气象学课件 ch4大气中的水分

1立方米的空气， 气温在4℃时，最多能容纳的水气量是6.36克； 气温20℃时， 最多能容纳的水气量是17.30克。
如果空气中所含的水汽多于一定温度条件下的饱和水 气量，多余的就会凝结出来，变成小水滴或冰晶。
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。
f e 100% E
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
e
14时
影响因子：蒸发强度
日出前
时间
双波型（大陆型） 夏季内陆、沙漠地区
e
10时 22时
日出前
14时
时间
影响因子：蒸发强度 乱流强度
年变化
e
夏季
冬季
时间
影响因子：蒸发强度
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
越多，产生的水气压越大。
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
E
影响因子：
E
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 T 液体含盐度 含盐度 E
当空气容纳的水气达到最大限度时达到饱和。
气温愈高，空气中所能容纳的水气也愈多。
冰面E＜水面 冰晶、水滴共存时， 水滴会减小，冰晶增大
冷暖云滴共存时， 冷的增大，暧的减小
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 快速蒸发：蒸发直接发生在土壤表面。水分充足时，
水沿毛细管上升到土壤表面后进行蒸发，受气象因素影响。
慢速蒸发：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。水分充不足时，蒸发是在土壤中进
此外，影响土壤的水分和热状况的因素，如土壤质地、色泽、斜坡 的方位及倾斜度，以及植物覆盖、地膜覆盖等，都能有力地影响土壤蒸 发情况。
第三节 凝结和凝结物
一、凝结条件
凝结发生的条件 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： e e＞E
降低温度： T T＜Td
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。
分类
粒状雾凇（小冰粒） 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。
形成露、霜的天气条件
• 露形成时要释出潜热，所以有多量的露时，常使 温度下降和缓，不致发生霜冻。
• 为植物提供水分，干热天气里，露有利于植物的 复苏，在干旱地区，露是重要的水分来源。
• 作物由于结露而潮湿，病菌易于繁殖，引起病害 的发生。水果面上沾有大量露珠，则常使果面产 生锈斑，损坏水果品质。
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。
云是自由大气中的凝结物 云是天上的雾，雾是地上的云
高云（5000米以上） ：冰晶
按高度分类 中云（2000-5000米）：冰晶、过冷水滴、水滴
低云（2000米以下） ：水滴
按成因分类
积云类：淡积云 、浓积云、积雨云 层云类（锋面云系） 层积云（波状云）
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。
上善若水 水是生命之源 水利是农业的命脉
第五章 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：空气中水气含量的多少或潮湿程度。 湿度参量：水气压
相对湿度 饱和差 露点 湿度的变化 湿度与温度的关系
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
• 浓雾时能见度小于100米
蒸汽雾
上坡雾
雾的有关影响
遮蔽太阳 影响作物体同化过程 有利于病原菌的繁殖 使农作物徒长，体质虚弱极易受病虫之侵害 在干旱的地区和季节，雾露是植物的唯一水源 雾对交通、航空、航海等都有很大影响 雾中取水 空气中取水
霾（Haze)
是指大量极细微的干尘粒均匀浮游在空中，使水平能见度小于10 公里的混浊现象。(烟霞）
2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境空气质 量标准》增加了细颗粒物监测指标。
PM2.5危害
PM10以上，会被挡在鼻子外面
PM2.5至10之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过 痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康 危害相对较小
PM2.5，不易被阻挡。吸入后会直接进入支气管，引发包括哮喘、 支气管炎和心血管病等方面的疾病。
when the dew is on the grass, rain will never come to pass. when grass is dry at morning light, look for rain before the night!
霜重见晴天 严霜见毒日 雾兆晴天
露的有关影响
露点高时，水气量多，反之则少。
露点与夜间最低度有关： 温度降至露点时，水气凝结 放出大量潜热，缓冲
温度进一步降低，因而可用于预测最低度。
温度露点差 越大，湿度越小，反之越大。
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
冰 蒸发面形状：W凸面＞W平面＞W凹 面 含盐度：含盐度 W
分子引力半径理论：
水分子要蒸发出来，需 克服分子引力半径范围 内的分子引力。
O
O
O
受到引力小 E大
受到引力大 E小
水滴越小 越凸 越易蒸发
水滴越大 趋平 蒸发慢
大小水滴共存 则小的越小
大的越大
同样的湿度，对小水滴可能不饱和，大的饱和
冰面蒸发＜水面
• 普通的棉布口罩或一次性口罩基本没有作用。
• 中央气象台有一条铁的纪律：坚决不说“雾霾” • （一般，有雾没霾，有霾没雾）
• 张云，王云，李云，赵云，陈云，马云， • 庭前闲看花开花落，云卷云舒 • 闲云野鹤 • 神马都是浮云，烟云
• 云是什么？什么组成？如何来、去？
曾 经 沧 海 难 为 水
相对湿度则越小，相反，温度越低，饱和水气压 越小，相对湿度则越大。
凝结现象出现在温度较低的傍晚、夜间、清晨。
空气中的绝对含水量比较稳定，而温度易变
绝对湿度与温度 温度越低，饱和水气压越小，所含水气的绝对
量越少，故极地的冷空气如-40℃时，几乎没有水 气，南下温度升高时，相对湿度会非常小。
冬季空气中的水气量少（绝对湿度小），室内 温度高时，相对湿度会很小，因而室内植物需要 多浇水。
分类： ✓ 发生学分类 积状云（对流云） 成因 层状云 波状云
淡积云
第四节 降水
一、降水的特征量
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
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
标准状态下，海平面气压为1000 hpa时，氧 气产生的分压为210 hpa,氮气780 hpa,水气10 hpa。大气中的水气压多在40 hpa以下。水气
霾使远处光亮物体微带黄、红色，黑暗物体微带蓝色。
霾的形成
与污染物的排放密切相关，城市中机动车尾气以及其它烟尘，停留 在大气中，当逆温、静风等不利于扩散的天气出现时，就形成霾。
雾都与霾都市
雾与霾是有差别的
• 霾与雾、云不一样，没有明显的边界
• 霾粒子分布比较均匀，尺度小，0.001到10μm，平 均1－2μm，肉眼看不到
反映空气的相对潮湿程度，应用广泛。
露点温度（ Td ）
定义： 对于含有水气的湿空气，在不改变气压和水气含量的
情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。
e
E
E
e
（T,e）
T
Td
T
反映空气中水汽含量的多少，水汽含量 露点温度Td
露点(dew point)： 气压不变，降温至水气饱和时的温度。 低于0℃时称为霜点。
一、水面蒸发
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
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
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
PLeabharlann Baidu2.5危害
每人每天平均吸入约1万升空气，进入肺泡的微尘可迅速被吸收、 不经过肝脏解毒直接进入血液循环分布到全身；
损害血红蛋白输送氧的能力。
人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力， PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其 恐怖的一面。
• N95口罩：N95口罩理论上能够过滤95％颗粒物， 可以抵御PM2.5颗粒侵入。
r
夜
昼
T 地面水分蒸发强度 e T E 并且E比e快
因此 T r
时间
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
夜
昼
时间
海陆风（水陆风） 昼： 吹海风，潮湿 夜： 吹陆风，干燥
三、空气湿度与温度的关系
相对湿度与温度 水气数量一定时，温度越高，饱和水气压越大，
行，水汽通过土壤的孔隙扩散出去。与孔隙度大小等有关。
影响因子 土壤因子、气象因子
宁夏石头瓜
• 土壤质地对土壤蒸发的影响
紧密土壤毛管丰富，利于第一过程进行。 蒸发速度比疏松土壤大。
疏松土壤有利于第二种过程的进行， 蒸发速度比紧密土壤大。
防止土壤中水分的蒸发相关措施
首先应该耙松土壤表层，切断毛管，使土壤水分蒸发，由第一种过 程转变为第二种过程，来削弱蒸发速度；但是当土壤耙松之后，又对第 二种过程的进行提供了有利的条件。因此，这时为了防止土壤水分蒸发 ，须在耙松之后再加以镇压，把耙松土层的上层压紧，减小土壤上层的 孔隙度，以限制第二种过程的顺利进行。这样既削弱了第一过程，又削 弱了第二过程；就可以有效的防止土壤水分的蒸发。
• 在低洼的地方(谷地、河岸洼地及盆地等)，雾的 发生比较频繁。因为这些地方比较湿润而夜间又 比较冷．
• 最强烈的辐射雾一般是发生于春天或秋天。
• 平流雾
是在暖湿的空气流到冷地面上时形成的。各 个时刻都可以形成，并且在风速相当大的时候也 能存在。
• 雾的能见度在0.5-1公里
• 大雾的能见度在100-500米
• 黄河之水哪里来？ • 热水表面有蒸汽？ • 冷水表面有没有？ • 室温水面？？
• 蒸发为何会有降温效应？
• 海水蒸发比淡水快或慢？
• 大气中大、小水滴共存时，小的会变小，大的会变大？ • 大气中冰晶、水滴共存时，冰晶会变大，水滴会变小？
• 水面蒸发的规律（道尔顿定律）？ • 冰面会蒸发吗？
第二节 蒸发和蒸散
大气中常见的降温过程：
① 辐射冷却 ② 接触冷却
③ 混合冷却 ④ 绝热冷却
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。
• 霾散射波长较长的光较多，呈黄色或橙灰色。
• 雾由水滴或冰晶构成，比霾粒子大，肉眼可见，白 色，湿度100%
单位：微克/立方米
PM2.5 大气中粒径小于2.5μm 的颗粒物（气溶胶）。
对空气质量和能见度有重要的影响。
粒径小，富含大量有毒、有害物质且在大气中的停留 时间长、输送距离远，对人体健康和大气环境质量的 影响大。可通过呼吸道至肺部沉积，对人体危害大 。
雾的分类： 浓度 雾≡ 能见度＜1km 轻雾（霭）＝ 能见度1～10km
水雾：小水滴 组成
冰雾：小冰晶
辐射雾：辐射冷却，晴朗微风和夜间和清晨。
成因
平流雾：接触冷却，冷暖空气大规模运动时。
平流辐射雾（混合雾） 地形雾 蒸发雾
• 辐射雾是当地面和空气由于辐射冷却而形成的。
• 通常发生于晴朗微风潮湿的夜里。太阳出来以后， 它就逐渐消散。