水汽的蒸发与凝结对天气的影响
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初三物理天气预报原理分析天气预报是人们生活中非常重要的一部分,它能够提前告知我们接下来几天的天气情况,帮助我们合理安排活动和做好对应的准备。
而作为一门学科,物理在天气预报中扮演着重要的角色。
本文将从物理角度出发,分析初三物理天气预报的原理。
1. 大气压力与天气预报大气压力是天气变化的重要指标之一。
根据气象学原理,气压高的区域天气多为晴朗、干燥,而气压低的地区则容易出现阴雨天气。
初三物理课堂上,我们学习了大气压力与物体压强的关系,通过使用天气仪器测量大气压力,结合历史天气数据,我们可以判断未来天气的变化趋势。
2. 温度变化与天气预报温度也是天气预报中非常重要的参数之一。
我们在学习物理时了解到,温度是物体分子热运动程度的表征。
当气温升高时,水分子的热运动增强,可能导致水汽的蒸发增加,从而形成云层和降水。
相反,当气温下降时,空气中的水汽会凝结成云、雨或雪。
通过测量温度变化,我们可以初步推测未来天气的变化情况。
3. 风向与风速对天气的影响风向和风速也是天气预报的重要指标之一。
初三物理课程中,我们学习了风的形成和运动规律。
气象学家通过测量风向和风速,分析气流的走向和强度,从而推算未来天气情况。
例如,当冷空气从北方吹来时,往往会带来气温下降、降水等天气变化。
4. 水汽含量与降水水汽是大气中水分子的气态形式,也是决定天气的重要因素之一。
物理课上,我们学习了水的三态变化,了解了水汽和水滴之间的相互转化。
当空气中的水汽含量足够高时,就会形成云层,并通过凝结成雨滴或雪花而降水。
通过测量空气中的水汽含量,我们可以对未来的降水情况做出一定的预测。
综上所述,初三物理课程中我们学习的知识对天气预报起到了重要的作用。
通过测量和分析大气压力、温度变化、风向风速以及水汽含量等参数,天气预报人员可以准确预测未来的天气情况,使人们能够提前做出相应的应对措施。
通过学习初三物理,我们对天气预报的原理有了更深入的了解,也能更好地应对各种天气变化。
新教科版三年级科学上册第三单元知识点:天气的变化本文档将介绍科版三年级科学上册第三单元的知识点,即天气的变化。
1. 天气的概念天气是指某一时刻地球大气层中的气象现象,包括温度、湿度、风、云和降水等因素。
2. 天气的变化原因天气的变化是由多种因素共同作用所引起的,主要包括以下几个方面:- 水汽的变化:水汽的蒸发和凝结会导致天气的变化。
- 温度的变化:温度的升降会直接影响天气情况。
- 气压的变化:气压的高低会引起气象现象的变化。
- 风的影响:风的速度和方向会影响天气的变化。
- 雨水的作用:降水形式的不同也会导致天气变化。
- 地理环境:不同地区的地理环境也会对天气产生影响。
3. 天气的预测人们通过天气预报来获得未来一段时间内的天气情况。
天气预报利用气象观测和科学模型来预测气象变化的可能性和趋势。
- 技术手段:天气预报利用了气象观测设备、卫星遥感、计算机模拟和气象预报算法等技术手段。
- 预测的依据:天气预报依据过去和现在的气象数据,通过分析、比较和推理来预测未来的天气情况。
4. 天气对人们日常生活的影响天气的变化对人们的日常生活有很大的影响,主要表现在以下几个方面:- 服装选择:根据天气情况选择合适的服装。
- 活动安排:天气的好坏会影响人们的户外活动安排。
- 农业生产:天气对农作物的生长和收成有重要的影响。
- 交通出行:恶劣的天气情况可能会影响交通状况。
- 健康状况:天气的变化也会对人们的身体健康产生一定的影响。
总结天气的变化是地球大气层中多种因素共同作用的结果,它对人们的生活有着重要的影响。
通过天气预报可以提前了解未来的天气情况,有助于人们做出适当的安排和准备。
大气层含水量对天气变化的影响分析天气变化是我们生活中经常遇到的事情,它给我们的衣食住行带来了很多挑战。
而大气层含水量作为天气变化的重要因素之一,对天气变化有着深远的影响。
本文将从大气层含水量的影响机制、天气变化与大气层含水量的关系以及对生态环境的影响三个方面进行分析。
首先,我们来了解一下大气层含水量的影响机制。
大气层含水量主要通过水汽的蒸发和降水的过程来调节。
当气温升高时,水面上的水分会蒸发成水汽,使大气层含水量增加;而当温度下降时,水汽会凝结成云、雨水等形式,从而降低大气层含水量。
此外,风的影响也十分重要。
风的吹动会带走大气层中的水汽,使大气层含水量减少。
因此,大气层含水量的变化与气温、降水以及风速有着密切的关系。
接下来,我们看看天气变化与大气层含水量的关系。
天气的变化有时会伴随着大气层含水量的变化。
例如,当大气层含水量较高时,气温升高,天空阴云密布,通常会出现降水现象;而当大气层含水量较低时,气温较低,天空晴朗无云,降水几率较小。
此外,大气层含水量的变化还会影响到气温的变化。
较高的大气层含水量会导致大气层的温度增加,从而使地面温度上升;而较低的大气层含水量则会导致温度下降。
因此,天气变化与大气层含水量密切相关,大气层含水量的变化会直接影响到天气的变化。
此外,大气层含水量的变化对生态环境也有一定的影响。
大气层含水量的增加会导致降水增加,进而改变地表水资源分布格局和土壤湿度。
这对作物生长和生态环境有着重要影响。
例如,在降水增加的地区,农作物的生长条件会改善,但同时也容易导致水浸灾害的发生。
而大气层含水量的减少则会使地表水资源减少,导致区域干旱等问题。
在干旱的地区,植被容易受到影响,生态环境逐渐退化。
因此,大气层含水量的变化会对生态系统的稳定性产生一定影响。
综上所述,大气层含水量作为天气变化的重要因素之一,对天气变化以及生态环境都有着重要的影响。
了解大气层含水量的影响机制、掌握天气变化与大气层含水量的关系,有助于我们更好地理解和预测天气变化,同时也有助于我们更好地保护和管理生态环境。
高考地理高频考点:大雾天气一、高考曾这样考过(2021•山东卷)“克拉香天气”出现在越南沿海地区,是一种持续时间较长的雾天伴随着濛濛细雨的天气,这种天气在越南北部沿海比南部沿海出现的几率更大。
下图示意“克拉香天气”出现时段的风向。
据此完成1~2题。
1.越南北部沿海出现“克拉香天气”的几率更大,主要是因为北部沿海比南部沿海①风速小 ②地面温度低 ③地势低 ④空气湿度大A.①②B.①③C.②④D.③④2.“克拉香天气”易出现的时间段是A.2-4月B.5-7月C.8-10月D.11-次年1月【解析】1选A,2选A。
第1题,结合中南半岛的地形特征可知,北部沿海更靠近陆地环境,摩擦力大,风速较小,地面温度降温快且更低,因此①②正确。
越南南部沿海的地势更低,③错误。
南部洋面温度较高,蒸发量多,空气湿度更大,④错误。
第2题,由图中风向可知,越南沿海附近的风向以偏东风为主,说明该地东北信风有所减弱,西南季风还未到达,使得陆地冷气团得以向海洋移动,从而出现“克拉香天气”。
最符合该特点的时间段为2-4月。
二、微点突破1、概念:雾是大气中的水汽冷凝成小水滴悬浮在空中,使近地面水平能见度下降的一种天气现象。
2、雾的形成条件(1)冷却:如辐射冷却(昼夜温差大)、水平冷却(热空气遇到冷地面、冷空气缓慢进入并下沉、寒流经过)和上升冷却(辐合上升、对流上升、地形抬升、锋面抬升)。
(2)充足的水汽来源:①本地水汽(蒸发与蒸腾,受温度、水域面积、植被状况等影响);②外地水汽输送而来。
(3)有凝结核:尘埃等,如建筑工地、矿区、市区内等多凝结核。
(4)较稳定的天气:无风或微风的气象条件、相对封闭的地形(低洼地山坳里)。
风力较大,易将雾吹散。
3、几种常见的雾(1)辐射雾:夜间,尤其时晴朗微风的夜间,地面因地面辐射冷却,近地面空气接触冷地面和空气本身的辐射冷却,空气中水汽达饱和,形成雾。
主要发生在秋冬季,多出现在睛朗、微风、近地面水汽比较充沛且比较稳定或有逆温存在的夜间和清晨。
热风变凉的原理一、引言夏日的酷热让人们渴望一丝凉风,而有时热风突然变凉,让人感到十分奇妙。
这种现象背后隐藏着一些科学的原理。
本文将从空气运动、水汽凝结、辐射传热等方面解析热风变凉的原理。
二、热风变凉的原因1. 空气运动热风变凉的原因之一是空气的运动。
在炎热的夏季,地面受到太阳的照射,使得地表温度升高,周围的空气受热后会上升形成气流。
当热风经过高空时,会与较为凉爽的空气混合,使得整体温度下降。
这种气流的运动与大气环流有关,当大气环流较强时,热风变凉的现象就会更加明显。
2. 水汽凝结热风变凉的原因之二是水汽凝结。
在炎热的夏季,地面水汽蒸发增多,空气中的水汽含量也随之增加。
当热风经过一些山地或海洋等地区时,空气会受到降温的影响,水汽就会凝结成小水滴。
这些水滴会悬浮在空气中,形成云层或雾霭,从而降低了空气的温度。
3. 辐射传热热风变凉的原理还与辐射传热有关。
夏季的热风中,太阳光照射到地球表面,地面会吸收部分太阳能量并转化为热能。
这时,地面会向周围空气辐射热量,使得空气温度升高。
然而,当太阳光照射角度变低或遮挡物出现时,辐射传热的效果就会减弱,导致热风的温度下降。
三、热风变凉的案例1. 海洋性热风变凉在沿海地区,海洋性热风是一种常见的天气现象。
当夏季的热风经过海洋时,会受到海水的冷却作用,使得热风的温度迅速下降。
这是因为海洋具有较大的热容量,能够吸收大量的热量,从而降低了热风的温度。
2. 山地热风变凉在山地地区,山地热风也是一种常见的现象。
当夏季的热风经过山地时,由于山地的高度较高,空气会因为受到山地的阻挡而上升。
随着空气的上升,空气压力下降,温度也随之降低。
因此,山地热风会因空气运动和空气压力的改变而变凉。
四、热风变凉的影响1. 人体舒适感热风变凉会给人们带来一丝凉爽,使得人体的舒适感得到提升。
特别是在酷热的夏季,热风变凉可以缓解炎热带来的不适感,给人一种清凉宜人的感觉。
2. 农作物生长热风变凉对农作物的生长也有一定的影响。
锋面气旋规律成因和特点锋面气旋是天气系统中的一个重要现象,它在大气环流中具有明显的规律性。
锋面气旋的形成和发展受到多种因素的影响,其特点主要包括锋面的形态、气旋的运动和气象要素的变化等。
本文将从锋面气旋的规律成因和特点两个方面展开阐述。
一、锋面气旋的规律成因1. 温度差异:锋面气旋的形成主要是由于冷暖空气的相互作用,其中温度差异是最主要的因素之一。
当冷空气和暖空气相遇时,由于温度差异引起的密度差异导致空气的垂直运动,形成锋面气旋。
2. 水汽条件:水汽是大气中重要的能量来源,也是锋面气旋形成的重要条件之一。
水汽的蒸发和凝结过程会释放或吸收大量的潜热,从而影响锋面气旋的发展。
当水汽充足时,锋面气旋的形成和发展更加明显。
3. 地形条件:地形对锋面气旋的形成和发展也有一定影响。
当冷空气和暖空气在地形起伏较大的地区相遇时,会形成地形锋面气旋。
地形的高度差异会导致空气流动的变化,进而影响锋面气旋的形成。
4. 外力作用:外力作用是锋面气旋形成的另一个重要因素。
外力可以通过地球自转和地球表面的摩擦力等方式对锋面气旋产生影响。
地球自转会使得锋面气旋的旋转方向产生偏转,而地球表面的摩擦力则会减弱锋面气旋的运动。
二、锋面气旋的特点1. 锋面的形态:锋面通常表现为一条明显的界线,两侧空气的性质和状态有明显的差异。
锋面通常呈弯曲形状,其形态和弯曲程度与锋面气旋的强度和发展阶段有关。
2. 气旋的运动:锋面气旋通常具有旋转的特点,其旋转方向由于地球自转的影响而产生偏转。
锋面气旋的运动速度和路径受到多种因素的影响,如大气环流、地形和外力等。
3. 气象要素的变化:锋面气旋的形成和发展会导致气象要素的变化。
锋面降水是锋面气旋的典型现象之一,锋面降水的强度和范围与锋面气旋的强度和形态有关。
此外,锋面气旋还会对气温、湿度、风速和气压等气象要素产生影响。
4. 影响范围:锋面气旋的影响范围较大,通常会带来明显的天气变化。
在锋面气旋接近和经过时,天气会由晴转阴,气温会有明显变化,降水也会增加。
水循环与地球气候变化水是地球上最重要的可持续资源之一,它通过水循环的过程不断运动和转化,对地球的气候变化起着至关重要的作用。
本文将探讨水循环与地球气候变化之间的关系,并分析水循环对气候变化的影响。
一、水循环的概述水循环指的是水在地球上不断循环和转化的过程,主要包括蒸发、降水、融化、蓄积和流动等环节。
当太阳照射到地球表面时,部分水分会被加热蒸发成水蒸汽,并上升到高空形成云。
随着温度的下降,水蒸汽凝结为水滴,最终形成降水,如雨、雪、露等形式。
降水后的水分可以通过地表径流、植物蒸腾、地下水和冰雪融化等方式重新进入到水循环中。
二、水循环与地球气候变化的关系1. 影响降水分布:水循环直接影响到地球上各地的降水分布格局。
热带地区气候湿热,水蒸汽含量较高,降水量也相对较大;而沿着赤道两侧的副热带地区由于大气下沉,降水量较少,形成了干旱带。
水循环的不平衡会导致降水分布的变化,从而影响到地球的气候变化。
2. 调节地球温度:水循环通过蒸发和降水的循环过程可以调节地球的温度。
在高温天气下,水分蒸发会吸收大量的热量,起到降温的作用;而在寒冷的地区,水蒸气凝结成水滴释放热量,起到升温的作用。
水循环的存在使得地球的温度得以平衡,保持适宜的生态环境。
3. 影响海洋环流:水循环对于海洋环流起着重要的调节作用。
热带地区的蒸发量大,使得海水更加咸盐,密度增加;而在高纬度地区,由于降水较多,使得海水的盐度降低,密度减小。
这种不同盐度的海水会形成海洋密度层化,影响到海洋的垂直和水平环流,进而对气候变化产生重要影响。
4. 形成水汽和云层:水循环产生的水蒸汽和云层对于地球的能量平衡和气候调节起着重要作用。
云层能够反射太阳辐射,减弱地表的吸收,从而起到降温作用。
相反,云层又能吸收地面和大气中的辐射,使得地面的温度升高。
水循环通过形成云层和水蒸气来调控地球的能量平衡,维持了地球的气候稳定。
三、水循环对地球气候变化的影响1. 全球变暖:随着气候变化,全球气温不断上升。
关于水汽的概念
水汽是指水在气体状态下存在的形式,是由水分子在高温下蒸发而形成的。
水汽是大气中最常见的气体成分之一,存在于地表水体、土壤、植物和动物等地方。
水汽通过蒸发、植物蒸腾和动物呼吸等方式进入大气中。
当水汽遇冷凝结时,形成云、雨、雪等降水形式。
除了在液体形态中,水也可以以固体形式存在,如在冰川和雪堆中。
此外,水汽对地球气候的调节起着重要作用。
水汽的浓度受到温度、大气压力和相对湿度等因素的影响。
较高的温度和湿度会增加水汽的浓度,反之亦然。
通过测量相对湿度和露点温度等参数,可以了解水汽在大气中的含量和湿度情况。
在定量上,水汽的含量通常以水汽压或者绝对湿度表示。
水汽压是指水汽分子在单位面积上对大气的压力,常用单位是帕斯卡(Pa)或者毫巴(mb)。
绝对湿度是指单位体积内所含水汽的质量,常用单位是克/立方米(g/m³)。
水汽的概念在气象学、地球科学和环境科学等领域中有着广泛的应用,对于天气预报、水循环研究以及农业和气候变化等方面具有重要意义。
人工影响天气原理引言:天气对人类的生活有着重要的影响,而人类却一直试图通过人工手段来影响天气,以满足自身的需求。
人工影响天气的原理是基于对大气系统的干预,通过人为手段改变大气参数,从而改变气象现象的发生和发展。
本文将从云雾消散、降雨增加和防止自然灾害三个方面介绍人工影响天气的原理。
一、云雾消散云雾是大气中水汽凝结形成的悬浮液滴或冰晶,对能见度和日照时间有着重要影响。
人工影响天气可以利用云雾消散技术,通过人为增加云雾微粒的尺寸和数量,使其凝结成较大的水滴,从而加速降水过程,使云雾消散。
主要的方法有云雾消散剂的喷洒和人工降雨。
云雾消散剂是一种能够增加云雾微粒数量的化学物质,通过喷洒在云层中,使水汽凝结成水滴,从而加速降水过程。
人工降雨是通过向云层中喷洒云雾消散剂或冷却剂,使云层中的水汽凝结成水滴或冰晶,从而引发降水。
这些方法在一定程度上可以改善气象条件,提高能见度和日照时间。
二、降雨增加人工影响天气还可以通过人为增加降水量来满足农业、水资源和旅游等领域的需求。
人工增雨是常用的方法之一,通过向云层中喷洒云雾消散剂或冷却剂,使水汽凝结成水滴或冰晶,从而引发降水。
此外,还可以利用离子探测器和激光器等仪器设备,对云层中的离子进行调控,从而影响云层的形成和演变,进而增加降水量。
这些方法虽然可以在一定程度上增加降水量,但需要科学合理地选择时机和区域,以避免对生态环境产生不利影响。
三、防止自然灾害人工影响天气还可以用于防止自然灾害的发生和发展。
例如,人工控制降雨可以在洪涝灾害来临前及时进行干预,减少洪水的发生和破坏。
此外,人工影响天气还可以用于减轻干旱和台风等灾害的影响。
通过人为增加降水量或改变风场分布,可以降低干旱和台风的危害程度。
同时,人工影响天气还可以在火灾发生时进行干预,通过增加降水量或改变风向,控制火势的蔓延,减少火灾造成的损失。
结论:通过人工影响天气的原理,可以实现云雾消散、降雨增加和防止自然灾害等目标。
文章标题:探讨四年级上册《呼风唤雨的世纪》提出的问题并解答导言在四年级上册的课本中,有一篇名为《呼风唤雨的世纪》的文章,对于孩子们来说,这篇文章可能会带来很多疑问,也可能让他们对天气、气候等自然现象产生更多的好奇和探索。
通过本文的撰写,我将针对这篇文章中提出的问题,进行深度和广度兼具的探讨,并希望能够帮助孩子们更好地理解并解答这些问题。
一、为什么天气会变化?在《呼风唤雨的世纪》中,作者提到了天气的变化,这让很多孩子产生了疑问:为什么天气会变化?天气原来是由什么造成的呢?其实,天气的变化是由大气中的气流、水汽、温度等多种因素共同作用而产生的。
气温的升高和降低、水汽的蒸发和凝结等都会对天气产生影响。
地球自转、公转也会影响天气的变化。
这些因素共同作用,导致了天气的多变性。
二、为什么有雷暴和雨雪?孩子们在阅读《呼风唤雨的世纪》中,可能会对雷暴、雨雪等天气现象产生疑问。
为什么天空中会有闪电和雷鸣?为什么会下雨或下雪?这些现象又是怎么发生的呢?其实,雷暴是由云层内部的水汽等气体的碰撞摩擦产生的电荷,导致了云与地面或云与云之间的放电现象。
而下雨或下雪,则是由水汽在特定条件下凝结成水滴或雪花,而形成的。
三、气候变化对我们有什么影响?在课文中,作者也提到了气候变化对人类的影响。
这可能会引发孩子们对气候变化的进一步思考。
那么,气候变化对我们有什么影响呢?气候变化可能导致了特殊天气的出现,如干旱、洪涝等,给人类生活和生产带来了很大的影响。
气候变化也会对生态环境产生影响,导致了气候带的变化等。
结论通过本文对《呼风唤雨的世纪》中提出的问题进行探讨,我们对天气、气候等自然现象有了更深入的了解。
天气变化是由多种因素共同作用而产生的,而雷暴、雨雪等天气现象也有其特定的形成过程。
气候变化对我们的生活和生态环境也产生了很大的影响。
希望通过本文的阐述,能够帮助孩子们更好地理解并解答《呼风唤雨的世纪》中所提出的问题,并对天气、气候等自然现象产生更多的好奇和探索。
水汽的蒸发与凝结对天气的影响摘要:大气中的许多现象都与化学有着密切的联系,可以用化学原理来解释大自然中形形色色的天气现象,本文从水汽的蒸发与凝结入手来研究其对天气的影响,对水分子的结构、水的蒸发、水的循环、水的比热容、潜热、露点、绝热冷却与升温以及位温做了简单的说明,并用水的比热的知识解释了海洋性气候的温度范围要比大陆性气候的温度范围小的原因;用潜热、绝热冷却和升温来解释暴雨的云层的形成以及积云和积雨云的形成。
关键词:蒸发、水的蒸发、比热容、潜热、露点、绝热冷却与升温、位温§1.简介大气中的水分主要来自于海洋、湖泊、河水和湿地,水分的多少对天气有着直接的影响。
这些水分到了空中后又以降水的形式回到地面。
降水包括雨水、冰雹、雪、雾、霜和露水。
水分在地表、海洋与大气之间的这种循环被称为水循环(图1)。
地球表面约70%被海洋所覆盖,因此海水对气候的影响是相当大的,大气-海洋系统最重要的角色是对地球赤道和中纬度地区吸收的过剩太阳能进行重新分配,大气圈是以蒸发和对流的形式输送能量,而海洋只以环流的形式输送能量,水是除了液氨之外所有液体中热容最高的,因此海水大量的体积和热容使得海洋中储存了巨大的太阳能,并且通过空气-海洋界面的传导把热量缓慢释放回大气圈。
这个过程,与大气圈中海水不断的蒸发和凝结一起,保持地表温度的变化适合生命居住,毫无疑问,海洋在我们的行星维持适宜生命的气候中扮演了一个决定性的角色。
地球上的水有97%是海水,剩下的3%中有一半以上是极地地区的冰层、冰盖和冰川等固态形式的水,有0.5%被埋藏在地下,或是与矿物质成分在一起,或是因埋藏过深而不能被人类利用。
空气和云层中的水分以及降水、湖水、河水和地下水的总量大约有5×1018升,只占地球水资源总量的0.005%。
水分子在海洋中的时间是4000年,随着降水到达陆地后需要400年的时间才能到达地表,但在陆地和海洋之间,水循环需要的时间非常短,水分子在大气层中的时间一般是10天。
任何运动都需要能量,为水循环提供能量的是太阳,一旦水分子开始运动,空气与水的物理特性便相互作用,影响我们的天气。
§2.水分子的结构每个水分子都是由1个氧原子和2个氢原子组成,共用电子对将3个原子联系在一起,2个氢原子与1个氧原子形成104.5°的键角。
由于氧原子电负性大,吸引电子的能力强,电子对偏向氧原子一侧,水分子成为极性分子,氢原子带有正电而氧原子带有负电。
水平传送凝结 降雨 降雪蒸发 海洋河流河流 土壤水分 地下水湖泊蒸腾蒸发图1 水循环海洋和地表水蒸发后通过植物的蒸腾作用进入大气,并以水蒸气或云的形式随气流做水平运动。
水分以降水的形式回到地面并通过河流和地下水回到海洋。
在液态水中,水分子中带正电的氢离子与邻近水分子中带负电的氧离子互相吸引形成键结,叫做氢键。
液态水就是由被氢键连在一起的短分子链组成的(水长时间搁置后分子链变长)。
水分子处于不停地运动当中,速度随温度的升高而加快。
水分子间的氢键不停地断开和重建。
由于水分子彼此之间作用力小,分子自由地运动,具有流动性,所以水是无形的。
这也是所有液体的特点。
§3.水的蒸发由于水体表面的水分子只受到来自四周和下方的其他水分子的推动,而在其上方并没有力作用于它,因此受力不均,分子间的联系很不稳定。
如果此时吸收了更多的能量的话,水体表层的水分子会加速运动,导致氢键被打破,水分子被蒸发进入空气。
最先吸收到这些水分子的是位于水面上方的底层空气——边界层。
边界层所能吸收的水分子数量是有极限的。
如果边界层的温度比水体低的话,已经进入空气中的水分子就会因温度降低而失去能量,当它与另一个水分子相遇时,便迅速与其结合成新的氢键,当越来越多的水分子进入边界层并超过其极限即水分子呈饱和状态时,水分子重新结合又形成水。
如果边界层空气干燥的话,水分子仍然会留在空气中。
产生这种现象的原因有两个:一是由于干燥空气中的水分子含量非常少,分子之间距离不大易形成氢键。
二是由于干燥空气的温度高,水分子运动的速度快,这也不利于氢键的形成。
当边界层的空气非常干燥时,水分子会立即进入并且穿过进入上层空气,随之散开。
如此反复,进入空气的水分子越来越多而水体中的水分子则越来越少,由此形成水的蒸发。
§4.水的循环海洋水在强烈的阳光照射下,不断地蒸发上升,到达高空。
其中一部分凝结成小水滴,以降水的形式,回落到大海中,一部分水汽在风的吹送下,运动到陆地,以降水的形式降落地表。
降落到地表的水一部分以河水的方式返回大海,一部分下渗到地下,成为地下水,也返回到大海中去,如此循环往复。
内陆地区的地面,在阳光的照射下,通过植物的蒸腾、地面的蒸发、湖和水面的蒸发等到达内陆地区上空,然后以降水的方式返回地面,当然也会有水的下渗、地表河流中水的流动等。
人们把水从海洋蒸发后,直接降落到大海中的循环,称之为海上内循环。
将海陆之间的这种循环称之为大循环,也称为海陆内循环。
在内陆地区的水循环称之为内陆水循环,也称之为小循环。
每年陆地上空的降水量为9.9万立方千米,蒸发6.3万立方千米,而每年注入海洋中的水为3.6万立方千米,加上海洋每年的降水量41.2万立方千米,与海洋的蒸发量大约相等,所以海水并不见增高。
§5.水的比热容物质在吸收热量的同时温度会随之上升,温度每上升1度物质所吸收的热量称为比热容,用符号c表示,不同的物质有不同的比热容。
温度对比热容有一定的影响,因此在引用比热容时需要指出其温度变化的范围或是指明特定温度下物质的比热容。
物质温度(℃)c(1-K1-Jg) 淡水15 4.19海水17 3.39冰-21—-1 2.0—2.1 干空气20 1.006玄武岩20—100 0.84—1.00花岗岩20—100 0.80—0.84大理石18 0.88—0.92石英0 0.73沙子20—100 0.84水的比热容很大,升高相同的温度所需热量大,所以主要由岩石和沙土构成的陆地在白天和夏季时吸收热量的速度比海水快,这也就是为什么在夏天,当我们赤脚跑过沙滩时会觉得有些烫脚而湖水和海水却使人倍感凉爽。
到了冬季,情况刚好相反,由于湖水和海水在夏季时吸收的热量要经过很长时间才会被释放掉,因而其温度比陆地温度要高。
对于大量水的集合如海洋而言,具有一条重要的性质就是在吸收大量热量的同时温度可以大致保持不变,这一点对气候的影响非常明显,底层空气经过洋面时,受其温度影响,冬季温度升高,夏季温度降低。
所以海洋性气候的温度范围要比大陆性气候的温度范围小。
§6.潜热、绝热冷却与升温水蒸发时,从液体变成气体会吸收热量,热量只为打破水分子之间的氢键提供能量并不会导致水温的上升,这种似乎隐形的热量被称为潜热。
水以三种形态存在:气态(水蒸气)、液态(水)和固态(冰)。
水以气态形式存在时,分子可以向各个方向自由运动;水以液态形式存在时,分子形成分子链;水以固态形式存在时,分子形成紧密的圆形结构,中央留有一定的空间。
水温冷却时,分子间距离缩小密度增大,在海平面气压条件下,纯水在4℃时密度最大。
在这个温度以下,水分子开始形成冰晶,由于冰晶中心有一定的空间,在质量相同的情况下,冰的体积要比水大,因此冰的密度没有水大,水在结成冰后体积增大,并且漂浮在水面上。
分子依靠正负电子的吸引而联系在一起,想要打破这种链接就必须有足够的能量—潜热。
分子吸收潜热打破链接时温度不会上升,重新链接时分子又释放出同样的潜热。
在0℃时将1g纯水从液体变成气体需要2501J的热量,这一数值是蒸发潜热,当水汽凝结时,同样数量的潜热被释放出来。
结冰或融化所需要的融化潜热是334J1-g,冰直接升华成水汽会吸收2835J1-g的潜热,是融化潜热和蒸发潜热的总和,水汽直接变成冰的凝华过程则释放出等量的潜热。
潜热受温度影响很大,在引用潜热时应指明其温度。
潜热的来源是周围的空气和水,当冰融化成水或水蒸发时都能使周围空气失去能量温度下降,这就是为什么冰雪融化时天气会变冷并且我们人在汗水干了的时候会觉得凉快。
空气在上升过程中温度下降,水汽凝结释放出潜热使周围空气继续受热上升,这一过程导致暴雨的云层的形成。
暖空气比冷空气蕴含的水分子量多,当气流冷却时,其中的水汽会凝结成液体小水珠,导致这一变化的温度被称为露点,当温度降到露点时就有露水出现,这时空气中的水汽呈饱和状态,空气达到饱和状态时所含有的水汽质量为相对湿度(RH),用百分数表示,如果空气中水汽的含量保持不变的话,RH会随着温度的上升而降低或随着温度下降而增加。
空气被迫上升时温度下降,当空气与温度较高的物体表面接触时会形成对流上升;空气通过高地时受抬升形成地形抬升;如果暖空气被迫沿冷空气上升则形成锋面抬升。
不管周围的大气温度如何,上升中的空气温度呈下降趋势而下降中的空气则呈升高趋势,这种情况被称为绝热冷却和升温(内部空气的温度上升与下降与外部的空气无关,内部空气的这种升温和降温方式被称为绝热冷却和升温)受绝热冷却的影响,上升过程中的空气温度会下降,当温度下降至露点以下时,水汽凝结成云,发生这一变化的大气高度被称为抬升凝结高度。
凝结过程释放出潜热,相邻的空气受热继续上升,产生新的凝结,如此反复,最后形成积云和积雨云。
§7.位温由于冷空气的分子间的距离小,因此其密度大于热空气,一定体积的冷空气的质量和密度都大于同体积的热空气,因此密度较小的热空气总会上升到冷空气的上方。
空气温度随高度的增加而下降,山顶的温度总比山下低,设想这些密度大、温度低的空气下降到地面后的情形,假设天空无云,空气干燥,海平面温度为27℃,高空10km处的对流层的温度是-54℃,由于温度和高度的影响,对流层顶的空气密度大于其下方的空气。
如果这样的空气下沉到海平面高度的话,在其下降过程中空气会受到挤压并产生绝热升温,由于空气非常干燥,其干绝热湿度直减率为9.8℃1-km,当空气下降10km时,其温度增加9.8×10=98℃,即98-54=44℃>27℃,所以下降过程中温度的升高会使空气密度变小,因而高空中的冷空气不可能真的下沉到地面。
位温是空中的空气块下降到海平面气压时按绝热变化所达到的温度,用Φ表示,位温只受空气温度和气压的影响,可以用位温来测定大气的稳定度。
§8.结论在太阳能的推动下,水循环得以在全球范围内以一定的平衡状态而实现,同时,水分子也可以在大尺度的范围内运动,进一步结合空气物理特性的作用,我们的天气便产生了形形色色的变化。
这其中,海洋以其独特的物理性质实现着温度的平衡,水汽则按照液体特有的物理方式不断的影响着天气。
据此可见,大自然是那么的和谐与奇妙!参考书目:[1][英]迈克尔·阿拉贝“气候变化”,上海科学技术文献出版社,2006[2]胡晓林、夏默“21世纪十万个为什么(地球万象)”,河北教育出版社。