第三章 大气中的水分
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气象学与气候学思考题
气象学与气候学思考题第一章引论1．气候系统气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈、和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理体系。
2．大气圈可分为哪些层？对流层有何重要特征？大气圈可分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
对流层的特征：①气温随高度的增加而降低。
②垂直对流运动显著。
③气象要素水平分布不均。
3．什么叫露点、降水、降水量？①在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却到饱和时的温度，称为露点温度，简称露点（T d）。
其单位与气温相同。
②降水是指从天空降到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等（但露不属于降水）。
③降雨量是指降水落到地面后（固态降水则经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水边面上积聚的深度，降水量以毫米为单位。
4．写出干空气状态方程并阐明其意义。
①干空气状态方程为P=pR d T,其中第二章大气的热能与温度1．什么叫太阳常数？就日地平均距离来说，在大气上界，垂直于太阳光线的1cm2面积内，1分钟内获得的太阳辐射能量，称太阳常数，用I0表示，多取I0=1370W/m2.2．什么叫太阳辐射光谱？其能量是如何分布的？①太阳辐射中辐射能按波长分布，称为太阳辐射光谱。
②太阳辐射能量主要分布在在可见光区，占太阳辐射总量的50%，其次是红外区，占总能量的43%，而紫外区的太阳辐射能很少，只占总能量的7%。
3．大气对太阳辐射的削弱方式有哪几种？为何雨后天晴时的天空特别蓝？①大气对太阳辐射的削弱方式有吸收、散射、反射三种。
②雨后天晴时的天空特别蓝是因为空气中杂质、水汽等凝结物少，基本上是属于分子反射，而太阳辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射。
4．为何有云的夜晚气温比较高？有云的夜晚气温比较高是因为云能强烈吸收地面辐射并且能反射回地面，也就是大气的逆辐射，因此，当天空有云，特别是浓密的低云时，逆辐射就更强了。
5．写出泊淞方程，并说明其物理意义。
第三章 水分
水汽含量不变，e不变：温度 E r
饱和差（ d ）
定义： 同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。
d = E - e
反映空气的潮湿程度。 影响因子： 水汽含量、温度 温度不变，E不变：水汽含量 e d 水汽含量不变，e不变：温度 E d
露点温度（ Td ）
定义： 对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的 情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。
三、植物蒸腾
植物蒸腾 植物通过其表面（主要是叶面气孔）将体内的水分以气 态形式扩散到体外的过程，称为植物蒸腾。 影响因素 气象因子；土壤湿度；植物生理结构和类型
四、农田蒸散
农田蒸散 农田中，作物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程称农田蒸散。 影响因子
气象因子、植物因子、土壤因子。
第三节
一、凝结条件
凝结发生的条件
1000M<H<2000M
属 简写 Cu Cb
中云
2000M<H<6000M
高云
H>6000M
层积云 层云 雨层云 碎层云 碎雨云 高层云 高积云 卷云 卷层云 卷积云
Sc St Ns Fs Fn As Ac Ci Cs Cc
第四节
一、降水的形成
降水
充分的水汽供应和空气的绝热上升运动。 凝结增长 凝结过程
饱和差 d>0
D=0 D&T=Td T<Td
e<E
e=E e>E
过饱和
二、空气湿度的时间变化
绝对湿度的时间变化 日变化 单波型（海洋型） 温度日变化小的潮湿地区
e
14时
影响因子：蒸发强度
日出前 时间
双波型（大陆型）
e
10时 22时
第三章 大气中的水分
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。
气象学第三章
冷却雾 气团雾 雾 的 分 类 蒸发雾 混合雾
辐射雾 平流雾 上坡雾
锋面雾
辐射雾：夜间地面辐射冷却，使贴近地面气层变冷而 形成的雾，称为辐射雾，多见于大陆，尤以山 谷．盆地最多； 平流雾：指暖空气移到冷下垫面上形成的雾；我国沿 海春夏季节常见； 蒸汽雾：冷空气移动到暖水面上形成的雾；在北冰洋 的冬季比较常见； 上坡雾：潮湿空气沿山坡上升使水汽凝结而产生的雾； 这里潮湿空气必须处于稳定状态，山坡坡度也不 能太大；常出现于我国青藏高原，云贵高原的东 部； 锋面雾：发生于锋面附近的雾，称为锋面雾；主要是 暖气团的降水落入冷空气层时，冷空气因雨滴蒸 发而达到饱和，水汽在锋面底部凝结而成．多见 于江淮一带；
有充足的凝结核：
1、来源：土壤微粒、风化岩石、火山微粒；工 业、失火烟尘；海水飞溅泡沫中的盐粒；流星、陨 石燃烧后的微尘。 2、作用： ①增大水滴的半径，降低饱和水汽压，快速饱和 ②增大水滴的体积，下降中不易蒸发掉 例：无核冰晶：3—5倍的饱和水汽压才能凝结；有 核冰晶：相对湿度小于100%也可以凝结
大气的四种降温过程
1.绝热冷却:空气上升时,因绝热膨胀而冷却,使气 温迅速降低,在较短时间内引起凝结现象,形成中雨 或大雨.空气上升愈快,冷却愈快,凝结过程愈强烈. 2.辐射冷却:空气本身因向外放散热量产生冷却.其 过程一般比较缓慢,水汽凝结量不多. 3.平流冷却:较暖的空气经过冷地面,由于不断把热 量传给冷的地表造成空气本身冷却. 4.混合冷却:温度相差较大且接近饱和的两团空气 混合时 ,混合后气团的平均水气压可能比混合前气 团的饱和水气压大,多余的水汽就会凝结.
溶液面的饱和水汽压
溶液中溶质的存在使溶液内分子间的作用力大 于纯水内分子间的作用力，使水分子脱离溶液 面比脱离纯水面困难。 因此，同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯 水面要小（E溶<E水），且溶液浓度愈高，饱 和水汽压愈小。
水分
5、绝对湿度 a
反映空气中水汽含量的多少 绝对湿度（水汽密度）：单位体积湿空气中水汽的质量。 当a取g/cm3
e取mm时
a = e
14
（一） 绝对湿度的变化
1.日变化
二
空气湿度变化
单波型（海洋型） 海洋、沿海地区、冬季大陆 14时 e 影响因子：蒸发强度
时间
日出前
双波型（大陆型） e
10时
夏季大陆
24
第三节
一状态，并有凝结核存在
1、空气达到过饱和状态（e＞E）
e 取决于空气中的水汽含量，水汽含量 ，e E 取决于温度，温度 ，E 途径一：增大水汽含量 e 冷空气 蒸发雾 水汽 e＞ E
冷
陆地 暖 水体
25
26
途径二：降低温度 T
降温冷却凝结方式： 辐 射 冷 却 有效辐射 辐射雾 霜 露
日蒸发量：一天中蒸发掉的水层的厚度。 单位：mm/日
1 g/cm2· 日＝10 mm/日 道尔顿蒸发公式 E－ e W ＝ A′-----P d＞0 时，W＞0，蒸发过程 d＝0 时，W＝0，动态平衡 d＜0 时，W＜0，凝结过程
20
影响水面蒸发速率的因子
① 温度 T E d d W W W
植物蒸腾：水分通过植物体表扩散到大气中的过程。 植物蒸腾速率可以用蒙忒斯的阻抗法计算
蒸腾系数：植物制造1克干物质时由于蒸腾所消耗的水的克数。 Ws KT＝---Yd Ws 单位面积土地上植物蒸腾作用消耗的总水量 Yd 单位面积土地上获得的干物质重量
23
四、农田蒸散
农田蒸散＝土壤蒸发＋植物蒸腾
农田蒸散量 Wt＝f1 · f2 · W0 W0 水面可能蒸发量 f1 作物系数 f1＝农田可能蒸散量／水面可能蒸发量 f2 土壤水系数 f2＝农田实际蒸散量／农田可能蒸散量
第一节 蒸发和凝结
第三章 大气中的水分
（三）水相变化的判据
1、分子判定：
➢假设N为单位时间内跑出水面的水分子数，n为单位时间落回水 面的水汽分子数。
n<N, 蒸发
未饱和
n=N, 动态平衡 饱和
n>N, 凝结
过饱和
第三章 大气中的水分
2、水汽压判定：
➢实际工作中，N与n无法直接测算，因而分子判定法无法直接使用。
➢在一定温度下，由状态方程e= ρwRwT可以看出，e与ρw成正比，而 又与n成正比，故e与n成正比，因而一定的e值对应一定的n。
2、临界温度： 物质由气态转为液ห้องสมุดไป่ตู้或固态，只有在温度低于某一
温度的条件下才能发生。若气体温度高于这一温度 时，即使增加很大的压力，也不能由气态转化为液 态或固态。
3、水的临界温度： 374oC。根据观测，水汽是大气中唯一一种同时以三
种相态存在的气体。
第三章 大气中的水分
（二）水的位相平衡与转换
1、物理过程：
凝华而增大。
第三章 大气中的水分
2、溶液面的饱和水汽压
1）溶液使液面的饱和水汽压减小 ➢在自然界中不少物质都溶于水，形成溶液。溶质物质对水分子的 吸引力大于水分子之间吸引力，因而溶液面的饱和水汽压比纯水面 要小。
➢溶液浓度愈大，饱和水汽压愈小，水汽愈容易凝结。这种作用对可 溶性凝结核上形成云雾的最初胚滴有相当作用。 ➢在水滴增大的同时浓度在减小，饱和水汽压在增大，溶液的影响愈不 明显。 2）水滴上的电荷也使水滴饱的饱和水汽压减小。
365
临界气压 33.5
49.7
92.3
93
217
第三章 大气中的水分
（三）饱和水汽压与蒸发面形状的关系
气象学第三章大气中的水分知识点
第三章大气中的水分1、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。
2、蒸发潜热是在恒定温度下，使水由液态转为气态所需的热量。
3、饱和水汽压随温度的升高而增大。
4、有时水在0℃以下，甚至是在﹣20℃～﹣30℃以下仍不结冰，处于这种状态的水称为过冷却水。
5、若云中冰晶与过冷却水同时存在，而且当时的实际水汽压结余两者饱和水汽呀之间，就会产生冰水之间的谁其转移现象。
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”。
6、同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯水面消，而且溶液浓度越高，饱和水汽压越小。
7、“凝结增长”：云雾中的水滴有大有小，大水滴曲率小，小水滴曲率大。
如果实际水汽压介于大小水滴的饱和水汽压之间，也会产生水汽的蒸发现象。
小水滴因蒸发而逐渐变小，大水滴因凝结而不断增大。
8、影响饱和水汽压的因素：●温度●蒸发面的性质●蒸发面形状9、影响蒸发的因素：●水源●热源●饱和差●风速与湍流扩散10、大气中水汽凝结的条件：●有凝结核或凝华核的存在●大气中水汽要达到饱和或过饱和状态11、凝结核：大气中能促使水汽凝结的微粒。
12、使空气达到过饱和的途径有两种：●暖水面蒸发●空气的冷却：绝热冷却、辐射冷却、平流冷却、混合冷却。
13、露、霜概念14、形成露和霜的气象条件是晴朗微风的夜晚。
15、霜冻：是指在农作物的生长季节里，地面和植物表面温度下降到足以引起农作物遭受伤害或者死亡的低温。
16、雾凇是形成于树枝上、电线上或其他地物迎风面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。
雾凇的种类：●晶状雾凇●粒状雾凇17、雾是悬浮于近地面空气中IDE大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1㎞的物理现象。
形成雾的基本条件是近地面空气中水汽充沛，有使水汽发生凝结的冷却过程和凝结核的存在。
18、根据雾的形成条件，可将雾分为：●气团雾：冷却雾、蒸发雾、混合雾（冷却雾又分为辐射雾、平流雾、上坡雾）●锋面雾19、辐射雾是由地面辐射冷却使贴地面气层变冷而形成的。
大气中的水分
冰晶效应对降 水的形成具有
重要意义
e E(冰）＜
e e＜ E(冷水）
凝结
蒸发
大
少
一定温度下
E(冰）＜ E(冷水）
即使在同一温度下，不同蒸发面上的饱和水汽压也不同。
2、溶液面的饱和水汽压 在T一定的情况下，有E(浓）<E（纯） 当E(浓)< e <E（纯）时，
也存在着水分转移的问题，则溶液颗粒越来越大，纯水越来越小。
对在可溶性凝结核上形成云或雾的最初胚滴相当重要。 （三）饱和水汽压与蒸发面形状的关系
不同形状的蒸发面上，水分子受到周围水分子 的吸引力是不同的。
温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平面次 之，凹面最小。而且，凸面的曲率越大，饱和水汽 压越大；凹面的曲率越大，饱和水汽压越小。
大水滴的 曲率小
E(大） < E(小）
（3）要使凝结继续必须有其他的条件
冰晶、过冷却水共存
E冰<e<E水
冰晶效应
冷水、暖水共存
E冷<e<E暖
冷水滴凝结增长
大、小水滴共存
E大<e<E小
大水滴凝结增长
但是仅靠凝结增长的过程很难使云滴增大到雨滴的程度。
2、云滴的冲并增长（后期） 上下对流
三、各类云的降水
（一）层状云的降水：连续性的，持续时间长，强度变 化小。 （二）积状云的降水：阵性降水 （三）波状云的降水：强度小，具有间歇性。但在我国 南方，层积云可产生连续性降水，高积云有时也可降水。
现。结构紧密，能使电线、树枝折断。）
雾 凇
晶状雾凇：由物体表面冰晶吸附过冷却雾滴蒸发出来 的水汽而形成的雾凇。（往往在有雾、微风或静稳以
及温度低于-15℃时出现。结构松散，稍有震动就会
气象学第三章
（三）饱和差（E-e）
蒸发速度与饱和差成正比。严格 说，此处的E应由蒸发面的温度算出， 但通常以一定气温下的饱和水汽压代 替。饱和差愈大，蒸发速度也愈快。
（四）风速与湍流扩散
大气中的水汽垂直输送和水平扩散 能加快蒸发速度。无风时，蒸发面上的 水汽单靠分子扩散，水汽压减小得慢， 饱和差小，因而蒸发缓慢。有风时，湍 流加强，蒸发面上的水汽随风和湍流迅 速散布到广大的空间，蒸发面上水汽压 减小，饱和差增大，蒸发加快。
1、水相变化的物理过程 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。例如，在水和 水汽两相共存的系统中，水分子在不停地运动着。在水的表面层，动能超过脱离 液面所需的功的水分子，有可能克服周围水分子对它的吸引而跑出水面，成为水 汽分子，进入液面上方的空间。同时，接近水面的一部分水汽分子，又可能受水 面水分子的吸引或相互碰撞，运动方向不断改变，其中有些向水面飞去而重新落 回水中。单位时间内跑出水面的水分子数正比于具有大速度的水分子数，也就是 说该数与温度成正比。温度越高，速度大的水分子就越多，因此，单位时间内跑 出水面的水分子也越多。落回水中的水汽分子数则与系统中水汽的浓度有关。水 汽浓度越大，单位时间内落回水中的水汽分子也越多。 起初，系统中的水汽浓度不大，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。 蒸发的结果使系统内的水汽浓度加大，水汽压也就增大了，这时分子碰撞的 机会增多，落回水面的水汽分子也就增多。如果这样继续下去，就有可能在同一 时间内，跑出水面的水分子与落回水中的水汽分子恰好相等，系统内的水量和水 汽分子含量都不再改变，即水和水汽之间达到了两相平衡，这种平衡叫做动态平 衡（因为这时仍有水分子跑出水面和水汽分子落回水中，只不过进出水面的分子 数相等而已）。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。
自然地理学-第三章 大气圈与气候系统(伍光和)
3·臭氧 主要分布在10～40km的高度处，极大 值在20～25km附近，称为臭氧层。臭氧虽 在大气中的含量很少，但具有强烈吸收紫 外线的能力。研究表明，人们大量使用氮 肥以及作冷冻剂和除臭剂使用的碳氟化合 物（氟利昂）所造成的污染是平流层的臭 氧遭到破坏。臭氧层的破坏能引起一系列 不利于人类的气候生物效应，因而受到广 泛关注。
不同温度条件下水面上的饱和水汽 压/hPa
2·绝对湿度和相对湿度 单位容积空气所 含的水气质量通常以g/cm3表示，称为绝对 湿度（a）或水汽密度。绝对湿度不能直接 测定，但可间接算出。
a＝289e/T (g /m3) 式中，e为水汽压（mm）；T为绝对温度。大气的 实际水汽压e与同温度饱和水汽压E之比，称为相对湿度 （f），用百分数表示。 f＝e /T×100％ 由于E随温度而变，所以相对湿度取决于e和T，其中T 往往起主导作用。当e一定时，温度降低则相对湿度增大； 温度升高相对湿度减小。夜间多云、雾、霜、露，天气 转冷时容易产生云等都是相对湿度增大的结果
北半球大陆各纬度平均蒸发量
（二）蒸发和凝结的条件
凝结是发生在f≥100%(e≥E)过饱和情况下的与蒸发相 反的过程，在地面和大气中均可以产生。大气中的水汽发 生凝结，需具备一定的条件，既要使水汽达到饱和或过饱 和，还需有凝结核。 大气降温过程主要有四种：绝热冷却、辐射冷却、平流冷 却以及混合冷却 凝结核主要起的作用:一是对水汽的吸附作用；二是使形 成的粒滴比单纯水分子形成的粒滴大，有利于水汽继续凝 结。
二、蒸发和凝结
蒸发面上出现蒸发还是凝结取决于实际 水汽压于饱和水汽压的关系。当e>E ，出 现蒸发；e<E，则出现凝结。饱和水汽压和 实际水汽压都是不断变化的通常饱和水汽 压变化更为明显和迅速。
气象学与气候学复习题第三章
第三章大气水分一.填空题：1.在常温常压下，大气中的物质只有有三态变化，其他物质由于气温高于其温度，而以形态存在。
2.温度愈高，饱和水汽压，随着温度升高，饱和水汽压按规律迅速。
3.不同温度下的空气，降低同样的温度，高温时的饱和空气凝结水量比低温时。
4.当T= 时，E过冷=E冰。
5.冰晶效应的条件是。
6.大小水滴共存时，产生水汽转移现象的条件是。
7.空气达到过饱和的途径有、。
8.空气冷却的类型有、、。
9、近地面的空气因与冷地面接触而降温到露点以下，如果 >0℃时，则在地面或地面物体凝结成，称为露；如果 <0℃，则水汽直接在地面或地面物体上凝结成称为霜。
10、形成露和霜的条件是的夜晚。
11、霜冻是指在农作物生长季节里，地面和植物表面温度下降到足以引起农作物遭受伤害或者死亡的。
农业上要预防的是而不是霜。
12、出现白霜时，气温比露点温度，即出现也出现。
13、出现黑霜时，气温比露点温度，只有而无。
14、雾凇是形成于树枝上、电线上或其它地物迎风面上的白色疏松的。
根据其形成条件和结构可分为两类：和。
15、雨凇是形成在地面或地物迎风面上的的紧密冰层。
它主要是降到温度低于的地面或地物上冻结而成的。
如果它是由非过冷却雨滴降到冷却得很厉害的地面或地物上而形成的时候，一般这种雨凇很薄而且存在的时间不长。
16、雾是悬浮于近地面空气中的，使水平能见度小于的物理现象。
17、云是指漂浮在空中的，由组成的中的水汽凝结物。
18、下午出现淡积云是的预兆。
19、早上出现浓积云是的预兆。
20、谚语“瓦块云，晒死人”、“天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻”，就是指透光高积云或透光层积云出现后，。
21、降水是指从云中降落到地面的和水，常见的有。
21习惯上把半径小于 um的水滴称为云滴，半径大于 um的水滴称为雨滴。
标准云滴的半径是 um，标准雨滴的半径是 um。
22、使云滴增大的过程主要包括：和。
实际上，云滴的增长是这两种过程同时作用的结果。
第三章 大气中的水分习题
第三章大气中的水分一、名词解释题：1. 饱和水汽压(E)：空气中水汽达到饱和时的水汽压。
2. 相对湿度(U)：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。
3. 饱和差(d)：同温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。
4. 露点温度(td )：在气压和水汽含量不变时，降低温度使空气达到饱和时的温度。
5. 降水量：从大气中降落到地面，未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积累的水层厚度。
6. 干燥度：为水面可能蒸发量与同期内降水量之比。
7. 农田蒸散：为植物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程。
8. 降水距平：是指某地实际降水量与多年同期平均降水量之差。
9. 降水变率=降水距平/多年平均降水量×100％10. 辐射雾：夜间由于地面和近地气层辐射冷却，致使空气温度降低至露点以下所形成的雾。
11.露点12.水分临界期13. 农田蒸散：为植物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程。
14. 冰晶效应：是指在温度低于0℃时，由于平冰面的饱和水汽压低于平水面的饱和水汽压，对水面还未饱和的水汽压来说冰面已达到饱和，此时在水滴和冰晶共存的条件下，水滴将不断蒸发而冰晶将不断增长的现象。
15.二、填空题：1. 低层大气中的水汽，随着高度的升高而(1)减少。
2. 蒸发量是指一日内由蒸发所消耗的(2)水层厚度。
3. 相对湿度的日变化与温度的日变化(3)相反。
4. 使水汽达到过饱和的主要冷却方式有(4) 辐射冷却、接触冷却、(5)混合冷却和(6)绝热冷却。
5. 空气中水汽含量越多，露点温度越(7) 高。
空气中的水汽达到饱和时，则相对湿度是(8) 100％。
6.根据土壤含水量由多到少，可将土壤蒸发速率分为三个阶段：、、三个阶段。
7.达到过饱和状态的途径：一是增加大气中的，二是使含有一定量水汽的空气。
8．饱和差等于零时，相对湿度等于_____。
9. 饱和水气压随温度的升高而_升高（增大）_。
10.当水汽压不变时，相对湿度随温度的升高而_降低（减小）_。
第三章 大气圈与气候系统 一
▪ 在垂直方向上影响空气密度的因素不仅仅是温度，地球的引力作用对高低空 大气密度分布也有着重要影响，越靠近地面，引力越大，空气密度也就越大， 相反就越小。在对流层里上冷下暖的温度结构，可以减小由于引力作用所造 成高低空大气密度的差异，因而有利于对流运动发展，特别是在上冷下暖差 异特别大时最为有利。
▪ 这里说对流层里上冷下暖有利于空气对流，意思是它并不一定形成大气对流 运动，还需要在水平方向上冷热分布不均，才能产生对流运动。因此，对流 层里大气的对流运动，是由于大气温度在垂直方向上递减和水平方向上冷热 不均所造成的。
2023/4/30
2
气象学的研究内容：
➢研究大气的特性和状态：包括大气的组成、范围、结构、 湿度、温度、压强和密度等等。
➢研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及转化。
➢研究大气现象的本质，解释大气现象发生、变化的规律。
➢讨论如何利用这些规律，通过一定的措施，更好的满足 人类的生活和生产的需要。
➢ 循环：来源于江河湖海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物 蒸腾，特别是海洋蒸发；借助空气对流垂直上升凝结后又 以降水的形式降到陆地和海洋。
➢ 循环周期：32次/年，11D/次。
➢ 水汽的变化：时间变化特征：夏季多于冬季。
空间变化特征：低纬度低空中水汽含量最大；高纬度寒冷 干燥陆面极少。
垂直方向，随高度的增加而减少。
➢ 规律：随纬度增加而减少，离海洋愈远水汽含量减少。
➢ 特性：唯一发生相变的大气成分，相变过程中释放和吸收 热量。
2023/4/30
15
水汽的循环过程（相位变化）
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1.3 固、液体杂质
大气悬浮固体杂质和液体微粒也可以称之为气溶胶粒子。
▪ 这里说对流层里上冷下暖有利于空气对流，意思是它并不一定形成大气对流 运动，还需要在水平方向上冷热分布不均，才能产生对流运动。因此，对流 层里大气的对流运动，是由于大气温度在垂直方向上递减和水平方向上冷热 不均所造成的。
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气象学的研究内容：
➢研究大气的特性和状态：包括大气的组成、范围、结构、 湿度、温度、压强和密度等等。
➢研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及转化。
➢研究大气现象的本质，解释大气现象发生、变化的规律。
➢讨论如何利用这些规律，通过一定的措施，更好的满足 人类的生活和生产的需要。
➢ 循环：来源于江河湖海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物 蒸腾，特别是海洋蒸发；借助空气对流垂直上升凝结后又 以降水的形式降到陆地和海洋。
➢ 循环周期：32次/年，11D/次。
➢ 水汽的变化：时间变化特征：夏季多于冬季。
空间变化特征：低纬度低空中水汽含量最大；高纬度寒冷 干燥陆面极少。
垂直方向，随高度的增加而减少。
➢ 规律：随纬度增加而减少，离海洋愈远水汽含量减少。
➢ 特性：唯一发生相变的大气成分，相变过程中释放和吸收 热量。
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水汽的循环过程（相位变化）
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1.3 固、液体杂质
大气悬浮固体杂质和液体微粒也可以称之为气溶胶粒子。
气象第三章
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。
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气象学与气候学
METEOROLOGY ＆ CLIMATOLOGY
第三章 大气中的水分
饱和水汽压随着温度升高而 按指数规律迅速增大。 按指数规律迅速增大。 随着温度的升高， 随着温度的升高，单位时间内 脱出水面的分子增多， 脱出水面的分子增多，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。 出水面的分子数相等。
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第三章 大气中的水分
4、水相变化中的潜热交换 水相转变过程中，还伴随着能量的转换。蒸发过程中， 水相转变过程中，还伴随着能量的转换。蒸发过程中，由 于具有较大动能的水分子脱出液面，使液面温度降低。 于具有较大动能的水分子脱出液面，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， 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表示 L与温度有如下的关系 表示。 与温度有如下的关系： 于蒸发潜热，以L表示。L与温度有如下的关系： L=（2500-2.4t）×103（J/kg） （ ） ）
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第三章 大气中的水分
在云中，冰晶和过冷却水共存的情况是很普遍的， 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， 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， 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” 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。 的形成具有重要意义。
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第三章 大气中的水分
如果单位时间内跑出水面的水分子比落回 水中的水汽分子多， 水中的水汽分子多，系统中的水有一部分 变成了水汽，就称为蒸发过程。反之， 变成了水汽，就称为蒸发过程。反之，如 果单位时间内落回水中的水汽分子比跑出 水面的水分子多， 水面的水分子多，系统中的水汽有一部分 变成了水，就称为凝结过程。与此相似， 变成了水，就称为凝结过程。与此相似， 可定义冻结过程与融解过程， 可定义冻结过程与融解过程，凝华过程与 升华过程。 升华过程。
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第三章 大气中的水分
f 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， 面饱和水汽压的相对百分数，它随 温度的变化如图中虚线所示。 温度的变化如图中虚线所示。f 随 温度降低近似于线性递减， 温度降低近似于线性递减，温度愈 低，冰面饱和水汽压占水面饱和水 汽压的比重愈小。 汽压的比重愈小。说明当水面饱和 冰面已过饱和了（ 时，冰面已过饱和了（e=E＞Ei）； ＞ 或者当冰面上饱和时， 或者当冰面上饱和时，其相对湿度 小于100％（ ％（e=Ei＜E），所以在冰 ），所以在冰 小于 ％（ ）， 成云和冰成雾中， 成云和冰成雾中，常常观测到相对 湿度小于100％的事实。 湿度小于 ％的事实。
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第三章 大气中的水分
升华线（ ） 升华线（AD）
表示冰与水汽平衡时冰面上 表示冰与水汽平衡时冰面上 冰与水汽 饱和水汽压与温度的关系。 饱和水汽压与温度的关系。 AD′线由表示过冷水与水汽 线由表示过冷水与水汽 平衡时水面上饱和水汽压与 温度的关系。 温度的关系。
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第三章 大气中的水分
溶液面的饱和水汽压: 溶液面的饱和水汽压 由于溶质的存在使溶液内分子间的作用力大于纯水内分子 间的作用力，使水分子脱离溶液面比脱离纯水面困难。 间的作用力，使水分子脱离溶液面比脱离纯水面困难。因 同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯水面要小， 此，同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯水面要小，且 溶液浓度愈高，饱和水汽压愈小。 溶液浓度愈高，饱和水汽压愈小。这种作用对在可溶性凝 结核上形成云或雾的最初胚滴相当重要， 结核上形成云或雾的最初胚滴相当重要，而且以溶液滴刚 形成时较为显著，随着溶液滴的增大，浓度逐渐减小，溶 形成时较为显著，随着溶液滴的增大，浓度逐渐减小， 液的影响就不明显了。此外， 液的影响就不明显了。此外，水滴上的电荷对水滴表面上 的饱和水汽压也有一定的影响， 的饱和水汽压也有一定的影响，这也是使饱和水汽压减小 的一个因素。 的一个因素。
三相共存点（ ） 三相共存点（A）
水汽、 水汽、水及冰三相共存所需的 温度和压力条件： 温度和压力条件： t0=0.0076℃ ℃ E0=6.11hPa
' D
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第三章 大气中的水分
二、饱和水汽压 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。 汽压。饱和水汽压和蒸发面的 温度、性质（水面、冰面，溶 温度、性质（水面、冰面， 液面等）、形状（平面、凹面、 ）、形状 液面等）、形状（平面、凹面、 凸面）等密切相关。 凸面）等密切相关。
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第三章 大气中的水分
1、水相变化的物理过程 从分子运动论看， 从分子运动论看，水相变化是各相之间分子交换 的结果。例如，在水和水汽两相共存的系统中， 的结果。例如，在水和水汽两相共存的系统中， 在水的表面层，运动比较快而具有较大动能的水 在水的表面层， 分子， 分子，有可能克服周围水分子对它的吸引而跑出 水面，成为水汽分子；同时， 水面，成为水汽分子；同时，接近水面的部分水 汽分子，受水面水分子的吸引或相互碰撞， 汽分子，受水面水分子的吸引或相互碰撞，又重 新落回水中，成为水分子。 新落回水中，成为水分子。
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第三章 大气中的水分
饱和水汽压随温度变化而变化， 饱和水汽压随温度变化而变化，说明气温的变化对蒸发和凝 结有重要影响：增加饱和空气的温度可使蒸发重新出现； 结有重要影响：增加饱和空气的温度可使蒸发重新出现；相 如果降低饱和空气的温度，可使水汽出来凝结。 反，如果降低饱和空气的温度，可使水汽出来凝结。饱和水 汽压随温度改变的量，高温时要比低温时大。 汽压随温度改变的量，高温时要比低温时大。例如温度由 30℃降低到 ℃，饱和水汽压减少 ℃降低到25℃ 饱和水汽压减少10.76hPa，而温度从 ℃ ，而温度从15℃ 降到10℃ 饱和水汽压只减少4.77hPa。所以降低同样的温 降到 ℃，饱和水汽压只减少 。 在高温饱和空气中形成的云要浓一些， 度，在高温饱和空气中形成的云要浓一些，这也说明了为什 么暴雨总是发生在暖季。 么暴雨总是发生在暖季。
第三章 大气中的水分
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第三章 大气中的水分
第一节 蒸发与凝结 一、水相变化 在大气的常温常压下，水分是唯 在大气的常温常压下， 一能由一种相态转变为另一种相 而以气态、 态，而以气态、液态和固态三种 形式存在于大气中的成分。 形式存在于大气中的成分。水相 变化指的就是水在三态之间的互 相转换。 相转换。
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第三章 大气中的水分
2、水相变化的判据 、 水相变化可由实测的水汽压（ ） 水相变化可由实测的水汽压（e）与同温度下的饱和 水汽压（ ）之间的比较来判定。 水汽压（E）之间的比较来判定。 E＞e ＞ E=e E＜e ＜ 蒸发（未饱和） 蒸发（未饱和） 动态平衡（饱和） 动态平衡（饱和） 凝结（过饱和） 凝结（过饱和）
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第三章 大气中的水分
如果同一时间内， 如果同一时间内，跑出水面的水分子与落回水 中的水汽分子恰好相等， 中的水汽分子恰好相等，系统内的水量和水汽 分子含量都不再改变， 分子含量都不再改变，即水和水汽之间达到了 两相平衡，这种平衡叫做动态平衡， 两相平衡，这种平衡叫做动态平衡，因为这时 仍有水分子跑出水面和水汽分子落回水中， 仍有水分子跑出水面和水汽分子落回水中，只 不过进出水面的分子数相等而已。 不过进出水面的分子数相等而已。动态平衡时 的水汽称为饱和水汽， 的水汽称为饱和水汽，当时的水汽压称为饱和 水汽压。 水汽压。
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第三章 大气中的水分
不同形状的蒸发面，水分子受到周围分子的吸引力也不同 不同形状的蒸发面，
如图，三个圆圈分别表示凸水面、平水面和凹水面对于A、B、C 如图，三个圆圈分别表示凸水面、平水面和凹水面对于 、 、 三点分子引力作用的范围。由图可知， 分子受到的引力最小， 三点分子引力作用的范围。由图可知，A 分子受到的引力最小，最 易脱出水面； 分子受到的引力最大，最难脱出水面； 易脱出水面；C 分子受到的引力最大，最难脱出水面；B 分子的情 况介于二者之间。因此，温度相同时，凸面的饱和水汽压最大， 况介于二者之间。因此，温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平 面次之，凹面最小。而且凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大； 面次之，凹面最小。而且凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大；凹面 的曲率愈大，饱和水汽压愈小。 的曲率愈大，饱和水汽压愈小。
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第三章 大气中的水分
同温度下冰面饱和水汽压和过冷却 水面饱和水汽压之差的变化趋势如 图中实线所示： ℃开始， 图中实线所示：0℃开始，随着温 度降低，差值迅速增大， 度降低，差值迅速增大，至-12℃ ℃ 达最大值ΔE=0.269hPa，温度继续 ， 降低时，差值减小。 降低时，差值减小。
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