大氣中的水汽

1、第四章 大氣中的水汽,1. 大氣中水汽的表示方法 2. 蒸發(fā)與蒸騰 3. 水汽的凝結(jié) 4. 大氣降水 5. 水分與農(nóng)業(yè)生產(chǎn),第四章 大氣中的水汽,1. 大氣中水汽的表示方法,絕對(duì)濕度 水汽壓 飽和水汽壓 飽和差 相對(duì)濕度 露點(diǎn)溫度,絕對(duì)濕度,單位容積空氣中含有的水汽質(zhì)量數(shù)，記做a或 。單位為g/m3。 絕對(duì)濕度直觀地描述了空氣中水汽的含量，在研究空氣的結(jié)露量等時(shí)更加方便。 絕對(duì)濕度有人也稱水汽密度，空氣中數(shù)值一般變化于040g/m3。 絕對(duì)濕度一般不容易直接測(cè)得，多為通過水汽壓而計(jì)算得到,水汽壓,水汽在大氣中的分壓稱作水汽壓，以e表示，單位為hPa。 大氣中水汽含量越豐富，則其水汽壓越大，水汽

2、壓與絕對(duì)濕度之間的關(guān)系可以用下式表示： a217e / T 式中：a為絕對(duì)濕度，單位為g/m3 e為水汽壓，單位為hPa T為空氣溫度（絕對(duì)溫標(biāo)），單位為K。 水汽壓是從動(dòng)力學(xué)上反映空氣中水汽含量的，水汽的輸送是從壓力大的地方向壓力小的地方運(yùn)動(dòng),飽和水汽壓,空氣中能容納的水汽量是有限的，空氣中所能容納的最大水汽量在大氣中的分壓稱為飽和水汽壓。用E表示。 飽和水汽壓實(shí)際上是針對(duì)具體蒸發(fā)面而言，是蒸發(fā)面上單位時(shí)間逸出的水分子數(shù)與同時(shí)間內(nèi)由空氣返回蒸發(fā)面上水分子數(shù)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的反映。 空氣是否達(dá)到飽和取決于蒸發(fā)面上單位時(shí)間逸出的水分子數(shù)，即蒸發(fā)面的溫度和溶液濃度、形狀等。 純水平面上飽和水汽壓可以用

3、下面半經(jīng)驗(yàn)公式表示： EE010(7.5t /（237.3+t) 式中：E0為0時(shí)水面飽和水汽壓6.1078hPa 空氣的飽和水汽壓即空氣中凝結(jié)核表面的飽和水汽壓，一般上，我們可以認(rèn)為，空氣中凝結(jié)核的溫度與空氣溫度是相一致的，即可以用空氣溫度替代凝結(jié)核表面的溫度而計(jì)算空氣的飽和水汽壓,飽和差,表示空氣中尚能容納的水汽量，表達(dá)式為： dEe 式中：E為空氣的飽和水汽壓，e為空氣的實(shí)際水汽壓 飽和差實(shí)際上反映了潮濕物體表面蒸發(fā)的速度，即其蒸發(fā)力，飽和差越大，則其蒸發(fā)越迅速。 對(duì)于具體物體表面的蒸發(fā)，則其蒸發(fā)力為該物體表面飽和水汽壓與空氣中水汽壓的差值，溫度越高的蒸發(fā)力越大，也越容易蒸發(fā),相對(duì)濕度,

4、表示空氣達(dá)到飽和的程度，表達(dá)式為： RHe/E100 相對(duì)濕度表示空氣的干濕程度，數(shù)值越大，則越潮濕。 相對(duì)濕度是最常用的表示空氣中水汽含量的物理量，通常我們所說的空氣濕度就是指其相對(duì)濕度，比如，說濕度為85，即其相對(duì)濕度為85,露點(diǎn)溫度,露點(diǎn)溫度簡(jiǎn)稱露點(diǎn)(td)，指的是當(dāng)空氣中水汽壓不變情況下，降低空氣溫度使空氣剛好達(dá)到飽和時(shí)的溫度,空氣濕度的時(shí)空變化,水汽壓、絕對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度的變化： 相對(duì)濕度、飽和差的變化,2. 蒸發(fā)與蒸騰,水面蒸發(fā) 土壤蒸發(fā) 植物蒸騰 農(nóng)田水分蒸散,水面蒸發(fā),影響水面蒸發(fā)的因素： 水面的飽和水汽壓與空氣中水汽壓之差； 水面上風(fēng)速； 溶液濃度； 水面上大氣壓,下墊面中，

5、水面的蒸發(fā)速度幾乎是最快的，它的蒸發(fā)主要取決于水面上空氣象條件，一般以它的蒸發(fā)量作為一個(gè)地方水分需求的參考,土壤蒸發(fā),重力水階段：（穩(wěn)高階段） 土壤在充分灌溉或較長(zhǎng)時(shí)間降水后，其水分含量超過本身能夠容納最大持水量，多余的水分在重力作用下向下滲漏，稱重力水。此階段水分的蒸發(fā)類同于水面蒸發(fā)，蒸發(fā)速度取決于表面氣象條件，甚至比水面蒸發(fā)速度更大。 毛管水階段：（速降階段） 土壤通過其顆粒間的空隙儲(chǔ)存的水分。此階段的土壤蒸發(fā)取決于兩方面：氣象條件以及土壤性質(zhì)。生產(chǎn)上應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档驮撾A段的土壤蒸發(fā)，如覆蓋、中耕等。 束縛水階段：（穩(wěn)低階段） 當(dāng)土壤水分持續(xù)降低，表層土壤中毛管斷裂，形成干土層，此時(shí)，

6、土壤顆粒周圍也存在部分水分，但緊緊被其吸附不能為作物所吸收，此時(shí)，土壤水分蒸發(fā)基本停滯，只是經(jīng)土壤孔隙，下層土壤水分通過分子擴(kuò)散的形式向表層輸送,植物蒸騰,植物的蒸騰既是物理過程，也是其生理過程，是作物根系吸收水分和礦物質(zhì)等的動(dòng)力來源。其蒸騰量（速度）取決于葉片溫度和空氣中水汽壓以及葉片表面湍流,植物整個(gè)生長(zhǎng)期吸收的大量水分主要用于蒸騰，我們把農(nóng)作物生長(zhǎng)期內(nèi)總的蒸騰耗水量與作物收獲的干物質(zhì)量的比值稱為作物的蒸騰系數(shù),農(nóng)田水分蒸散,農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中，土壤蒸發(fā)與植物蒸騰同時(shí)存在，其共同消耗的水分稱為農(nóng)田水分蒸散，簡(jiǎn)稱蒸散。 農(nóng)作物不同生長(zhǎng)時(shí)期，水分消耗的方式有所差別：苗期主要是土壤蒸發(fā)，當(dāng)作物封行

7、后，蒸騰就是其主要方式了。 農(nóng)田水分蒸散的計(jì)算、估測(cè)是精確農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要方面，歷來是研究農(nóng)田水分需求的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，也有諸多的估算公式，但受到不同農(nóng)作物、不同氣象條件和土壤條件的影響，其實(shí)際蒸散差異較大。 常用的農(nóng)田水分蒸散的估算辦法主要有：水分平衡法、桑斯威特法、彭曼法、鮑恩比法等。 任一種農(nóng)田水分蒸散模型計(jì)算結(jié)果都小于自由水面水分蒸發(fā)速度,3. 水汽的凝結(jié),水汽凝結(jié)的條件 水汽的凝結(jié)物 地面水汽凝結(jié)物 近地面空氣中水汽凝結(jié)物 自由大氣中水汽凝結(jié)物,水汽凝結(jié)的條件,空氣中水汽達(dá)到飽和或過飽和 增加空氣中水汽含量 降低空氣的飽和水汽壓 通過降低空氣溫度的方式來降低空氣中的飽和水汽壓，空氣的降溫方

8、式主要有：輻射降溫、平流降溫、絕熱降溫和混合降溫。 充足的凝結(jié)核 清潔的空氣中水汽很難凝結(jié)（凝華），凝結(jié)核的作用為降低空氣的飽和水汽壓（減小其曲率、增加與水分子的吸引力等,輻射降溫：夜間，地表通過地面有效輻射大量散失熱量，溫度下降，而接近于地表的空氣溫度隨之而下降，此稱之為輻射降溫,平流降溫：暖空氣流入到冷的下墊面，下層空氣由于和地表的熱量交換而降低溫度，這種方式稱為平流降溫,絕熱降溫：當(dāng)空氣團(tuán)與外界熱量交換達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，稱為絕熱。絕熱的空氣團(tuán)作上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于大氣壓減小，空氣膨脹而作功，內(nèi)能降低，溫度下降，稱為絕熱降溫。分干絕熱和濕絕熱兩種形式，區(qū)別在于有無水汽凝結(jié)，其降溫速率分別為每上升1

9、hm，溫度下降1和約0.5,混合降溫：兩團(tuán)溫度不同的未飽和空氣相混合后，溫度發(fā)生變化，稱為混合降溫，它有可能使得空氣達(dá)到飽和狀態(tài),水汽的凝結(jié)物,地表的水汽凝結(jié)物露、霜,地表凝結(jié)面溫度大于0凝結(jié)為露，反之為霜，其它還有霧淞、雨淞等； 露和霜形成的降溫方式：輻射冷卻。 形成露和霜的有利天氣條件：夜晚晴朗微風(fēng)的天氣。 霧淞形成原因：蒸發(fā)霧遇到冷的物體（樹枝等）在其表面凝結(jié)而形成。 雨淞形成原因：雨水在冷的凝結(jié)面上凍結(jié)而成。 露水可以補(bǔ)充作物（土壤）由于蒸發(fā)、蒸騰等消耗的水分，有效性強(qiáng)，重露其降水量可接近0.3mm。 植物葉片上凝露對(duì)微生物的繁殖非常有利，是誘發(fā)作物病害的一個(gè)重要條件；露水對(duì)牛、羊等食

10、草動(dòng)物采食有不利的影響。 霜與霜凍是不同的概念，霜凍是指初冬，植物表面的溫度下降到冰點(diǎn)以下的低溫而使其體內(nèi)組織凍結(jié)產(chǎn)生的短時(shí)間低溫危害,北京西山紅葉（表面凝霜,霜打油菜（柳州,茶園霜凍（福建安溪,霧淞（吉林,霧淞（南京,雨淞,水汽的凝結(jié)物,近地氣層的水汽凝結(jié)物霧 按照形成的原因的不同，霧可以分成： （1）輻射霧 （2）平流霧 （3）地形霧 （4）蒸發(fā)霧 （5）鋒面霧,輻射霧：由于地面和近地層空氣輻射冷卻，使空氣達(dá)到過飽和而凝結(jié)形成。 形成的有利天氣條件：晴朗微風(fēng)潮濕的天氣,平流霧：暖空氣流經(jīng)冷的下墊面，其下部與冷的下墊面接觸，逐漸降溫而形成,地形霧：由于地形因素而形成的霧。主要為夜間山上冷空氣

11、下沉，山谷中暖濕空氣被抬升降溫而形成,蒸發(fā)霧：初冬季節(jié)，水面溫度較高，蒸發(fā)強(qiáng)烈，蒸發(fā)的水汽輸送到空氣中，空氣溫度較低，飽和水汽壓較小，水汽達(dá)到過飽和而形成的水汽凝結(jié)物,鋒面霧：地面鋒線附近，暖空氣被抬升而形成,水汽的凝結(jié)物,自由大氣中水汽凝結(jié)物云 云形成的降溫方式：絕熱降溫。 形成與維持云存在的必要條件：空氣的上升運(yùn)動(dòng)。 按照云底高度、云狀的不同，將天空中的云分成三族十一屬二十九類,云底高度：凝結(jié)高度，數(shù)值上等于（t-td）hm。如果地面溫度、水汽壓差異不大，云底高度也就基本相同，所以云底一般都是平的,云圖欣賞,4. 大氣降水,降水的成因 降水的類型 降水的表示方法 降水量 降水強(qiáng)度 降水變率,降水成因,問題：地球上物體在重力作用下都要向下運(yùn)動(dòng)，為什么云滴難以降落地面而形成降水？夏季降水要比冬季的雨滴大？ 降水的形成過程就是云滴增大的過程。 云滴增大的途徑： 凝結(jié)增大 云開始形成時(shí)云滴增大的主要途徑，在空氣不斷上升時(shí),不停地有水汽凝結(jié)。 沖并增大 當(dāng)云滴在不穩(wěn)定的上升氣流帶動(dòng)下做各向運(yùn)動(dòng)，大小不同的云滴其運(yùn)動(dòng)速度的差異，造成相互碰撞而合并，是云滴增大形成降水的主要途徑,降水的類型,按形成原因分：熱對(duì)流降水