三章大气中的水分课件.ppt

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1、第二章 大气中的水分,第二章 大气中的水分,主要内容,大气中空气湿度的表示方法 蒸发及凝结现象 大气中的凝结物 降水的形成,主要内容 大气中空气湿度的表示方法,第一节 大气湿度及水相变化,大气中水分含量的多少，称为湿度，即空气的干湿程度。,一、大气湿度,第一节 大气湿度及水相变化大气中水分含量的多少，称为湿度，,（一）湿度的表示方法,1、水汽压： 指大气中水汽部分的分压力，用 e 表示，单位是 hPa 。空气中水汽含量越多，水汽压越大。 2、绝对湿度： 指单位体积湿空气所含有的水汽质量，又称为水汽密度， 用 a 表示，其单位为 gm3 或 gcm3 。空气中水汽含量越多，绝对湿度就越大。 由于

2、水汽含量难以直接测量，通常以 e 代替 a 。,（一）湿度的表示方法 1、水汽压： 指大气中水汽部分的分压,饱和水汽压与相对湿度,3、饱和水汽压： 指一定体积空气在一定温度条件下所能容纳的最大水汽量所具有的压力，用 E 表示，其单位与水汽压相同。饱和水汽压随温度升高而增大，随温度降低而减小。,不同气温下的饱和湿度,饱和水汽压与相对湿度 3、饱和水汽压： 指一定体积空气在一定,4、相对湿度 指空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压之比的百分数，用 f 表示，即： f e E 100相对湿度大小直接反映空气距离饱和的程度，当 e 不变时，气温升高饱和水汽压增大，相对湿度减小。,相对湿度在80以上称

3、为高气湿，30以下称为低气湿。,4、相对湿度相对湿度在80以上称为高气湿，30以下称为,相对湿度的测定,相对湿度的测定,69,75,81,87,93,35.0,67,73,79,86,93,30.0,61,68,76,83,92,25.0,58,66,74,82,91,20.0,52,61,70,80,90,15.0,44,54,65,76,88,10.0,32,45,58,71,86,5.0,15,3l,47,65,82,0.0,11,32,54,77,-50,5.0,4.0,3.0,2.0,1.0,干湿差(干球温度减去湿球温度),干球温度,比较这些数据，你发现了哪些规律？,69758187

4、9335.06773798,当温度不变时，绝对湿度越大，相对湿度就越大；反之，绝对湿度越小，相对湿度就越小，它们呈正比关系。,当绝对湿度不变时，温度上升相对湿度必然下降，而温度下降相对湿度必然上升，它们呈反比关系。,当相对湿度不变时，温度升高必然绝对湿度加大，温度降低必然绝对湿度减小，它们呈正比关系。,绝对湿度、相对湿度和温度三者的关系,当温度不变时，绝对湿度越大，相对湿度就越大；反之，绝对湿度越,饱和差与露点,5、饱和差 指在一定温度下，饱和水汽压与空气中实际水汽压之差，用 d 表示。 d E e ，单位与水汽压相同。饱和差越大，说明空气中水汽含量越少。,饱和差与露点 5、饱和差,6、露点

5、指空气中水汽含量不变，气压保持一定时，气温下降到使空气达到饱和时的温度。用 Td 表示。 在饱和空气中， TTd 0 ； 而在未饱和空气中，则 TTd 0 。 TTd 差值越大，相对湿度越小，反之相对湿度越大。气温降到露点，是水汽凝结的必要条件。,露点仪,6、露点露点仪,露点的简单测量,1、以量杯装盛自来水片刻，让水温和 气温一致；2、放入温度计，慢慢加入少量冰块， 观测水温的降低；3、等候片刻或继续加入多一些冰块， 直至量杯外表面出现水珠，此时温 度计的读数即为露点温度。,露点的简单测量1、以量杯装盛自来水片刻，让水温和,（二）湿度的变化与分布,1、日变化： 相对湿度的日变化主要取决于气温。

6、气温高相对湿度小，气温低相对湿度大。因为气温增高时，饱和水汽压增大比水汽压增大要快得多，气温降低时相反。因此，相对湿度最高值出现在清晨气温最低时，最低值出现在午后气温最高时。 2、年变化： 相对湿度的年变化，一般是冬季最大，夏季最小。但季风气候区相反，夏季大冬季小，因为夏季风来自海洋，而冬季风来自大陆。,（二）湿度的变化与分布 1、日变化： 相对湿度的日变化主要取,3、湿度的空间分布,相对湿度的空间分布特征取决于纬度和海陆分布状况。 赤道地带终年高温多雨，而高纬度地带则全年低温，所以相对湿度都较高80。副热带区域，相对湿度较低，约50。 通常，相对湿度大陆小海洋大。在大陆，距离海洋越近，相对湿

7、度越大；距离海洋越远，相对湿度越小。,3、湿度的空间分布 相对湿度的空间分布特征取决于,二、蒸发与凝结,水文循环过程如下图所示,1、水分循环,二、蒸发与凝结水文循环过程如下图所示1、水分循环,“天然人工”水循环示意图,“天然人工”水循环示意图,内因（水的物理特性）,外因（太阳辐射和地心引力）,水循环,内因（水的物理特性） 外因（太阳辐射和地心引力）水循环,全球水平衡(数据来自John Mbugua et al, 1995),全球水平衡(数据来自John Mbugua et al, 1,水循环的意义,（1）水循环是地球上各水体间相互联系的纽带， 使水圈形成一个动态的系统；,（2）通过水循环，使海

8、洋源源不断地向陆地供应 淡水，滋润着土地，哺育着生命。,地球上主要水体的平均更新周期： 更新最快 大气水 更新最慢 冰川,水循环的意义（1）水循环是地球上各水体间相互联系的纽带，（2,2、水相变化与潜热交换蒸发由水变成水汽；凝结由水汽变成水；冻结由水变成冰；融解由冰变成水；凝华由水汽直接变成冰；升华由冰直接变成水汽。 水的相变过程伴随着能量转化和交换，这种能量称为潜热（能）。,2、水相变化与潜热交换,潜热交换, 由水的相变导致的热量吸收和释放过程，称为潜热交换（过程）。 蒸发、融解、升华吸收潜热； 凝结、冻结、凝华释放潜热。例如：常温下，水的蒸发潜热为 L 2497 J ，即蒸发 1 g 水需

9、要消耗 2497 J 的热量；与此相反， 1 g 水冻结成冰则可释放出 334.7 J 热量。,潜热交换 由水的相变导致的热量吸收和释放,3、蒸发及其影响因素,当 e E 时，出现蒸发；当 e E 时，则出现凝结。蒸发量：因蒸发而消耗的水量，以水层厚度mm 表示。蒸发 1 mm 厚的水，相当于 1 m2面积上蒸发 1000g 的水量。 蒸发速率：单位时间从单位面积上蒸发出来的水分质量，单位为 gcm2 s 。蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面温度越高，蒸发越快、蒸发量越大。蒸发量变化与气温变化基本一致，即每天午后最大日出前最小；夏季大冬季小；海洋大、大陆小。,3、蒸发及其影响因素当 e E

10、时，出现蒸发；,蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面温度越高，蒸发越快、蒸发量越大。蒸发量变化与气温变化基本一致，即每天午后最大日出前最小；夏季大冬季小；海洋大、大陆小。,蒸发面的影响,蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面温度越高，蒸发越快、蒸发,地理纬度的影响,地理纬度的影响,4、凝结及其条件,空气中水的凝结必须具备两个条件：空气要达到饱和或过饱和状态；要有凝结核。空气达到饱和或过饱和的途径：增加空气水汽含量，如暖水面的蒸发；降低气温，大气中水的凝结主要由于空气冷却而产生（绝热冷却：云、雨产生的主要方 式；辐射冷却和平流冷却：雾、露、霜等产生的主要方式 ）。凝结核指具有吸湿性、可作为水汽凝结

11、核心的微粒。其含量随高度递减；陆地多海洋少；城市多乡村少，工业区最多。,4、凝结及其条件空气中水的凝结必须具备两个条件：,三、水汽凝结现象,三、水汽凝结现象,三、水汽凝结现象三、水汽凝结现象,1、地面凝结现象（露和霜）,当近地面层空气冷却至露点温度以下时，水汽会凝结在地面或地面物体上。露：如果露点温度高于 0 ，水汽凝结为液态，称为露；霜：如果露点温度低于 0 ，水汽凝结为固态，称为霜；霜冻：是指温度下降到足以引起农作物受害或死亡的低温。露和霜的形成条件：近地面层空气湿度要大；有利于辐射冷却的天气条件；地面或地物热传导不良。,1、地面凝结现象（露和霜）当近地面层空气冷却至露点温度以,北国树挂(

12、雾凇),雨凇,北国树挂(雾凇)雨凇,2、近地气层中的凝结物（雾）,雾：指漂浮在近地面层、由水汽凝结（凝华）而成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。当能见度小于 1 km 称为雾；1 10 km的称为轻雾。雾的类型：最常见的是辐射雾和平流雾，还有蒸气雾、上坡雾和锋面雾。辐射雾因地面辐射冷却，使近地面层空气变冷，水汽凝结而成；多出现于秋冬季节无云的夜晚，谚语有 “ 十雾九晴 ” 之说。平流雾暖湿气流移到冷的下垫面上，冷却降温，水汽凝结而形成；出现范围广。,2、近地气层中的凝结物（雾）雾：指漂浮在近地面层、由水汽凝,城市之雾1,城市之雾,城市之雾1城市之雾,城市之雾2,城市之雾,城市之雾2城市之雾,山

13、地之雾,山地之雾,伦敦,伦敦,指高悬于空中、由水汽凝结（凝华）而成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。云是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到饱和或过饱和发生凝结而成。 云的成因：对流运动主要形成积状云；系统性上升运动主要形成层状云；波状运动主要形成波状云；地形作用比较复杂，可以形成各种云。,3、自由大气中的凝结物（云）,指高悬于空中、由水汽凝结（凝华）而3、自由大气中的凝结物,卫星云图,卫星云图,云的类型, 云的分类：按国际分类法，根据云的形成高度，结合云的形态特征、 结构、成因，将云分为 3 族 10 属 29 种。,云的类型云 族云 属符 号特 征低积,云的结构,云的结构, 云量的观测,天

14、空被云遮蔽的程度叫云量，以0 10 的成数表示。云量的多少与纬度、海陆分布、大气环流等因素有关。晴天：03； 少云：3 5；多云：6 8； 阴天：9 10 。 云量带赤道多云带：上升气流，热对流，云量 6；纬度 20O 30O 少云带：下沉气流，云量 4 ；中高纬多云带：气团、锋面频繁活动，云量 6 7 。, 云量的观测天空被云遮蔽的程度叫云量，以0 10,积云，平底，向上发展,积云，平底，向上发展,积雨云在13分钟内的发展,积雨云在13分钟内的发展,积雨云在13分钟内的发展积雨云在13分钟内的发展,强烈发展的积雨云1,强烈发展的积雨云,强烈发展的积雨云1强烈发展的积雨云,强烈发展的积雨云2,

15、强烈发展的积雨云,强烈发展的积雨云2强烈发展的积雨云,强烈发展的积雨云3,强烈发展的积雨云,强烈发展的积雨云3强烈发展的积雨云,层积云,层积云,层云,层云,雨层云,雨层云,高层云,高层云,高积云,高积云,卷云1,卷云,卷云1卷云,卷云2,卷云,卷云2卷云,卷云3,卷云,卷云3卷云,卷层云1,卷层云,卷层云1卷层云, 晕,当天空中有冰晶组成的卷层云围绕在太阳或月亮的周围时，光线经过冰晶的折射和反射作用，偶而会出现一个或两个以上的彩色光环围绕在太阳或月亮的四周，呈现内红外紫的排列，有时还会见到一些彩色或白色的光斑、光弧。这种出现光圈、光斑及光弧等光学现象统称为 “ 晕 ”（halo）。, 晕当天空

16、中有冰晶组成的卷层云围绕,卷层云2,谚语 “ 日晕风，月晕雨 ” : 表示已经有锋面或低气压自远方接近，是为天气转坏的前兆。,卷层,卷层云2谚语 “ 日晕风，月晕雨 ” : 表示已经有锋面卷,卷层云3,卷层云,卷层云3卷层云,卷积云,卷积云,波状云1,波状云,波状云1波状云,波状云2,波状云,波状云2波状云,旗云（地形云）,旗云（地形云）,火山云,美国圣劳伦斯火山,火山云美国圣劳伦斯火山,UFO云（地形云）,法国,UFO云（地形云）法国,荚状云（地形云）,荚状云（地形云）,镜状云（地形云）,镜状云（地形云）,四、降水,指从云层中降落到地面的液态或固态水。包括雨、雪、霰、雹等。降水量：指降落到地

17、面上的雨和融化后的雪、霰、雹等集聚在水平面上的水层厚度，单位为 mm。降水强度：指单位时间内的降水量，单位为 mmh 或 mmd 。降水变率：指各年降水量的距平数与多年平均降水量的百分比，表示降水量的变化程度。 Cv = 距平数平均数100,四、降水指从云层中降落到地面的液态或,降水量的测量,为了使降水量具有较高的精确性和比较性，气象观测规范中规定：降水量指从天空中降落到地面上的液态或固态（经融化后）降水，未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度。降水量以毫米为单位。,降水量的测量为了使降水量具有较高的精确性和比较性，气象观测规,水分条件,指降水量与实际蒸发量之差。降水量蒸发量时，气候湿润；

18、降水量蒸发量时，气候干燥。,水分条件指降水量与实际蒸发量之差。,（一）降水的形成,降水从云中来，但有云未必有降水。形成降水的关键，是云滴迅速增大到能克服空气阻力和上升气流的顶托，并在降落过程中不被蒸发掉。1、凝结（凝华）增长：指水汽分子凝结（凝华）在云滴（冰晶）表面上，使云滴（冰晶）增长的过程。,过冷水滴蒸发冰晶凝华增长,小水滴蒸发大水滴凝结增长,暖水滴蒸发冷水滴凝结增长,（一）降水的形成降水从云中来，但有云未必有降水。形过冷, 冷云与暖云的云滴增长,由冰晶和过冷却水滴混合组成的云称为冷云或冰水混合云，其云体高度在 0 等温线以上；而由不同大小、冷暖水滴组成的云则称为暖云，其云体高度在 0 等

19、温线以下。在温度相同条件下，冰面饱和水汽压小于水面饱和水汽压， 水滴不断蒸发变小，而冰晶则不断凝华增大，这种过程称为冰晶效应。冰晶效应是冷云云滴增长的主要过程；而小（暖）水滴蒸发变小、大（冷）水滴凝结增大却是暖云云滴增长的主要方式。由于随着云滴半径增大，其增长速度迅速下降，所以单靠凝结（凝华）难以形成降水。, 冷云与暖云的云滴增长由冰晶和过冷却水滴混合组成的云称,2、碰并增长,是指两个或两个以上的水滴相碰合并而增大的过程。下降时，大水滴追上小水滴；上升时，小水滴追上大水滴，都会发生碰并，使云滴迅速增大。,在云滴增长过程中，上述两种过程共同作用，初期以凝结（凝华）增长为主，后期则以碰并增长为主，

20、尤其在低纬度地区的暖云降水，碰并增长更为重要。,2、碰并增长是指两个或两个以上的水滴相碰合并在云滴增长过,第三章-大气中的水分课件, 人工降水,根据自然界降水的原理，利用催化剂，促使云滴迅速凝结或碰并增大形成雨滴，达到降水的方法。冷云催化：人工增加冰晶，产生冰晶效应。方法： 干冰（降温自生冰晶）； 人工冰核（碘化银、氯化汞等）； 暖云催化：提供大水滴，促进凝结、碰并增长。方法：氯化钠、氯化钾等吸湿性物质., 人工降水根据自然界降水的原理，利用催化剂，促,雨量和分级,雨量和分级 种类 24小时12小时目视特征小雨10.0,（二）降水的类型（成因分类）,1、对流雨：近地面气层强烈受热上升，冷却凝结

21、形成积雨云而降雨， 常伴随雷电现象， 又称热雷雨；赤道常年可见，我国夏季常见；2、气旋雨：气旋中心气压低，空气辐合上升凝结成雨。降水范围广、时间较长；3、锋面雨：冷暖气团相遇，暖湿气流沿锋面抬升凝结成雨。 降水范围广、时间长。 在温带很常见；4、台风雨：可产生强度极大的降水。夏秋季常见；5、地形雨：暖湿气流沿山地迎风坡抬升冷却凝结而降水。 山地迎风坡常形成多雨中心， 而背风坡则由于焚风效应，降水少，成为雨影区。,（二）降水的类型（成因分类）1、对流雨：近地面气层强烈受热上,降水的类型（性质分类）,连续性降水：雨或雪连续不断地下，而且比较均匀，强度变化不大，一般降水历时长、范围广，降水量往往也比

22、较大。间断性降水：雨或雪时下时停，或强度有明显的大小变化，但其变化较缓慢，降水历时长短不等。阵性降水：雨或冰雹呈阵性下降，偶尔有阵雪。骤降骤停，或强度变化很突然，下降速度快，强度大，但往往降水历时短，范围小。如果在阵雨的同时还伴有闪电和雷鸣，便是雷阵雨。,降水的类型（性质分类）连续性降水：雨或雪连续不断地下，而,（三）降水的时间变化,1、赤道型：南北纬10以内地区，终年多雨。 春分、秋分前后降水最多， 而夏至、冬至期间降水较少。2、副热带型： 大陆东岸降水集中在夏季（季风型或称夏雨型），大陆西岸则冬季多雨（地中海型或称冬雨型）；3、温带及高纬型： 内陆及东海岸夏季对流雨；西海岸秋冬气旋雨（海洋

23、型）。,（三）降水的时间变化1、赤道型：南北纬10以内地区，终年,（四）降水的空间分布,（四）降水的空间分布,降水的空间分布,1、赤道多雨带：赤道及其两侧，是全球降水最多的地带，年降水量约 2000 3000 mm ；2、副热带少雨带：南北纬 15 35 地带，受副热带高压的下沉气流和信风影响， 干旱少雨，年平均降水量 500 mm 以下，此带的大陆西岸和内部更不到 200 mm，但大陆东南部受季风、地形影响，可形成多雨中心；3、中纬度多雨带：大陆西岸受西风控制，大陆东岸受季风影响，降水较多，500 1000mm ；4、高纬度少雨带：气温低，蒸发弱，大气含水汽少，一般年降水量不到 300 mm 。,降水的空间分布1、赤道多雨带：赤道及其两侧，是全球降水最,人工增雨,火箭,高炮,人工增雨火箭高炮,人工增雨，福州，2003,人工增雨，福州，2003,碘化银增 雨,宁夏20030406,碘化银增 雨宁夏,哈尔滨,20040427,哈尔滨20040427,防雹作业,北京，20040704,防雹作业北京，20040704,冰雹,冰雹,雷阵雨1,雷阵雨,雷阵雨1雷阵雨,雷阵雨2,雷阵雨,雷阵雨2雷阵雨,雷阵雨3,雷阵雨,雷阵雨3雷阵雨,雷阵雨4,雷阵雨,雷阵雨4雷阵雨,全年多雨区全年少雨区夏季多雨区冬季多雨区常年湿润区,