水汽含量，使水汽压增大； 的气溶胶质粒。 二是在空气中水汽含量不变的情况下，通过空气冷 空气中的水汽凝结核可分成两类：一类是吸湿 却，使饱和水汽压减小。大气中常见的降温过程有： 性凝结核，如盐粒、二氧化硫和烟粒等；另一类是 辐射冷却、接触冷却、混合冷却、绝热冷却。 非吸湿性凝结核，如尘埃、岩石微粒、花粉等。
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。
• 雾对作物的影响 雾遮蔽太阳辐射，减小日照
时数，削弱到达植物体表面的太阳直接辐射， 抑制白天的温度增高；雾增大空气湿度，减小 蒸散，限制根系吸收作用；雾沾在植物表面， 妨碍植物授粉结实，给病原菌孢子提供必要的 水分，为病害的发生发展创造条件，特别是在 辐射雾消散之后，天气晴朗，太阳辐射强，在 高温高湿条件下更有利于病菌繁殖；沿海地区， 海雾还可使植物遭受盐害。寒冷季节，雾可减 弱夜间地面有效辐射，减轻或免除低温危害； 雾对茶、麻生长有利，对麻类可延长营养生长 期，提高产量。
（二）农田蒸散
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农田蒸散主要特点： ①农田蒸散不限于土壤表面的水分，还包括植 农田蒸散：农田中， 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 植物的蒸腾与株间土 蒸腾主要在白天，而土壤蒸发则昼夜均可进行；④ 壤蒸发的总和，称为 蒸散面不仅是土面，还有叶面，茎面等植株表面。 农田蒸散。它的数值 影响农田蒸散主要因素： 也表示了农田的总耗 （1）气象因素：包括辐射差额、温度、湿度和风等； 水量。 （2）植物因素：包括植物覆盖度、植物种类、生长 发育状况、气孔数目与排列及气孔张闭程度等； （3）土壤因素：包括土壤通气性、土壤含水量以及 水分向土面和根系分布流动的速度等。
第一节 空气湿度
饱和差：同温下的饱和 水汽压：空气中由水汽所产 一、空气湿度参量 露点温度：在空气中水汽 相对湿度：空气中的实际 比湿：在一团湿空气中， 水汽压和实际水汽压之差， 生的分压强称为水汽压。单位： 含量不变和气压一定条件下， •水汽压（e） 水汽压与同温下饱和水汽压的 水汽的质量与该团空气的 称饱和差。其表达式为： 帕斯卡（Pa）或百帕（hPa）。 比值，用百分数来表示，称为 总质量（水汽质量加上干 •相对湿度（f） 通过降低温度而使空气达到饱 d绝对湿度：单位容 在一定温度下，一定体积 = E－e （5—6） 和时的温度称露点温度，简称 相对湿度。其表达式为： 空气的质量）的比值，称 空气中能容纳的水汽分子数量 d的大小直接反映了空气离饱 空气湿度：表示 积空气中所含有的水汽 •比湿（q） 露点。单位：℃ f = e / E× 100% (5-2) 为比湿（q）。单位：g/g 有一定限度的。如果水汽含量 和的程度。d值愈大，空气离 空气潮湿程度或 质量，称为绝对湿度。 从形式看，Td 是表示冷热 •饱和差（d） 或 g/kg。 恰好达到该温度条件下的最大 饱和程度愈远，表示空气愈 式中：e为空气中的实际水汽压，E 程度的物理量，但实质上是表 它 实 大气中水汽含量 度 际是水汽密 混合比：包含在 为同温度下的饱和水汽压。 湿 限度，这时的空气称为饱和空 干燥；d值愈小，则空气愈接 比 湿 表 示 每 1g 或 1kg •露点温度（Td） 示湿度状况的一个特征量。T 多少的物理量。 （ρa当e = E时，f = 100%，表 ）。单位：g/cm3或 d 同一体积中的水汽质 气，此时的水汽压为饱和水汽 近饱和，表示空气愈潮湿，d 空气中含有多少g的水汽。 的高低与空气中水汽含量多少 •绝对湿度（a） 量与该空气团的干空 g/m3 压（E）。饱和水汽压大小主要 =因此，比湿也就是单位质 0时，空气达饱和状态，如 示空气中水汽达饱和；e<E时， 有关。空气中水汽含量多，Td 由温度和蒸发的性质状况决定。 果e不变，当T降低时，E随 量湿空气中所含有的水汽 f<100% ， 表 示 空 气 不 饱 气质量的比值称为混 和 ； 绝对湿度不能直接 •混合比（S） 就高；水汽含量少，Td 就低。 饱和水汽压是随着温度的升高 之降低，d亦降低，减至E 质量（g）。 e>E时，f>100%，表示空气过 合 比 。 单 位 g/g 或 = 测量，但可通过气温、 所以，Td 高低能直接反映空气 而呈现指数律增大的。 e时，d =0 ，空气达饱和。 饱和。 g/kg 水汽压间接求算而得。 中水汽含量的多少。
分类
低云
按云底高度 中云
高云
积状云 暖而有浮力的空气在条件性不稳定的环境中局 地上升而形成的云称积状云（或对流云）。其云的特 点是垂直发展强盛，云块呈孤立分散状，底部平坦， 顶部凸起。
Baidu Nhomakorabea
淡积云
二、空气湿度的时间变化 （一）水汽压（绝对湿度）的时间变化
日变化
年变化
单峰型 双峰型
单峰型的日变化与气温 双峰型有两个极小值 水汽压的年变化 日变化相似。一天中水汽压 和两个极大值（见图5-2， 与温度年变化相似。在 最大值出现在气温最高 、蒸 P.69），极小值出现在日出 陆地上，最大值出现在 发最强 的时候 （14—15时）， 之前气温最低的时候和15— 7月，最小值出现在1月， 最低值出现在气温最低 、蒸 16时；极大值出现在8—9时 发最弱的时候（日出之前）， 海洋上，最大值在8月， 和20—21时。 见图5—2（P.69）。 最小值在2月。
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• 日变化 • 年变化
第二节 蒸发和蒸散
一、水面蒸发
• 蒸发速率：指单位时间从单位面积上蒸发出来的水 量。单位：g/(cm2· d) • 日蒸发量：一日内因蒸发而损失的水层厚度表示。 单位：mm/d • 道尔顿水面蒸发公式： W = A′（ E－e）/ P （5—8）
式中： W表示水面蒸发速率；，A′为与风速有关的比例系