第三章大气的水分详解
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大气中的水分课件
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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30
（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。
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
第三章 大气中的水分
气象学与气候学
METEOROLOGY ＆ CLIMATOLOGY
第三章 大气中的水分
饱和水汽压随着温度升高而 按指数规律迅速增大。 按指数规律迅速增大。 随着温度的升高， 随着温度的升高，单位时间内 脱出水面的分子增多， 脱出水面的分子增多，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。 出水面的分子数相等。
气象学与气候学
METEOROLOGY ＆ CLIMATOLOGY
第三章 大气中的水分
4、水相变化中的潜热交换 水相转变过程中，还伴随着能量的转换。蒸发过程中， 水相转变过程中，还伴随着能量的转换。蒸发过程中，由 于具有较大动能的水分子脱出液面，使液面温度降低。 于具有较大动能的水分子脱出液面，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， 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表示 L与温度有如下的关系 表示。 与温度有如下的关系： 于蒸发潜热，以L表示。L与温度有如下的关系： L=（2500-2.4t）×103（J/kg） （ ） ）
气象学与气候学
METEOROLOGY ＆ CLIMATOLOGY
第三章 大气中的水分
在云中，冰晶和过冷却水共存的情况是很普遍的， 在云中，冰晶和过冷却水共存的情况是很普遍的，如果当 时的实际水汽压介于两者饱和水汽压之间， 时的实际水汽压介于两者饱和水汽压之间，就会产生冰水 之间的水汽转移现象。水滴会因不断蒸发而缩小， 之间的水汽转移现象。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” 因不断凝华而增大。这就是“冰晶效应”，该效应对降水 的形成具有重要意义。 的形成具有重要意义。
气象学与气候学
METEOROLOGY ＆ CLIMATOLOGY
第三章大气中的水分(2011级用)汇总
第三章 大气中的水分
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第三章 大气中的水分
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2019/1/3
第三章 大气中的水分
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二、饱和水汽压
2、饱和水汽与蒸发面性质的关系
2）溶液面的饱和水汽压
同一温度下，溶液面饱和水汽压小于纯水面
溶液浓度越高，饱和水汽压越小
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第三章 大气中的水分
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溶液
与纯水的饱和水 汽压之比
影响蒸发的因素 大气中水汽凝结的条件
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第三章 大气中的水分
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第一节
蒸发和凝结
一、水相变化
二、饱和水汽压 三、影响蒸发的因素 四、湿度的时间变化和分布 五、大气中水汽凝结的条件
第二节
2019/1/3 第三章 大气中的水分 5
一、水相变化
相：在几个或几组彼此性质不同的均匀部分所
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第三章 大气中的水分
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混合冷却
由水平混合而产生的凝结
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第三章 大气中的水分
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§3.2 地表面及大气中的凝结现象
一、地表面的凝结现象
1、露和霜（露 霜） 2、雨凇和雾凇（雨凇 雾凇） 二、大气中的凝结现象 1、雾（雾） 2、云（云）
第三节
2019/1/3 第三章 大气中的水分 28
7.63t 241.9t
冰面：E
E0 10
9.5t 265.5t
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第三章 大气中的水分
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例如：当饱和空气的温度由35℃下降到30℃ 时，每立方米的饱和空气中可凝结的水汽量为9.2 克；而当饱和空气的温度由15℃下降到10℃时， 温度同样降低了5℃，但相应的水汽凝结量仅为 3.4克。
气象学与气候学 第三章(1)
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
压 强 8 C K
冰
6
2 A 3 O
4 B’ B 2
1
水汽
-16
-12
-8
-4
0
4℃
二、饱和水汽压
蒸发、凝结、动态平衡状态，实有水汽压e 与对应的饱和水汽压E进行比较。 饱和水汽压和蒸发面的温度、性质（水面、 冰面，溶液面等）、形状（平面、凹面、凸 面）之间，有密切的关系。
1饱和水汽压与温度的关系
第二节 地表面和大气中的凝结物
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、地面的水汽凝结物
１．露与霜 ２．雾凇与雨凇
露与霜
露：温度在０以上，水汽凝结为液态， 称为露；（夏季最多） 露的水量很小，但对植物生长却十分有 利，尤其在干旱地区和干热天气情况下， 露常有维持植物生命的功效；
霜：温度在０以下，水汽凝结为固态，称
为霜；（常见于冬季） 无霜期长短对农业有重要意义；一般说来， 纬度愈高，无霜期愈短；纬度相同，海拔愈 高，无霜期愈短．山地阳坡无霜期长于阴坡； 低洼地段无霜期比平坦开阔地段短；
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
露和霜的形成条件
1水相变化的物理过程
水汽浓度不大，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，水分子落回水面的 过程叫凝结过程。
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。
第三章-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。
气象学与气候学课件03大气中的水分
（二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系
1、冰面小于过冷却水面小于水面的饱和 水汽压。可以解释冰水共存时的水汽转 移现象，即冰晶效应。
2、同一温度下，溶液面的饱和水汽压比 纯水面要小，而且，溶液浓度愈高，饱 和水汽压愈小。
（三）饱和水汽压与蒸发面形状的关系
温度相同时，凸面的饱和水汽压最大， 平面次之，凹面最小。
n为单位时间内落回水中的水汽分子数 则有： N ＞ n 蒸发（未饱和）
N ＝ n 动态平衡（饱和） N ＜ n 凝结（过饱和）
蒸发 (evaporation)
概念——一定温度下由液态水（冰）转为 气态水（水汽）的过程。
由蒸发消耗的水量称为蒸发量，用蒸发失
去的水层厚度（mm）表示。 （1）e与E二者的对比是出现蒸发的关键 e<E出现蒸发（未饱和）； e=E水汽分子进
显然，在影响蒸发的因子中，蒸发面的 温度通常是起决定作用的因子。
由于蒸发面的温度有年、日变化，所以 蒸发速度也有年、日变化。
四、 湿度随时间的变化
1、绝对湿度（用水汽压表示）
（1）日变化有两种类型：
➢双峰型：主要在大陆上湍流混合较强的夏 季出现。 （一天有两高两低）
➢单峰型：以海洋上、沿海地区和陆地影响因素中，①起决定作用，其次为风。（3） 日变化和年变化——与气温相同 （4）蒸发量空间分布——因气温高低、海陆分布、
水汽量多少而不同。
全球年蒸发量分布图
3.2 凝结 （condensation）
概念——一定温度时由气态水
（水汽）转为液态水（冰）的过程， 由水汽直接转为冰过程称为凝华。 （1） 凝结（凝华）条件
• 具有一定凝结核（凝华核） • 增加水中的水汽e>E
• 通过空气冷却、降低E
第三章 大气中的水分
2、年变化： 相对湿度的年变化，一般是 冬季最大，夏季最小。但季风气候区相反， 夏季大冬季小，因为夏季风来自海洋，而 冬季风来自大陆。
3、湿度的空间分布
相对湿度的空间分布特征取决于 纬度和海陆分布状况。 赤道地带终年高温多雨，而高纬 度地带则全年低温，所以相对湿度都 较高≥80％。副热带区域，相对湿度 较低，约50％。 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。
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。
◆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）。
◆ 由水的相变导致的热量吸收和释放 潜热交换 过程，称为潜热交换（过程）。 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。
雨层云
高层云
高积云
卷云1
卷云2
卷云3
卷层云1
★ 晕
——当天空中有冰晶组成的卷层云围绕 在太阳或月亮的周围时，光线经过冰晶 的折射和反射作用，偶而会出现一个或 两个以上的彩色光环围绕在太阳或月亮 的四周，呈现内红外紫的排列，有时还 会见到一些彩色或白色的光斑、光弧。 这种出现光圈、光斑及光弧等光学现象 统称为 “ 晕 ”（halo）。
3、湿度的空间分布
相对湿度的空间分布特征取决于 纬度和海陆分布状况。 赤道地带终年高温多雨，而高纬 度地带则全年低温，所以相对湿度都 较高≥80％。副热带区域，相对湿度 较低，约50％。 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。
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。
◆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）。
◆ 由水的相变导致的热量吸收和释放 潜热交换 过程，称为潜热交换（过程）。 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。
雨层云
高层云
高积云
卷云1
卷云2
卷云3
卷层云1
★ 晕
——当天空中有冰晶组成的卷层云围绕 在太阳或月亮的周围时，光线经过冰晶 的折射和反射作用，偶而会出现一个或 两个以上的彩色光环围绕在太阳或月亮 的四周，呈现内红外紫的排列，有时还 会见到一些彩色或白色的光斑、光弧。 这种出现光圈、光斑及光弧等光学现象 统称为 “ 晕 ”（halo）。
第三章 大气中的水分
E = E0 e
at b + t
温度
饱和水 汽压
0 6．1
80 70 60 50 饱和水汽压 40 30 20 10 0 -10
10 12．3
饱和水汽压随温度的变化
20 23．4
30 42．5
温度
表1 不同温度下的饱和水汽压
（3）影响饱和水汽压的因子
温度 蒸发面的形状 液体的杂质 电荷
二、空气湿度的表示方法
1、水汽压 e (Vapor pressure)
空气中水汽所产生的压力，就称为水汽压。 空气中水汽所产生的压力，就称为水汽压。 单位：mmHg or hpa 一个大气压=760 mmHg=1013.23 hpa P = ρgh=13.595gcm-3*980.665cms-2*76cm =1013231 gcms-2cm-2 =1013.23hpa 1hpa = 103达因*cm-2 1mmHg = 1.33 hpa
· 二、植物生长的需水量 蒸腾系数
(Transpiration coefficient)
蒸腾系数：植物形成一克干物质所需（蒸腾） 的水分克数，就称为植物的蒸腾系数。 几种主要作物的蒸腾系数
作物名称 蒸腾系数
水稻 玉米 小麦 蔬菜 葡萄
500---800 250---300 450---600 500-800 182
设：
N—表示离开水面，变成水蒸汽的水分子数 n—表示进入水层，成为液态水的水分子数
汽态水
则： > 蒸发
N =
<
n
动态平衡
凝结
n 液态水 N
2、饱和水汽压(Saturation vapor pressure)
（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。 （2）饱和水汽压与温度的关系 纯的平水面上的饱和水汽压为：
大气的水分和降水课件
大气的水分和降水
（四）降水量的分布
降水量的空间分布，受地理纬度、海陆位置、大 气环流、天气系统和地形等多种因素制约。从降 水量的纬度分布来看，全球可划分四个降水带
（l）赤道多雨带：赤道及其两侧地带是全球降水 量最多地带，年降水量至少1500 毫米，一般为 2000—3000 毫米。如果气流运动方向与地形相配 合，可以形成大量的降水。例如，尼加拉瓜圣若 德尔-苏尔（11°N）年降水量6588 毫米；哥伦比 亚中部的阿诺利（7°N）年降水量7139 毫米； 非洲喀麦隆山地西坡（4°N）年降水量高达 10470 毫米。
大气的水分和降水
（4）高纬少雨带：本带因纬度高，全年气温 很低，蒸发微弱，故降水量偏少，年降水量一 般不超过300 毫米。
大气的水分和降水
大气的水分和降水
大气的水分和降水
（三）降水类型
大气中气流上升有不同的方式，导致降水的成 因也有所不同，根据气流上升特点，降水可分 以下三个基本类型：
大气的水分和降水
1.对流雨 近地面气层强烈受热，造成不稳定的对流运动，
气块强烈上升，气温急剧下降，水汽迅速达到 饱和而产生对流雨。这类降水多以暴雨形式出 现，并伴随雷电现象，所以又称热雷雨。其形 成的条件是：空气湿度很高，热力对流运动强 烈。从全球范围来说，赤道带全年以对流雨为 主。我国西南季风控制的地区，也以热雷雨为 主，通常只见于夏季。
大气的水分和降水
大气的水分和降水
3.锋面（气旋）雨
两种物理性质不同的气块相接触，暖湿气流循 交界面滑升，绝热冷却，达到凝结高度时便产 生云雨。由于空气块的水平范围很广，上升速 度缓慢，所以锋面雨一般具有雨区广、持续时 间长的特点。温带地区，锋面雨占有重要地位。
大气的水分和降水
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。
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一、地面的水汽凝结物 1、露和霜
2020/9/30
谚语：露水起晴天，霜重见晴天。 谚语： 冬天吹大风，日头火样红；
日落红霞现，风停霜必浓。
2020/9/30
露和霜
（1） 概念 ----近地面空气中水汽，因地面或地面物体辐
射冷却，使其温度低于贴地空气的Td 时， 水汽则凝结在地面或近地面物体上。那么
蒸发面是出现蒸发（升华）还是凝结（凝华），
其决定条件是什么？
---- e 与 E
e <E e > E e =E
2020/9/30
蒸发过程 实际水汽量未达到 饱和状态. 凝结过程 实际水汽量达到过 饱和状态. 实际水汽量达到饱和状态，无 蒸发也无凝结.
二、饱和水汽压（E） 1、E与蒸发面T的关系 ----E随T的升高而增大.
2020/9/30
E与蒸发面形状的关系
A
B
C
凸水面（曲率大）E A> 平水面 EB > 凹水面（曲率小）EC
大、小水滴的饱和水气压 ➢ 大水滴的曲率小，小水滴曲率大.
➢ E大水滴< E小水滴
e ➢ E大水滴 < < E小水滴
➢ 对云雾的初始形成起作用.（大水滴半径小于 1微米）
2020/9/30
2020/9/30
2020/9/30
2020/9/30
二、 近地面空中的主要凝结物----雾
1、概念
---- 悬浮在近地面空气中的大量水滴或冰晶 的可见集合体，使水平能见度小于1Km的物 理现象。
2、形成条件
思考：这是为什么？
➢注意两点：
E随T的升高而增大。这意味着由于T的 升高，原来饱和的空气可变为不饱和， 重新出现蒸发；相反，T下降，E下降， 意味原来饱和状态的空气变为过饱和状 态，多余的水汽可能出现凝结。
2020/9/30
处在不同T下的饱和空气，如果下降同样的 T，那么，在高温条件下的饱和空气凝结的 水汽量要比低温条件凝结的水汽要多。
2020/9/30
⑦ 升华潜热 =融解潜热+蒸发潜热 = 334.7 + 2497 =2831.7焦耳/g
⑧ 凝华潜热 ⑨ 潜热交换过程 ----这种由水的相变导致的热量吸收和释放过
程。 ⑩ 潜热能 ----水的相变过程伴随有能量转化和交换，这
种能量为潜热能。
2020/9/30
2、水相变化的判据
流冷却） （2）要有凝结核 中国雾都--重庆
2020/9/30
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第二节 地表面和大气中的凝结现象
阅读思考： 1、什么是霜和露？在农业生产上，我们要预
防的是霜还是霜冻？为什么？可采用什么 措施？ 2、云和雾有何异同？“十雾九晴”指的是什 么雾？ 3、重庆为什么成为中国雾都？ 4、积状云、层状云、波状云有什么特点？其 形成原因是什么？
低温> Td， 有霜冻而无霜出现，称
为黑霜；
低温< Td，有霜冻同时有霜出现，称
为白霜；
2020/9/30
在农业生产上，我们要 预防的是霜还是霜冻？为 什么？可采用什么措施？
2020/9/30
2020/9/30
2、雾凇和雨凇 （1）雾凇
----过冷水滴凝聚而成的白色固体凝结物。 晶状雾凇
---- 在有雾、微风、冰晶与过冷却水共存， T<-15℃天气条件下，过冷却雾滴蒸发后， 由水汽凝华而成。 粒状雾凇 ----在有雾、风速较大，T=-2~7℃ 天气里， 风把过冷雾滴吹到冷的物体表面迅速冻结 而成。
2020/9/30
（2）雨凇（冰凌、冻雨）
----由过冷却雨滴降到T<0 ℃ 的地面或地 物上，立即冻结成透明或毛玻璃状的 紧密冰层，使电线和树枝变成粗大的 冰棍，地面积起厚厚的冰层。
云层
0℃
气层或云层
0℃
0℃
2020/9/30
2020/9/30
2020/9/30
2020/9/30
黑龙江省牡丹江 市双峰林场
滴共存时，哪些云滴会蒸发？哪些云滴会 凝结？为什么？ 5、空气中水汽发生凝结要具备什么条件？
2020/9/30
一、水相变化 1、水相变化的物理过程 ① 蒸发---由水变成水汽的物理过程。
② 蒸发潜热
----1g水蒸发为同温度下的水汽所需消耗的热 量。L=2497焦耳/g
③ 凝结 ④ 凝结潜热 ----凝结时所释放的热量. L=2497焦耳/g ⑤ 凝华 ⑥ 升华
2020/9/30
（2）年变化 ----一年中有一个最高值和最低值.
2、相对湿度（f = e / E x 100% ）
（1）日变化： （2） 年变化：
2020/9/30
五、水汽凝结的条件 （1）空气要达到饱和或过饱和状态. 增加大气中水汽过饱和状态的过程： I. 暖水面蒸发 II. 空气的冷却（绝热冷却、辐射冷却、平
三、影响蒸发的因素 （1）水源 （2）热源
e （3）饱和差E-
（4）风速和湍流扩散的强度
2020/9/30
四、空气湿度的时间变化 1、水汽压 （1）日变化
湍流较强夏季（陆地）: 一天中有两个最高值（9h~10h, 21h~22h)和
两个最低值（清晨、午后）. 湍流不强季节（海洋、沿海或陆地）: 一天中有一个最高值（午后）和一个最低值 （ 清晨）.
若Td > 0℃，凝结物是水滴，称为露. 若Td < 0℃,凝结物是松散结构白色冰晶，
称为霜。
2020/9/30
（2） 形成的条件 空气湿度. 晴朗和微风的夜晚. 地面或地物不利于传导热量，而易于凝结。 （3）露和霜的区别 降温条件不同： 形态不同：
2020/9/30
（4）霜和霜冻的区别 霜冻：低温。
2020/9/30
第三章 大气的水分
第一节 蒸发与凝结 第二节 地表面和大气中的凝结现象 第三节 降水
2020/9/30
第一节 蒸发与凝结
阅读思考： 1、理解水相变化的原理，水相变化的判据是
什么？ 2、影响饱和水气压的因素有哪些？ 3、相对湿度日变化、年变化怎样？ 4、当云中冰水共存、冷暖云滴共存、大小水
思考：为什么暴雨总是发生在暖季？
2、E与蒸发面性质的关系 冰面和过冷却水
❖ E冰 < E过冷却水
思考：为什么？
2020/9/30
e 冰 E冰 < < E过冷却水 水滴
晶
e E冰<
e < E过冷却水
❖ 这就是“冰晶效应“，又称贝吉龙理论，对
降水的形成起重要作用。
溶液面和纯水面
❖ E溶 < E纯 思考：为什么？
一、地面的水汽凝结物 1、露和霜
2020/9/30
谚语：露水起晴天，霜重见晴天。 谚语： 冬天吹大风，日头火样红；
日落红霞现，风停霜必浓。
2020/9/30
露和霜
（1） 概念 ----近地面空气中水汽，因地面或地面物体辐
射冷却，使其温度低于贴地空气的Td 时， 水汽则凝结在地面或近地面物体上。那么
蒸发面是出现蒸发（升华）还是凝结（凝华），
其决定条件是什么？
---- e 与 E
e <E e > E e =E
2020/9/30
蒸发过程 实际水汽量未达到 饱和状态. 凝结过程 实际水汽量达到过 饱和状态. 实际水汽量达到饱和状态，无 蒸发也无凝结.
二、饱和水汽压（E） 1、E与蒸发面T的关系 ----E随T的升高而增大.
2020/9/30
E与蒸发面形状的关系
A
B
C
凸水面（曲率大）E A> 平水面 EB > 凹水面（曲率小）EC
大、小水滴的饱和水气压 ➢ 大水滴的曲率小，小水滴曲率大.
➢ E大水滴< E小水滴
e ➢ E大水滴 < < E小水滴
➢ 对云雾的初始形成起作用.（大水滴半径小于 1微米）
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二、 近地面空中的主要凝结物----雾
1、概念
---- 悬浮在近地面空气中的大量水滴或冰晶 的可见集合体，使水平能见度小于1Km的物 理现象。
2、形成条件
思考：这是为什么？
➢注意两点：
E随T的升高而增大。这意味着由于T的 升高，原来饱和的空气可变为不饱和， 重新出现蒸发；相反，T下降，E下降， 意味原来饱和状态的空气变为过饱和状 态，多余的水汽可能出现凝结。
2020/9/30
处在不同T下的饱和空气，如果下降同样的 T，那么，在高温条件下的饱和空气凝结的 水汽量要比低温条件凝结的水汽要多。
2020/9/30
⑦ 升华潜热 =融解潜热+蒸发潜热 = 334.7 + 2497 =2831.7焦耳/g
⑧ 凝华潜热 ⑨ 潜热交换过程 ----这种由水的相变导致的热量吸收和释放过
程。 ⑩ 潜热能 ----水的相变过程伴随有能量转化和交换，这
种能量为潜热能。
2020/9/30
2、水相变化的判据
流冷却） （2）要有凝结核 中国雾都--重庆
2020/9/30
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第二节 地表面和大气中的凝结现象
阅读思考： 1、什么是霜和露？在农业生产上，我们要预
防的是霜还是霜冻？为什么？可采用什么 措施？ 2、云和雾有何异同？“十雾九晴”指的是什 么雾？ 3、重庆为什么成为中国雾都？ 4、积状云、层状云、波状云有什么特点？其 形成原因是什么？
低温> Td， 有霜冻而无霜出现，称
为黑霜；
低温< Td，有霜冻同时有霜出现，称
为白霜；
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在农业生产上，我们要 预防的是霜还是霜冻？为 什么？可采用什么措施？
2020/9/30
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2、雾凇和雨凇 （1）雾凇
----过冷水滴凝聚而成的白色固体凝结物。 晶状雾凇
---- 在有雾、微风、冰晶与过冷却水共存， T<-15℃天气条件下，过冷却雾滴蒸发后， 由水汽凝华而成。 粒状雾凇 ----在有雾、风速较大，T=-2~7℃ 天气里， 风把过冷雾滴吹到冷的物体表面迅速冻结 而成。
2020/9/30
（2）雨凇（冰凌、冻雨）
----由过冷却雨滴降到T<0 ℃ 的地面或地 物上，立即冻结成透明或毛玻璃状的 紧密冰层，使电线和树枝变成粗大的 冰棍，地面积起厚厚的冰层。
云层
0℃
气层或云层
0℃
0℃
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滴共存时，哪些云滴会蒸发？哪些云滴会 凝结？为什么？ 5、空气中水汽发生凝结要具备什么条件？
2020/9/30
一、水相变化 1、水相变化的物理过程 ① 蒸发---由水变成水汽的物理过程。
② 蒸发潜热
----1g水蒸发为同温度下的水汽所需消耗的热 量。L=2497焦耳/g
③ 凝结 ④ 凝结潜热 ----凝结时所释放的热量. L=2497焦耳/g ⑤ 凝华 ⑥ 升华
2020/9/30
（2）年变化 ----一年中有一个最高值和最低值.
2、相对湿度（f = e / E x 100% ）
（1）日变化： （2） 年变化：
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五、水汽凝结的条件 （1）空气要达到饱和或过饱和状态. 增加大气中水汽过饱和状态的过程： I. 暖水面蒸发 II. 空气的冷却（绝热冷却、辐射冷却、平
三、影响蒸发的因素 （1）水源 （2）热源
e （3）饱和差E-
（4）风速和湍流扩散的强度
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四、空气湿度的时间变化 1、水汽压 （1）日变化
湍流较强夏季（陆地）: 一天中有两个最高值（9h~10h, 21h~22h)和
两个最低值（清晨、午后）. 湍流不强季节（海洋、沿海或陆地）: 一天中有一个最高值（午后）和一个最低值 （ 清晨）.
若Td > 0℃，凝结物是水滴，称为露. 若Td < 0℃,凝结物是松散结构白色冰晶，
称为霜。
2020/9/30
（2） 形成的条件 空气湿度. 晴朗和微风的夜晚. 地面或地物不利于传导热量，而易于凝结。 （3）露和霜的区别 降温条件不同： 形态不同：
2020/9/30
（4）霜和霜冻的区别 霜冻：低温。
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第三章 大气的水分
第一节 蒸发与凝结 第二节 地表面和大气中的凝结现象 第三节 降水
2020/9/30
第一节 蒸发与凝结
阅读思考： 1、理解水相变化的原理，水相变化的判据是
什么？ 2、影响饱和水气压的因素有哪些？ 3、相对湿度日变化、年变化怎样？ 4、当云中冰水共存、冷暖云滴共存、大小水
思考：为什么暴雨总是发生在暖季？
2、E与蒸发面性质的关系 冰面和过冷却水
❖ E冰 < E过冷却水
思考：为什么？
2020/9/30
e 冰 E冰 < < E过冷却水 水滴
晶
e E冰<
e < E过冷却水
❖ 这就是“冰晶效应“，又称贝吉龙理论，对
降水的形成起重要作用。
溶液面和纯水面
❖ E溶 < E纯 思考：为什么？