云降水物理
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卷积云的主要特征
• 由白色鳞片状的小云块组成的; • 云块常成群地出现在天空,看起来很象微风 拂过水面所引起的小波纹; • 卷积云常由卷云和卷层云蜕变而成,所以出 现卷积云时,常伴有卷云或卷层云。
卷积云
卷积云
• 1、积状云 • 2、层状云 • 3、卷云 • 4、雾
1、积状云
• 积状云是大气对流运动的产物,故又称对流云。包括淡积 云、浓积云和积雨云,它们是孤立、分散而又垂直发展的 云块。发展旺盛的积状云常伴随雷暴、暴雨、冰雹、龙卷 等灾害性天气。
1.高层云(As) 2.高积云(Ac)
高层云 •简写符号: As •填图符号:
高层云的主要特征
• 浅灰色的云幕; • 水平范围很广,常布满全天。
高层云分为: 透光高层云 蔽光高层云
透光高层云
蔽光高层云
高积云 •简写符号: Ac •填图符号:
高积云的主要特征
•由白色或灰白色的薄云片或扁平的云块 组成的; •云块或云片有时是孤立分散的,有时又 聚合成层。成层的高积云中,云块常沿 一个或两个方向有秩序地排列着。
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 冷却
地面、逆温层顶、尘埃或云层顶部 形成的辐射雾及层状云
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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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辐射降温
湿空气达到饱和的主要途径 –
降温机制
•平流降温
平流雾
Here, warm air from the land is cooled when it passes over colder water (in
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云雾形成的宏微观条件
尺度 本质 原因
途径
举例
对流 孤立对流 Cu、Cb、Ac等
镶嵌对流, Ac、Cc等
即细胞对流
宏 观
上升 斜升 锋面斜升 膨胀
冷却 降
地形斜升
暖锋、缓行冷锋、静止锋上的Ci、 Cs、As、Ac、Ns等
上坡雾、Sc等
过温 程
波动 风切变 荚状、波状、涡条状Ci、As、Sc 气流过山 等
• 在云的美丽形态背后是各种有趣的物理、化学 特征和规律,涉及到动力学、微物理学、热力 学、湍流、辐射传输、非均相化学等宽广的领 域,是我们深入探索自然的又一广阔空间。
云降水物理学的性质和研究对象
• 云、雾、降水物理过程是大气水循环的核心组成部 分,是地球大气的热量、水分和动量平衡的关键因 素,它不仅影响局地和短期天气过程,也影响大气 环流和全球气候变化。此外,云和降水还会影响大 气污染、大气雷电和电磁波传播等过程。
载辐合 却
宏 观
湿空气 乱流层顶降温增湿 St、Sc等 垂直混 而致
过 (合
程 乱温 流湿 混均 合变 )
湿空气 水平混
合
冷湿空气被混合后 锋际云雾 增温增湿(增湿为 主)
暖湿空气被混合后
降温降湿(降温为
主)
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第三章 云雾的宏观特征
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一、云的分类 (一)根据云底高度分类 (二)根据云的外貌特征分类
• 伴随雷电并不断产生降水的较大积云被称作积雨云(Cb),积雨云持续 时间在1小时以上,或者继续发展,在水平方向伸展到100km甚至更大的 范围。其重要性在于强烈的天气过程多与积雨云相伴随,如冰雹、暴雨、 大风等。
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雨层云的主要特征
•幕状降水云层,云底因降水而模糊不 清; •云层很厚,云底灰暗,完全遮蔽日月; •出现时常布满全天,能降连续性雨雪。
雨层云
雨层云
碎雨云 •简写符号: Fn •填图符号:
碎雨云的主要特征
随风漂移形状极不规则 云量极不稳定 云高很低,通常几十米到300米
碎雨云
碎雨云
三、中云的外貌特征
粒子(雨、雪、霰和冰雹等)为对象,尺度仅 为0.1 μm ~ 1 cm,以水汽的相变热力学和气
溶胶力学为基础,从微观角度研究云和降水粒 子的形成、增长和转化等物理过程
• 云物理学的微观和宏观两个方面虽然在研究对象尺度上存在巨大 差异,但不同尺度的粒子、云系(云体)之间是相互联系、相互 作用的。一方面,云和降水的微物理过程在相当大的程度上受到 云中大气运动的制约。云发展和降水形成的宏观动力过程提供了 微物理过程进行的背景,决定性地影响了云粒子的数密度、初始 大小分布及其物理性质,限定了微物理过程进行的速率和持续时 间,以及最终降水量的大小,而且只有研究了云动力学过程,才 能知道微物理过程中哪些是重要的,所以云动力学在云和降水物 理学的研究中具有基本的意义。另一方面,微物理过程对于宏观 动力过程又有重要的反馈作用。云和降水粒子的凝结和凝华、蒸 发和升华改变了水汽密度,伴随着相变潜热的释放和吸收,又提 供了一种重要的热源和热汇,它极大地影响了云体内外空气的运 动,而降水粒子的拖曳作用又常常是促使云体消散、崩溃的一个 重要因素
淡积云
机场上空的淡积云
淡积云上的飞行
浓积云 •简写符号: TCu
•填图符号:
浓积云的主要特征
•云块底部平坦而灰暗,顶部凸起而 明亮;
•云体高大,象大山或高塔; •厚度通常在1000~2000米之间,
厚的可达6000米。
发展中的浓积云
浓积云
浓积云顶
积雨云 •简写符号: Cb
•填图符号:
云降水物理
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• 第一章 绪论 • 第二章 云雾形成的宏观条件 • 第三章 云雾的宏观特征 • 第四章 云降水的微观特征 • 第五章 云雾形成的微物理基础 • 第六章 核化理论 • 第七章 降水粒子的增长和降水机制
第一章 绪论
• 云降水物理学的性质和研究对象 • 研究目的和意义
• 从太空遥望地球,60%~70%的地球表面被云 覆盖(Quante,2004),仅露出小片陆地。 从地面仰望天空,云则千姿百态、千变万化。 云为我们提供淡水、清洁大气、调节天气与气 候,决定了我们赖以生存的地球环境状态,是 地球系统的重要组成部分。
透 光 高 积 云
透光高积云
蔽光高积云
积云性高积云
絮状高积云
四、高云的外貌特征
1.卷云(Ci) 2.卷层云(Cs) 3.卷积云(Cc)
卷云 •简写符号: Ci •填图符号:
卷云的主要特征
•具有纤维状结构; •常呈丝状或片状,分散地漂浮在空中; •常为白色并带有丝一般的光泽;日出 之前或日落之后,常带有黄色或红色。
第二章 云雾形成的宏观条件
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• 云是自由大气中热力过程和动力过程的外观表现。 各种云、雾都是大气中空气湿度相对冰面或水面来说 变得过饱和时才形成的。大气中可以充当凝结核的气 溶胶粒子是很多的,因此从宏观角度讨论云雾形成过 程时仅需研究使空气达到饱和的过程,而不必考虑气 溶胶粒子。
湿空气达到饱和的主要途径
(一)根据云底高度分类
1.低云 云底高度在2000米以下
2.中云 云底高度在2000~6000米之间
3.高云 云底高度在6000米以上
(二)根据云的外貌特征分类
根据云的外貌特征分为十四种: 高云三种: 卷云、卷层云、卷积云 中云两种: 高积云、高层云 低云九种:
淡积云、浓积云、积雨云、 层 云、层积云、雨层云、 碎积云、碎层云、碎雨云。
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 eE
Clausius-Clapeyron
Eq.: dE E
Lv dT RvT 2
df f
de e
Lv dT RvT 2
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湿空气达到饱和的主要途径
df f
de e
Lv dT RvT 2
de Lv dT e RvT T
T 273.15K; Lv 2.50106 J / kg; Rv 461.5J / kgK
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。
summer, usually). Sea fogs are produced in this way, when air above warmer water
moves across colder water and is cooled.
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云雾形成的宏观条件
尺度 本质 原因
途径
举例
平流增 冷空气流经暖水面 蒸汽雾 增 湿 湿空气流入冷地面 雾、有时地面附有淞附物 湿 水汽运 继之以上升膨胀冷 为形成云创造重要条件
碎积云
碎积云
层积云 •简写符号: Sc •填图符号:
层积云的主要特征
• 由大而松散的云块、云片或云条等组成; • 呈灰色或灰白色,厚时呈暗灰色。 • 可分为:
透光层积云 蔽光层积云 堡状层积云 积云性层积云
透光层积云
蔽光层积云
层积云顶
层积云上飞行
积云性层积云
堡状层积云
层云 •简写符号: St •填图符号:
云的分类表
二、低云的外貌特征
低云有9种: 1.淡积云(Cu) 2.浓积云(TCu) 3.积雨云(Cb) 4.碎积云(Fc) 5.层积云(Sc) 6.层 云(St) 7.碎层云(Fs) 8.雨层云(Ns) 9.碎雨云(Fn)
1.淡积云 •简写符号: Cu
•填图符号:
淡积云(Cu)
主要特征:
• 孤立分散的小云块; •底部较平,顶部呈圆弧形凸起,象小土包; • 云体的垂直厚度小于水平宽度。
和降水的形成、发展和消散过程,是大气科学 中最为重要的分支学科之一。
• 根据研究对象尺度的大小,云物理学可分为宏 观云物理学和微观云物理学。宏观云物理学以 水平、垂直尺度大于10 m的云或云系为对象,
以热力学、大气动力学为基础,将云作为一个 整体,研究其形成、发展和衰亡的热力—动力
过程及其演变规律。而微观云物理学则以云体 的组成元素——云粒子(云滴、冰晶)和降水
Real-time image vedio inside the convective cloud
霰
. 积云的特征及其形成理论
一般特征
• 因不稳定空气的对流形成,其垂直尺度决定于不稳定层的厚度和不稳定 度的大小,可与其水平尺度相当。
• 多由较小的热泡中水汽凝结后不断发展而成,典型水平尺度为3km,发展 旺盛的积云在垂直方向可伸展到对流层顶,甚至达到平流层底数公里范 围。
• 云降水物理学,简称云物理学,广义上可定义为大 气中云和降水的科学,或者说是大气中水的科学, 包括云和降水的分类、形成、演变,以及从云中辐 射传输、云中光电现象一直到云降水化学等广泛内 容。
• 通常讨论的云降水物理学是以大气热力学和大 气动力学为基础,研究大气中水分在不同阶段
所经历的物理过程,具体而言就是研究云、雾
•可分为:毛卷云、密卷云、钩卷云、和伪 卷云。 Cs •填图符号:
卷层云的主要特征
• 乳白色的云幕,常布满全天; •透过卷层云能很清楚地看出日月的轮廓,而 且在日月的外围,经常出现一个内红外紫的 彩色晕圈。
卷 层 云
卷层云
卷积云 •简写符号: Cc •填图符号:
研究目的和意义
• 云、雾和降水是在一定的天气形势条件下产生和发 展的,大部分重要的天气现象,如雷暴、冰雹、龙 卷以及暴雨、梅雨、台风、连阴雨等,都与云和降 水有关。所以云和降水物理学与天气学有密切的关 系。同时,云和降水过程是地球大气的热量、水分 和动量平衡的关键因素,它不仅影响局地和短期天 气过程,也影响大气环流和全球气候变化。此外, 云和降水还会影响大气污染、大气雷电和电磁波的 传播。因此,云和降水物理学与气候学、动力气象 学、大气物理学、大气探测和大气化学等分支学科 及其应用技术都有密切的联系。
积雨云的主要特征
•云体十分高大,象大山或高峰; •云顶有白色的纤维结构,有时扩展成马鬃 状或铁砧状; •云底阴暗混乱,有时呈悬球状、滚轴状或 弧状; •常伴有雷电、狂风、暴雨等恶劣天气。
鬃状积雨云
砧状积雨云
砧状积雨云
积雨云底
碎积云 •简写符号: Fc •填图符号:
碎积云
主要特征: 云块破碎,中部稍厚,边缘较薄,随风 漂移,形状多变。云块厚度通常只有几 十米。
层云的主要特征
• 云底呈均匀幕状,模糊不清,象雾;
• 云底高度很低,通常仅50~500米,常笼罩 山顶或高大建筑。
层云
层云顶
碎层云 •简写符号: Fs •填图符号:
碎层云的主要特征
•云体呈破碎片状,很薄; •形状极不规则,变化明显; •云高通常为50~500米。
碎层云
碎层云
雨层云 •简写符号: Ns •填图符号: