第三章 大气中的水分

第三章大气中的水分
[主要内容]
本章主要讨论大气中水分的蒸发和凝结等水分相变的物理机制，云、雾、露、霜等天气现象形成的物理过程，降水形成的物理过程，降水的分布规律和人工影响降水的原理与方法。

[名词解释]
蒸发、凝结、三相点、蒸发潜热、融解潜热、升华潜热、冰晶效应、露、霜、霜冻、雾凇、雨凇、辐射雾、平流雾、云、雨、雪、霰、雹、链锁反应、冷云、暖云、人工降雨。

1、蒸发：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。

2、凝结：水汽由气态变为液态的过程。

3、三相点：三相点是指在热力学里，可使一种物质三相（气相，液相，固相）共存的一个温度和压强的数值。

4、蒸发潜热：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。

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。

5、溶解潜热：冰融化为水所需消耗的潜热。

（3.34×105J/kg）
6、升华潜热：（2.8×106J/kg）
7、冰晶效应：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，就会产生冰水之间的水汽转移现象。

水滴会应不断蒸发而缩小，冰晶会因不断凝华而增大。

8、露：空气中水汽含量过饱和时，在地面或地物的表面就会有水汽的凝结，，如果此时的露点温度在0℃以上，在地面或地物上就出现细小的水滴，称为露。

9、霜：空气中水汽含量过饱和时，在地面或地物的表面就会有水汽的凝结，，如果此时的露点温度在0℃以下，则水汽直接在地面或地物上凝华成白色的冰晶，称为霜。

10、霜冻：指在农作物生长季节里，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。

11、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。

12、雨凇：是形成在地面或地物迎风面上的透明的或毛玻璃状的紧密冰层。

13、辐射雾：是由地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的。

14、平流雾：是暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成的。

15、云：是悬浮在自由大气中的水汽凝结物。

16、雨：自云体中降落至地面的液体水滴。

17、雪：从混合云中降落到地面的雪花形态的固体水。

18、霰：从云中降落至地面的不透明的球状晶体，由过冷却水滴在冰晶周围冻结而成。

19、雹：是由透明和不透明的冰层相间组成的固体降水，呈球形，常降至积雨云。

20、链锁反应：云中水滴增大--破碎--再增大--再破碎的循环往复过程，常用来解释暖云降水的形成。

也称为暖云的繁生机制。

21、暖云：云顶温度高于冻结温度，而且由水滴构成的云称为暖云。

22、人工降雨：人工降雨就是根据自然界降水形成的原理，特别是不同云层的物理特性，选择合适时机，用飞机、火箭弹向云中播散干冰、碘化银、盐粉等催化剂，人为地补充某些形成降水所必须的条件，促使云滴迅速凝结或并合增大，形成降水。

[填空]
1、水汽的临界温度是_t k=374℃_，临界压力是_E k=2.2×105hPa_。

三相点的温度和压力分
别是_t0=0.0076℃_、_E0=6.11hPa_。

2、设e为实际水汽压，E饱和水汽压。

当E>e时是_蒸发（未饱和）_过程，当E=e时是_
动态平衡（饱和）_过程，E<e时是_凝结（过饱和）_过程。

3、水的蒸发潜热为_2.5×106J/kg_、融解潜热为_3.34×105J/kg_、升华潜热_2.8×106J/kg_。

4、饱和水汽压与温度的关系可由_克拉伯龙-克劳修斯方程_描述。

5、冰面的饱和水汽压比同温度过冷却水面的饱和水汽压_小_，两者在_-12℃_时相差最大。

6、溶液面的饱和水汽压比纯水面的饱和水汽压_小_，浓度越高，饱和水汽压越_小_。

7、温度相同时，不同形状的蒸发面，_凸_面的饱和水汽压最大，_平_面次之，_凹_最小。

凸面的曲率愈大，饱和水汽压_越大_，凹面的曲率愈大，饱和水汽压_越小_。

8、影响蒸发的因素有_水源_、_热源_、_饱和差（E-e）_、_风速与湍流扩散_。

9、相对湿度的日变化与气温的日变化_相反__，最高值出现在_清晨温度最低时_最低值出
现在_午后温度最高时_。

相对湿度的年变化一般以_冬季_最大，_夏季_最小。

10、大气中水汽凝结或凝华的一般条件是_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_。

使空气达到饱和的途径有_通过蒸发增加空气中水汽含量_、_通过冷却减少饱和水汽压_或_两者的共同作用_。

大气冷却的方式有_绝热冷却_、_辐射冷却_、_平流冷却_、_混合冷却_。

11、形成露和霜的气象条件是_晴朗微风的夜间_。

12、我国四川盆地是有名的_辐射_ 雾区。

13、大气的上升运动主要有如下四种形式：_热力对流_、_动力抬升_、_大气波动_、_地形
抬升_。

14、淡积云又叫_晴天积_云，是_连续晴天_的预兆。

早上有浓积云是_雷雨_ 的预兆。

傍晚
层积云是_连晴_的预兆。

15、如果天空有晕，表明有_卷层_云移来，未来将有_雨层_ 云移来，天气将转雨。

16、“瓦块云，晒死人”、“天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻”是指_透光高积_云或_透光层积_
云出现时，天气晴好而少变。

17、降水的类型，按形态分有__雨__、_雪__、__霰___、__雹___。

按性质分有_连续性降水
_、_阵性降水_ 。

按强度分有__小雨___、_中雨_、_大雨_、_暴雨_、_大暴雨_、_特大暴雨_(雨)；__小雪__、__中雪__、_大雪_(雪)。

18、层状云的降水是_连续_ 性的；积状云的降水是_阵_性的；波状云的降水是_阵_性的。

19、人工影响冷云降水的方法，一是_在云中投入冷冻剂，如干冰_；二是_引入人工冰核（凝
华核或冻结核），如碘化银_。

20、人工人工影响暖云降水的方法是_①引入吸湿性核（如食盐）②直接引入30-40μm的
大水滴③引入表面活性物质_。

[问答题]
1、影响饱和水汽压的因素有哪些？它们对饱和水汽压的影响如何？
①蒸发面温度：随着温度的提高，饱和水汽压按指数规律迅速增大。

②蒸发面性质：在相同温度条件下，冰面上的饱和水汽压总是要小于过冷却水面的饱和
水汽压。

和纯水面相比，溶液面的饱和水汽压小于纯水面的饱和水汽压；溶液浓度越大，则饱和水汽压越小。

③蒸发面形状：温度相同时，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；凹面的曲率越大，饱和水汽压越小。

2、辐射雾、平流雾形成的有利天气条件是什么？
辐射雾:①空气中有充足的水汽②天气晴朗少云③风力微弱（1-3m/s）④大气层结稳定
平流雾:①下垫面与暖湿空气的温差较大②暖湿空气的湿度大③适宜的风向（由暖向冷）和风速（2-7m/s）④层结较稳定。

3、降水是如何形成的？层状云、积状云和波状云的降水情况如何？
降水形成：就是云滴增大为雨滴、雪花或其他降水物，并降至地面的过程。

层状云：①因卷层云中含水量较小，云底又高，所以除了在冬季高纬度地区的卷云可以降微雪以外，卷层云一般是不降水的。

②雨层云和高层云经常是混合云，雨层云和高层云的降水与云厚和云高有密切关系，云越厚、越低、降水就越强，雨层云比高层云的降水大的多。

③由于层状云云体比较均匀，云中气流也比较稳定，所以层状云的降水是连续性的，持续时间长，降水强度变化小。

积状云：①淡积云由于云薄，云中含水量少，而且水滴又小，所以一般不降水。

②浓积云是否降水随地区而异，在中高纬度地区，浓积云的厚度、云中含水量和水滴都较大，虽然云中没有冰晶存在，但水滴之间冲并作用显著，故可降较大的阵雨。

③积雨云是冰水共存的混合云，云的厚度和云中含水量都很大，云中升降气流强，因此云滴的凝华增长和冲并作用均很强烈，致使积雨云能降大的阵雨、阵雪，有时还可下冰雹。

④积状云的降水是阵性的。

波状云：①由于含水量较小，厚度不均匀，所以降水强度较小，往往时降时停，具有间歇性。

②层云只能将毛毛雨，层积云可降小的雨、雪和霰。

③高积云很少降水。

但在我国南方地区，由于水汽比较充沛，层积云也可产生连续降水，高积云有时也可产生降水。

4、人工降雨的原理和方法是什么？
原理：根据自然界降水形成的原理，人为地补充某些形成降水所必须的条件，促使云滴迅速凝结并合增大，形成降水。

方法:a.人工影响冷云降水①在云中投入冷冻剂，如干冰②引入人工冰核（凝华核或冻结核），如碘化银。

b.人工影响暖云降水①引入吸湿性核（如食盐）②直接引入30-40μm 的大水滴③引入表面活性物质。

5、全球降水的分布有何特点？影响降水分布的因素有哪些？
特点：①从赤道向两极降水量渐渐减少，在0-15°的热带地区降雨量最大；在南、北纬度约15～30°的热带和亚热带地区，由于下沉运动占优势，不利于云雨形成，降水量达到最小值，一般不到500毫米。

②在温带是锋面气旋活动频繁的地方，暖空气沿锋面上升，降水又有增加，年降水量达500～1000毫米，成为地球上第二个多雨带。

③到两极地区，温度低，水汽少，降水量显著减少，而且主要是降雪，极地也是地球上的少雨带。

地球上最大年降水量出现在印度的乞拉朋齐。

影响因素：降水的分布与大气的运动、气团和锋带的活动以及海陆分布等有密切的关系。

主要的影响因子有：
①空气温度对大气最大水汽含量的限制。

这一点对高纬度和冬季大陆内部很重要；
②纬向的水汽输送主要是由大气平流造成的；
③海陆分布；
④山区的分布对局地盛行风的影响，也制约着降水分布。