02phybasic(南京信息工程大学云降水物理学)资料

微 观 过 程
降 低 水 汽 饱 和 标 准
产生雷达 回波
工业雾 产生雷达 回波 飞行尾迹 不重要 17
云雾形成的宏微观条件
尺度 本质 原因 途径 举例 增湿 水汽沿 饱和空气接受外界扩散来的 碎雨云、秋晨水面雾、 夏季雨后雾、极烟等 垂直递 水汽 微 度扩散 观 过 降温 （本身只能使空气饱和） 为形成云雾创造条件 程 增湿 蒸发 增湿造成水汽密度效应，可 促进扩散增湿
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途径 对流 孤立对流
宏 观 过 程
湿空气达到饱和的主要途径 - 降温机制
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湿空气达到饱和的主要途径 - 降温机制
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湿空气达到饱和的主要途径 - 降温机制
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总结 – 云雾形成的宏观条件
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湿空气达到饱和的主要途径 - 降温机制
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云雾形成的宏微观条件
尺度 本质 途径 举例 平流增 冷空气流经暖水面 蒸汽雾 湿 湿空气流入冷地面 雾、有时地面附有淞附物 增 湿 水汽运 继之以上升膨胀冷 为形成云创造重要条件 载辐合 却 湿空气 乱流层顶降温增湿 St、Sc等 垂直混 而致 合 （ 温 冷湿空气被混合后 锋际云雾 湿 均 湿空气 增温增湿（增湿为 变 水平混 主） ） 暖湿空气被混合后 合 降温降湿（降温为 主） 15 原因
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源自文库

地表上的水 – 全球水分循环

降水、蒸发和径流在整个水分循环中，是最主要 的环节。在全球水量平衡中，它们同样是最主要 的因素。 水分循环的陆面过程是发生在陆地上的水文过程 的总和。 水分循环的大气过程是指海洋和陆地上空的水汽 输送和陆地不同区域上空的水分交换，主要包括 水汽输送、水汽辐合与辐散、水汽收支与水分平 衡。它是全球水分循环中最活跃的成分，大气中 的全部水量每8天可更新一次。
第二章
云雾降水形成的 物理基础
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云雾的组成
云是由水滴、冰晶、水汽和空气共同构成的
统一体。
水汽（先决条件）—云雾滴（维持的保证） 空气（存在环境）
水的密度：1 冰的密度：9/10 空气密度：1/800
下落—空气阻曳力 ↓ 飘浮
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云雾的组成
组成云体的单个云滴或冰晶通过凝结等过程产生， 通过蒸发或降水等过程而消失，存在时间很短。 云体或云系的持续存在是由新的云粒子的不断生 成维持的。
这一过程向着新粒子生成的区域传播，就是说新 粒子生成的方向不一定沿着风向。
单个云滴、冰晶或降水粒子运动速度是由环境空 气流速和其自身的下落速度相加而得到的速度 和决定的。
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云雾的组成
4
云雾的组成
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复习：Clausius-Clapeyron方程
参考：
盛裴轩等编著，2003：《大气物理学》，北京大学 出版社，p127 周文贤、章澄昌译，1983：《云物理简明教程》， 气象出版社，P14 沈春康编著，1983：《大气热力学》，气象出版社， p111
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云雾形成的宏微观条件
尺度 本质 原因 举例 Cu、Cb、Ac等 镶嵌对流， Ac、Cc等 即细胞对流 上升 斜升 锋面斜升 暖锋、缓行冷锋、静止锋上的Ci、 膨胀 Cs、As、Ac、Ns等 冷却 地形斜升 上坡雾、Sc等 降 温 波动 风切变 荚状、波状、涡条状Ci、As、Sc 气流过山 等 平流 暖湿空气流经冷 暖区雾、海上及陆上平流雾及Sc等 冷却 地面 辐射 夜间辐射冷却 地面、逆温层顶、尘埃或云层顶部 冷却 形成的辐射雾及层状云
dE Lv dT 2 E RvT
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湿空气达到饱和的主要途径
相对湿度f >100% 凝结、凝华 水滴、冰 雪晶。
相对湿度变化方程：
f e/ E ln f ln e ln E df de dE f e E dE Lv dT Clausius-Clapeyron Eq.: E RvT 2 df de Lv dT f e RvT 2
空中水分变化
大气中物质守恒方程：
dA =SA dt
S为源汇项
设A=水汽质量密度（q：绝对湿度）：简化认为只 包括水在相变中产生或消耗的水分（转化率：b）， 则S= b 即：只当空气中包含水成物粒子时才存在
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湿空气达到饱和的主要途径
df de Lv dT f e RvT 2 Lv dT de e RvT T T 273.15 K ; Lv 2.50 10 J / kg; Rv 461.5 J / kgK
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Lv 19.8 RvT
所以：增大相对湿度有两个途径：增加水汽 （de>0）和降温（-dT>0），一般来说，大 气中形成自然云雾，主要以降温过程为主。
宏 观 过 程 乱 流 混 合
湿空气达到饱和的主要途径 - 降温机制
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云雾形成的宏微观条件
尺度 本质 途径 云顶或高云的冰晶自然播撒 冰相出现 冻结核 新冻结核增入 降温达冻结核活化温度 雪花下降融为大滴 吸湿性巨核溶化形成大滴 大滴出现 混合核表面吸湿成大滴 碰并成大滴 溶液出现 盐粒或SO2、CO2、NH3等溶入水滴 高温水滴被气流带入低温区 降温 高温区有低温气流进入 局地膨胀降温 水滴带电 离子附于水滴 原因 举例 雪幡


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地表上的水 – 全球年水量平衡
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空气中水分的来源
云雾降水水汽聚集：
热力：蒸发 动力：输送
蒸发：
主要是江河湖海面的蒸发
云雾滴本身的蒸发促使云雾消散
全球水份循环
海陆：陆上各纬度降水大于蒸发 纬度：1)赤道辐合带、高纬副极地低压带和锋面使降水大于蒸 发；2)10-40°蒸发大于降水蒸发主要来自副热带洋面 南半球副热带洋面宽广蒸发大 陆上蒸发对于一些远离海岸或盛行风上风方地区的局地降水有 22 重要作用
降温与增湿 宏观与微观
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地表上的水 – 全球水分循环

海洋、大气和陆地的水，随时随地通过蒸发、水 汽输送、降水、下渗和地表与地下径流等水文过 程，进行着连续的大规模交换，称为水分循环。 自海洋表面蒸发的水分，上升凝结后直接降落海 洋中，或自陆地表面蒸发的水分，上升凝结后也 有一部分直接降落陆地上，这种水分循环就叫水 分内循环，或称小循环。 当海洋上蒸发的水分，被气流带到陆地上空以雨 雪形式降落到地面时，一部分通过蒸发或，一部 分通过蒸发和蒸腾返回大气，一部分渗入地下形 成土壤水或潜水，另一部分形成径流汇入河流， 最终仍注入海洋，这叫做水分的海陆循环，或称 外循环。