水汽-云-降水(大气科学导论-张苏平)

层云
碎层云
直展云：积云
垂直向上发展的，顶部呈圆弧形或圆
弧形重叠凸起，而底部几乎是水平的云块。 云体边界分明。
淡积云
碎积云
浓积云
秃积雨云
鬃积雨云
基本云型的小结
• •
在水平线附近可过高估计云量，因为两个云之间的 距离缝隙变小； 远处看，与降水无关的云比它们本来的显示厚和黑。 因光穿过长距离，比近处的云吸收多。
Cloud temperature
LCL Dew point of rising bubble
10 15 20 25 30 Temperature ( oC)
Temperature of rising bubble
35
不稳定的原因
温度随高度快速下降， 上部空气冷却和地表空气 加热， 前者为：①冷平流， 风带来冷空气；②云（或 空气）向外太空辐射（辐 射冷却）； 后者为：①白天热太 阳加热地表；②暖平流被 风带入（暖平流）；③空 气经过暖表面。
大气科学导论
第五章
水汽、云与降水
张苏平 zsping@ouc.edu.cn
1. 水汽的相变与作用 2. 云的产生与雾 3. 降水的原因
The composition of the air
Permanent gases
Gas Symbol Percent (by volume) dry air 78.08 20.95 0.93 0.0018 0.0005 0.00006 0.000009 Gas and particles Water vapor
1887年，瑞典Abercromby和Hildebrandsson 评述了上述系统并发表了云图（国际云图），一直用 到现在（除了少数特殊的云），分4族10属。
每族以云底高度来区分：高、中、低云、和垂直 比水平发展强的云族（简称直展云）(中国为3族10属， 即直展云也并入低云)。
云的名称
根据云低高度和垂直发展。
• 大的粒子可除去更多的水汽，使RH降低。 而小粒子易蒸发，使RH增大。因此，小核 曲率效应影响大，大核才可能变成雨滴。
一、碰并过程
大滴在路上与小滴碰撞和合并。
影响降水因素
• 液态水含量
• 滴大小的分布 • 云厚 • 云中上升气流 • 滴的电性和云中电场
二、冰晶过程
冷云
水滴与冰晶表面的饱和比较
透光高层云
蔽光高层云
低云：雨层云
厚而均匀的降水云层，完全遮蔽日 月，呈暗灰色，布满全天，常有连续性
降水。如因降水不及地，在云底形成雪
（雨）旛时，云底显得混乱，没有明显 的界限。
雨层云
碎雨云
透光层积云
蔽光层积云
积云性层积云
堡状层积云
荚状层积云
低云：层云
云底低而均匀的云层，象雾，
但不接地，呈灰色或灰白色。
卫星观测云
静止气象卫星
极轨气象卫星
红外测云 示意图
可见红外卫星云图
水汽云图
降水的原因 任何形式的水（液或固态） 从云中落到地面，称为降水。
有云不一定降水
云雨滴大小
典型大小(直径)： 雨滴：2000微米 云滴：20微米 凝结核：0.2微米
云滴变大需要的相对湿度
凝结核
• 吸湿性凝结核，降低了饱和水汽压（称溶 质效应）。结果RH<100%，也能凝结。 • 不同大小凝结核，RH<100%时，凝结开始， RH增大到100%时，曲率效应对大核作用可 忽略，而对小核作用明显。
（一）高云：卷云
丝缕状结构，柔丝般光泽，分离 散乱。云体通常白色无暗影，呈丝条 状、羽毛状、马尾状、钩状、团簇状、
片状和砧状等。
毛卷云
密卷云
伪卷云
钩卷云
毛卷层云
薄幕卷层云
中云：透光高积云
蔽光高积云
荚状高积云
积云性高积云
絮状高积云
堡状高积云
中云：高层云
带有条纹或纤缕结构的云幕，有时较 均匀，颜色灰白或灰色，有时微带蓝色。 云层较薄的部分，可以看到昏暗不清的日 月轮廓，看去好象隔了一层毛玻璃。厚的 底部比较阴暗，看不到日月。由于云层厚 度不一，各部分明暗程度也就不同，但是 云底没有显著的起伏。
干空气块或未饱和空气块的运动
绝热过程：湿绝热过程
6°C/1000m
运动过程中气块始终饱和
湿绝热减温率：小于10 °C /1000m
Cumulus Cloud Development
3 2.5 e w
Cloud top
Altitude (km) Altitude (km)
2 d 1.5 1 0.5 0 5
污染物
露和霜
霾
是一层灰尘层或盐粒层
平流雾
热空气移到冷表面形成。
辐射雾
低处的辐射雾：山谷雾
图：ENSO示意图
相变-潜热气候变化
大气中的水循环
云的产生与 分类
短波反射：阳伞效应
长波吸收：温室效应
引入气块的概念
P=ρRT
上升气块膨胀冷却，下沉气块压缩增温。
绝热过程：干绝热过程
干绝热减温率: 10 °C /1000m
水面与冰面饱和水汽压的差异
水汽转移过程
链式反应
降水类型
主要类型包括： 毛毛雨，雨，雪，冰丸，冻雨，雹。
雨
雨幡
• • • • • • • •
毛毛雨 雨 雨幡 阵雨 暴雨 连续性雨 酸雨 雨强
雨滴形状
雪
雪幡
雪花
雪花复杂形式
冻雨
冰雹
冰雹切片

为什么水汽和尘埃是大气的重要成分？ 简述水汽相变的作用？
1、水汽的相变与 作用
水面上的蒸发
Variable gas : water vapor
Phase
transformation (weather producer). Latent heat greenhouse gas
凝结核
云凝结核：
半径0.1微米
吸湿性 非吸湿性 火山灰，尘
埃，盐粒，
Hydrogen
N2 O2 Ar Ne He H2 Xe
H2O
Carbon dioxide CO2 Methane甲烷 Nitrous oxide Ozone Particles Chlorofluoroca (CFCs) rbons CH4 N2O O3
Xenon氙
0.00000001 0.0001
云的发展生长
表面加热和自由对流 地形
空气辐合 引起的大范围抬升
沿锋面的抬升
对流和积云
凝结高度以上的稳定度和积云
淡积云Βιβλιοθήκη Baidu
浓积云
积雨云
积云发展景象
积雨云
气流过山导致的荚状云
云的分类
1802年，法博物学者拉马克提出了第一个区分云的系统。 1803年，英国博物学者L. Howard，发展的云分类系统得到 了公众的接受。依据地面观测，引入拉丁字来描述。 薄层状的，Stratus，(层状, layer)，层云 膨胀的泡沫状的，Cumulus，(团团的, heap)，积云 丝缕状的，Cirrus，(卷卷头发的, Curl of hair)，卷云 下雨的云，Nimbus，(强烈降水的,Violent rain)，雨云
Variable gases
Symbol Percent Parts per (by million volume) (ppm) 0 to 4 0.035 0.00017 0.00003 0.000004 0.000001 355 1.7 0/3 0.04 0.01
Nitrogen Oxygen Argon氩 Neon氖 Helium 氦