第三章大气中的水分(2011级用)汇总
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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第三章大气的水分
形成条件
I. 水汽充足 II. 有凝结核 III. 有冷却降温
I.
云的生成过程
动力抬升（锋面、大范围气流辐合） II. 热力抬升 III. 地形抬升 IV. 大气波动
I.
云的分类
按云的温度分： 冷云（0 ℃ 以下） 暖云（0 ℃以上 ）
II.
I.
II.
III.
I.
II.
III.
按云的相态分： 水成云（暖水滴和过冷却水） 冰成云（冰晶） 混合云（过冷却水和冰晶） 按云的上升气流特点和形状分： 积状云 层状云 波状云
辐射雾 平流雾
锋面雾
)
上坡雾
I.
II.
III.
IV.
辐射雾 概念：地面辐射冷却使贴近地气层 变冷而形成的雾。 形成的条件： 晴夜 微风（1~3m/s) 水汽充足 大气层结稳定（逆温层）
特征 I. 厚度不大，日变化明显；（为什么?） II. 季节性，冬季多见；（为什么?） III. 地方性较强。 预测天气：“十雾九晴”
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。
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？
冰 晶 E 冰<
E冰
<
e < E过冷却水
水滴
e
e < E过冷却水
I.
成因
特点及其成因
----主要热力对流引起。 个体分明、孤立分散.（为什么?） II. 底平、顶凸。 （为什么?） 积状云形成的几个阶段： I. 淡积云阶段 II. 浓积云阶段 III. 积雨云阶段
第三章大气中的水分
第三章⼤⽓中的⽔分第三章⼤⽓中的⽔分⼤⽓从海洋、湖泊、河流及潮湿⼟壤的蒸发中或植物的蒸腾中获得⽔分。
⽔分进⼊⼤⽓后，由于它本⾝的分⼦扩散和空⽓的运动传递⽽散布于⼤⽓之中。
在⼀定条件下⽔汽发⽣凝结，形成云、雾等天⽓现象，并以⾬、雪等降⽔形式重新回到地⾯。
地球上的⽔分就是通过蒸发、凝结和降⽔等过程循环不已。
因此，地球上⽔分循环过程对地-⽓系统的热量平衡和天⽓变化起着⾮常重要的作⽤。
第⼀节蒸发和凝结⼀、⽔相变化在⾃然界中，常有由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。
例如⽔的三种形态：⽓态（⽔汽）、液态（⽔）和固态（冰），称为⽔的三相。
由于物质从⽓态转变为液态的必要条件之⼀是温度必须低于它本⾝的临界温度，⽽⽔的临界温度为t k=374℃，⼤⽓中的⽔汽基本集中在对流层和平流层内，该处⼤⽓的温度不但永远低于⽔汽的临界温度，⽽且还常低于⽔的冻结温度，因此⽔汽是⼤⽓中唯⼀能由⼀种相转变为另⼀种相的成分。
这种⽔相的相互转化就称为⽔相变化。
1.⽔相变化的物理过程从分⼦运动论看，⽔相变化是⽔的各相之间分⼦交换的过程。
例如，在⽔和⽔汽两相共存的系统中，⽔分⼦在不停地运动着。
在⽔的表⾯层，动能超过脱离液⾯所需的功的⽔分⼦，有可能克服周围⽔分⼦对它的吸引⽽跑出⽔⾯，成为⽔汽分⼦，进⼊液⾯上⽅的空间。
同时，接近⽔⾯的⼀部分⽔汽分⼦，⼜可能受⽔⾯⽔分⼦的吸引或相互碰撞，运动⽅向不断改变，其中有些向⽔⾯飞去⽽重新落回⽔中。
单位时间内跑出⽔⾯的⽔分⼦数正⽐于具有⼤速度的⽔分⼦数，也就是说该数与温度成正⽐。
温度越⾼，速度⼤的⽔分⼦就越多，因此，单位时间内跑出⽔⾯的⽔分⼦也越多。
落回⽔中的⽔汽分⼦数则与系统中⽔汽的浓度有关。
⽔汽浓度越⼤，单位时间内落回⽔中的⽔汽分⼦也越多。
2.⽔相变化的判据假设N为单位时间内跑出⽔⾯的⽔分⼦数，n为单位时间内落回⽔中的⽔汽分⼦数，则得到⽔和⽔汽两相变化和平衡的分⼦物理学判据，即N＞n蒸发（未饱和）N=n动态平衡（饱和）N＜n凝结（过饱和）但在⽓象⼯作中不测量N和n，所以不能直接应⽤以上判据。
第三章 大气中的水分
第三章大气中的水分【教学目的】1、了解蒸发和凝结过程，了解地面和大气中的凝结现象2、掌握降水的形成条件、形成过程和空间分布特点。
【教学重点】影响蒸发的因素，水汽凝结的条件，地面和近地面层空气中的水汽凝结物，云滴增长的物理过程，云的形成条件和分类，人工影响云雨，降水的空间分布。
【教学难点】饱和水汽压，各种云的形成，云滴增长的物理过程，各类云的降水。
【教学方法】讲授法，讨论法【教学时数】6课时第一节蒸发和凝结一、水相变化1、水相变化的物理过程（1）水的三种形态：——————（2）水的临界温度：——————（3）水的冻结温度：——————（4）水相变化：————————（5）单位时间内跑出水面的水分子数与温度成________（正比或反比）。
（6）水汽浓度越大，单位时间内落回水中的水汽分子就越____(多或少）。
（5）单位时间内跑出水面的水分子数与温度成________（正比或反比）。
（6）水汽浓度越大，单位时间内落回水中的水汽分子就越____(多或少）。
（7）蒸发过程：单位时间内跑出水面的水分子比落回水中的水汽分子多，系统中的水有一部分变成了水汽。
（8）动态平衡：在同一时间内，跑出水面的水分子与落回水中的水汽分子相等，即水和水汽之间达到了两相平衡。
2、水相变化的判据e﹤E：蒸发（未饱和）e=E：动态平衡（饱和）e﹥E：凝结（过饱和）3、水相变化中的潜热L为蒸发潜热。
在同温度下，凝结潜热与蒸发潜热相等。
融解潜热：升华潜热：Ls二、饱和水汽压（一）饱和水汽压与温度的关系饱和水汽压与温度的关系可以用克拉柏龙-克劳修司方程描述（3-3）变形后，得到：（3-4）式中，E为饱和水汽压，T为绝对温度，L为凝结潜热，Rw为水汽的比气体常数。
积分(3-4)式，并将E0=6.11hPa(为t=0℃时，纯水平面上的饱和水汽压）代入，得到：（3-5）或者（3-6）结论：1、饱和水汽压随温度的升高而按指数规律迅速增大。
2、饱和水汽压随温度改变的量，在高温时比低温时大。
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
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
第三章大气的水分详解
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。
第三章 大气中的水分
3、云的分类
按云底的高度可把云分为三类 高云 云底>6000m
云底
– 卷云、卷层云、卷积云
中云
云底 2000m-6000m
– 高积云、高层云
低云 云底<2000m以下
– 积云、积雨云、层积云、层云、雨层云、 碎雨云
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
为什么凝结核能够促进水汽凝结呢？
– 它们吸附水分子的能力大于水汽分子间的 合并力。 – 凝结核的存在，增大了水滴半径，使饱和 水气压减小
（二）、地面上的水汽凝结物
——露、霜、雾凇、雨凇
定义：是由水汽或过冷却水滴在地面或 近地面物体上凝结或凝华而形成。
1、露、霜
夜晚或清晨，由于地面或地物表面的辐射 冷却，使贴近地面的气层温度下降到露点 以下时，在地面或物体表面形成的水汽凝 结物。 形成条件： 晴朗微风的夜晚 形成地点：
三、水汽凝结
大气中水汽凝结的条件 地面上的水汽凝结物
近地面上的水汽凝结物
大气中的水汽凝结物
大气中的降水
（一）、大气中水汽发生凝结的条件
大气中的水汽发生凝结必须同时具备 两个条件
大气中的水汽达到过饱和状态（e>E)
大气中有水汽凝结核或凝华核的存在
大气中水汽达过饱和状态的途径 e>E
一、蒸发与蒸腾
蒸发： – 当温度低于沸点时，水分子从液态或固态水的自由面 逸出而变成气态的过程或现象。
蒸发速率E(Evaporation): – 单位时间、单位面积上蒸发出水的质量。单位（g/cm ² •s)
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。
第三章 大气中得水分
第三章大气中得水分第一节蒸发与凝结在同一时间内,跑出水面得水分子与落回水中得水汽分子恰好相等,系统内得水量与水汽分子含量都不再改变,即水与水汽之间达到了两相平衡,这种平衡叫做动态平衡。
动态平衡时得水汽称为饱与水汽,当时得水汽压称为饱与水汽压。
e为水汽压,E为饱与水汽压E＞e 蒸发(未饱与)E=e 动态平衡(饱与)E＜e 凝结(过饱与)若Es 为某一温度下对应得冰面上得饱与水汽压Es＞e 升华Es=e 动态平衡Es＜e 凝华图3、1 就是根据大量经验数据绘制得水得位相平衡图。
水得三种相态分别存在于不同得温度与压强条件下。
水只存在于0℃以上得区域,冰只存在于0℃以下得区域,水汽虽然可存在于0℃以上及以下得区域,但其压强却被限制在一定值域下。
图3·1 中OA 线与OB 线分别表示水与水汽、冰与水汽两相共存时得状态曲线。
显然这两条曲线上各点得压强就就是在相应温度下水汽得饱与水汽压,因为只有水汽达到饱与时,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与水汽压与温度得关系。
线上K 点所对应得温度与水汽压就是水汽得临界温度tk 与临界压力(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与水汽压与温度得关系。
OC线就是融解线,表示冰与水达到平衡时压力与温度得关系。
O 点为三相共存点:t0=0、0076℃,E0=6、11hPa。
上述三线划分了冰、水、水汽得三个区域,在各个区域内不存在两相间得稳定平衡。
例如图中得 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,此时多余得水汽要产生凝结;点3 恰好位于OA 线上,e3=E,只有这时水与水汽才能处于稳定平衡状态。
二、饱与水汽压(一)饱与水汽压与温度得关系:饱与水汽压随温度得升高而增大。
这就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得分子增多,落回水面得分子数才与脱出水面得分子数相等;高温时得饱与水汽压比低温时要大。
第三章大气中的水分(2011级用)
2013-7-17
第三章 大气中的水分
26
混合冷却
由水平混合而产生的凝结
2013-7-17
第三章 大气中的水分
27
§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
2013-7-17 第三章 大气中的水分 28
2013-7-17 第三章 大气中的水分 7
根据大量经验数据绘制 水的三种状态分别存在 于不同的温度和压强下
三相共存的点——三相 点
两相共存时的状态曲 线——蒸发线、融解线、 升华线
三个区域——水汽、水、 冰
纯水（平水面）的位相平衡图
2013-7-17
第三章 大气中的水分
8
二、饱和水汽压
组成的系统中，每一个均匀的部分叫做系统的
一个相。
水的三相：水汽、液态水和固态水
水相变化：水相的相互转化
2013-7-17
第三章 大气中的水分
6
一、水相变化
1、水相变化的物理过程
水相变化的实质是水的各相之间分子交换的结果
2、水相变化的判断
——利用饱和水汽压和实际水汽压判断
——纯水（平水面）的位相平衡图 3、水相变化中的潜热
形成——对流运动 有关谚语
2013-7-17 第三章 大气中的水分 44
淡积云
2013-7-17
第三章 大气中的水分
45
浓积云
2013-7-17
第三章 大气中的水分
46
碎积云
2013-7-17
第三章大气中得水分
第三章大气中得水分第三章大气中得水分第一节蒸发与凝结在同一时间内,跑出水面得水分子与落回水中得水汽分子恰好相等,系统内得水量与水汽分子含量都不再改变,即水与水汽之间达到了两相平衡,这种平衡叫做动态平衡。
动态平衡时得水汽称为饱与水汽,当时得水汽压称为饱与水汽压。
e为水汽压,E为饱与水汽压E＞e 蒸发(未饱与)E=e 动态平衡(饱与)E＜e 凝结(过饱与)若Es 为某一温度下对应得冰面上得饱与水汽压Es＞e 升华Es=e 动态平衡Es＜e 凝华图3、1 就是根据大量经验数据绘制得水得位相平衡图。
水得三种相态分别存在于不同得温度与压强条件下。
水只存在于0℃以上得区域,冰只存在于0℃以下得区域,水汽虽然可存在于0℃以上及以下得区域,但其压强却被限制在一定值域下。
图3·1 中OA 线与OB 线分别表示水与水汽、冰与水汽两相共存时得状态曲线。
显然这两条曲线上各点得压强就就是在相应温度下水汽得饱与水汽压,因为只有水汽达到饱与时,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与水汽压与温度得关系。
线上K 点所对应得温度与水汽压就是水汽得临界温度tk 与临界压力(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与水汽压与温度得关系。
OC线就是融解线,表示冰与水达到平衡时压力与温度得关系。
O 点为三相共存点:t0=0、0076℃,E0=6、11hPa。
上述三线划分了冰、水、水汽得三个区域,在各个区域内不存在两相间得稳定平衡。
例如图中得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,此时多余得水汽要产生凝结;点3 恰好位于OA 线上,e3=E,只有这时水与水汽才能处于稳定平衡状态。
二、饱与水汽压(一)饱与水汽压与温度得关系:饱与水汽压随温度得升高而增大。
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
第三章___大气中的水分汇总
三、影响蒸发的因素
4.风速与湍流扩散：大气中的水汽垂直输送和水平 扩散能加快蒸发速度。
无风时：蒸发面上的水汽单靠分子扩散，水汽压 减小得慢，饱和差小，因而蒸发缓慢。
二、饱和水汽压 概念：水汽压 饱和空气 饱和水汽压
与蒸发面的温度的关系 蒸发面的性质（水面、冰面，溶液等）的关系 蒸发面的形状（平面、凹面、凸面）的关系
（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。它是按指数 规律而增大的。
两个结论 1、T变 E变 相变 2、△E高温 > △E低温
（二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系
冰
的
位4
相
平2 B
衡B
C
K
2 A
3
O
1
水汽
-16 -12
-8
-4 0
4℃
3.水相变化中的潜热
在水相的转变过程中，还伴随着能量的转换。 如蒸发需要吸收热量，这个热量就叫蒸发潜热，凝 结则为凝结潜热，二者相同。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；1 g 水冻结成冰则可释放出 334.7 J 热量。
2.溶液面的饱和水汽压
天然水通常是含有溶质的溶液。溶液中溶质的 存在使溶液内分子间的作用力大于纯水内分子间的 作用力，使水分子脱离溶液面比脱离纯水面困难。 因此，同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯水面 要小（E溶<E水），且溶液浓度愈高，饱和水汽压 愈小。
（二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系
E凸>E平>E凹
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：
气象学与气候学 - 第三章 大气的水分
雨
暴雨 50.1～ 50.1～100.0 100.1～ 大暴雨 100.1～200.0 特大暴雨 ＞200.0
27
3.3 降水的形成
充分的水汽供应和空气的绝热上升运动。 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： 水汽的扩散转移过程：
定义：饱和湿空气中水汽的分压强。 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
随温度指数 随温度指数规律增大 指数规律增大
影响因子： 影响因子： • 温 度 T E
• 蒸发面性质 E过冷却水＞E冰 • 蒸发面形状 E凸面＞E平面＞E凹面 • 液体含盐度 含盐度 E
15
雾凇∨和雨凇∽ 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。 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） 粒状雾凇（小冰粒） 分类 晶状雾凇（小冰晶） 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。 雨凇：过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层。
降水性质降水性质连续性降水连续性降水主要降自雨层云主要降自雨层云间歇性降水间歇性降水主要降自层积云和高层云主要降自层积云和高层云阵性降水阵性降水主要降自积雨云主要降自积雨云毛毛状降水毛毛雨毛毛状降水毛毛雨主要降自层云主要降自层云降水成因降水成因对流雨对流雨地形雨地形雨锋面雨锋面雨台风雨台风雨3232降水的种类降水的种类26米雪米雪冰粒冰粒降水体降水体雨和毛毛雨雨和毛毛雨霰和米雪霰和米雪雨夹雪雨夹雪冰粒冻雨冰粒冻雨冰雹冰雹降水形态降水形态27降水强度降水强度mmmm24h24h小雪小雪2525中雪中雪25255050大雪大雪5050小雨小雨0101100100中雨中雨101101250250大雨大雨251251500500暴雨暴雨50150110001000大暴雨大暴雨1001100120002000特大暴雨特大暴雨2000200028充分的水汽供应和空气的绝热上升运动
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第三章 大气中的水分
13
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第三章 大气中的水分
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第三章 大气中的水分
15
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
2019/1/3
第三章 大气中的水分
16
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
2019/1/3
第三章 大气中的水分
4
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
2019/1/3
第三章 大气中的水分
26
混合冷却
由水平混合而产生的凝结
2019/1/3
第三章 大气中的水分
27
§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
11
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。
20
三、影响蒸发的因素
道尔顿定律
影响蒸发的主要因子
1）水源 2）热源 3）饱和差 4）风速与湍流扩散
E e WA P
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第三章 大气中的水分
21
四、湿度的时间变化和分布
1、日变化 （图） （1）水汽压的日变化特点 （2）相对湿度的日变化特点 2、年变化
3、随纬度分布 （表）
促使水汽达到过饱和状态的过程有：
1）暖水面的蒸发
2）空气的冷却 （过程）
2、凝结（华）核
第一节 第二节
2019/1/3
第三章 大气中的水分
25
空气冷却的方式
绝热冷却
辐射冷却 平流冷却：暖湿空气流经冷的下垫面时，将热量 传递给冷的地表，造成空气本身温度的降低。
混合冷却：当温差较大，且接近饱和的两团空气 水平混合后，也可能产生凝结。
露及露的形成
①露
②露的形成
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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
1）冰面和过冷却水面的饱和水汽压
冰面和过冷水面的饱和水汽压仍与温度成指数关系(公式)
冰面表面的饱和水汽压小于同温度下的过冷水面的饱和水汽 压（表）
二者在不同温度下的差值（图） “冰晶效应”
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1、饱和水汽压和温度的关系
饱和水汽压随温度升高而加大
——空气的饱和状态可以由温度的变化而改变
随着温度的升高，饱和水汽压按指数规律迅速增大
（公式）（表）
饱和水汽压随温度的改变量在高温时要比低温时大
——高温饱和空气中形成的云要浓一些（例）
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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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第三章 大气中的水分
2
第三章
第一节 第二节 第三节
大气中的水分
蒸发和凝结 地表面和大气中的凝结现象 降水
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第三章 大气中的水分
3
第一节
蒸发和凝结
蒸发和凝结是重要的水相变化过程。 蒸发和凝结是在一定的条件下相互转换的，转换 的条件是实际水汽压和饱和水汽压的差异。
第三章 大气中的水分
2019/1/3
第三章 大气中的水分
1
第三章 大气中的水分
大气中的水分，在大气温度变化的范围内，可以 以气、液、固不同的形态存在于大气之中。
由于水分的蒸发、凝结等过程，使得地球上的水 分处于不断地循环过程中。
地球上的水分循环对地－气系统的热量平衡和天 气变化起着十分重要的作用。
2019/1/3 第三章 大气中的水分 7
根据大量经验数据绘制 水的三种状态分别存在 于不同的温度和压强下
三相共存的点——三相 点
两相共存时的状态曲 线——蒸发线、融解线、 升华线
三个区域——水汽、水、 冰
纯水（平水面）的位相平衡图
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第三章 大气中的水分
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二、饱和水汽压
4、随海陆分布 5、随高度分布
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第三章 大气中的水分
22
夏季大陆
海洋、秋冬大陆
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第三章 大气中的水分
23
纬度
பைடு நூலகம்赤道
35°N
65°N
极地附近
水汽压
26hPa
13hPa
4hPa
1～2hPa
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第三章 大气中的水分
24
五、大气中水汽凝结的条件
1、空气中的水汽达到饱和或过饱和
第三章 大气中的水分
18
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第三章 大气中的水分
19
饱和水汽压
影响饱和水汽压的因素有蒸发面的温度、蒸发面的
性质、蒸发面的形状。
饱和水汽压的大小实质上是由水面水分子脱离水面
的难易程度决定的。越容易者，表面饱和水汽压越
大；反之，表面饱和水汽压越小。
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第三章 大气中的水分
组成的系统中，每一个均匀的部分叫做系统的
一个相。
水的三相：水汽、液态水和固态水
水相变化：水相的相互转化
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第三章 大气中的水分
6
一、水相变化
1、水相变化的物理过程
水相变化的实质是水的各相之间分子交换的结果
2、水相变化的判断
——利用饱和水汽压和实际水汽压判断
——纯水（平水面）的位相平衡图 3、水相变化中的潜热
10
Clapeyron-Clausius方程：
dE LE dT RwT 2 dE LdT E R wT 2
由上面关系，积分后，得： 水面：
E E0e
19.9t 273t
冰面：
E E010
9.77 t 273t
E E0 10
Magnus经验公式 水面：
8.5t 273t
E E0 10
NaCl （饱和）
H2SO4 (50%)
H2SO4 (25%)
78%
32%
85%
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第三章 大气中的水分
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二、饱和水汽压
3、饱和水汽与蒸发面形状的关系（图）
在同温度下，凸面的饱和水汽压最大，平面次之，
凹面最小
凸面的曲率越大，饱和水汽压越大；凹面的曲率
的越大，饱和水汽压越小。
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