大气科学基础课件第五章云物理学基础
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大气科学基础理论提示:包围着地球的气体外壳称为地球大气,简称大气。
地球大气的组成包括各种气体及悬浮其中的液态和固态微粒。
大气的总质量约为kg,仅相当于地球质量的百万分之一。
地球大气对地球上的生命有着重要的作用,在大气中所发生的物理现象及物理过程都与人类活动有着密切的关系,为了研究大气中所发生的物理现象及物理过程,首先必须对大气的基本性质和特点有一概括的了解。
理论解释:一、大气的起源与组成1.1大气的起源(1)原始大气阶段根据天文学中的一种假说,地球是由宇宙中的弥漫星云凝聚而成的。
星云中的主要成分是氢和氦,它们大约占98%。
星云凝聚时,气体被禁锢在地球内部,当地球进一步收缩,气体便被排挤到表面上来。
但是,当时地球温度很高,气体分子的动能很大,加上太阳风的作用,以致地球引力不足以吸引住气体,它们大量地向宇宙空间逃逸散失。
因此有人判断,大约在45亿年前,地球形成的初期或晚些时候,地球上是没有大气的。
(2)次生大气阶段随着地球的逐渐冷却,表面形成了原始地壳,而被吸附或保藏在地球内部的一些液体和气体则通过火山活动的形式逸出地球表面。
逸出的气体主要是氢气、水汽、二氧化碳以及氮、硫及其化合物。
因为地壳相对是冷的,气体一到表面就很快冷却,其中大部分水汽凝结成水,形成水圈。
这个阶段的大气主要成分是甲烷、氢气;次要成分是水蒸汽,氨、硫化氢。
(3)大气向氧化性气体转化阶段这一阶段,水蒸汽继续凝结入海洋。
同时大气上层中的水汽分子受到太阳紫外线的照射而发生光化学分解,分解为氢和氧。
氢由于很轻,多数从地球大气向外逃逸到宇宙空间,而氧较重可留在大气中。
氧是一种非常活泼的元素,当氢气分压降到很低时,还原性气体化合物如甲烷、氨,开始氧化成二氧化碳、氮。
氮惰性大,就积聚起来。
所以,大气中的氮和二氧化碳不断增加。
这一阶段的大气主要成分是氮;次要成分是水蒸汽、二氧化碳和氧。
(4)现代大气形成阶段这个阶段是大气圈现今面貌的形成阶段,也是地球演化过程中生命形成阶段。
云降水物理学-学习笔记第一章绪论1.宏观云物理学-大气热力学、动力学微观云物理学-水汽的相变热力学和气溶胶力学,所需的知识为热力学原理、扩散理论等2.Benoit Paul Emile Clapeyron 克拉珀龙(1799-1865)饱和水汽压与温度的关系Irying Langmuir 朗缪尔(1881-1957)积状暖云可因连锁繁生过程使雨滴数量增多+第一次开展飞机人工播云实验Hilding Kohler 科勒(1888—1982)吸湿性核凝结理论Kohler 方程Theodor Robert Walter Findeisen 芬德森(1909-1945)降水粒子形成理论+云降水物理学的鼻祖3.云降水物理学的感性认识观测研究方法探测理性认识理化实验:在隔离因子的情况下分析研究理化模拟:在综合因子的情况下分析研究(用实验方法模拟自然机制及过程)数值模拟第二章云雾降水形成的物理基础1.云:水滴、冰晶、水汽和空气共同构成的统一体2.组成云体的单个云滴或冰晶存在时间很短,云体或者云系的持续存在是由新的云粒子的不断生成维持的。
3.含水量比含水量(质量含水量):指每单位质量湿空气中所含固态或液态水的质量,常用单位:g/kg,含水量(体积含水量):指每单位体积湿空气中所含固态或液态水的质量,常用单位:g/m3。
4.Clausius-Clapeyron 克劳修斯-克拉珀龙方程:平水(冰)面饱和水气压和温度的关系温度↑,饱和水汽压↑,饱和水汽压的增大速度↑5.平冰面饱和水汽压<同温度下的过冷却水面的饱和水汽压6.Kohler 科勒/柯拉方程溶液滴的饱和水汽压温度效应:温度↑,饱和水汽压↑曲率效应:半径↑,饱和水汽压↓浓度效应:浓度↑,饱和水汽压↓7.蒸凝现象:指固态或液态物质因升华、蒸发后转变为气态,或自气态因凝华、凝结而转变为固态或液态的现象。
发生条件:当大气中的实际水汽压介于此时共存的两种表面饱和水汽压不相同的液水或冰的饱和水汽压之间贝吉隆过程(冰晶效应):对冰、水共存的系统,当实际水汽压介于二者的饱和水汽压之间时,必有水汽从过冷却水滴向冰晶方向扩散。