大氣中的水分課件

1、第五章 大氣中的水分5.1 水的相變?cè)谝欢l件下，水的三相之間能夠相互轉(zhuǎn)化，稱(chēng)之為水的相變判斷依據(jù)： Ee 蒸發(fā) E=e 動(dòng)態(tài)平衡 E平面凹面溶質(zhì) 鹽度越大蒸發(fā)越慢飽和差 5.2.2蒸騰植物體內(nèi)的水分通過(guò)植物葉面氣孔以氣態(tài)水的形式向大氣輸送的過(guò)程成為蒸騰作用。是復(fù)雜的生物物理過(guò)程。5.3.1 凝結(jié)條件凝結(jié)核或凝華核大氣中能促使水汽凝結(jié)的微粒水汽達(dá)到飽和或者過(guò)飽和狀態(tài)（eE） 1 暖水面的蒸發(fā)（秋冬水面霧） 冷空氣經(jīng)過(guò)暖水面，水面溫度高于氣溫，暖水面的飽和水汽壓高于空氣，通過(guò)蒸發(fā)使空氣達(dá)到飽和。5.3.1 凝結(jié)條件2 空氣冷卻 1） 絕熱冷卻（云）：指空氣在上升過(guò)程中，因體積膨脹對(duì)外做功而導(dǎo)致空

2、氣本身的冷卻。 2） 輻射冷卻（露、霜、霧）：指在晴朗無(wú)風(fēng)的夜間，由于地面的輻射冷卻，導(dǎo)致近地面層空氣的降溫。 3） 平流冷卻（霧）：暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面時(shí)，將熱量傳遞給冷的地表，造成空氣本身溫度降低。 4）混合冷卻：當(dāng)溫差較大，且接近飽和的兩團(tuán)空氣水平混合后，也可能產(chǎn)生凝結(jié)。 5.3.2 近地凝結(jié)產(chǎn)物1、霧 是懸浮于近地面空氣中的大量水滴或冰晶，使 水平能見(jiàn)度小于1km的物理現(xiàn)象。輕霧通常在早晚產(chǎn)生，水平能見(jiàn)度在110公里；霧的能見(jiàn)度在0.51公里；大霧的能見(jiàn)度在100500米；濃霧時(shí)能見(jiàn)度小于100米。5.3.2 近地凝結(jié)產(chǎn)物 1）輻射霧：由于下墊面夜間輻射冷卻, 使空氣中水汽凝結(jié)而形成

3、的霧。 空氣中有充足的水汽； 天氣晴朗少云； 風(fēng)力微弱（13m/s）； 大氣層結(jié)穩(wěn)定。出現(xiàn)季節(jié)：秋冬地點(diǎn)：山谷、洼地 厚度幾十米到幾百米，平均150米左右，水平范圍不大，分布不均，常零星分布。5.3.2 近地凝結(jié)產(chǎn)物 2）平流霧 暖濕空氣移到較冷的陸地或水面時(shí)，因下部冷卻而形成的霧。下墊面與暖濕空氣的溫差較大；暖濕空氣的濕度大；適宜的風(fēng)向（由暖向冷）和風(fēng)速（27m/s）；層結(jié)較穩(wěn)定。 通常發(fā)生在冬季，持續(xù)時(shí)間一般較長(zhǎng)，范圍大，霧較濃，厚度較大，有時(shí)可達(dá)幾百米。5.3.2 近地凝結(jié)產(chǎn)物平流霧特點(diǎn)：日變化不明顯，一天之中任何時(shí)候都可出現(xiàn)，條件具備可終日不消；二是來(lái)去突然、生成迅速，風(fēng)向有利時(shí)可在幾

4、分鐘內(nèi)布滿機(jī)場(chǎng)，對(duì)航空飛行安全威脅極大；三是范圍大，水平范圍可以從幾百米到幾千米。厚度也大，從地面向上可達(dá)幾百米到上千米。5.3.2 近地凝結(jié)產(chǎn)物輻射霧平流霧5.3.3 高空凝結(jié)產(chǎn)物云云 懸浮于大氣中的水滴、冰晶或者兩者的混合組成的可見(jiàn)聚合體，底部不與地面相接，并有一定厚度。云吸收從地面散發(fā)的熱量，并將其反射回地面，這有助于使地球保溫。但是云同時(shí)也將太陽(yáng)光直接反射回太空，這樣便有降溫作用。 5.3.3 高空凝結(jié)產(chǎn)物云云的種類(lèi)及形成：1）熱力對(duì)流（積狀云）：指地表受熱不均和大氣層結(jié)不穩(wěn)定引起的對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)。5.3.3 高空凝結(jié)產(chǎn)物云積狀云 積狀云是垂直發(fā)展的云塊，主要包括淡積云、濃積云和積雨云。

5、 積狀云多形成于夏季午后，具孤立分散、云底平坦和頂部凸起的外貌形態(tài)。強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云3強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云5.3.3 高空凝結(jié)產(chǎn)物云2）動(dòng)力抬升 （層狀云） 指暖濕氣流受鋒面、輻合氣流的作用所引起的大范圍上升運(yùn)動(dòng)。5.3.3 高空凝結(jié)產(chǎn)物3）大氣波動(dòng) （波狀云） 指大氣流經(jīng)不平的地面或在逆溫層以下所產(chǎn)生的波狀運(yùn)動(dòng)。5.3.3 高空凝結(jié)產(chǎn)物云4）地形抬升 （積狀云、波狀云和層狀云） 指大氣運(yùn)行中遇地形阻擋，被迫抬升而產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)形成的云有積狀云、波狀云和層狀云，通常稱(chēng)之為地形云。5.4 降水降水：從云中降到地面上的液態(tài)或固態(tài)水。降水過(guò)程可以粗線條地分為：水面蒸發(fā)，水蒸汽上升，凝結(jié)成云，云

6、滴增大成雨滴（或雪花、冰雹粒子）雨滴（或雪花、冰雹粒子）下落到地面。但是，從蒸發(fā)到降水的微觀物理過(guò)程是復(fù)雜的，這是我們關(guān)心的重點(diǎn)。5.4.1 降水表示方法降水量：天空降落到地面上的液態(tài)降水或者融化后的固態(tài)降水未經(jīng)蒸發(fā)、滲透和流失而聚積再水平面上的水層深度。單位mm 降水強(qiáng)度 指單位時(shí)間內(nèi)的降水量。 單位為mm/min，mm/h。 小雨 16mm/h 50-100mm/d 大暴雨 100mm/d毛毛雨和雪一般用能見(jiàn)度來(lái)分等級(jí): 大 能見(jiàn)度1000米5.4.2 降水成因地形抬升：地形雨 暖濕氣流遇到地形抬升，發(fā)生絕熱冷卻形成降水。熱對(duì)流: 對(duì)流雨 暖季白天，地面增溫，產(chǎn)生強(qiáng)烈對(duì)流上升活動(dòng)。氣旋活動(dòng)

7、： 氣旋雨 氣旋中心符合上升，空氣絕熱冷卻凝結(jié)降水。臺(tái)風(fēng)活動(dòng): 臺(tái)風(fēng)雨 臺(tái)風(fēng)-熱帶洋面上的強(qiáng)大氣旋5.4.3 降水的形成雨滴直徑是凝結(jié)核粒子直徑的10000倍。雨滴直徑是云滴的100倍，106個(gè)云滴1個(gè)雨滴5.4.3 降水的形成1、云滴增長(zhǎng)的物理過(guò)程 云滴凝結(jié)（或凝華）增長(zhǎng) 冰水雨滴 冷暖云滴 任一條件 大小云滴增長(zhǎng)速度：與水汽的過(guò)飽和度成正比，和云滴半徑成反比。云滴直徑到20m幾乎不長(zhǎng)了。冰水轉(zhuǎn)化過(guò)程5.4.3 降水的形成云滴的沖并增長(zhǎng) 大小云滴間發(fā)生沖并而合并增大的過(guò)程。沖并是一個(gè)正反饋的過(guò)程，即直徑越大，單位時(shí)間掃過(guò)的云體積也大，能碰并進(jìn)來(lái)的云水就大，增大就快。而水滴大了，碰并增大也更快

8、。這樣越長(zhǎng)越快。5.4.4人工影響云雨 暖云的人工降水 暖云：整個(gè)云體高于0C。 原理:改變?cè)频牡巫V分布的均勻性，破壞其穩(wěn)定狀態(tài)，促使凝結(jié)及碰并過(guò)程的進(jìn)行。 方法： 1 直接噴灑大水滴。 2 利用吸濕性物質(zhì)，如氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣5.4.4人工影響云雨 冷云的人工降水 冷云：由溫度低于0C過(guò)冷水組成。 原理：人工產(chǎn)生冰晶，改變?cè)莆⒔Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 方法: 1 撒播人工冰核撒播制冷劑，如干冰，產(chǎn)生冰晶。 2 播撒人工冰核，如碘化銀，碘化鉛等。人工增雨火箭高炮5.5 地面凝結(jié)產(chǎn)物1、霜和露： 傍晚或夜晚，由于地面輻射冷卻，使貼近地表面的空氣層隨之降溫，當(dāng)溫度低于露點(diǎn)溫度，空氣中的水汽含量過(guò)飽和時(shí)，

9、在地表面形成的水汽凝結(jié)或凝華。 露點(diǎn)溫度0C 露 露點(diǎn)溫度0C 霜?dú)庀髼l件：晴朗微風(fēng)5.5 地面凝結(jié)產(chǎn)物2、霧?。盒纬膳c電線、樹(shù)枝或其他物體迎風(fēng)面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。晶狀霧凇 ：氣溫約為-15左右,有霧、微風(fēng)的天氣條件下，空氣中過(guò)飽和冷卻水可在物體表面上直接凝華生成。粒狀霧凇 ：當(dāng)氣溫為-7-2，有霧、風(fēng)速較大的天氣條件下，風(fēng)將過(guò)冷卻霧滴吹到冷的地物表面上凍結(jié)而形成。5.5 地面凝結(jié)產(chǎn)物3、雨?。?與地面或者地物迎風(fēng)面上的透明或毛玻璃狀的緊密冰層。由過(guò)冷雨滴降到溫度低于0C的地面或者地物上凍結(jié)而成。 雨凇比其他形式的冰粒堅(jiān)硬、透明而且密度大（0.85gm-3）。霧凇密度有0.25gm

10、-3 形成霧凇的水滴比形成雨凇的水滴要小得多，而且凝結(jié)的速度也快。 雨凇災(zāi)害性更強(qiáng)。 2008年華南凍雨災(zāi)害。5.5 地面凝結(jié)產(chǎn)物霧凇雨凇5.6 空氣濕度的變化a 秋冬 b 夏季晴天水汽壓的日變化5.6 空氣濕度的變化相對(duì)濕度的日變化水循環(huán)5.7 水量平衡方程陸地： S陸= P陸-E陸-RS陸陸地蓄水量變化；P陸陸地降水量變化；E陸陸地蒸發(fā)量-R徑流量海洋： S海= P海-E海+RS海海洋蓄水量變化 ；P海海洋降水量變化；E海海洋蒸發(fā)量；R徑流量全球多年平均：P陸+P海= E海+E陸5.8 植被與水分森林對(duì)水分的影響：林內(nèi)空氣濕度大，利于水汽的凝結(jié)。林內(nèi)降水強(qiáng)度減小，降水時(shí)間增長(zhǎng)。降低地表徑流

11、。5.8 降水變率表示方法降水變率： 是衡量一個(gè)地方逐年降水量的變動(dòng)情況。 降水變率大，說(shuō)明某些年份出現(xiàn)水澇，而有些年份卻出現(xiàn)干旱；降水變率小，說(shuō)明逐年降水量較為恒定。 降水變率有絕對(duì)變率和相對(duì)變率兩種。5.8 降水變率表示方法降水絕對(duì)變率：某一時(shí)期的實(shí)際降水量與多年同期平均降水量之差（R）。它表示降水量的變動(dòng)程度。 R為降水量絕對(duì)變率；Ri為逐年降水量； 為多年平均降水量；n為資料年數(shù)。 5.8 降水變率表示方法降水相對(duì)變率：降水絕對(duì)變率與多年同期平均降水量的比值。表示當(dāng)?shù)亟邓康目煽砍潭?。降水保證率 降水頻率：某界限降水量在一定時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)與該期降水總次數(shù)的百分比。 降水保證率：指高于（低于）某界限降水量的頻率總和。表示