气象学与气候学授课教案第三章

第三章大气的水分重点： 1、影响饱和水汽压大小的因素2、大气中水汽的凝结条件3、人工降水的原理难点：降水的形成条件大气中的水分的来源:海洋、湖泊、河流、潮湿的土壤、植物的蒸腾作用：1、通过水质三态的变化，形成云、雾、雨、雪、雹等2、参与地球表面的水分循环。

§3-1 蒸发与凝结要求：1.熟练掌握影响饱和水汽压的因素，大气中的水汽凝结条件2.掌握水的动态变化及判断方法一、水相变化：（一）动态变化：1、蒸发：大水面上由水转化成水汽的物理过程。

条件：温度愈高，速度大的水分子就越多，单位时间内跑出水面的水分子也越多。

吸热：L=600C/g2、凝结：在水布水汽转化成水的物理过程。

条件：大气中水汽深度愈大，单位时间内落回的水分子数愈多放热：L=600C/g3、动态平衡：在水面上，落回的水分子数与跑出的水分子数相等，此时的水汽压就是饱和水汽压，此时的水汽就是饱和水汽。

4、水的升（凝）华：升华：冰面上的冰分子转化成了水分子的过程凝华：冰面上的水汽分子转化成了冰分子的过程潜热：溶解热+蒸发（凝结）热=80+600=680 C/g（二）水相变化的判据：设：N：单位时间内跑出水面的水分子数n：单位时间内落回水面的水分子数当N> n时，水面蒸发，空气中水分子数增加N= n时，水面处于动态平衡状态，跑出和落回的水分子数相等N<n时，水面跑出的水分子数少于落回的水分子数。

水面出现凝结现象但N、n无法计算，根据e =ρwRTe∝ρw →ρw∝n→e∝n (T一定时)当水面再现动态平衡时，e=E n=N→E∝N则：e>E时，水面出现凝结现象，空气处于过饱和状态 e=E时，水面上出现动态平衡，即没有蒸发也没有凝结现象 e<E时，水面出现蒸发现象，空气处于未饱和状态二、饱和水汽压：（一）饱和水汽压与温度的关系：1、温度愈高，空气中容纳的水分子数愈多，饱和水汽压愈大，当空气升温时，空气由饱和变成未饱和空气，水面就会不断蒸发水汽当空气降温时，空气由未饱和变成饱和空气，出现凝结现象，饱和水汽压变小。

2、温度愈高，饱和水汽压按指数规律增大，不同温度下的饱和水汽压，降低同样的温度，在高温时空气凝结量大。

例：35℃下降到30℃水汽凝结9.2g/m315℃下降到10℃水汽凝结3.4g/m3问：为什么夏季经常出现暴雨：夏季气温高，空气中能够容纳大量的水汽，饱和水汽压大，成浓云、厚云、降水多。

（二）饱和水汽压与蒸发面的关系：1、冰面和过冷却水面：过冷却水：温度低于0 ℃时没有结冰的水水：分子间距大，水汽易跑出去气温高，含水量大冰：固体，分子间距小，水汽不易跑出，气温低，含水量小则：冰的饱和水汽压小于过冷却水的饱和水汽压当T=0℃时，冰的饱和水汽压=过冷却水的饱和水汽压例：在过冷却水和冰晶共同组成的混合云中，如果实际水汽压大于冰晶的饱和水汽压而小于过冷却水的饱和水汽压时，冰面上会出现凝结现象，水面会出现蒸发现象，冰晶不断长大，过冷却水滴不断变小，这种现象称为冰晶效应。

如果过冷却水的饱和水汽压与冰晶的饱和水汽压差愈大时，冰晶效应会更强。

2、溶液面与纯水面：溶液面：水中含有杂质的溶液。

分子间作用力比纯水的作用力大，水分子不易逃跑，则饱和水汽压比纯水面的饱和水汽压小，溶液浓度愈大，饱和水汽压愈小，则溶液面的饱和水汽压小于纯水面的饱和水汽压。

3、蒸发面形状：如果蒸发面的形状是相同时如右图凹的蒸发面：吸引水分子的分子数是ACB范围的水分子。

平的蒸发面：吸引水分子的分子数是A1CB1范围内的水分子。

凸的蒸发面：吸引水分子的分子数是A2CB2范围内的水分子。

因为ACB>A1CB1>A2CB2的范围，所以E凹< E平<E凸如果蒸发面的大小不相同时，如大小水滴：大水滴：表面吸引水分子作用力大，半径大，分子多，则E大< E小水汽转移现象：当大小水小滴共存时，如果存在着实际水汽压大于大水滴的饱和水汽压而小于小水滴的饱和水汽压时，则小水滴不断蒸发变小，大水滴不断凝结而长大，产生水汽转移现象，有利于云雨的形成。

三、大气中水汽的凝结条件：（一）空气要达到饱和或超饱和的状态（e≧E）主要途径有：1、增加大气中水汽的含量——不断蒸发①蒸发面的温度高于大气的温度②冷气平流到暖的水面上③潮湿地面受阳光照射2、空气冷却使温度达到露点温度，减小饱和水汽压①绝热冷却：空气上升运动②辐射冷却：夜间当地面降温到露点温度以下时，空气产生凝结—晨雾③平流冷却：暖气流到冷的表面，空气本身降温，使实际水汽压达到饱和水汽压，当空气温度与地面温度差增大时，暖气流产生凝结。

（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%也可以凝结复习题：▪温度对饱和水汽压有何影响?▪冰晶效应是如何形成的,有何意义?▪为什么E溶液<E纯水面?▪为什么E凹最小?▪为什么在混合云中有水汽转移现象,对云滴有何影响?▪大气中水汽的凝结条件是什么?请详细解释?▪为什么夏季会出现暴雨,而冬季则不会?§3-2 水汽凝结物要求1、熟练掌握露、霜、雾淞、雨淞、雾、云等的概念；雾的形成条件、云的形成条件、分类。

2.掌握各类雾的形成、云的特点。

一、地表面的水汽凝结物：（一）露和霜1、定义：晴朗无云、少云的夜间，地面或地面物体因辐射冷却，使贴近地表面的空气层也随之降温。

当温度降到露点之下时，空气达到饱和。

当Td>0时:地面或地面物体上出现极其微小的水滴，称为露。

当Td<0时:地面或地面物体上出现白色晶体结构的水汽凝华物称为霜。

2、形成条件：①晴朗无云、少云的夜晚使得地面有利于迅速辐射冷却②微风：有利于辐射冷却在较厚的气层中进行无风：只能使近地面气层冷却，难以形成大量的露或霜。

大风：上下层空气混合强烈，不利于辐射降温，难以形成凝结物。

③冷平流过后可以形成平流霜④在洼地或山谷中，因辐射冷却很强，产生霜的频率较大，称之为洼地霜。

3、霜与霜冻的区别：霜冻：指在植物生长季节里，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低温。

黑霜：当低温>Td时，有霜冻而无霜白霜：当低温<Td时，即有霜冻又有霜霜：白色的凝华物因此，农业上要预防的是霜冻而不是霜，霜和露都是好天气的标志：露水见晴天；霜重风晴天（二）雾淞和雨淞：1、雾淞：①定义：形成于树枝上、电线上或其它地面物体的迎风面上的白色疏松、微小冰晶或冰粒。

②分类：根据形成条件和结构进行分类晶状雾淞：T物<T过冷雾滴时，过冷雾滴蒸发后，直接在物体表面凝华而成的冰晶特点：结构松散，稍有震动就脱落条件：有雾、微风、T≤-15℃粒状雾淞：过冷却雾滴碰到冷的物体表面后迅速冻结而成的冰晶。

特点：结构紧密条件：有雾，风速较大，T=-2- -7℃危害：能压断电线、树枝、影响交通和通讯2、雨淞：形成于地面、电线杆、电线、树枝等地面物体上的一层外表光滑略有凸起的而又透明的冰层。

条件：过冷却雨滴、T=0- -5℃危害：压断电线等，影响交通、通讯和农业。

二、大气中的水汽凝结物：（一）雾：1、定义：悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1km的汽凝结物。

2、条件：近地面空气中水汽充足有充足的凝结核有使水汽凝结的冷却过程（辐射、平流、绝热）风力微弱、层结稳定（r<rm<rd）3、分类：根据雾的形成天气条件进行分类①辐射雾：由于地面辐射冷却，使近地面的空气相应变冷，当空气温度在露点温度之下时，空气中的水汽产生凝结而形成的雾。

条件：近地面空气中水汽充足；晴朗少云的夜晚（辐射降温强烈）；近地层有微风（可以使降温层增厚）；大气层结稳定（有利于近地层的水汽和尘埃积存（r<rm<rd ）特点：日变化强烈：一般半夜形成，日出后逐渐散开季节性强：一般在冬半年的陆地上形成地方性强：比如谷地、盆地等地形例：重庆市：位于嘉陵江与长江的汇合处；处于四川盆地中，水汽充足，地形条件又适合，极容易形成地形雾。

②平流雾：暖浊空气移到冷的下垫面上使低层空气冷却而形成的雾条件：下垫面与暖湿空气的温差大，有利于逆温的形成；暖空气湿度大；适宜的风向（从暖的地方吹向冷的地方）和风速（每秒2—7米）；大气层结稳定。

（二）云：1、定义：飘浮在空中的，由水滴、冰晶或过冷却水滴组成的大气中的水汽凝结物。

2、条件：充足的水汽e 》E ；充足的凝结核3、分类：按温度分：冷云（T<0℃）、暖云(T>0℃）按成分分：冰成云(由冰晶组成)、水成云（由水滴或过冷却水滴组成）、混合云（由冰晶和过冷却水滴组成）按上升气流分：积状云、波状云、层状云按高度和形态分：十种4、各类云的形成及特点：①积状云：属于对流性云，是由于空气对流上升绝热冷却，使水汽产生凝结而形成的云。

特点：顶部孤立，分散，个体分明；底部平坦，水平范围小，云内不稳定，垂直发展的云块。

有三种类型：淡积云：上升高度超过凝结高度，由水滴组成。

特点是底平、个小、上部凸起浓积云：上升气流超过了冻结高度，由水滴、过冷却水滴组成；特点是云块大，顶园、底暗、上升气流强。

积雨云：上升气流超过冻结高度，由水、过冷却水滴、冰晶组成。

特点雾 锋面雾气团雾蒸发雾混合雾冷却雾辐射雾平流雾 上坡雾是顶部有丝缕状，有辐射气流，常在夏季午后出现，伴有雷电、阵雨。

②层状云：整层空气大范围滑升或抬升，绝热冷却而致。

底部与锋面相吻合，顶部近水平状。

前：卷云、卷层云：由冰晶组成中；高层云：由冰晶、过冷却水滴组成后：雨层云：由水滴、过冷却水滴、冰晶组成卷层云：均匀成层，并能透明看到太阳、月亮的轮廓，并有内红外紫的日晕或月晕。

“日晕三更雨，月晕午时风”高层云：浓密灰白，均匀成层，产生连续降水雨层云：均匀的云幕，范围大，厚度大，能遮月蔽日,产生连续性降水,有“雨雪幡”产生。

③波状云：是由于空气的波动和乱流而形成的。

条件：有波动的气流；有充足的水汽和凝结核。

卷积云：气流波动很高，白色细磷片状。

“鱼鳞天，不雨也风颠。

”高积云：扁园形，瓦块状，在日月照射下有华或虹彩“天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻”“瓦块云，晒死人”层积云：灰白或灰色的大块云状④特殊的云：堡状云：云体细长，底部水平，顶部并列突起，是由于气流突破稳定气层而致。

“天上云城堡，地下雷雨鸣”絮状云：边缘破碎，是由于潮湿气流不稳定且有强烈的湍流混合而致。

“朝有破絮云，午后雷雨临”荚状云：是上升气流与下降气流相汇合而成的，呈豆荚状。

一般晴天黄昏时出现，属于连晴天的标志。

复习题：1、概念：露、霜、雾淞、雨淞、雾、云、晶状雾淞、粒状雾淞、辐射雾2、为什么说“露水见晴天，霜重见晴天”？3、霜与霜冻的区别是什么？4、晶状雾淞与粒状雾淞有什么不同？5、辐射雾的形成条件是什么：6、重庆和伦敦都是雾都，其成因有何不同？7、云有那些分类？8、积状云的天气特点怎样？本地什么季节容易出现此云系，如何判定它的天气变化？9、典型的层状云系从前到后是如何分布的，不同位置的云产生的天气特点有什么不同？10、“十雾九晴”、“日晕三更雨、月晕午时风”、“鱼磷天，不雨也风颠”、“瓦块云，晒死人”等谚语分别指的是什么天气现象或云？11、雾与云的相同点与不同点是什么？§3-3 大气降水要点：1.熟练掌握降水形成的微观条件，人工降水的原理2.掌握降水的类型和分布一、概述：1、降水：从云中降到地面上的液态或固态的水称为降水。