大气中的水分.ppt
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1、第四章第四章 大气中的水分大气中的水分本本章章内内容容 空气湿度空气湿度 蒸发和蒸散蒸发和蒸散 凝结和凝结物凝结和凝结物 降水降水地气系统中的地气系统中的水分收支水分收支气态气态液态液态固态固态对所有生物生长发育都具有重要意义:对所有生物生长发育都具有重要意义:空气湿度和大气降水空气湿度和大气降水第一节第一节 空气湿度空气湿度 空气湿度:空气湿度:空气湿度:空气湿度:空气中水汽含量的多少或潮湿程度。空气中水汽含量的多少或潮湿程度。空气中水汽含量的多少或潮湿程度。空气中水汽含量的多少或潮湿程度。湿度参量:湿度参量:湿度参量:湿度参量:表征空气中水汽含量的多少和潮湿程表征空气中水汽含量的多少和潮湿
2、程表征空气中水汽含量的多少和潮湿程表征空气中水汽含量的多少和潮湿程 度的物理量。度的物理量。度的物理量。度的物理量。湿度参量湿度参量湿度参量湿度参量水汽压水汽压水汽压水汽压相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度露点温度露点温度露点温度露点温度饱和差饱和差饱和差饱和差比湿比湿比湿比湿混合比混合比混合比混合比绝对湿度绝对湿度绝对湿度绝对湿度 水汽压(水汽压(水汽压(水汽压(watervaporpressure)watervaporpressure)(e e)反映空气中水汽含量的多少反映空气中水汽含量的多少反映空气中水汽含量的多少反映空气中水汽含量的多少水汽含量水汽含量水汽含量水汽含量 水汽压水汽压水汽压
3、水汽压e e e e 定义:定义:定义:定义:大气中水汽产生的分压力。大气中水汽产生的分压力。大气中水汽产生的分压力。大气中水汽产生的分压力。单位:单位:单位:单位:百帕百帕百帕百帕 (hPa)(hPa)(hPa)(hPa)1 1 1 1百帕百帕百帕百帕(hPa)=100(hPa)=100(hPa)=100(hPa)=100帕斯卡帕斯卡帕斯卡帕斯卡(Pa)(Pa)(Pa)(Pa)水汽含量恰好达到该温度下的最大限度,这时的空气为水汽含量恰好达到该温度下的最大限度,这时的空气为饱和水饱和水汽压汽压()称饱和空气,此时的水汽压为饱和水汽压。()称饱和空气,此时的水汽压为饱和水汽压。饱和湿空气中水汽的
4、分压强。饱和湿空气中水汽的分压强。饱和湿空气中水汽的分压强。饱和湿空气中水汽的分压强。饱和水汽压(饱和水汽压(饱和水汽压(饱和水汽压(E E)反映空气的最大水汽容纳能力反映空气的最大水汽容纳能力反映空气的最大水汽容纳能力反映空气的最大水汽容纳能力饱和水汽压取决于温度饱和水汽压取决于温度饱和水汽压取决于温度饱和水汽压取决于温度(马格奴斯半经验公式)(马格奴斯半经验公式)(马格奴斯半经验公式)(马格奴斯半经验公式)影响因子:影响因子:影响因子:影响因子:E E E EE E E ET T T T 温度温度温度温度 T T T T E E E E 蒸发面性质蒸发面性质蒸发面性质蒸发面性质 E E E
5、 E过冷却水过冷却水过冷却水过冷却水E E E E冰冰冰冰 蒸发面形状蒸发面形状蒸发面形状蒸发面形状 E E E E凸面凸面凸面凸面E E E E平面平面平面平面E E E E凹面凹面凹面凹面 液体含盐度液体含盐度液体含盐度液体含盐度 含盐度含盐度含盐度含盐度 E E E E马格奴斯马格奴斯(Magnus)半经验公式。半经验公式。E0=6.1hPa,为,为0时的饱和时的饱和水汽压;水汽压;te为蒸发面温度。饱和水汽压是以指数律随温度升高而为蒸发面温度。饱和水汽压是以指数律随温度升高而迅速增大迅速增大表表5-1 不同温度下的饱和水汽压不同温度下的饱和水汽压温度温度()()饱和水汽压饱和水汽压(h
6、Pa)(hPa)-30-300.50.5-20-201.21.2-10-102.92.90 06.16.1101012.312.3202023.423.4303042.442.4随温度升高呈指数率增大随温度升高呈指数率增大T增大,增大,eE,多余水汽凝结,多余水汽凝结E随温度升降的改变量,在高温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,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在高温条件下饱和空气中形成的云雾要浓些。云雾要浓些。考察水分子在不同性质水面下的吸引力考察水分子在不同性质水面下的吸引力蒸发面性质E纯水面纯水面E冰面冰面E纯水面纯水面E溶液面溶液面温度在温
7、度在0以下不结冰的水称为过冷却水以下不结冰的水称为过冷却水(supercooledwater)蒸发面形状:蒸发面形状:考察水分子在不同形状下的吸引力大小考察水分子在不同形状下的吸引力大小E E凸面凸面 E E平面平面EE凹面,凸面的曲率愈大(即水滴愈小),凹面,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。饱和水汽压愈大,而凹面的曲率愈大,则其饱和水汽压愈小。相对湿度(相对湿度(相对湿度(相对湿度(relativehumidityrelativehumidity)定义:定义:定义:定义:空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。空气的实际水汽压与同
8、温度下的饱和水汽压的百分比值。空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。在同一气温条件下,水汽含量距离饱和的程度,反映空气的潮在同一气温条件下,水汽含量距离饱和的程度,反映空气的潮在同一气温条件下,水汽含量距离饱和的程度,反映空气的潮在同一气温条件下,水汽含量距离饱和的程度,反映空气的潮湿程度湿程度湿程度湿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。与温度成反比关系。空气中的实际水汽压空气中的实际水汽压同温下的饱和水汽压同温下的饱和水汽压温度不变,温度
9、不变,温度不变,温度不变,E E E E不变:水汽含量不变:水汽含量不变:水汽含量不变:水汽含量 e e e e r r r r水汽含量不变,水汽含量不变,水汽含量不变,水汽含量不变,e e e e不变:温度不变:温度不变:温度不变:温度 E E E E r r r r 100%100%100%过饱和状态过饱和状态 露点温度露点温度露点温度露点温度(dew-pointtemperature)(dew-pointtemperature)用用用用T Td d 表示表示表示表示定义:定义:定义:定义:对于含有水汽的湿空气,在不改变气压和水汽含量的对于含有水汽的湿空气,在不改变气压和水汽含量的对于含有
10、水汽的湿空气,在不改变气压和水汽含量的对于含有水汽的湿空气,在不改变气压和水汽含量的情况下,降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。情况下,降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。情况下,降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。情况下,降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。E E E Ee e e eT T T TT T T TT T T Td d d de e e eE E E E(T,eT,eT,eT,e)水汽含量水汽含量水汽含量水汽含量 露点温度露点温度露点温度露点温度T T T Td d d d露点温度与当时的气温无关,露点温度与当时的气温无关,反映空气中水汽含量的多少,反映空气中水汽含量的
11、多少,反映空气中水汽含量的多少,反映空气中水汽含量的多少,故只故只表示表示空气湿度空气湿度,不表示空气的冷热状况,不表示空气的冷热状况当空气中水汽含量当空气中水汽含量达到饱和时达到饱和时,T Td d=T T即露点温度与气温相等即露点温度与气温相等当空气中水汽含量当空气中水汽含量未饱和时未饱和时,T Td d T T即露点温度比气温低即露点温度比气温低当空气中水汽含量当空气中水汽含量过饱和时过饱和时,T Td d T T即露点温度比气温低即露点温度比气温低露点温度与当时的气温差露点温度与当时的气温差,表示,表示空气的空气的潮湿程度潮湿程度,差越小,说明空气湿度越接近,差越小,说明空气湿度越接近
12、饱和程度,即空气越潮湿,反之,则越干燥饱和程度,即空气越潮湿,反之,则越干燥气温降低多少度,气温降低多少度,水汽水汽能否产生凝结能否产生凝结,这对天,这对天气预报具有重要的意义气预报具有重要的意义 饱和差饱和差饱和差饱和差saturationdeficitsaturationdeficit(d d)定义:定义:定义:定义:同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。d=E-ed=E-e 饱和差的大小表示空气中实际水汽含量距离饱和的程度,反映空饱和差的大小表示空气中实际水汽含量距离饱和的程
13、度,反映空饱和差的大小表示空气中实际水汽含量距离饱和的程度,反映空饱和差的大小表示空气中实际水汽含量距离饱和的程度,反映空气的潮湿程度。气的潮湿程度。气的潮湿程度。气的潮湿程度。影响因子:影响因子:影响因子:影响因子:温度不变,温度不变,温度不变,温度不变,E E E E不变:水汽含量不变:水汽含量不变:水汽含量不变:水汽含量 e e e e d d d d水汽含量不变,水汽含量不变,水汽含量不变,水汽含量不变,e e e e不变:温度不变:温度不变:温度不变:温度 E E E E d d d d水汽含量、温度水汽含量、温度水汽含量、温度水汽含量、温度 比湿(比湿(比湿(比湿(q q q q)
14、、混合比()、混合比()、混合比()、混合比(S S S S)、绝对湿度()、绝对湿度()、绝对湿度()、绝对湿度(a a a a)在一团湿空气中,水汽的质量与该团空气的总质量的比值,称为在一团湿空气中,水汽的质量与该团空气的总质量的比值,称为比湿(比湿(specifichumidity)水汽的质量水汽的质量空气的质量空气的质量混合比:混合比:混合比:混合比:湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。m m m m水汽水汽水汽水汽m m m m干空气干空
15、气干空气干空气S S比湿与水汽压特性不同。当湿空气上升膨胀或下降收缩过程中比湿与水汽压特性不同。当湿空气上升膨胀或下降收缩过程中比湿与水汽压特性不同。当湿空气上升膨胀或下降收缩过程中比湿与水汽压特性不同。当湿空气上升膨胀或下降收缩过程中,空气体积发生变化空气体积发生变化空气体积发生变化空气体积发生变化,水汽压相应也改变。但比湿不同水汽压相应也改变。但比湿不同水汽压相应也改变。但比湿不同水汽压相应也改变。但比湿不同,只要没有凝只要没有凝只要没有凝只要没有凝结现象发生结现象发生结现象发生结现象发生,比湿就不变比湿就不变比湿就不变比湿就不变,具有保守性。这一特性具有保守性。这一特性具有保守性。这一特
16、性具有保守性。这一特性,在气象学上常在气象学上常在气象学上常在气象学上常用来用来用来用来判断气团的干湿性质和有关温度的计算。判断气团的干湿性质和有关温度的计算。判断气团的干湿性质和有关温度的计算。判断气团的干湿性质和有关温度的计算。比湿和混合比具有保守性比湿和混合比具有保守性比湿和混合比具有保守性比湿和混合比具有保守性在讨论空气绝热升降中,通常用比湿来表示在讨论空气绝热升降中,通常用比湿来表示该空气团的湿度该空气团的湿度绝对湿度绝对湿度绝对湿度绝对湿度water vapor densitywater vapor densitywater vapor densitywater vapor den
17、sity(水汽密度):(水汽密度):(水汽密度):(水汽密度):单位体积湿空气中单位体积湿空气中单位体积湿空气中单位体积湿空气中水汽的质量。水汽的质量。水汽的质量。水汽的质量。a a a am m m m水汽水汽水汽水汽V V V V绝对湿度不易直接测定,通常通过气温、水气压间接求算而得绝对湿度不易直接测定,通常通过气温、水气压间接求算而得绝对湿度不易直接测定,通常通过气温、水气压间接求算而得绝对湿度不易直接测定,通常通过气温、水气压间接求算而得二、空气湿度的时间变化二、空气湿度的时间变化二、空气湿度的时间变化二、空气湿度的时间变化 水汽压的时间变化水汽压的时间变化水汽压的时间变化水汽压的时间
18、变化 日变化日变化日变化日变化单波型(海洋型)单波型(海洋型)单波型(海洋型)单波型(海洋型)海洋、沿海地区、冬季大陆海洋、沿海地区、冬季大陆海洋、沿海地区、冬季大陆海洋、沿海地区、冬季大陆e e e e时间时间时间时间日出前日出前日出前日出前14141414时时时时影响因子:影响因子:影响因子:影响因子:蒸发强度蒸发强度蒸发强度蒸发强度双波型(大陆型)双波型(大陆型)双波型(大陆型)双波型(大陆型)夏季内陆、沙漠地区夏季内陆、沙漠地区夏季内陆、沙漠地区夏季内陆、沙漠地区e e e e时间时间时间时间日出前日出前日出前日出前14141414时时时时10101010时时时时22222222时时时
19、时影响因子:影响因子:影响因子:影响因子:蒸发强度蒸发强度蒸发强度蒸发强度 乱流强度乱流强度乱流强度乱流强度 年变化年变化年变化年变化e e e e时间时间时间时间冬季冬季冬季冬季夏季夏季夏季夏季影响因子:影响因子:影响因子:影响因子:蒸发强度蒸发强度蒸发强度蒸发强度 相对湿度的时间变化相对湿度的时间变化相对湿度的时间变化相对湿度的时间变化绝大多数地区:绝大多数地区:绝大多数地区:绝大多数地区:与气温的日变化反相与气温的日变化反相与气温的日变化反相与气温的日变化反相时间时间时间时间r r r r夜夜夜夜昼昼昼昼T T T T 地面水分蒸发强度地面水分蒸发强度地面水分蒸发强度地面水分蒸发强度 e
20、 e e eT T T T E E E E 并且并且并且并且E E E E比比比比e e e e快快快快因此因此因此因此 T T T T r r r r同理同理同理同理 T T T T r r r r近海地区及其它大型水体的周围(晴朗稳定的天气条件下)近海地区及其它大型水体的周围(晴朗稳定的天气条件下)近海地区及其它大型水体的周围(晴朗稳定的天气条件下)近海地区及其它大型水体的周围(晴朗稳定的天气条件下)与气温的日变化同相与气温的日变化同相与气温的日变化同相与气温的日变化同相r r r r时间时间时间时间夜夜夜夜昼昼昼昼海陆风(水陆风)海陆风(水陆风)海陆风(水陆风)海陆风(水陆风)昼:昼:昼
21、:昼:吹海风,潮湿吹海风,潮湿吹海风,潮湿吹海风,潮湿夜:夜:夜:夜:吹陆风,干燥吹陆风,干燥吹陆风,干燥吹陆风,干燥 日变化日变化日变化日变化 年变化年变化年变化年变化大多数地区:大多数地区:大多数地区:大多数地区:与气温的年变化反相与气温的年变化反相与气温的年变化反相与气温的年变化反相T T T T 地面水分蒸发强度地面水分蒸发强度地面水分蒸发强度地面水分蒸发强度 e e e eT T T T E E E E 并且并且并且并且E E E E比比比比e e e e快快快快因此因此因此因此 T T T T r r r r同理同理同理同理 T T T T r r r rr r r r时间时间时间
22、时间夏季夏季夏季夏季冬季冬季冬季冬季季风气候区:季风气候区:季风气候区:季风气候区:与气温的年变化同相与气温的年变化同相与气温的年变化同相与气温的年变化同相r r r r夏季夏季夏季夏季冬季冬季冬季冬季时间时间时间时间夏季:夏季:夏季:夏季:夏季风,来自海洋,潮湿夏季风,来自海洋,潮湿夏季风,来自海洋,潮湿夏季风,来自海洋,潮湿冬季:冬季:冬季:冬季:冬季风,来自内陆,干燥冬季风,来自内陆,干燥冬季风,来自内陆,干燥冬季风,来自内陆,干燥 第二节第二节 蒸发和蒸散蒸发和蒸散由水转变为水汽的物理过程,由水转变为水汽的物理过程,称为称为蒸发蒸发(evaporation)。由冰直。由冰直接转变为水汽
23、的物理过程,为接转变为水汽的物理过程,为升华升华(sublimation),通常人们将两通常人们将两者均称为蒸发。者均称为蒸发。蒸发和蒸腾是土壤水分平衡式蒸发和蒸腾是土壤水分平衡式中的主要支出项,中的主要支出项,蒸散蒸散(evapotranspiration)为农田中土面为农田中土面蒸发和植物蒸腾之和。蒸发和植物蒸腾之和。一、水面蒸发一、水面蒸发一、水面蒸发一、水面蒸发 蒸发速率蒸发速率蒸发速率蒸发速率(evaporativity)(evaporativity)定义:定义:定义:定义:单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质量。单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质量。单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质
24、量。单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质量。单位:单位:单位:单位:g g g gcmcmcmcm2 2 2 2 日日日日 日蒸发量日蒸发量日蒸发量日蒸发量:一天中蒸发掉的水层的厚度。一天中蒸发掉的水层的厚度。一天中蒸发掉的水层的厚度。一天中蒸发掉的水层的厚度。(单位:单位:单位:单位:mm/d)mm/d)mm/d)mm/d)道尔顿蒸发公式道尔顿蒸发公式道尔顿蒸发公式道尔顿蒸发公式d d d d0 0 0 0 时,时,时,时,W W W W0 0 0 0,蒸发过程蒸发过程蒸发过程蒸发过程d d d d0 0 0 0 时,时,时,时,W W W W0 0 0 0,动态平衡动态平衡动态平衡动态平衡d
25、 d d d0 0 0 0 时,时,时,时,W W W W0 0 0 0,凝结过程凝结过程凝结过程凝结过程水面蒸发速率水面蒸发速率饱和差饱和差气压气压与风速有关的比例系数与风速有关的比例系数 影响水面蒸发速率的因子影响水面蒸发速率的因子影响水面蒸发速率的因子影响水面蒸发速率的因子 温度:温度:温度:温度:T T T T E E E E d d d d W W W W 湿度:湿度:湿度:湿度:e e e e d d d d W W W W 气压:气压:气压:气压:P P P P W W W W 风:风:风:风:风速风速风速风速 W W W W 蒸发面性质:蒸发面性质:蒸发面性质:蒸发面性质:W
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- 大气 中的 水分
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