第四章 大气中的水分(新).ppt
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1、 第四章第四章 大气中的水分大气中的水分 气象学第四章第四章第一节第一节 蒸发和凝结(凝华)蒸发和凝结(凝华)第二节第二节 地表面和大气中的凝结现象地表面和大气中的凝结现象第三节第三节 降水降水第一节第一节 蒸发和凝结(凝华)蒸发和凝结(凝华)一、大气湿度概念一、大气湿度概念(一)水汽压和饱和水汽压(一)水汽压和饱和水汽压水汽压:水汽压:大气中水汽产生的那部分压强称为水汽压。大气中水汽产生的那部分压强称为水汽压。饱和水汽压:饱和水汽压:在温度一定情况下,单位体积中的水汽在温度一定情况下,单位体积中的水汽量有一定限度,如果水汽含量达到此限度,空气就是量有一定限度,如果水汽含量达到此限度,空气就是
2、饱和状态,也叫最大水汽压,如果水汽超过这个限度,饱和状态,也叫最大水汽压,如果水汽超过这个限度,就开始凝结。就开始凝结。气象学第四章第一节第四章第一节v(二)饱和差(二)饱和差 在某一温度下,饱和水汽压与实际水汽压之差在某一温度下,饱和水汽压与实际水汽压之差。(三)相对湿度(三)相对湿度 空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的比值(用空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的比值(用百分数表示)。它直接反映空气距离饱和的相对程度。百分数表示)。它直接反映空气距离饱和的相对程度。v(四)绝对湿度(四)绝对湿度 单位体积空气中所含的水汽量,也就是空气中的水汽密单位体积空气中所含的水汽量,也就是空气
3、中的水汽密度,称为绝对湿度度,称为绝对湿度a a。它不便直接测量。它不便直接测量。(五)露点(露点温度)(五)露点(露点温度)在空气中水汽含量不变、使空气冷却到饱和时的温度。在空气中水汽含量不变、使空气冷却到饱和时的温度。在实际大气中,空气经常处于未饱和状态,露点温度比在实际大气中,空气经常处于未饱和状态,露点温度比气温要低。气温要低。气象学第四章第一节第四章第一节4 冰冰 水水 凝固凝固 融化融化凝凝结结 蒸蒸发发升升华华 凝凝华华 水汽水汽 二、水相变化二、水相变化气象学第四章第一节第四章第一节 从分子运动论看,水相变化是水的各相之间分从分子运动论看,水相变化是水的各相之间分子交换的过程。
4、子交换的过程。举例:在水和水汽共存的系统中举例:在水和水汽共存的系统中 蒸发过程蒸发过程5(一一)水相变化的物理过程水相变化的物理过程气象学第四章第一节第四章第一节 气气象象上上常常用用饱饱和和水水汽汽压压(E E)和和实实际际水水汽汽压压(e e)来判断水和水汽两相变化和平衡来判断水和水汽两相变化和平衡:E Ee e(未饱和)(未饱和)蒸发蒸发 E=e E=e (饱和)(饱和)动态平衡动态平衡 E Ee e(过饱和)(过饱和)凝结凝结 若若EsEs为某一温度下对应的冰面上的饱和水汽压,为某一温度下对应的冰面上的饱和水汽压,与以上类似也可得到冰和水汽两相变化和平衡:与以上类似也可得到冰和水汽两
5、相变化和平衡:EsEse e 升华升华 Es=e Es=e 动态平衡动态平衡 EsEse e 凝华凝华(二二)水相变化的判据水相变化的判据气象学第四章第一节第四章第一节(三)水相变化中的潜热(三)水相变化中的潜热 在水相的转变过程中,还伴随着能量的转换。在水相的转变过程中,还伴随着能量的转换。蒸发过程中,液面温度会降低,损失的这部分热量蒸发过程中,液面温度会降低,损失的这部分热量就是蒸发潜热。就是蒸发潜热。当水汽发生凝结时,这部分潜热又将当水汽发生凝结时,这部分潜热又将会全部会全部释放出来,这就是凝结潜热。释放出来,这就是凝结潜热。气象学第四章第一节第四章第一节水三相变化过程中的潜热转换水三相
6、变化过程中的潜热转换冰冰 水水 凝固凝固 融化融化凝凝结结 蒸蒸发发凝凝华华 升升华华 水汽水汽 放放热热吸吸热热吸吸热热吸热吸热气象学第四章第一节第四章第一节二、影响蒸发的因素二、影响蒸发的因素 在静止大气中,水分蒸发速度在静止大气中,水分蒸发速度W由下述方程描述由下述方程描述(道尔顿定律道尔顿定律):表明蒸发速度与饱和差(表明蒸发速度与饱和差(E-eE-e)及分子扩散系数及分子扩散系数(A A)成正比,而与气压(成正比,而与气压(P P)成反比。成反比。气象学第四章第一节第四章第一节1 1、水源、水源 没有水源就不可能有蒸发。没有水源就不可能有蒸发。2 2、热源、热源 3 3、饱和差、饱和
7、差 蒸发速度与饱和差成正比。蒸发速度与饱和差成正比。4 4、风速与湍流扩散强度、风速与湍流扩散强度 大气中的水汽垂直输送和水平扩散能加快蒸发速度。大气中的水汽垂直输送和水平扩散能加快蒸发速度。在实际情况下,影响蒸发速度的主要因子有四个:在实际情况下,影响蒸发速度的主要因子有四个:气象学第四章第一节第四章第一节三、相对湿度的时间变化三、相对湿度的时间变化(一)相对湿度的日变化(一)相对湿度的日变化 相对湿度的日变化的特点是:相对湿度的日变化的特点是:最高值基本上出现最高值基本上出现在清晨,最低值出现在午后。(晴天)在清晨,最低值出现在午后。(晴天)主要决定于气温主要决定于气温为什么午后气温升高,
8、蒸发加强为什么午后气温升高,蒸发加强了,相对湿度反而减小了?了,相对湿度反而减小了?气象学第四章第一节第四章第一节 一般以冬季最大,夏季最小。一般以冬季最大,夏季最小。某些季风盛行地区,夏季大,冬季小。某些季风盛行地区,夏季大,冬季小。为什么?(二)相对湿度的年变化(二)相对湿度的年变化气象学第四章第一节第四章第一节四、大气中水汽凝结(凝华)的条件四、大气中水汽凝结(凝华)的条件 大气中水汽凝结或凝华的一般条件是:大气中水汽凝结或凝华的一般条件是:一是有凝结核或凝华核的存在;一是有凝结核或凝华核的存在;二是大气中水汽要达到二是大气中水汽要达到饱和或饱和或过饱和状态。过饱和状态。气象学第四章第一
9、节第四章第一节(一)凝结(华)核(一)凝结(华)核凝结核:凝结核:大气中能促使水汽凝结的微粒。大气中能促使水汽凝结的微粒。半径越大,吸湿性越好的核周围越易产生半径越大,吸湿性越好的核周围越易产生 凝结。凝结。凝华核凝华核:大气中能促使水汽直接在其周围凝华成冰:大气中能促使水汽直接在其周围凝华成冰 晶的微粒。晶的微粒。大气产生凝结的大气产生凝结的重要条件之一重要条件之一 气象学第四章第一节第四章第一节(二)空气中水汽的饱和或过饱和(二)空气中水汽的饱和或过饱和 使空气达到过饱和的途径有两种:使空气达到过饱和的途径有两种:一是在一定温度下增加空气中的水汽,使水汽压一是在一定温度下增加空气中的水汽,
10、使水汽压大于该气温下的饱和水汽压。大于该气温下的饱和水汽压。二是通过冷却作用,减少饱和水汽压,使其小于二是通过冷却作用,减少饱和水汽压,使其小于当时的实际水汽压。当时的实际水汽压。大气中常见的凝结大气中常见的凝结现象,后者居多现象,后者居多气象学第四章第一节第四章第一节空气的冷却具体的过程有:空气的冷却具体的过程有:绝热冷却绝热冷却辐射冷却辐射冷却平流冷却平流冷却指空气在上升指空气在上升过程中,因体过程中,因体积膨胀对外做积膨胀对外做功导致空气本功导致空气本身的冷却。身的冷却。指暖湿空气流指暖湿空气流经冷的下垫面经冷的下垫面时,将热量传时,将热量传递给冷的地表,递给冷的地表,造成空气本身造成空
11、气本身温度降低温度降低。指在晴朗无风指在晴朗无风的夜间,由于的夜间,由于地面的辐射冷地面的辐射冷却,导致近地却,导致近地面层空气的降面层空气的降温。温。是自然是自然界中水界中水汽凝结汽凝结最主要最主要的过程,的过程,凝结的凝结的水量也水量也多。多。雾的形成雾的形成 云的形成 气象学第四章第一节第四章第一节第二节第二节 地表面和大气中的凝结现象地表面和大气中的凝结现象水汽的凝结可产生在水汽的凝结可产生在空气中空气中地表或地物上地表或地物上云和雾云和雾露、霜、雾凇和雨凇露、霜、雾凇和雨凇气象学第四章第二节第四章第二节一、地表面的水汽凝结物一、地表面的水汽凝结物(一)露和霜(一)露和霜 露露 是近地
12、层中的过饱和水汽,凝是近地层中的过饱和水汽,凝集在地面或近地面物体上的水珠。集在地面或近地面物体上的水珠。气象学第四章第二节第四章第二节霜霜是寒冷、晴朗和微风是寒冷、晴朗和微风(或无风)的夜晚,气(或无风)的夜晚,气温降到露点以下,空气温降到露点以下,空气中的饱和水汽凝集在地中的饱和水汽凝集在地面或近地面物体上的白面或近地面物体上的白色松脆的冰晶。色松脆的冰晶。形成露和霜的气象条件形成露和霜的气象条件是晴朗、微风的夜晚。是晴朗、微风的夜晚。霜和霜冻霜和霜冻 气象学第四章第二节第四章第二节(二)雾凇(二)雾凇雾凇雾凇是形是形成于树枝成于树枝上、电线上、电线上或其它上或其它地物迎风地物迎风面上的白
13、面上的白色疏松的色疏松的微小冰晶微小冰晶或冰粒。或冰粒。气象学第四章第二节第四章第二节 形成形成 气象条件气象条件晶状晶状雾凇雾凇由过冷却雾滴蒸由过冷却雾滴蒸发后,再由水汽发后,再由水汽凝华而成凝华而成粒状粒状雾凇雾凇由过冷却的雾滴由过冷却的雾滴被风吹过,碰到被风吹过,碰到冷的物体表面迅冷的物体表面迅速冻结而成速冻结而成有有雾雾微风微风严寒严寒(气温低于(气温低于-15-15)浓浓雾雾风较大风较大微寒微寒(气温在(气温在-2-2-7-7)气象学第四章第二节第四章第二节雨凇雨凇是形成在地面是形成在地面或地物迎风面上的或地物迎风面上的透明的或毛玻璃状透明的或毛玻璃状的紧密冰层。的紧密冰层。它主要是
14、过冷却它主要是过冷却雨滴降到温度低于雨滴降到温度低于00的地面或地物上的地面或地物上冻结而成的。冻结而成的。(三)雨凇(三)雨凇气象学第四章第二节第四章第二节二、近地面层空气中的凝结二、近地面层空气中的凝结-雾雾 雾雾是悬浮是悬浮于近地面空气于近地面空气中的大量水滴中的大量水滴或冰晶,使水或冰晶,使水平能见度小于平能见度小于1km1km的物理现的物理现象。象。雾雾中中的的珠珠穆穆朗朗玛玛峰峰雾雾实际上也可以说实际上也可以说是靠近地面的是靠近地面的云云 气象学第四章第二节第四章第二节 形成形成 形成的有利天气条件形成的有利天气条件辐辐射射雾雾由地面辐射冷却由地面辐射冷却使贴地气层冷却使贴地气层冷
15、却而形成的而形成的(范围(范围不大,持续时间不大,持续时间短)短)空气中有充足的水汽;天气空气中有充足的水汽;天气晴朗少云;微风(晴朗少云;微风(13m/s13m/s););大气层结稳定大气层结稳定平平流流雾雾由暖湿空气流经由暖湿空气流经冷的下垫面逐渐冷的下垫面逐渐冷却而形成的冷却而形成的(范围大,持续(范围大,持续时间长)时间长)下垫面与暖湿空气的温差较下垫面与暖湿空气的温差较大;暖湿空气的湿度大;适大;暖湿空气的湿度大;适宜的风向(由暖向冷)和风宜的风向(由暖向冷)和风速(速(2 27m/s7m/s);层结较稳定);层结较稳定 气象学第四章第二节第四章第二节 (一一)基本概念基本概念云云是
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