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1、第三章大气的水分第1页，共53页，编辑于2022年，星期二 第三章第三章 大气的水分大气的水分第一节第一节 蒸发与凝结蒸发与凝结第二节第二节 地表面和大气中的凝结物地表面和大气中的凝结物第三节第三节 降水降水第2页，共53页，编辑于2022年，星期二一、水相变化一、水相变化1、水相变化的物理过程、水相变化的物理过程 蒸发蒸发-由水变成水汽的物理过程。由水变成水汽的物理过程。蒸发潜热蒸发潜热-1g水蒸发为同温度下的水汽所需消耗的热水蒸发为同温度下的水汽所需消耗的热量。量。L=2497焦耳焦耳/g 凝结凝结 凝结潜热凝结潜热-凝结时所释放的热量凝结时所释放的热量.L=2497焦耳焦耳/g 凝华凝华
2、 升华升华第3页，共53页，编辑于2022年，星期二 升华潜热升华潜热 =融解潜热融解潜热+蒸发潜热蒸发潜热 =334.7+2497=2831.7焦耳焦耳/g 凝华潜热凝华潜热 潜热交换过程潜热交换过程-这种由水的相变导致的热量吸收和释放过这种由水的相变导致的热量吸收和释放过程。程。潜热能潜热能-水的相变过程伴随有能量转化和交换，这水的相变过程伴随有能量转化和交换，这种能量为潜热能。种能量为潜热能。第4页，共53页，编辑于2022年，星期二蒸发面是出现蒸发（升华）还是凝结（凝华），其决蒸发面是出现蒸发（升华）还是凝结（凝华），其决蒸发面是出现蒸发（升华）还是凝结（凝华），其决蒸发面是出现蒸发（
3、升华）还是凝结（凝华），其决定条件是什么？定条件是什么？定条件是什么？定条件是什么？p e E 凝结过程凝结过程 实际水汽量达到过实际水汽量达到过 饱和状态饱和状态.p e=E 实际水汽量达到饱和状态，无实际水汽量达到饱和状态，无 蒸发也无凝结蒸发也无凝结.-e 与与 E2、水相变化的判据、水相变化的判据第5页，共53页，编辑于2022年，星期二二、饱和水汽压（二、饱和水汽压（E E）1 1、E E与与蒸发面蒸发面T T的关系的关系-E-E随随T T的升高而增大的升高而增大.思考：这是为什么？思考：这是为什么？注意两点：注意两点：E E随随T T的升高而增大。这意味着由于的升高而增大。这意味着
4、由于T T的升高，的升高，原来饱和的空气可变为不饱和，重新出现原来饱和的空气可变为不饱和，重新出现蒸发；相反，蒸发；相反，T T下降，下降，E E下降，意味原来饱下降，意味原来饱和状态的空气变为过饱和状态，多余的水和状态的空气变为过饱和状态，多余的水汽可能出现凝结。汽可能出现凝结。第6页，共53页，编辑于2022年，星期二n处在不同处在不同T下的饱和空气，如果下降同样的下的饱和空气，如果下降同样的T，那么，在高温条件下的饱和空气凝结的，那么，在高温条件下的饱和空气凝结的水汽量要比低温条件凝结的水汽要多。水汽量要比低温条件凝结的水汽要多。n思考：为什么暴雨总是发生在暖季？思考：为什么暴雨总是发生
5、在暖季？2 2、E E与蒸发面性质的关系与蒸发面性质的关系n冰面和过冷却水冰面和过冷却水v E E冰冰 E E过冷却水过冷却水 思考：为什么？思考：为什么？第7页，共53页，编辑于2022年，星期二v这就是这就是“冰晶效应冰晶效应“，又称贝吉龙理论，对降，又称贝吉龙理论，对降水的形成起重要作用。水的形成起重要作用。n溶液面和纯水面溶液面和纯水面vE E溶溶 E E纯纯 思考：为什么？思考：为什么？冰冰 晶晶水滴水滴E E冰冰 e e E E过冷却水过冷却水E E冰冰 e ee e E E过冷却水过冷却水第8页，共53页，编辑于2022年，星期二n n E与蒸发面形状的关系与蒸发面形状的关系p大
6、、小水滴的饱和水气压大、小水滴的饱和水气压大水滴的曲率小，小水滴曲率大大水滴的曲率小，小水滴曲率大.E大水滴大水滴 E小水滴小水滴E大水滴大水滴 e e 平水面平水面 E EB B 凹水面（曲率小）凹水面（曲率小）E EC C第9页，共53页，编辑于2022年，星期二 三、影响蒸发的因素三、影响蒸发的因素（1）水源）水源（2）热源）热源（3）饱和差）饱和差E-e（4）风速和湍流扩散的强度）风速和湍流扩散的强度第10页，共53页，编辑于2022年，星期二四、空气湿度的时间变化四、空气湿度的时间变化1、水汽压、水汽压（1）日变化）日变化 湍流较强夏季（陆地）湍流较强夏季（陆地）:一天中有两个最高值
7、（一天中有两个最高值（9h10h,21h22h)和和两个最低值（清晨、午后）两个最低值（清晨、午后）.湍流不强季节（海洋、沿海或陆地）湍流不强季节（海洋、沿海或陆地）:一天中有一个最高值（午后）和一个最低值一天中有一个最高值（午后）和一个最低值（清晨）清晨）.第11页，共53页，编辑于2022年，星期二（2）年变化）年变化-一年中有一个最高值和最低值一年中有一个最高值和最低值.2、相对湿度（、相对湿度（f=e/E x 100%）（1）日变化：）日变化：（2）年变化：年变化：第12页，共53页，编辑于2022年，星期二五、水汽凝结的条件五、水汽凝结的条件（1）空气要达到饱和或过饱和状态）空气要达
8、到饱和或过饱和状态.q增加大气中水汽过饱和状态的过程：增加大气中水汽过饱和状态的过程：I.暖水面蒸发暖水面蒸发II.空气的冷却（绝热冷却、辐射冷却、平空气的冷却（绝热冷却、辐射冷却、平流冷却）流冷却）（2）要有凝结核）要有凝结核q中国雾都中国雾都-重庆重庆Back第13页，共53页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 地表面和大气中的凝结现象地表面和大气中的凝结现象 一、地面的水汽凝结物一、地面的水汽凝结物 1、露和霜、露和霜第14页，共53页，编辑于2022年，星期二p 谚语：露水起晴天，霜重见晴天。谚语：露水起晴天，霜重见晴天。p 谚语：谚语：冬天吹大风，日头火样红；冬天吹大风，日头火样
9、红；日落红霞现，风停霜必浓。日落红霞现，风停霜必浓。p 在农业生产上，我们要预防的是霜还在农业生产上，我们要预防的是霜还 是霜冻？为什么？可采用什么措施？是霜冻？为什么？可采用什么措施？第15页，共53页，编辑于2022年，星期二n 露和霜露和霜 概念概念-近地面空气中水汽，因地面或地面物体辐近地面空气中水汽，因地面或地面物体辐射冷却，使其温度低于贴地空气的射冷却，使其温度低于贴地空气的Td 时，时，水汽则凝结在地面或近地面物体上。那么水汽则凝结在地面或近地面物体上。那么p若若Td 0 0，凝结物是水滴，称为露凝结物是水滴，称为露.p若若Td Td，有霜冻而无霜出现，称为有霜冻而无霜出现，称为
10、黑霜；黑霜；低温低温 Td，有霜冻同时有霜出现，称为有霜冻同时有霜出现，称为白霜；白霜；第18页，共53页，编辑于2022年，星期二2 2、雾凇和雨凇、雾凇和雨凇p 雾凇雾凇-过冷水滴凝聚而成的白色固体凝结物。过冷水滴凝聚而成的白色固体凝结物。l晶状雾凇晶状雾凇-在有雾、微风、冰晶与过冷却水共存，在有雾、微风、冰晶与过冷却水共存，T-15T-15天气条件下，过冷却雾滴蒸发后，天气条件下，过冷却雾滴蒸发后，由水汽凝华而成。由水汽凝华而成。l粒状雾凇粒状雾凇-在有雾、风速较大，在有雾、风速较大，T=-2-7 T=-2-7 天气里，天气里，风把过冷雾滴吹到冷的物体表面迅速冻结风把过冷雾滴吹到冷的物体
11、表面迅速冻结而成。而成。第19页，共53页，编辑于2022年，星期二n雨凇（冰凌、冻雨）雨凇（冰凌、冻雨）-由过冷却雨滴降到由过冷却雨滴降到T0 T0 的地面或地物上，的地面或地物上，立即冻结成透明或毛玻璃状的紧密冰层，立即冻结成透明或毛玻璃状的紧密冰层，使电线和树枝变成粗大的冰棍，地面积起使电线和树枝变成粗大的冰棍，地面积起厚厚的冰层。厚厚的冰层。000云云 层层气层或云层气层或云层第20页，共53页，编辑于2022年，星期二第21页，共53页，编辑于2022年，星期二旅游资源旅游资源开发开发-“中国雪中国雪之乡之乡”第22页，共53页，编辑于2022年，星期二2、空中的主要凝结物空中的主要
12、凝结物-云和雾云和雾 云云概念概念 -由水汽凝结而成的大量的小水滴或小冰由水汽凝结而成的大量的小水滴或小冰晶高悬于空中的可见聚合体。晶高悬于空中的可见聚合体。形成条件形成条件I.水汽充足水汽充足II.有凝结核有凝结核III.有冷却降温有冷却降温第23页，共53页，编辑于2022年，星期二n云的生成过程云的生成过程I.动力抬升（锋面、大范围气流辐合）动力抬升（锋面、大范围气流辐合）II.热力抬升热力抬升III.地形抬升地形抬升IV.大气波动大气波动n云的分类云的分类q按云的温度分：按云的温度分：I.冷云（冷云（0 以下）以下）II.暖云（暖云（0 以上以上）第24页，共53页，编辑于2022年，
13、星期二q按云的相态分：按云的相态分：I.水成云（暖水滴和过冷却水）水成云（暖水滴和过冷却水）II.冰成云（冰晶）冰成云（冰晶）III.混合云（过冷却水和冰晶）混合云（过冷却水和冰晶）q按云的上升气流特点和形状分：按云的上升气流特点和形状分：I.积状云积状云II.层状云层状云III.波状云波状云第25页，共53页，编辑于2022年，星期二云云 型型 低低小于小于2000米米 中中20006000米米 高高大于大于6000米米层状云层状云雨层云雨层云（Ns）高层云（高层云（As）卷层云卷层云（Cs）卷云（卷云（Ci）波状云波状云层积云层积云（Sc）层云（层云（St）高积云（高积云（As）卷积云卷积
14、云（Cs）积状云积状云淡积云（淡积云（Cu hum）浓积云（浓积云（Cu Cong）积雨云（积雨云（Cb）云云 的的 分分 类类第26页，共53页，编辑于2022年，星期二n 积状云积状云第27页，共53页，编辑于2022年，星期二q成因成因-主要热力对流引起。主要热力对流引起。q特点及其成因特点及其成因I.个体分明、孤立分散个体分明、孤立分散.（为什么（为什么?）II.底平、顶凸。底平、顶凸。（为什么（为什么?）q积状云形成的几个阶段：积状云形成的几个阶段：I.淡积云阶段淡积云阶段II.浓积云阶段浓积云阶段III.积雨云阶段积雨云阶段第28页，共53页，编辑于2022年，星期二V=5m/sV
15、=1520m/sV=2030m/sT=-15第29页，共53页，编辑于2022年，星期二预测天气：预测天气：q 夏天的下午是淡积云为晴天的预夏天的下午是淡积云为晴天的预 兆，早兆，早上是浓积云则为雷雨的预兆。上是浓积云则为雷雨的预兆。q 黑云上顶，风雨不用请。黑云上顶，风雨不用请。q 一块黑云在天顶，再大风雨也不惊。一块黑云在天顶，再大风雨也不惊。第30页，共53页，编辑于2022年，星期二n 层状云层状云卷云卷云卷层云卷层云高层云高层云雨层云雨层云第31页，共53页，编辑于2022年，星期二p成因成因-动力抬升动力抬升p特征特征I.范围大，连成一片范围大，连成一片.（为什么（为什么?）II.
16、结构、颜色差别不大结构、颜色差别不大.（为什么（为什么?）III.降水连续性、强度小、时间长。（为什么降水连续性、强度小、时间长。（为什么?）预测天气：预测天气：“日晕三更雨，月晕午时风日晕三更雨，月晕午时风”第32页，共53页，编辑于2022年，星期二日晕月晕第33页，共53页，编辑于2022年，星期二n 波状云波状云q成因成因-有大气波动和湍流运动有大气波动和湍流运动逆温层逆温层第34页，共53页，编辑于2022年，星期二第35页，共53页，编辑于2022年，星期二p特征特征I.厚度不大，较稳定厚度不大，较稳定.（为什么（为什么?）II.排列有序整齐，降水具有间歇性。排列有序整齐，降水具有
17、间歇性。（为什（为什么么?）u预测天气：预测天气：“瓦块云，晒死人瓦块云，晒死人”、“天上鲤天上鲤鱼斑鱼斑,明天晒谷不用翻明天晒谷不用翻”（晴好天气）；（晴好天气）；u“鱼鳞天，不雨也风颠鱼鳞天，不雨也风颠”（它和层状云连在（它和层状云连在一起出现风雨天气）。一起出现风雨天气）。第36页，共53页，编辑于2022年，星期二 雾雾p概念概念-悬浮在近地面空气中的大量水滴或冰晶悬浮在近地面空气中的大量水滴或冰晶的可见集合体，使水平能见度小于的可见集合体，使水平能见度小于1Km的物理现象。的物理现象。p形成条件形成条件I.水汽充足水汽充足II.有冷却过程有冷却过程III.有凝结核有凝结核p雾的分类雾
18、的分类第37页，共53页，编辑于2022年，星期二雾雾气团雾气团雾锋面雾锋面雾蒸发雾蒸发雾混合雾混合雾冷却雾冷却雾辐射雾辐射雾平流雾平流雾上坡雾上坡雾(形形成成的的天天气气条条件件）(形形成成的的条条件件)(形形成成的的冷冷却却过过程程)p 雾的分类雾的分类第38页，共53页，编辑于2022年，星期二n辐射雾辐射雾u概念：地面辐射冷却使贴近地气层变冷概念：地面辐射冷却使贴近地气层变冷而形成的雾。而形成的雾。u形成的条件：形成的条件：I.晴夜晴夜II.微风（微风（13m/s)III.水汽充足水汽充足IV.大气层结稳定（逆温层）大气层结稳定（逆温层）第39页，共53页，编辑于2022年，星期二q特
19、征特征I.厚度不大，日变化明显；厚度不大，日变化明显；（为什么（为什么?）II.季节性，冬季多见；季节性，冬季多见；（为什么（为什么?）III.地方性较强。地方性较强。v预测天气：预测天气：“十雾九晴十雾九晴”n平流雾平流雾q概念：暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐概念：暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成的雾。冷却形成的雾。第40页，共53页，编辑于2022年，星期二q形成的条件：形成的条件：I.下垫面与移来的暖湿空气的温差较大下垫面与移来的暖湿空气的温差较大II.空气湿度大空气湿度大III.适宜的风向和风速适宜的风向和风速（27m/s)IV.层结较稳定层结较稳定q特征：特征：I.范围广，厚度大，
20、时间长，无明显的日变化；范围广，厚度大，时间长，无明显的日变化；（为什么（为什么?）II.海洋四季多见，沿海春夏多见；（为什么海洋四季多见，沿海春夏多见；（为什么?）III.沿海多于内陆，高纬多于低纬。沿海多于内陆，高纬多于低纬。第41页，共53页，编辑于2022年，星期二第42页，共53页，编辑于2022年，星期二n n 平流辐射雾平流辐射雾-由平流冷却和辐射冷却共同作用而形成的雾。由平流冷却和辐射冷却共同作用而形成的雾。-出现的时期随各地风向的季变有差异。出现的时期随各地风向的季变有差异。冬季冬季春季春季第43页，共53页，编辑于2022年，星期二n蒸发雾蒸发雾-冷空气经过暖水面时，水面上
21、不断蒸发出来冷空气经过暖水面时，水面上不断蒸发出来水汽遇到冷空气凝结形成的雾。水汽遇到冷空气凝结形成的雾。n上坡雾上坡雾-稳定的空气沿高地或山坡上升因绝热冷却稳定的空气沿高地或山坡上升因绝热冷却而形成的雾。而形成的雾。n锋面雾锋面雾-冷暖性质不同的气团交界处形成的雾。冷暖性质不同的气团交界处形成的雾。第44页，共53页，编辑于2022年，星期二重庆重庆第45页，共53页，编辑于2022年，星期二 第三节第三节 降水降水 概念概念:-从云中生成降落到地面的液态或固态水汽凝从云中生成降落到地面的液态或固态水汽凝结物。结物。v水汽水汽 云云滴、冰晶胚胎滴、冰晶胚胎 云滴云滴 雨滴雨滴 降水形成的宏观
22、条件降水形成的宏观条件:I.水汽充足水汽充足II.要有上升运动要有上升运动 降水形成的微物理过程降水形成的微物理过程-云滴增长过程云滴增长过程水汽水汽 云滴、冰晶胚胎云滴、冰晶胚胎 云滴云滴 雨滴雨滴第46页，共53页，编辑于2022年，星期二n云滴的凝结（华）增长过程云滴的凝结（华）增长过程I.云内维持一定的过饱和状态（云内维持一定的过饱和状态（增长有限度增长有限度）II.云滴之间要存在饱和水汽压差异，即高、云滴之间要存在饱和水汽压差异，即高、低温云滴共存；大、小云滴低温云滴共存；大、小云滴(水滴）共存；水滴）共存；冰晶、过冷却水共存。（冰晶、过冷却水共存。（增长也有限度增长也有限度）冰冰
23、晶晶水滴水滴E E冰冰 e ee e E E过冷却水过冷却水E E冰冰 e e E E过冷却水过冷却水第47页，共53页，编辑于2022年，星期二n云滴的碰并增长过程云滴的碰并增长过程I.碰并增长碰并增长-两个或两个以上的两个或两个以上的水滴相碰合并而增大的过程。水滴相碰合并而增大的过程。II.重力碰并重力碰并-在地球的重力场中，在地球的重力场中，大小水滴运动速度不同而产生大小水滴运动速度不同而产生的碰并现象。的碰并现象。-云滴的凝结（华）增长过程云滴的凝结（华）增长过程与云滴的碰并增长过程同时起与云滴的碰并增长过程同时起作用。作用。第48页，共53页，编辑于2022年，星期二 降水类型降水类
24、型按降水形态分：按降水形态分：-雨、雪、雨、雪、冰雹冰雹、霰、霰.按降水性质分：按降水性质分：-连续性降水、阵性降水、毛毛雨连续性降水、阵性降水、毛毛雨.按降水强度分：按降水强度分：-小雨小雨大雨；大雨；小雪小雪大雪。大雪。第49页，共53页，编辑于2022年，星期二第50页，共53页，编辑于2022年，星期二类别类别强度强度（mm/h）类别类别强度强度（mm/h）小雨小雨0.19.9暴雨暴雨5099.9中雨中雨1024.9大暴雨大暴雨100199.9大雨大雨2549.9特大暴雨特大暴雨 200 小小 雪雪 中中 雪雪 大大 雪雪雪（雪（mm/h）5.0第51页，共53页，编辑于2022年，星
25、期二n按降水成因分：按降水成因分：-对流雨、台风雨、地形雨、锋面雨、对流雨、台风雨、地形雨、锋面雨、气旋雨。气旋雨。人工降水人工降水n概念概念-通过人类对云体的影响而降落到地面的通过人类对云体的影响而降落到地面的固态或液态水。固态或液态水。第52页，共53页，编辑于2022年，星期二n方法：方法：静力催化静力催化-云内水的相态不稳定性云内水的相态不稳定性动力催化动力催化-云内的热力不稳定云内的热力不稳定v冷云催化冷云催化-干冰（固体干冰（固体CO2）、人工冰核（碘化银、）、人工冰核（碘化银、氯化汞）氯化汞）v暖云催化暖云催化-盐粉（盐粉（NaCl KCl）思考：思考：-梅州市人工降水应该采用哪种方法？梅州市人工降水应该采用哪种方法？Back第53页，共53页，编辑于2022年，星期二