大气水分 及其相变
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1.什么是饱和水汽压?饱和水汽压:水汽与水或冰两相共存,其间分子交换过程达到动态平衡时的水汽压。
2.饱和水汽压主要受哪些因素影响?✓蒸发面的温度✓蒸发面的性质(水面、冰面、溶液面)✓蒸发面的形状(平面、凹面、凸面)3.饱和水汽压与温度成什么关系?饱和水汽压随温度升高而按指数规律迅速增大。
4.为什么饱和水汽压随温度升高而迅速增大?温度越高,水分子平均动能越大,单位时间脱出水面的分子越多;只有当水面上水汽密度增大到更大值时,落回水面的分子数才和脱出水面的分子数相等。
温度越高,水汽分子平均动能越大,而水汽压是水汽重量及其碰撞器壁的结果,故也随之增大。
5.饱和水汽压随温度升高而迅速增大有什么重要意义?温度升高,饱和变不饱和,蒸发重现;温度降低,不饱和变饱和,凝结出现。
饱和水汽压随温度改变的量,高温时比低温时大。
6.蒸发面性质对饱和水汽压有什么影响?冰面和过冷却水面的饱和水汽压仍随温度升高而按指数规律变化.7.蒸发面形状如何影响饱和水汽压?温度相同时,凸面的饱和水汽压最大,平面次之,凹面最小。
凸面的曲率愈大,饱和水汽压愈大;凹面的曲率愈大,饱和水汽压愈小大水滴曲率小,饱和水汽压小;小水滴曲率大,饱和水汽压大;从而出现大水滴“吞并”小水滴现象。
8.影响蒸发的因素有哪些?气象因素:热源、饱和差、风和湍流扩散、气压下垫面因素:水源、水面大小,形状及深度、水质、物理性质9.空气湿度随时间变化有何规律?10.大气中水汽凝结需要什么条件?凝结核、水汽饱和或过饱和11.不同饱和或过饱和途径对云雾的形成有何差异?水汽凝结以冷却为主。
绝热冷却对形成云最为主要;辐射冷却、平流冷却与混合冷却对形成雾最为主要。
12.什么是云?与雾有什么区别?云是悬浮在大气中的大量小水滴、冰晶微粒或两者混合物的可见聚合群体;底部不接触地面。
雾是悬浮于近地面空气中的大量小水滴或冰晶的可见聚合群体,底部接触地面。
13.云的形成需要什么条件?凝结核、充足水汽、冷却过程14.形成云的上升冷却过程有哪些类型?热力对流:多形成积状云动力抬升:锋面、气旋作用,多形成层状云大气波动:多形成波状云地形抬升:可形成积状云、层状云与波状云积状云:空气对流上升冷凝而成的具有孤立分散、云底平坦、顶部凸起形态的垂直发展云块。
大气科学中的大气水循环与降水机制大气水循环是指水分在地球大气圈中的循环过程,是地球气候系统中至关重要的组成部分。
大气水循环的核心机制是降水,它将水分从大气层释放到地表,影响着地球上的水资源分布和气候变化。
本文将探讨大气科学中的大气水循环与降水机制。
一、蒸发与蒸腾作用大气水循环的起始过程是水的蒸发。
当地表的水受热后蒸发成水蒸气,进入大气层中。
水的蒸发来自水体表面,包括海洋、湖泊、河流、植被、土壤和雪等。
同时,植物通过根系吸收土壤中的水分,经过植物体内水分的运输和蒸腾,将水分释放到大气中,这就是蒸腾作用。
二、水蒸气传输与对流水蒸气在大气中通过传输来实现水的循环。
水蒸气在大气中具有气态的特性,受到风的影响而发生传输。
水蒸气的传输主要通过大气的水平传输和垂直传输来完成。
大气水平传输是指水蒸气在水平方向上的输送。
水蒸气会随着风流的推动逐渐向远处传播,并因此导致不同地区水分的分布差异。
垂直传输是指水蒸气在大气中的上升和下降过程。
热空气会上升,带着水蒸气上升到高空,逐渐冷却成为云。
随着气温的下降,水蒸气凝结成液态或固态水形成云滴或降雪。
当水滴或冰晶达到足够大小时,它们就会从云中下降,形成降水。
三、降水机制降水是大气水循环中最为重要的环节之一。
降水形式多样,包括雨、雪、冰雹等。
降水通常发生在云块之间,云在凝结过程中产生的水滴或冰晶会在重力的作用下向下降落,最终达到地表。
降水机制主要有两种:对流降水和层状降水。
对流降水是指形成于对流云中的降水。
当大气中存在不稳定的气团,上升气流快速上升,使空气迅速冷却,水汽凝结成水滴,形成对流云。
随着云体内部的水滴增加,达到一定大小时,便会通过重力作用下降至地表,形成降水。
层状降水是指云层在稳定的大气环境中形成的降水。
这种降水形式通常出现在稳定的大气环境下,云层水滴的大小比对流云要小,降水过程较为持久。
降水的发生与大气中的湿度、温度和压强等因素密切相关。
当湿度较高、温度较低且有适当的上升气流或下沉气流时,大气中的水蒸气容易凝结成降水。
第三章大气中的水分地球上的水分就是通过蒸发、凝结和降水等过程循环不已。
在自然界中,常有一种或数种处于不同物态的物质所组成的系统。
在几个或几组彼此性质不同的均匀部分所组成的系统中,每一个均匀部分叫做系统的一个相。
单位时间内跑出水面的水分子比落回水中的水汽分子多,系统中的水就有一部分变成了水汽,这就是蒸发过程。
动态平衡时的水汽称为饱和水汽,当时的水汽压称为饱和水汽压E。
水相变化的判据:e与E的大小的比较,若水汽压大于饱和水汽压,则过饱和。
O的横坐标为0℃水只存在于0℃以上的区域,冰只存在于0℃以下的区域,水汽虽然可存在于0℃以上及以下,但其压强却被压制在一定范围内。
图中,OA、OB分别表示水与水汽、冰与水汽两相共存的情况。
OA又称蒸发线,表示水与水汽处于动态平衡时水面上饱和水汽压与温度的关系线上K点所对应的温度和水汽压是水汽的临界温度和临界压力,高于临界温度时就只有水汽存在了,因此蒸发线在K点中断。
OB为升华线,表示水汽与冰平衡时冰面上饱和水汽压和温度的关系。
OC是融解线,表示冰与水达到平衡时,压力与温度的关系。
可以看出COK区域为水。
凝结时,由于水汽分子变为液态水,分子间的位能减小,因而有热能释放出来。
这种凝结时释放出来的热量叫做凝结潜热。
它与同温下的蒸发潜热数量上相等。
蒸发潜热(L)是指在恒定温度下,使某物质由液相转变为气相所需要的热量。
L与温度之间有关系:L =(2500-2.4t)×103(J/kg)当t=0℃时,L=2.5×106 J/kg 当温度变化不大时,L变化很小,故取L=2.5×106J/kg同理,冰升华为水汽有两个过程,冰变为水,水变为水汽,故升华潜热Ls为融解潜热(3.34×105 J/kg)和蒸发潜热的和,故Ls=2.8×106 J/kg饱和水汽压与蒸发面的温度、性质(水面、冰面,溶液面)、形状(凸面、凹面、平面)之间有密切的关系。