大气水分 及其相变

降水及阵性降水。
雨层云
Ns
中 云 高层云 ＜6000m 高积云
As 由水滴和冰晶组成， Ac 可降水或变
雨层云。
卷云 高云
卷层云
Ci Cs
由冰晶组成，一般 不产生降水。
云的结构
◆ 云量的观测
——天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：0～3； 少云：3 ～ 5；多云：6～ 8； 阴天：9 ～ 10 。
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
气温(℃)
水蒸气压力 (mmHg)
水蒸气量 (g/m3)
0
4.58
4.58
5
6.54
6.81
10
9.21
9.42
15
12.79
12.85
20
17.54
17.32
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：
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
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。
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。

土壤蒸发：
除气象条件外，土壤含水量、土壤结构、性质、颜色、方位等。 粗糙的土壤表面蒸发强于平滑的土壤表面； 深色土壤比浅色土壤蒸发强； 高地比谷地、凹地蒸发强； 南坡比北坡强
二、植物蒸腾
植物体内的水分通过体表以气态水的形式向外界大气输送的 过程称为蒸腾。<物理过程、生理过程>
植物从土壤中吸收的水分，
第四章 水分
大气中的水份是大气组成成分中最富于变化的部分。
1. 空气湿度的表示方法和变化规律 2. 水面蒸发、农田蒸散及变化规律 3. 成云致雨的条件和降水特征、水分利用率
第一节 大气湿度 一、水的相变
1.水相变化的物理过程 2.水相变化中的蒸发潜热 L=2500-2.4t < 2450 J/g > t：温度
大部分通过蒸腾起到输送养分和降低体温的作用。
从叶肉细胞开始向外扩散 到达大气的过程与物理电学中电流、电压、电阻关系有些类似。
叶片内的饱和水气压与大气中的未饱和的水汽压形成压差;相当于电压； 水分 叶片大气：有四种阻抗，（叶肉阻抗）rm、（气孔阻抗）rs、（
片流边界层阻抗）rb、（大气阻抗）ra，相当于电阻；
2. 空气湿度的时间变化
（1）水汽压的日、年变化
水汽压的日变化 影响近地面空气中水汽含量随时间变化的主要因素是蒸发强度和乱
流强度。
单峰型
当温度升高时，蒸发作用增强，
但，如果湍流作用不旺盛， 蒸发的水多停留在低空。 最高值:14-15h
双峰型:
乱流较强的温暖季节，由于湍流的作用，绝对湿度的日变化呈双峰型。
第二节 蒸发与蒸腾 一、蒸发
蒸发是指水分子从液态或固态水的自由面逸出而成为汽态的过程或现象。 单位时间内单位面积上蒸发的水量称为蒸发速率，单位：gcm-2s-1。 水面蒸发、土壤蒸发

Ei E过冷却水面-E冰面
冰分子脱出冰面所受 的束缚比水分子脱出 水面的束缚大
E冰面 E过冷却水面 100%
冰晶和过冷却水滴共存情况在云中很普遍 冰晶效应 如果实际水汽压处于两者的饱和水汽压之间:
es (过冷却水滴) ea (实际水汽) es (冰晶)
蒸发
凝华
水滴不断蒸发而减小，冰晶因不断凝华而 增大，在冰和水之间水汽转移现象。 冰晶效应：这种由于冰水共存引起冰水间的 水汽转移的作用
E＞e 未饱和 蒸发 E=e 饱和 动态平衡 E＜e 过饱和 凝结
4
水 融解线
蒸发线
升华线
水的三种相态分别存在于不同的温度和压强条 件下: (1)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℃以上及以下的区 域，但其压强却被限制在一定值域下。
蒸发过程：较大动能水分子脱出液面使液面温 度降低。如果保持其温度不变，必须自外界供给热 量，这部分热量等于蒸发潜热L，L 与温度t有如下 的关系：
第四章 大气中的水分
凝结
水汽输送
凝结
降水
蒸发 植物蒸腾
湖
降水
地表径流 地下径流
蒸发
海洋
下渗
地球上水分循环过程对地-气系统的热量平衡和 天气变化起着非常重要的作用
（一） 蒸发和凝结的基本原理
大气中 （二） 地表面和大气中的凝结现象 的水分
（三） 降水及人工影响天气
（一）蒸发和凝结的基本原理
1、水相变化
辐射雾多发生 在夜长、气温低的 冬季。只要满足条 件，在大部分地区 均可形成。
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（4）混合冷却：当温差较大，且接近饱和的两 团空气水平混合后，也可能产生凝结。由于饱和水 汽压随温度的改变呈指数曲线形式，就可能使混合 后气团的平均水汽压比混合气团平均温度下的饱和 水汽压大。

△E代表同温度下冰面饱和水汽压和过冷却水面饱和水汽压之 差：△E=E-Ei。其变化趋势如图中实线所示：自0℃开始，随 着温度降低，差值迅速增大，至-12℃时达最大值 （△E=0.269hPa）温度继续降低时，差值减小。f0表示冰面饱 和水汽压对过冷却水面饱和水汽压的相对百分数 。
“冰晶效应”： 在云中，冰晶和过冷却水共存的情况是很普遍的，如果 当时的实际水汽压介于两者饱和水汽压之间，就会产生冰水 之间的水汽转移现象。水滴会因不断蒸发而缩小，冰晶会因 不断凝华而增大。这就是“冰晶效应”，该效应对降水的形 成具有重要意义。（通俗地说：就是对于水而言未饱和要发 生蒸发，而不断缩小；而对于冰晶而言，过饱和要发生凝华， 而不断增大）

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思考题
• 新疆的降水的水汽来源是来自大西洋的多还 是来自北冰洋的多？ • 倒春寒天气现象？
阿尔泰山脉
友谊峰4374米
艾比湖189米
准噶尔盆地
托木尔峰 7435米
天山山脉
罗布泊洼地 780米
塔里木盆地
乔戈里峰 8611米
昆仑山脉
思考题
• 新疆的降水的水汽来源是来自大西洋的多还是来 自北冰洋的多？ • 和新疆的地形有关，三山夹两盆，山脉以东西向 为主，向西开敞的地形利于西侧水汽深入，阻隔 来自北侧的水汽。
（一）饱和水汽压与温度的关系：
饱和水汽压与温度的关系可由克拉柏龙-克劳修司 （Clapeyron-Clausius）方程经过积分后描述。
式中E为饱和水汽压，E0=6.11hPa（为t=0℃时，纯水平面上的 饱和水汽压）。 饱和水汽压随温度的升高而增大。这是因为蒸发面温度 升高时，水分子平均动能增大，单位时间内脱出水面的分子增 多，落回水面的分子数才和脱出水面的分子数相等；高温时的 饱和水汽压比低温时要大。