云降水总复习
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典 型 云 滴 1 0
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大 云 滴
5 0
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云 雨 滴 分 界 线 1 0 0
7 0
典 型 雨 滴 1 0 0 0
1
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A d v .inG e o p h y s.5 ,2 4 4(1 9 5 8 )
第四章 云降水微观特征
• 大陆性积云和海洋性积云的差异：大陆性积云稳
第三章 云的宏观形成及观测特征
• 零度层亮带定义及形成原因
–凡上部温度低于0度，下部高于0度的降水云，在对流 不强时，往往在雷达回波中显示出明显的亮带。
–亮带结构：位于0度层以下80~400m，厚度15~150m，呈 水平带状
–亮带的形成：降水质粒的反射率与复折射指数m有关， 水的折射率因子约为冰的5倍。雪在下落到0度层，外 层融化成水表，易碰并粘连—折射率增加5倍—完全变 为水滴时，尺度减小、下落末速增大—反射率减小。 由于它是雪花融化所致，故也称融化带。
云降水物理学总复习
第二章 云雾降水形成的物理基础
• 云的定义
• 云雾形成的宏观条件及实现的主要途径。
云是由空气和水凝物构成的悬浮在大气中的可见聚合 体，是自由大气中热力过程和动力过程的外观表现。 各种云、雾都是大气中空气湿度相对冰面或水面变得 过饱和时才形成的，我们首先讨论使空气达到饱和的 基本条件。
可逆湿绝热过程中，空气因绝热膨胀冷却所凝结 出的比含水量，称为（湿）绝热比含水量，或饱 和比含水量。
第三章 云的宏观形成及观测特征
•积云的特征及其形成理论 热泡理论和热气柱理论。
•气团雷暴云的主要特征
气团雷暴生命期短、尺度小（几公里至十几公里）， 降水效率低于20%，雷暴内部存在下沉气流对冲上升 暖湿气流的自毁机制，不出现持续强风和冰雹。其 中降水物下落拖曳和蒸发冷却作用使云内产生下沉 气流。
实际大气中降温作用比增湿作用大10~20倍，所以大 气中的降温冷却过程有利于云、雾的形成。当然局地 增加水汽含量的作用也不能忽略，尤其是维持某地区 上空的连续降水，必须有水汽汇流不断输入补充。
第二章 云雾降水形成的物理基础
• 其中降温机制中主要降温过程是哪个？哪 几种方式可以实现降温。
• 增湿机制中主要包括哪几种增湿机制？蒸 发雾是通过哪种宏观方式形成的？
定，不易降水，因为大陆上空凝结核多，形成的
云滴谱窄，大粒子少。
•
云滴谱分布函数-
Khrgian-Mazin分布
n(r)dNAr2eBr dr
• 雨滴尺度谱分布-马歇尔和帕尔默 n(d)N d N0ed
• 冰晶尺度谱分布 n(Dmax)ADm Bax
第四章 云降水微观特征
• 雹胚（雹核）是冻滴还是霰？
第三章 云的宏观形成及观测特征
• 云内湿度总体上在98-102%之间，很少超过102%的， 而且过饱和机率多于不饱和的。
• 比含水量、含水量、绝热比含水量的定义
比含水量，或叫质量含水量：指每单位质量湿空气中所含 固态或液态水的质量，常用单位为g/kg。类似于水汽含量 中的“比湿”。 含水量，或叫体积含水量：指每单位体积湿空气中所含固 态或液态水的质量，常用单位为g/m3。类似于水汽含量中 的“绝对湿度”。
第三章 云的宏观形成及观测特征
• 雾的定义 • 雾的形成和分类（按照发生学的方法进行
分类） 发生学：辐射雾、平流雾、蒸发雾 • 辐射雾、平流雾和蒸发雾的定义
第四章 云降水微观特征
粒 子 半 径 (μ m ) 数 浓 度 (l-1 ) 下 落 末 速 度 (c m /s)
C C N
0 .1
1 0 6
• 大气中引起水汽密度变化的的原因是：（1） 空气运动在水平和垂直方向上的输送（包 括湍流输送）；（2）空气的水平和垂直方 向上的辐合和辐散造成水汽在大气中的增 多或减少；（3）水物质的相变。
第二章 云雾降水形成的物理基础
• 气块上升时的露点递减率远小于它的干绝 热减温率，气块的温度和露点将逐渐接近， 在某一高度达到饱和并发生凝结。这个湿 空气块因绝热抬升而达到饱和的高度称为 抬升凝结高度
• 大气中形成云雾粒子的相变过程，称为云的核化过程
• 单位时间单位体积中形成活化核（能够稳定存在并增长的水 滴胚胎）的数目称为核化率、活化率或成核率。
第五章 云雾形成的微物理基础
贝吉隆过程或称冰晶效应 绘出柯拉曲线草图； 该曲线所代表的物理意义是什么？ 在图中标明临界半径Rc和临界相对湿度fc（或临界
饱和比Sc）； 试说明当环境相对湿度f < fc（或饱和比S < Sc）
时，液滴半径如何响应环境f或S的微小变化？
第六章 云雾的形成——核化理论
第三章 云的宏观形成及观测特征
– 局地强对流风暴
–中纬度地区暖季，当出现对流不稳定层结且从 对流层低层到高层存在较大的铅直风切变时， 可以发展强烈的局地对流，形成由积雨云组成 发展起来的中尺度风暴系统，称为局地强风暴， 以区别于气团风暴，它同时伴生强降水、大风、 冰雹等强烈天气。
–由于其内部上升与下沉气流互不产生破坏性对 冲，故局地强风暴可以维持很长时间。
决定于云底温度
冻滴胚的频数随云底平均温度上升而增大 霰胚反之
由于霰落速比冻滴小，平均增长时间不同，所以 大冰雹多以霰为胚
第五章 云雾形成的微物理基础
• 影响水的表面张力的因子有哪些？
• 溶液滴表面饱和水汽压- Köhler方程
–溶液滴的饱和水汽压是由三个因子决定的：
• 温度效应：由E∞决定，T越高，Ern越大； • 曲率效应：由Cr/r决定，r越大，Ern越小； • 浓度效应：由Cn/r3决定，浓度越大，Ern越小。 综合曲线(即柯拉曲线)看，半径较小时，综合曲线在1线以 下，说明溶液因子比曲率因子更起控制作用；当半径较大时， 综合曲线在l线以上，说明曲率因子反而比溶液因子更为重 要了。
第三章 云的宏观形成及观测特征
• 层状云的宏观特征
积状云
尺度
L: 100km
L/H : 100
均匀性 不均匀
逆温层 云顶以下无
含水量 100-101 g/m3
降水
阵性降水、强度大
雷达回波 强回波区域
持续时间 约100小时
层状云 H: 1-2km；L/H ≈ 10
1~2
较均匀 常伴随1-2 10-1g/m3 连续性降水、强度小 均匀、亮带 约101小时
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典 型 云 滴 1 0
1 0 6
1
大 云 滴
5 0
1 0 3
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云 雨 滴 分 界 线 1 0 0
7 0
典 型 雨 滴 1 0 0 0
1
6 5 0
A d v .inG e o p h y s.5 ,2 4 4(1 9 5 8 )
第四章 云降水微观特征
• 大陆性积云和海洋性积云的差异：大陆性积云稳
第三章 云的宏观形成及观测特征
• 零度层亮带定义及形成原因
–凡上部温度低于0度，下部高于0度的降水云，在对流 不强时，往往在雷达回波中显示出明显的亮带。
–亮带结构：位于0度层以下80~400m，厚度15~150m，呈 水平带状
–亮带的形成：降水质粒的反射率与复折射指数m有关， 水的折射率因子约为冰的5倍。雪在下落到0度层，外 层融化成水表，易碰并粘连—折射率增加5倍—完全变 为水滴时，尺度减小、下落末速增大—反射率减小。 由于它是雪花融化所致，故也称融化带。
云降水物理学总复习
第二章 云雾降水形成的物理基础
• 云的定义
• 云雾形成的宏观条件及实现的主要途径。
云是由空气和水凝物构成的悬浮在大气中的可见聚合 体，是自由大气中热力过程和动力过程的外观表现。 各种云、雾都是大气中空气湿度相对冰面或水面变得 过饱和时才形成的，我们首先讨论使空气达到饱和的 基本条件。
可逆湿绝热过程中，空气因绝热膨胀冷却所凝结 出的比含水量，称为（湿）绝热比含水量，或饱 和比含水量。
第三章 云的宏观形成及观测特征
•积云的特征及其形成理论 热泡理论和热气柱理论。
•气团雷暴云的主要特征
气团雷暴生命期短、尺度小（几公里至十几公里）， 降水效率低于20%，雷暴内部存在下沉气流对冲上升 暖湿气流的自毁机制，不出现持续强风和冰雹。其 中降水物下落拖曳和蒸发冷却作用使云内产生下沉 气流。
实际大气中降温作用比增湿作用大10~20倍，所以大 气中的降温冷却过程有利于云、雾的形成。当然局地 增加水汽含量的作用也不能忽略，尤其是维持某地区 上空的连续降水，必须有水汽汇流不断输入补充。
第二章 云雾降水形成的物理基础
• 其中降温机制中主要降温过程是哪个？哪 几种方式可以实现降温。
• 增湿机制中主要包括哪几种增湿机制？蒸 发雾是通过哪种宏观方式形成的？
定，不易降水，因为大陆上空凝结核多，形成的
云滴谱窄，大粒子少。
•
云滴谱分布函数-
Khrgian-Mazin分布
n(r)dNAr2eBr dr
• 雨滴尺度谱分布-马歇尔和帕尔默 n(d)N d N0ed
• 冰晶尺度谱分布 n(Dmax)ADm Bax
第四章 云降水微观特征
• 雹胚（雹核）是冻滴还是霰？
第三章 云的宏观形成及观测特征
• 云内湿度总体上在98-102%之间，很少超过102%的， 而且过饱和机率多于不饱和的。
• 比含水量、含水量、绝热比含水量的定义
比含水量，或叫质量含水量：指每单位质量湿空气中所含 固态或液态水的质量，常用单位为g/kg。类似于水汽含量 中的“比湿”。 含水量，或叫体积含水量：指每单位体积湿空气中所含固 态或液态水的质量，常用单位为g/m3。类似于水汽含量中 的“绝对湿度”。
第三章 云的宏观形成及观测特征
• 雾的定义 • 雾的形成和分类（按照发生学的方法进行
分类） 发生学：辐射雾、平流雾、蒸发雾 • 辐射雾、平流雾和蒸发雾的定义
第四章 云降水微观特征
粒 子 半 径 (μ m ) 数 浓 度 (l-1 ) 下 落 末 速 度 (c m /s)
C C N
0 .1
1 0 6
• 大气中引起水汽密度变化的的原因是：（1） 空气运动在水平和垂直方向上的输送（包 括湍流输送）；（2）空气的水平和垂直方 向上的辐合和辐散造成水汽在大气中的增 多或减少；（3）水物质的相变。
第二章 云雾降水形成的物理基础
• 气块上升时的露点递减率远小于它的干绝 热减温率，气块的温度和露点将逐渐接近， 在某一高度达到饱和并发生凝结。这个湿 空气块因绝热抬升而达到饱和的高度称为 抬升凝结高度
• 大气中形成云雾粒子的相变过程，称为云的核化过程
• 单位时间单位体积中形成活化核（能够稳定存在并增长的水 滴胚胎）的数目称为核化率、活化率或成核率。
第五章 云雾形成的微物理基础
贝吉隆过程或称冰晶效应 绘出柯拉曲线草图； 该曲线所代表的物理意义是什么？ 在图中标明临界半径Rc和临界相对湿度fc（或临界
饱和比Sc）； 试说明当环境相对湿度f < fc（或饱和比S < Sc）
时，液滴半径如何响应环境f或S的微小变化？
第六章 云雾的形成——核化理论
第三章 云的宏观形成及观测特征
– 局地强对流风暴
–中纬度地区暖季，当出现对流不稳定层结且从 对流层低层到高层存在较大的铅直风切变时， 可以发展强烈的局地对流，形成由积雨云组成 发展起来的中尺度风暴系统，称为局地强风暴， 以区别于气团风暴，它同时伴生强降水、大风、 冰雹等强烈天气。
–由于其内部上升与下沉气流互不产生破坏性对 冲，故局地强风暴可以维持很长时间。
决定于云底温度
冻滴胚的频数随云底平均温度上升而增大 霰胚反之
由于霰落速比冻滴小，平均增长时间不同，所以 大冰雹多以霰为胚
第五章 云雾形成的微物理基础
• 影响水的表面张力的因子有哪些？
• 溶液滴表面饱和水汽压- Köhler方程
–溶液滴的饱和水汽压是由三个因子决定的：
• 温度效应：由E∞决定，T越高，Ern越大； • 曲率效应：由Cr/r决定，r越大，Ern越小； • 浓度效应：由Cn/r3决定，浓度越大，Ern越小。 综合曲线(即柯拉曲线)看，半径较小时，综合曲线在1线以 下，说明溶液因子比曲率因子更起控制作用；当半径较大时， 综合曲线在l线以上，说明曲率因子反而比溶液因子更为重 要了。
第三章 云的宏观形成及观测特征
• 层状云的宏观特征
积状云
尺度
L: 100km
L/H : 100
均匀性 不均匀
逆温层 云顶以下无
含水量 100-101 g/m3
降水
阵性降水、强度大
雷达回波 强回波区域
持续时间 约100小时
层状云 H: 1-2km；L/H ≈ 10
1~2
较均匀 常伴随1-2 10-1g/m3 连续性降水、强度小 均匀、亮带 约101小时