饱和水汽压与温度的关系
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起初，系统中的水汽浓度不大，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。
蒸发的结果使系统内的水汽浓度加大，水汽压也就增大了，这时分子碰撞的 机会增多，落回水面的水汽分子也就增多。如果这样继续下去，就有可能在同一 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（因为这时仍有水分子跑出水面和水汽分子落回水中，只不过进出水面的分子 数相等而已）。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。
3、水相变化中的潜热
冰
水
水汽
融解耗热 蒸发耗热
水汽
水
冰
凝结潜热 冻结潜热
蒸发潜热是液面温度的函数： L= (2500 - 2.4t) X 1000 (J/kg)
升华潜热：融解潜热+蒸发潜热 L= (2.5 x 1000000 + 3.34 X 100000 )(J/kg)
二、饱和水汽压
（一）饱和水汽压与温度的关系 （二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系
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。 在温度一定时，水汽e与水汽密度成正比，也与n成正比，所以e 和n之间也成正比。这就是说，当水汽压e为某一定值时，则有一个 对应的n值。当在某一温度下，水和水汽达到动态平衡时，水汽压E 即为饱和水汽压，对应的落回水面的水汽分子数为ns，ns又等于该 温度下跑出水面的水分子数N.所以E正比于N，对照分子物理学判据 可得两相变化和平衡的饱和水汽压判据
水 – 水汽
冰 – 水汽
E > e 蒸发（未饱和） Es > e 升华
E =wenku.baidu.come 动态平衡（饱和） Es = e 动态平衡
E < e 凝结（过饱和） Es < e 凝华
纯水（平水面）的位相平衡图
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
第一节 蒸发和凝结
一、水相变化 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。
水有三态：气态 – 水汽、固态 – 冰、液态 – 水，称为水的三相。
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。
（三）饱和水汽压与蒸发面形状的关系
（一）饱和水汽压与温度的关系
从图3·1中的曲线OA、OB和OB′可以看出，随着温度的升高， 饱和水汽压显著增大。饱和水汽压与温度的关系可由克拉柏龙-克 劳修司（Clapeyron-Clausius）方程描述:
表3·1表明，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。
（二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系
自然界中蒸发面多种多样，它们具 有不同的性质和形状。水分子欲脱出蒸 发面，需克服周围分子的引力，因此会 因蒸发面的性状而有差异。所以，即使 在同一温度下，不同蒸发面上的饱和水 汽压也不相同。
随着温度升高，饱和水汽压按指数规律迅速增大。如图3·1 中OA线所示。
由此可得出重要结论： 空气温度的变化，对蒸发和凝结有重要影响。高温时，饱和水汽 压大，空气中所能容纳的水汽含量增多，因而能使原来已处于饱 和状态的蒸发面会因温度升高而变得不饱和，蒸发重新出现；相 反，如果降低饱和空气的温度，由于饱和水汽压减小，就会有多 余的水汽凝结出来。 饱和水汽压随温度改变的量，在高温时要比低温时大。例如温度 由30℃降低到25℃，饱和水汽压减少10.76hPa，而温度从15℃降 到10℃，饱和水汽压只减少4.77hPa。所以降低同样的温度，在 高温饱和空气中形成的云要浓一些，这也说明了为什么暴雨总是 发生在暖季。
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。
蒸发的结果使系统内的水汽浓度加大，水汽压也就增大了，这时分子碰撞的 机会增多，落回水面的水汽分子也就增多。如果这样继续下去，就有可能在同一 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（因为这时仍有水分子跑出水面和水汽分子落回水中，只不过进出水面的分子 数相等而已）。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。
3、水相变化中的潜热
冰
水
水汽
融解耗热 蒸发耗热
水汽
水
冰
凝结潜热 冻结潜热
蒸发潜热是液面温度的函数： L= (2500 - 2.4t) X 1000 (J/kg)
升华潜热：融解潜热+蒸发潜热 L= (2.5 x 1000000 + 3.34 X 100000 )(J/kg)
二、饱和水汽压
（一）饱和水汽压与温度的关系 （二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系
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。 在温度一定时，水汽e与水汽密度成正比，也与n成正比，所以e 和n之间也成正比。这就是说，当水汽压e为某一定值时，则有一个 对应的n值。当在某一温度下，水和水汽达到动态平衡时，水汽压E 即为饱和水汽压，对应的落回水面的水汽分子数为ns，ns又等于该 温度下跑出水面的水分子数N.所以E正比于N，对照分子物理学判据 可得两相变化和平衡的饱和水汽压判据
水 – 水汽
冰 – 水汽
E > e 蒸发（未饱和） Es > e 升华
E =wenku.baidu.come 动态平衡（饱和） Es = e 动态平衡
E < e 凝结（过饱和） Es < e 凝华
纯水（平水面）的位相平衡图
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
第一节 蒸发和凝结
一、水相变化 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。
水有三态：气态 – 水汽、固态 – 冰、液态 – 水，称为水的三相。
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。
（三）饱和水汽压与蒸发面形状的关系
（一）饱和水汽压与温度的关系
从图3·1中的曲线OA、OB和OB′可以看出，随着温度的升高， 饱和水汽压显著增大。饱和水汽压与温度的关系可由克拉柏龙-克 劳修司（Clapeyron-Clausius）方程描述:
表3·1表明，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。
（二）饱和水汽压与蒸发面性质的关系
自然界中蒸发面多种多样，它们具 有不同的性质和形状。水分子欲脱出蒸 发面，需克服周围分子的引力，因此会 因蒸发面的性状而有差异。所以，即使 在同一温度下，不同蒸发面上的饱和水 汽压也不相同。
随着温度升高，饱和水汽压按指数规律迅速增大。如图3·1 中OA线所示。
由此可得出重要结论： 空气温度的变化，对蒸发和凝结有重要影响。高温时，饱和水汽 压大，空气中所能容纳的水汽含量增多，因而能使原来已处于饱 和状态的蒸发面会因温度升高而变得不饱和，蒸发重新出现；相 反，如果降低饱和空气的温度，由于饱和水汽压减小，就会有多 余的水汽凝结出来。 饱和水汽压随温度改变的量，在高温时要比低温时大。例如温度 由30℃降低到25℃，饱和水汽压减少10.76hPa，而温度从15℃降 到10℃，饱和水汽压只减少4.77hPa。所以降低同样的温度，在 高温饱和空气中形成的云要浓一些，这也说明了为什么暴雨总是 发生在暖季。
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。