大气中的水分
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集聚，使其成为水汽凝结核心。 产生凝结。
凝结核的存在是大气中水汽凝结的重要条件之一 《大气中的水分》PPT课件
实际大气中总是存在凝结核的，能否产生凝结， 关键取决于空气是否达到过饱和。
空气团气温 25 ℃ ， 实 际 水 汽 压 为 20hPa, 如 何 使该空气团水汽 饱和？
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3
水 融解线
升华线
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。
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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：
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
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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。
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（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
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第二节 地表面和大气中的凝结现象
一、地面的水汽凝结物 二、近地面层空气中的凝结 三、较高大气中的凝结——云
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（一）露和霜 1、定义：
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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。
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。
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。
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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：
大气中水分
三、空气湿度的垂直分布
通过蒸发（蒸腾）作用，水汽进入大气，随空气的垂
直运动向上输送，高度高愈度高愈，水高汽：愈少，因此，在对流层 中水汽压和绝对湿度水随高汽度含的量升减高小而减小。
从地面上升到1实.5～际2水.0汽Km高压度减处小，e就减小到近地面 的1/2左右，5Km处约绝为近对地湿面度的减1/小10。相对湿度随高度的 分 随布高比度较 增复加杂而，减相难小对以，湿用气简温度单随？的高？规度？律增？说加明而？。降？这低是，因使为饱水和汽水压汽
土壤的坡度、坡向等有关。
4、抑制土壤水分蒸发的措施： 根据土壤水分蒸发所处的阶段，采取不同的措施。
第一阶段：松土以切断土壤毛细管 第二阶段：镇压结合中耕松土 第三阶段：考虑灌溉措施
三、植物蒸腾 通过植物体表蒸发水分的过程称为蒸腾
（transpiration）。
蒸腾主要是通过叶片气孔来实现的。
蒸腾速度主要取决于三个基本条件：小气候条 件、植物的形态结构、植物的生理类型。
一、大气中的水汽含量及其表示方法
（一）水汽压（e）---- hPa（百帕）
大气中水汽所产生的分压强叫水汽压 (vapour pressure)。
水汽压的大小和空气中水汽含量的多少有关， 当空气中的水汽含量增多时，水汽压就相应地增大， 反之，水汽压减小。所以，用水汽压的大小可表示 空气中水汽含量的多少。
一、大气中的水汽含量及其表示方法
饱和水汽密度也随温度的升高而迅速增大。 由于绝对湿度的直接测量比较困难，而水汽压 值简单易测，所以在实际工作中，常用水汽压代 替绝对湿度。
一、大气中的水汽含量及其表示方法
（四）相对湿度（r）--天气预报湿度的指标
空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之百分
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
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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
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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。
气象学第五章大气中水分
云族
低云
1000M<H<2000M
中云
2000M<H<6000M
高云
H>6000M
学名 积云 积雨云 层积云 层云 雨层云 高层云 高积云 卷云 卷层云 卷积云
云属
简写 Cu Cb Sc St Ns As Ac Ci Cs Cc
气象学第五章大气中水分
气象学第五章大气中水分
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。
气象学第五章大气中水分
冰 蒸发面形状：W凸面＞W平面＞W凹 面 含盐度：含盐度 W
气象学第五章大气中水分
二、土壤蒸发
土壤蒸发定义 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：蒸发直接发生在土壤表面。 第二种：水分在土壤中某层次进行蒸发之后，水汽通过土 壤的孔隙达表层溢出土表。
影响因子 土壤因子、气象因子
单位：g／ cm日2·蒸日发量
定义：一天中蒸发掉的水层的厚度。
单位：mm／日; 1g／cm2·日＝1mm／日
道尔顿蒸发公式
W A' • E e P
d＞0 时，W＞0，蒸发过程 d＝0 时，W＝0，动态平衡 d＜0 时，W＜0，凝结过程
气象学第五章大气中水分
影响水面蒸发速率的因子 温度：T E d W 湿度：e d W 气压：P W 风：风速 W 蒸发面性质：W过冷却水＞W
r 夏季
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。
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
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）_。
大气中水分
大家好
1、土壤水分蒸发的形式：
A、土壤水沿毛管上升到土壤表面后才能进行蒸发，进 入大气。
。
。
地表面为蒸发面
这种形式蒸发快
大家好
29
B、土壤水分先在土壤中蒸发，变为水汽，再通过土壤
孔隙扩散出土表进入大气。
。
。。。
地表面 蒸发面
蒸发面因土壤水多少深浅不同，这种形式蒸发慢
大家好
一、大气中的水汽含量及其表示方法
对一团空气而言，在运动过程中，只要其内部没 有水相的转变，则水汽质量不发生变化，气块的 比湿保持不变。
在讨论空气的上升或下降运动时，通常用比湿表 示空气湿度，在讨论水汽输送时，比湿梯度是重 要的物理量。
大家好
二、空气湿度的变化
从下垫面蒸发出来的水汽，进入近地气层，然后通 过对流、乱流和分子扩散作用向上输送，平流在水平方 向的输送，因此影响空气湿度变化的主要因子是蒸发速 度与空气运动影响水汽交换强度，两者都随气温而变化。 由于气温具有周期性的日、年变化，因此，空气湿度也 具有周期性的日、年变化。在近地气层中以绝对湿度和 相对湿度的日、年变化最为显著。
大家好
一、大气中的水汽含量及其表示方法
（六）露点温度（Td）-----℃ 当空气中的水汽含量和气压不变时，降温使水汽
压 达 到 饱 和 时 的 温 度 称 为 露 点 温 度 (dew-point temperature)，简称露点。
Td 的高低反映了空气中水汽含量的多少，空气 温度降低到露点温度及其以下，是导致水汽凝结的重 要条件之一。
蒸腾速度主要取决于三个基本条件：小气候条 件、植物的形态结构、植物的生理类型。
蒸腾速度在一定限度内，随温度的增大而增大， 随饱和差的增大而增大，随风速的增大而增大。植 物的地面覆盖密度、根密度和深度，气孔的大小及 张开程度和干旱时根系的吸水能力等都会不同程度 地影响到蒸腾速度。
大气中的水分
冰晶效应对降 水的形成具有
重要意义
e E(冰）＜
e e＜ E(冷水）
凝结
蒸发
大
少
一定温度下
E(冰）＜ E(冷水）
即使在同一温度下，不同蒸发面上的饱和水汽压也不同。
2、溶液面的饱和水汽压 在T一定的情况下，有E(浓）<E（纯） 当E(浓)< e <E（纯）时，
也存在着水分转移的问题，则溶液颗粒越来越大，纯水越来越小。
对在可溶性凝结核上形成云或雾的最初胚滴相当重要。 （三）饱和水汽压与蒸发面形状的关系
不同形状的蒸发面上，水分子受到周围水分子 的吸引力是不同的。
温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平面次 之，凹面最小。而且，凸面的曲率越大，饱和水汽 压越大；凹面的曲率越大，饱和水汽压越小。
大水滴的 曲率小
E(大） < E(小）
（3）要使凝结继续必须有其他的条件
冰晶、过冷却水共存
E冰<e<E水
冰晶效应
冷水、暖水共存
E冷<e<E暖
冷水滴凝结增长
大、小水滴共存
E大<e<E小
大水滴凝结增长
但是仅靠凝结增长的过程很难使云滴增大到雨滴的程度。
2、云滴的冲并增长（后期） 上下对流
三、各类云的降水
（一）层状云的降水：连续性的，持续时间长，强度变 化小。 （二）积状云的降水：阵性降水 （三）波状云的降水：强度小，具有间歇性。但在我国 南方，层积云可产生连续性降水，高积云有时也可降水。
现。结构紧密，能使电线、树枝折断。）
雾 凇
晶状雾凇：由物体表面冰晶吸附过冷却雾滴蒸发出来 的水汽而形成的雾凇。（往往在有雾、微风或静稳以
及温度低于-15℃时出现。结构松散，稍有震动就会
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同理 T r
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
第二节
一、水面蒸发
蒸发速率
蒸发和蒸散
定义：单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质量。
单位：g／cm2· 日 日蒸发量 定义：一天中蒸发掉的水层的厚度。 单位：mm／日; 1g／cm2· 日＝1mm／日
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 学名 积云
属 简写 Cu
低云
100M<H<2000M
积雨云
层积云 层云 雨层云 高层云 高积云 卷云
Cb
Sc St Ns As Ac Ci
中云
2000M<H<6000M
高云
H>6000M
卷层云
卷积云
Cs
Cc
云族
云属 学名 积云 简写 Cu 学名 淡积云 碎积云 浓积云 秃积雨云 鬃积雨云
云类 简写 Cu hum Fe Cu cong Cb calv Cb cap Sc Sc Sc Sc Sc St Fs Ns Fn tra op cug cast lent
积雨云
Cb
低云
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 层云 碎层云 雨层云 碎雨云
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。
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
比湿（q）、混合比（S）、绝对湿度（a） 比湿：湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。
道尔顿蒸发公式
Ee W A P
'
d＞0 时，W＞0，蒸发过程 d＝0 时，W＝0，动态平衡
d＜0 时，W＜0，凝结过程
影响水面蒸发速率的因子 温度：T E d W
湿度：e d W
气压：P W
风：风速 W
蒸发面性质：W过冷却水＞W冰 蒸发面形状：W凸面＞W平面＞W凹面 含盐度：含盐度 W
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
夏季内陆、沙漠地区
影响因子：蒸发强度
时间
14时
日出前
乱流强度
年变化
e
夏季
冬季 影响因子：蒸发强度
时间
相对湿度的时间变化 日变化 绝大多数地区：与气温的日变化反相
r 夜 昼
时间
T 地面水分蒸发强度 e T E 并且E比e快
降水变率 用于反映一个地区降水的变化情况（稳定程度）。
Ri 某地某年某时期的实际降水量
R0 该地同期的多年平均降水量
降水绝对变率（降水距平）＝ Ri－R0
∑|Ri－R0| 降水平均绝对变率（降水平均距平）＝ —————— n
Ri －R0 降水相对变率 ＝ ———— ×100﹪ R0
∑|Ri－R0|／n 降水平均相对变率 ＝ ————————×100﹪ R0
卷云
Ci
高云 卷层云 Cs Cs fil Cs ncbu 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
第四节
一、降水的特征量
凝结和凝结物
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
mw q m w md
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
绝对湿度（水汽密度）：单位体积湿空气中水汽的质量。 m水汽 a＝——— V
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
暖 H2O E暖＞e＞E冷 H2O E小＞e＞E大 冷
小
大
过冷却水滴与冰晶之间： （冰晶效应）
水
H2O
E水＞e＞E冰
冰
三、 干燥度
定义
一个地区某时期的水面可能蒸发量与同期的降水量的比值。
干燥系数
W0 K R
W0 水面可能蒸发量，R 降水量
干湿区的划分指标 干湿状况 湿润 半湿润 年降水量mm ＞800 500～800 干燥度K K＜1.00 1.00～1.49
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。
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： 雾≡ 能见度＜1km 能见度1～10km
浓度
轻雾（霭）＝
层云 雨层云
St Ns
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
云属 云族 学名 高层云 简写 As 学名
云类 简写
透光高层云 蔽光高层云
As tra As op
中云
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
二、土壤蒸发
土壤蒸发定义
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：蒸发直接发生在土壤表面。 第二种：水分在土壤中某层次进行蒸发之后，水汽通过土 壤的孔隙达表层溢出土表。
影响因子
土壤因子、气象因子
第三节
一、凝结条件
凝结发生的条件
凝结和凝结物
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
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
自由大气中的凝结物 定义： 水汽凝结物悬浮在自由大气中形成云。 分类： 发生学分类
积状云（对流云） 成因 层状云 波状云 形态学分类（国际分类法）
霰 雹
米雪 冰粒
降水强度（mm／24h） 小雪 ＜2.5
雪
中雪 大雪 小雨
中雨 大雨
2.5～5.0 ＞5.0 0.1～10.0
10.1～25.0 25.1～50.0
雨
暴雨 50.1～100.0 大暴雨 100.1～200.0 特大暴雨 ＞200.0
三、降水的形成
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 扩散转移 云滴的增长 乱流碰并 碰并过程 重力碰并 水汽的扩散转移过程： 冷暖云滴之间： 大小云滴之间：
饱和水汽压（E） 定义：饱和湿空气中水汽的分压强。 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）
E
影响因子：
E
温度 蒸发面性质
T
E
E过冷却水＞E冰
蒸发面形状
T
E凸面＞E平面＞E凹面
含盐度 E
液体含盐度
相对湿度（f） 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。
因此T r
同理 T r
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
海陆风（水陆风） 昼： 吹海风，潮湿 夜： 吹陆风，干燥
夜
昼
时间
年变化 大多数地区：与气温的年变化反相 T 地面水分蒸发强度 e
r 夏季 冬季
时间
T E
并且E比e快
因此 T r
Ac Ac Ac Ac Ac Ac
tra op lent cug flo cast
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
云属
云类
云族 学名 简写 学名
毛卷云 密卷云 伪卷云 钩卷云 毛卷层云 匀卷层云 卷积云
简写
Ci Ci Ci Ci fil dens not unc
第五章
本 章 内 容
大气中的水分
空气湿度
蒸发和蒸散
凝结和凝结物
降水
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。
水汽压
相对湿度
湿度参量 露点温度
饱和差 比湿
混合比
绝对湿度
一、空气湿度参量
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) 反映空气中水汽含量的多少 水汽含量 水汽压e