第五章大气中的水分PPT讲稿.ppt

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1、第五章大气中的水分第1页，共73页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 空气湿度空气湿度一、水的三态变化一、水的三态变化 当液态水遇冷且温度降到当液态水遇冷且温度降到0C0C以下时变成固态的冰，这个过以下时变成固态的冰，这个过程叫做冻结。在某些情况下，程叫做冻结。在某些情况下，水到了水到了0C0C以下还保持液态，叫过冷却以下还保持液态，叫过冷却水，水，过冷却水在雨、露、霜、雪的形成中也有重要的作用。过冷却水在雨、露、霜、雪的形成中也有重要的作用。通过蒸发、冻结、融化、升华、凝结、凝华这些物理过程，可以把地通过蒸发、冻结、融化、升华、凝结、凝华这些物理过程，可以把地球上的水从这里搬到那里，从一

2、种状态转变到种状态。球上的水从这里搬到那里，从一种状态转变到种状态。雨、露、霜、雪雨、露、霜、雪就是通过在大气中发生的这些物理过程而产生的。就是通过在大气中发生的这些物理过程而产生的。第2页，共73页，编辑于2022年，星期三二、空气湿度的表示方法二、空气湿度的表示方法 湿度是表示空气潮湿程度的物理量。由于研究问题的角度不同，一般采用几种不同的湿度参量：(一一)水汽压（）水汽压（）空气中由水汽所产生的分压强称为水汽压。1、饱和水汽压（）水汽含量恰好达到该温度下的最大限度，这时的空气称为饱和空气，此时的水汽压为饱和水汽压。2、影响E大小的因子 主要由温度和蒸发面的性质、状况决定。第3页，共73页

3、，编辑于2022年，星期三温 度 E=E010tbat+随温度升高呈指数率增大T增大，eE，多余水汽凝结E随温度升降的改变量，在高温时比低温时大些。降低同样温度，在高温条件下饱和空气中形成的云雾要浓些。第4页，共73页，编辑于2022年，星期三蒸发面性质：性质：考察水分子在不同性质水面下的吸引力E E纯水面纯水面EE冰面冰面 E E纯水面纯水面EE溶液面溶液面第5页，共73页，编辑于2022年，星期三蒸发面形状：形状：E E凸面凸面EE平面平面EE凹面凹面 凸面的曲率愈大（即水滴愈小），饱和水汽压愈大，而凹凸面的曲率愈大（即水滴愈小），饱和水汽压愈大，而凹面的曲率愈大，则其饱和水汽压愈小。面的

4、曲率愈大，则其饱和水汽压愈小。考察水分子在不同形状下的吸引力大小第6页，共73页，编辑于2022年，星期三3、e 的变化规律单峰型：水汽压的大小与蒸发的快慢有密切关系，而蒸发的快慢在水分供应一定的条件下，主要受温度控制。白天温度高，蒸发快，进入大气的水汽多，水汽压就大；夜间出现相反的情况。每天有一个最高值出现在午后，一个最低值出现在清晨。在海洋上、潮湿的陆上以及乱流交换比较弱的秋冬季节，多属于这种情况。第7页，共73页，编辑于2022年，星期三3、e 的变化规律双峰型：但是在大陆上的夏季、沙漠地区(乱流强的季节)，一个最小值出现在清晨日出前温度最低的时候，另一个出现在午后对流最强的时候。一个最

5、大值出现在蒸发增强，对流尚未充分发展的时候，另一个出现在对流、乱流减弱，水汽在低层凝聚的时候。第8页，共73页，编辑于2022年，星期三(二二)绝对湿度绝对湿度(a)(a)单位容积的空气中所含水汽的质量，称为绝对湿度，以单位容积的空气中所含水汽的质量，称为绝对湿度，以a a表示。它实际上就是水汽密度。表示。它实际上就是水汽密度。通常以通常以1 1立方米的空气中所含水汽的克数来表示，其单位为立方米的空气中所含水汽的克数来表示，其单位为克米克米3 3(或克厘米或克厘米3 3)。(三三)露点温度露点温度(T(Td d)在空气中水汽含量不变，气压一定的条件下，当气温降低到空在空气中水汽含量不变，气压一

6、定的条件下，当气温降低到空气中水汽达到饱和时的温度，称为露点温度，简称露点，以气中水汽达到饱和时的温度，称为露点温度，简称露点，以T Td d表示，表示，其单位与温度相同。其单位与温度相同。第9页，共73页，编辑于2022年，星期三(四四)相对湿度相对湿度()=Ee100%相对湿度的大小表示空气中实际水汽含量距离饱和的程度。不仅随大气中的水汽含量而变，同时也随气温而变。相对湿度与温度成反比关系。100%过饱和状态第10页，共73页，编辑于2022年，星期三 相对湿度的日变化相对湿度的日变化f 的变化规律T T 升高时，地面蒸发加快，升高时，地面蒸发加快，e e 增大，但这时增大，但这时 E E

7、 随随 T T 升高而升高而增大得更多些，使增大得更多些，使 f f 反而减小。反而减小。同样的道理，在同样的道理，在 T T 降低时，降低时，f f 反而增大。反而增大。日变化：与气温日变化相反，最大值出现在清晨，最低值出现在午后滨海地区例外年变化：一般与气温的年变化相反，温暖季节f小，寒冷季节f大。在季风盛行地区，由于夏季风来自海洋，冬季风来自大陆，因此最大值出现在夏半年的雨季或雨季之前，最小值出现在冬季。除温度以外，各地地面干湿不同(蒸发的水分供给有很大差异)，对流强弱不同(水汽上下传输的差异)，气流性质不同(温度、水汽含量的差异)，对f的日、年变化也产生了重要的影响。第11页，共73页

8、，编辑于2022年，星期三(五五)饱和差饱和差(d)(d)d=E-e d 0 未饱和状态d=0 饱和状态d 0 未饱和状态t-Td=0 饱和状态t-Td 0 过饱和状态温度露点差大小表示空气中实际水汽含量距离饱和的程度。总的来说，表示空气湿度的物理量可以分为两类，一类为绝对湿度、水汽压、露点温度，是表示空气中水汽含量的多少；另一类为相对湿度、饱和差、温度露点差；则表示空气中水汽含量距饱和的程度。第13页，共73页，编辑于2022年，星期三第二节第二节蒸发与蒸腾蒸发与蒸腾 由水转变为水汽的物理过程，称为蒸发。由冰直接转变为水汽的物理过程，为升华。通常人们将两者均称为蒸发。蒸发和蒸腾是土壤水分平衡

9、式中的主要支出项，蒸散为农田中土面蒸发和植物蒸腾之和。第14页，共73页，编辑于2022年，星期三一、水面蒸发一、水面蒸发 水面蒸发速度是指单位面积上，单位时间内，水分蒸发数量。在农业气象工作中，则使用日蒸发量。即以一日内因蒸发而损失的水层厚度(毫米)表示。w wA(EA(Ee)e)蒸发面的温度1影响蒸发因素 饱和差(E-e)2 风速(增强乱流)3 气压影响分子吸引力4 蒸发面的性质和形状5第15页，共73页，编辑于2022年，星期三二、土壤蒸发二、土壤蒸发土壤水分蒸发，一方面决定于温度、湿度和风等气象因子。另一方面，决定于土壤本身的结构和物理性质、土表状况、土壤含水量和地势等。蒸发的第一阶段

10、1当土壤潮湿时，蒸发在土表进行。下层水分沿毛细管上升到土表蒸发。速率与水面近似相等，强度决定于土温、饱和差、风等气象因子。蒸发的第二阶段2土表变干(含水量E)时,水面上的空气处于过饱和状态，多余的水汽转变为液态水滴，这种由水汽转变为水滴的物理过程，称为凝结。由水汽直接变为冰的物理过程，称为凝华。第22页，共73页，编辑于2022年，星期三二、大气中水汽凝结的条件1、大气中的水汽含量必须达到过饱和状态(eE)大气中水汽达到过饱和有两个途径：一方面，在一定温度下，不断增加大气中的水汽，使实际水气压增大，出现eE，产生凝结；另一方面使含有一定量水汽的空气，温度降低，直至降到露点温度以下，使E0.1m

11、m第62页，共73页，编辑于2022年，星期三(1)(1)水汽水汽 主要是指输送的水汽即要有水气输送带。(2)(2)上升气流上升气流 其一，绝热冷却，水汽达到过饱和，水汽产生凝结，云体不断发展。其二，强的上升气流能托住水滴，使水滴随着空气的垂直上升，不断凝结增大；以保证水滴在下降过程中不会被蒸发掉，到达地面形成降水。(3)(3)云底高度云底高度 水滴在降落过程中，不易蒸发掉。(4)(4)云下湿度云下湿度 云下方空气潮湿，不易蒸发掉。1 1、形成降水的宏观条件、形成降水的宏观条件第63页，共73页，编辑于2022年，星期三(1)(1)凝结凝结(凝华凝华)增长增长2 2、形成降水的微观过程、形成降

12、水的微观过程(2)(2)云滴的碰并增大云滴的碰并增大 一般说来，水滴增长的初期，凝结增大起主导作用。随着云滴的逐渐增大，凝结作用逐渐变小，而碰并增大作用逐渐增大，当水滴的半径增大到0.0lmm以上时，碰并增大起主导作用。第64页，共73页，编辑于2022年，星期三二、降水的种类二、降水的种类1 1、雨、雨 从云中降落到地面上的液态水滴称为雨。从云中降落到地面上的液态水滴称为雨。(1)(1)连续性降水连续性降水 多为雨层云和高层云降水，降水时间长，雨滴尺度中等(雨滴半径在0.32.0mm之间)。(2)(2)阵性降水阵性降水 一般为积雨云降水，降水开始和终止时间比较突然，降水强度大，时间短，具有时

13、降时停的间断性特征。迳流量大，这种降水利用率差，不利于水土保持。固态降水，如霰和雹等通常具有阵性。(3)(3)毛毛雨毛毛雨 多为层云或层积云降水，雨滴直径0.10.3mm，雨滴呈飘浮状，形如牛毛。第65页，共73页，编辑于2022年，星期三2 2、雪、雪 由冰晶和过冷水滴混合组成的云中，由于过冷水滴的饱和水汽压比冰晶的大，因而水汽由水滴表面转移到冰晶上，在冰晶的棱角上凝华，形成各种各样的六角形雪花。3 3、雹、雹 由透明和不透明的冰层相间组成的固态降水。冰雹多为球形，直径几毫米到几十毫米，多从发展旺盛的积雨云中降落。第66页，共73页，编辑于2022年，星期三 降水等级的划分降水等级的划分 三

14、、降水的表示方法三、降水的表示方法第67页，共73页，编辑于2022年，星期三四、大气中的水分循环四、大气中的水分循环水由地面(包括水面)蒸发变成水汽，水汽进入大气中凝结成云，然后以降水的形式落回地面，这种水分在下垫面与大气之间的循环过程，叫做水分循环。第68页，共73页，编辑于2022年，星期三五、人工降水五、人工降水(一)冷云(二)暖云(1)撒播制冷剂：干冰在-78.5度就可升华，使周围空气温度降低到-40度以下，使云中冰晶增大。(2)撒入AgI、HgCl、CdI等微粒：其结构为六方晶体，可作为过冷水的凝结核，有利于降水形成。重力碰并是其降水的物理基础，据此在暖云中引入大水滴或吸湿性物质。

15、如：在云中撒水、加入吸湿性很强的盐粉等来形成大水滴。第69页，共73页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 水分与植物水分与植物一、水分的生理作用（一）水分光合作用的原料 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2+282.1 kJ（二）水分是重要的溶剂和生命的介质，与矿质营养元素传送有关（三）水分可以调节植物的体温（四）水分能维持植物细胞及组织的紧张度，是细胞活动及重量反应的前提。第70页，共73页，编辑于2022年，星期三二、作物的水分需求（一）种子萌发一般为该土壤田间持水量的50%85%，种子萌发的过程就是吸收水分、代谢重新活跃和开始生长的过程。第71页，共73页，编辑于2022年，星

16、期三（二）作物水分平衡=水分吸收蒸腾损耗水分不平衡通常靠植物组织加以平衡，但大多数作物组织贮水能力有限。因此，必须精细地保持起水分的收支平衡，以避免作物水分状况过低以致伤害组织。（三）作物的水分逆境（1）水分亏缺：水分供应不能满足作物生长发育的需要即为水分亏缺。水分亏缺对作物的影响主要表现在对细胞扩张生长、光合作用、授粉受精和结实等三个方面的影响。（2）水涝：土壤水分过多。-缺氧-涝害。水涝对植物的影响因植物种类、生育阶段、土壤类型、温度、淹水水质和持续时间等不同而有很大的差别。第72页，共73页，编辑于2022年，星期三(四)作物水分需求的时间性水分临界期：作物不同时期对水分的敏感程度是不一样的，对水分最敏感的时期，即由于水分的缺乏或过多，对作物产量影响最大的时期。关键期：临界期内通常自然降水不能满足的时期。多与花芽分化的旺盛时期相联系第73页，共73页，编辑于2022年，星期三