大氣科學(xué)基礎(chǔ)課件 5-2-16

§2主要云屬的宏觀和微觀特征一、云霧的微觀結(jié)構(gòu)物態(tài)質(zhì)點(diǎn)大小含水量數(shù)密度凝結(jié)核霧滴的化學(xué)成分質(zhì)點(diǎn)荷點(diǎn)情況雪晶形狀云霧滴的物態(tài)

云霧滴的物態(tài)由溫度決定：分為水霧、水云、混合霧、混合云以及冰雹和冰云。

霧：>－18°C～－20°C水滴

<－20°C含有冰晶，多為混合霧

<－30°C多為冰霧云：>0°C水云－15°C～0°C過冷水滴組成的水云－30°C～

－15°C混合云

<－30°C冰云圖中，冰晶（a）有針狀和柱狀，雪晶（b）六角枝狀，雪晶（c）枝星狀，雪晶（d）為碰合的枝星狀，雪晶（e）為星狀，雪晶（f）為星狀。冰晶和雪晶是固體降水，它們的形狀多樣，呈白色不透明的晶體。從圖中（a、b）霰可看出，枝星狀雪晶凇附大量過冷水滴逐漸形成霰。圖中（c）霰是一個棗形團(tuán)粒，它是由柱狀晶體凇附大量過冷水滴而形成的。圖中（d）霰是由枝星狀雪晶附凇大量過冷水滴而形成。霰，由不同形狀的雪晶凇附大量過冷水滴而逐漸形成白色不透明的團(tuán)粒。云霧滴的大小、數(shù)密度和滴譜霧滴，1－40微米之間，溫度大于0°C時，霧滴7－15微米，溫度小于0°C，2－5微米，輕霧的半徑小于1微米；云滴，半徑小于100微米的水滴，大多數(shù)在2－15微米之間；雨滴，半徑大于100微米；云滴是指云中的眾多不同尺度的水滴，云滴的直徑為幾個微米至100微米。圖中，是不同尺度的云滴，大云滴直徑為40微米，小云滴為7.5微米凍滴，從云中降落到地面的過程中凍結(jié)的雨滴，也叫冰粒。它的直徑1毫米至3毫米。圖中，雨滴最大直徑15毫米，最小直徑3毫米雨滴，從云中下降的液態(tài)降水，直徑≥0.5毫米，由于雨滴滴落較快，呈雨線，清晰可見。落在水面上會激起波紋和水花，落在地面上可留下濕斑。圖中，從積雨云中降落的冰雹。冰雹形狀各異，冰雹的外層有透明的冰層，也有不透明的冰層。有似霰為雹核的冰雹，也有以凍滴為雹核的冰雹數(shù)密度（濃度），單位體積云體（或霧中）內(nèi)包含的云滴個數(shù)，用每立方厘米有云滴（或霧滴）多少個來表示；滴譜，不同半徑云滴（或霧滴）的濃度按半徑大小的分布：弱霧的數(shù)密度，50－100個/厘米3濃霧的數(shù)密度，500－600個/厘米3霧的滴譜與霧的形成有關(guān)，初生的霧滴譜較窄，存在以久或趨于消散的霧，滴譜較寬云中云滴的尺度大小不同，滴譜隨著不同類型的云，不同時間，地點(diǎn)和云中的部位有很大不同。積狀云淡積云的滴譜較窄，隨著對流的加強(qiáng)，濃積云和積雨云的滴譜較寬。云滴的大小相差越大，滴譜越寬。云底附近滴譜窄，隨著高度增高，滴譜逐漸增寬，云的中上部滴譜最寬，云的邊緣處滴譜又變窄；層狀云通常雨層云的滴譜比其他類型云要寬，容易產(chǎn)生降水。云霧的含水量

霧（云）的含水量，單位體積空氣中水滴或冰晶的質(zhì)量稱為，單位為克/米3霧的含水量隨霧的強(qiáng)度不同而不同，霧越濃，含水量越大。同一強(qiáng)度的霧其含水量主要決定于溫度。溫度越高，含水量越大。中等強(qiáng)度：

溫度－15°C～

－20°C，含水量：0.1－0.2克/米3溫度－15°C～0°C，含水量：0.2－0.5克/米3溫度0°C～10°C，含水量：0.5－1.0克/米3云中的含水量隨云的類型不同而不同，一般積狀云中的含水量大于層狀云中的含水量；在積狀云內(nèi)的不同部位，含水量也是不同的；云的平均含水量與溫度密切相關(guān)，一般溫度越高，云中含水量越大。二、云和霧（1）云霧形成的基本過程（2）霧（3）云（1）云霧形成的基本過程霧，大氣中的水汽達(dá)到飽和以后，凝結(jié)和凝華而成小水滴或冰晶，漂浮在貼近地面的氣層的現(xiàn)象，并由于組成霧的氣溶膠質(zhì)粒對光的散射、反射作用使能見度減小到1千米以下；輕霧，上述同樣過程，能見度等于或大于1千米時；云，上述過程發(fā)生在大氣的某一高度上時。形成云霧的基本條件過飽和，生成云霧的關(guān)鍵凝結(jié)核，火山爆發(fā)、巖石風(fēng)化、海洋浪花、森林火災(zāi)、硫化物、宇宙塵、植物花粉、城市和工廠排出的污染物等增大相對濕度的兩種途徑降低溫度（dT<0）；增加水汽使水汽壓增大（de>0）；降低溫度對相對濕度的影響比增加水汽的影響大近20倍；冷卻和加濕是形成霧的重要原因，對于云的形成來說，冷卻是主要的，增濕是次要的。形成云霧的基本過程冷卻過程絕熱冷卻、平流冷卻、輻射冷卻蒸發(fā)過程混合過程水平混合、垂直混合云霧消散的基本過程

增高溫度和減小水汽含量的過程都會使云霧趨于消散：云霧中的空氣溫度增高，引起云霧滴的蒸發(fā)而消散；云霧中的空氣與云霧四周未飽和的空氣混合；云霧滴因凝結(jié)和碰并增大而降落；水霧移到冰雪面上，產(chǎn)生冰晶效應(yīng)。（2）霧

霧，近地面大氣層中水汽達(dá)到飽和后，水汽即可凝結(jié)或凝華成霧，霧中水滴半徑1微米到50－60微米的范圍，其大小決定于霧中的含水量和形成霧的水滴個數(shù)。霧中含水量大而水滴又小時，能見度就壞。

分類：氣團(tuán)霧，形成于氣團(tuán)內(nèi)部，是由于近地層空氣與下墊面相互作用的結(jié)果產(chǎn)生的，包括冷卻霧、蒸發(fā)霧、混合霧和地方性霧；鋒面霧，鋒面活動的產(chǎn)物。冷卻霧，空氣冷卻到露點(diǎn)以下時所出現(xiàn)的霧；輻射霧，由于地面輻射冷卻使貼地氣層變冷而形成的霧；平流霧，由于暖濕空氣平流到冷的下墊面上經(jīng)冷卻而形成的霧；上坡霧（膨脹霧或山坡霧），空氣沿山坡上升，由于絕熱膨脹冷卻而形成的霧。近地氣層中水汽含量充沛：相對濕度大晴夜：夜晚地面有效輻射強(qiáng)，溫度下降幅度大微風(fēng)，風(fēng)速1－3米/秒：適當(dāng)?shù)拇怪被旌?，形成較厚的冷卻層近地層出現(xiàn)逆溫層有利于輻射霧形成的條件

有明顯的日年變化，一般在夜間生成，日出前后達(dá)到最強(qiáng)，上午8－10時左右就會完全消散。一年中，秋冬兩季出現(xiàn)輻射霧較多，夏季較少；與地理環(huán)境有密切關(guān)系：潮濕的山谷、洼地、盆地等，例如我國的四川盆地；具有很強(qiáng)的地方性特點(diǎn)，垂直尺度為幾十米到幾百米，一般水平范圍也不大。

輻射霧的特征有利于平流霧形成的條件暖濕空氣與冷下墊面的溫差較大暖濕空氣的濕度較大，可以提供形成霧的水汽適中的風(fēng)速，2－7米/秒層結(jié)較穩(wěn)定日變化不明顯，年變化較明顯。中午可能暫時消失或者減弱，在黃昏又復(fù)出現(xiàn)或加強(qiáng)。一年中春夏多而秋冬少。南海，珠江口一帶為12月至次年4月，以2－4月海霧最盛，長江口一帶5－6月，黃河口一帶則在7－8月；海上平流霧持續(xù)時間長，陸上往往是平流輻射霧，即先暖濕平流后輻射冷卻；平流霧的特征是大范圍空氣平流冷卻而形成，因此具有較大的厚度和水平范圍。平流霧的垂直尺度可從幾十米到兩千米，水平范圍可達(dá)數(shù)百千米以上，平流霧的強(qiáng)度比輻射霧大；天氣條件：常伴有層云、碎雨云和毛毛雨等天氣。上坡霧這種霧的形成與被抬升的空氣穩(wěn)定度有關(guān)：空氣層結(jié)比較穩(wěn)定時，被抬升后就可形成霧；空氣層結(jié)比較不穩(wěn)定時，被抬升后就會形成不與上坡相接的云而不是霧；這種霧總是出現(xiàn)在迎風(fēng)坡，背風(fēng)坡則不會出現(xiàn)。蒸發(fā)霧蒸發(fā)霧是冷空氣流經(jīng)暖水面上，由于暖水面的蒸發(fā)，使得冷空氣中的水汽增加，造成飽和而產(chǎn)生凝結(jié)形成的霧。在寒冷地區(qū)，冷氣流和暖水面接觸時，最易產(chǎn)生這種霧。海洋霧和河湖上的秋季霧：深秋和初冬的早晨，河面或湖面上常見的輕煙就是這種霧，實(shí)際上也是一種平流霧，不過厚度和水平范圍都不大，易于消散。暖水面上的水汽壓與冷空氣的飽和水汽壓之間達(dá)到一定的差值；在不穩(wěn)定層上，有逆溫層存在。

蒸發(fā)霧形成的條件垂直尺度不大，50－100米左右；既不穩(wěn)定，也不均勻，隨生隨消，時濃時淡。蒸發(fā)霧的特征混合霧兩團(tuán)接近飽和的空氣在水平方向相互混合達(dá)到飽和發(fā)生凝結(jié)而行成的霧；有利于形成霧的條件：參加混合的空氣溫差大于10度，各自相對濕度大于95％；出現(xiàn)在海陸氣溫相差很大而風(fēng)微弱時的海岸附近。地方性霧受局地條件的影響明顯；都市霧，出現(xiàn)在大城市，工業(yè)中心及工廠附近，由于有大量的凝結(jié)核存在，對霧的形成很有利。這種霧持續(xù)時間較長，對交通特別不利，并造成污染，危害人體健康。鋒面霧鋒前霧，經(jīng)常出現(xiàn)在暖鋒之前，有時也出現(xiàn)在冷鋒或靜止鋒之下。形成這種霧的有利條件是鋒區(qū)兩邊溫度差比較明顯。鋒際霧，冷暖氣團(tuán)在交界的鋒區(qū)混合而行成的鋒后霧，暖濕空氣移至原來為冷氣團(tuán)控制的地面上冷卻而形成的霧。通常與鋒線一起移動；霧區(qū)沿鋒線成帶狀分布；常出現(xiàn)在梅雨季節(jié)暖鋒前后或華南準(zhǔn)靜止鋒活動的地區(qū)；一日中的任何時間都可以出現(xiàn)，日變化不明顯，如果鋒面移動很慢，霧的持續(xù)時間也可以較長。鋒面霧的特征由于鋒面降水在冷空氣里蒸發(fā)，使鋒面底部產(chǎn)生霧；由于鋒過境時氣壓下降而引起空氣的絕熱冷卻就凝結(jié)成霧；由于鋒面上的低云延伸到地面而成霧。

鋒面霧的成因早晨山地園林地區(qū)日出后，受陽光照射，在近地面有幾米厚的灰白色的霧層，即輕霧。輕霧是夜間近地層長波輻射很強(qiáng)，氣溫降低，水汽凝結(jié)而形成的早晨04時30分輻射霧已形成，在霧維持過程中有時變濃，有時減弱，一直持續(xù)到09時30分霧才逐漸消散。圖中能見度小于150米夜間長江江面開始降雨，凌晨雨停。由于冷空氣移至較暖的江面上，水汽凝結(jié)而形成鋒面霧。圖中是武昌西部江面上的鋒面霧海上的平流霧，從鼓浪嶼南邊海面上移來，見圖a、逐漸向岸邊延伸，岸石一塊巨石只見頂部見圖b，海霧又覆蓋了岸邊見圖c。海霧在岸邊持續(xù)了40分鐘后，逐漸向南方退移而后消失。abc夜間降雪已停止，早晨氣溫較低，河面濕度較高，水汽蒸發(fā)后，在水面上凝結(jié)成蒸發(fā)霧霧凇，呈白色，它是冬季霧天，在無風(fēng)或微風(fēng)的霧中，過冷霧滴直接凍結(jié)凝華在樹枝上而形成霧凇。

其他地面凝結(jié)物霜，夜間地面冷卻0℃以下的時候，近地面空氣中的水汽凝華。在圖中的植物葉面周邊上，呈白色冰晶體，即是霜。草葉上的水珠就是露，它是早晨空氣中的水汽在地面生長的草葉面上凝結(jié)的水珠即是露。

（3）云云是由大氣中水汽凝結(jié)（凝華）而形成的微小水滴、過冷水滴、冰晶、雪晶，由它們單一或混合組成的，形狀各異飄浮在天空中可見的混合體。云是在不同天氣系統(tǒng)演變過程之中形成的，因而云又是預(yù)示未來天氣的征兆。云的生成，宏觀特征，量的多少，在天空中分布情況和演變，都能夠顯示出當(dāng)時大氣運(yùn)動、穩(wěn)定程度和水汽狀況，也是預(yù)示未來天氣演變的主要征兆之一。目前，氣象雷達(dá)和衛(wèi)星都是以觀測云為主要對象，衛(wèi)星拍攝的云圖已成為天氣預(yù)報(bào)的重要資料之一。云的形成條件是水