第二節(jié)大氣水分和降水第四章大氣中的水分第一節(jié)蒸發(fā)和凝結(jié)一、水相變化

水的三相：氣態(tài)（水汽）、液態(tài)（水）、固態(tài)（冰）

1、水相變化的物理過程

從分子運(yùn)動論看，水相變化是水的各相之間分子交換的過程；分子運(yùn)動的劇烈程度與溫度有關(guān)，因而水相的變化主要受溫度影響。2、水相變化的判據(jù)

N＞n蒸發(fā)（未飽和）N=n動態(tài)平衡（飽和）N＜n凝結(jié)（過飽和）E＞e蒸發(fā)（未飽和）E=e動態(tài)平衡（飽和）E＜e凝結(jié)（過飽和）二、水相變化

·蒸發(fā)——由水變成水汽；

·凝結(jié)——由水汽變成水；

·凍結(jié)——由水變成冰；·

融解——由冰變成水；

·凝華——由水汽直接變成冰；·

升華——由冰直接變成水汽。

◆水的相變過程伴隨著能量轉(zhuǎn)化和交換，這種能量稱為潛熱（能）。3、水相變化中的潛熱

蒸發(fā)潛熱L與溫度的關(guān)系L=（2500-2.4t）×103（J/kg）≈2.5×106J/kg升華潛熱Ls：融解潛熱為3.34×105J/kgLs=（2.5×106+3.34×105）J/kg

≈2.8×106J/kg

蒸發(fā)、融解、升華——吸收潛熱凝結(jié)、凍結(jié)、凝華——釋放潛熱溫度-30-20-100102030計(jì)算值0.5271.2732.8736.1112.3223.7043.60實(shí)驗(yàn)值

2.8656.1112.2823.3842.43各種溫度下的飽和水汽壓(hPa)：二、飽和水汽壓

1、飽和水汽壓與溫度的關(guān)系飽和水汽壓隨溫度的升高而增加，高溫時(shí)的飽和水汽壓比低溫時(shí)大！2、飽和水汽壓與蒸發(fā)面性質(zhì)的關(guān)系

（1）冰面和過冷卻水面的飽和水汽壓不同溫度下過冷卻水面飽和水汽壓(Es)和冰面飽和水汽壓(Ei)及其差值(ΔE)：溫度0-5-10-11-12-15Es6.1084.2152.8632.6442.4411.942Ei6.1084.0152.5972.3762.1721.652ΔE00.2000.2660.2680.2690.260溫度-20-25-30-35-40-50Es1.2540.8070.5090.3140.1890.064Ei1.0320.6320.3800.2230.1280.039ΔE0.2220.1750.1290.0910.0610.025（2）溶液面的飽和水汽壓在同一溫度下，溶液面的飽和水汽壓比純水面的小，且溶液的濃度越大，飽和水汽壓越小。同溫度下，冰面的飽和水汽壓小于過冷卻水的飽和水汽壓！(零度時(shí)除外)3、飽和水汽壓與蒸發(fā)面形狀的關(guān)系

同溫下，凸面的飽和水汽壓最大，平面次之，凹面最?。煌姑娴那试酱?，飽和水汽壓越大；凹面的曲率越大，飽和水汽壓越小。三、蒸發(fā)及其影響因素影響因素：水源、熱源、飽和差、風(fēng)速與湍流擴(kuò)散

·水源：沒有水源不可能蒸發(fā)；·熱源：蒸發(fā)必須消耗熱量；·飽和差：飽和差越大，蒸發(fā)速度越快。當(dāng)e＜E時(shí)，出現(xiàn)蒸發(fā)；當(dāng)e＞

E時(shí)，則出現(xiàn)凝結(jié)。·風(fēng)速與湍流擴(kuò)散：無風(fēng)時(shí)蒸發(fā)慢，有風(fēng)湍流強(qiáng)，蒸發(fā)快四、濕度隨時(shí)間的變化

1、水汽壓隨時(shí)間的變化

雙峰型：主要在大陸上湍流混合較強(qiáng)的夏季出現(xiàn)，在一日內(nèi)有兩個(gè)最高值和兩個(gè)最低值。最低值出現(xiàn)在清晨溫度最低時(shí)和午后湍流最強(qiáng)時(shí)，最高值出現(xiàn)在9—10時(shí)和21—22時(shí)單波型：以海洋上、沿海地區(qū)和陸地上湍流不強(qiáng)的秋冬季節(jié)為多見，最低值出現(xiàn)在清晨氣溫最低時(shí)，最高值出現(xiàn)在午后氣溫最高時(shí)。水汽壓的年變化與溫度的年變化相似，最高值出現(xiàn)在溫度高、蒸發(fā)強(qiáng)的7—8月份，最低值出現(xiàn)在溫度低、蒸發(fā)弱的1—2月份。2、相對濕度隨時(shí)間的變化

相對濕度的日變化與溫度日變化相反，其最高值基本上出現(xiàn)在清晨溫度最低時(shí)，最低值出現(xiàn)在午后溫度最高時(shí)相對濕度的年變化一般以冬季最大，夏季最小。季風(fēng)盛行地區(qū)，由于夏季盛行風(fēng)來自于海洋，冬季盛行風(fēng)來自于內(nèi)陸，相對濕度反而夏季大，冬季小五、大氣中水汽凝結(jié)的條件

1、一般條件

一是有凝結(jié)核或凝華核的存在。二是大氣中水汽要達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)2、凝結(jié)核

在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)，在純凈的空氣中，相對濕度為300％—400％，也不會發(fā)生凝結(jié)。大氣的吸濕性微粒物質(zhì)，對水分子吸引力大，從而有利于水汽分子在其表面上的集聚，使其成為水汽凝結(jié)核心，稱其為凝結(jié)核。

3、空氣中水汽的飽和或過飽和（1）暖水面蒸發(fā)（2）空氣的冷卻A、絕熱冷卻：指空氣在上升過程中，因體積膨脹對外做功而導(dǎo)致空氣本身的冷卻B、輻射冷卻：指在晴朗無風(fēng)的夜間，由于地面的輻射冷卻，導(dǎo)致近地面層空氣的降溫C、平流冷卻：暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面時(shí)，將熱量傳遞給冷的地表，造成空氣本身溫度降低D、混合冷卻：當(dāng)溫差較大，且接近飽和的兩團(tuán)空氣水平混合后，也可能產(chǎn)生凝結(jié)三、水汽凝結(jié)現(xiàn)象第二節(jié)水汽的凝結(jié)現(xiàn)象一、地表面的水汽凝結(jié)物

(一)露和霜1、定義：傍晚或夜間，地面或地面物體因輻射冷卻，使貼近地表面的空氣層也隨之降溫。當(dāng)溫度降到露點(diǎn)之下時(shí)，空氣達(dá)到飽和在地面地物的表面產(chǎn)生的水汽凝結(jié)?！ぢ叮寒?dāng)Td>0時(shí),地面或地面物體上出現(xiàn)極其微小的水滴，稱為露?！に寒?dāng)Td<0時(shí),地面或地面物體上出現(xiàn)白色晶體結(jié)構(gòu)的水汽凝華物稱為霜。

露霜霜

2、霜與霜凍的區(qū)別

霜凍：指在植物生長季節(jié)里，地面和植物表面溫度下降到足以引起農(nóng)作物遭受傷害或者死亡的低溫。黑霜：當(dāng)?shù)蜏?gt;Td時(shí)，有霜凍而無霜白霜：當(dāng)?shù)蜏?lt;Td時(shí)，即有霜凍又有霜

霜：白色的凝華物因此，農(nóng)業(yè)上要預(yù)防的是霜凍而不是霜，霜和露都是好天氣的標(biāo)志。

霜凍預(yù)防的一般措施:(1)熏煙法：在霜凍之夜，在田間熏煙可有效地減輕或避免霜凍災(zāi)害。但要注意兩點(diǎn)：一是煙火點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)密些，使煙幕能基本全覆蓋；二是點(diǎn)燃時(shí)間要適當(dāng)，應(yīng)在上風(fēng)方向，午夜至凌晨2～3點(diǎn)鐘點(diǎn)燃，直至日出前仍有煙幕籠罩在地面，這樣效果最好。(2)噴水法：在霜凍發(fā)生前，用噴霧器對植株表面噴水，可使其體溫下降緩慢，而且可以增加大氣中水蒸氣含量，水汽凝結(jié)放熱，以緩和霜害。明顯的霜凍天，可多次噴水。(3)濕地法：潮濕的土壤熱容量大，導(dǎo)熱率也大，表層冷卻慢，所以在霜凍發(fā)生前，澆濕地面，可減輕霜凍強(qiáng)度，此方法一般與噴水法同時(shí)采用。(4)覆蓋法：用草簾、薄膜將農(nóng)作物覆蓋。此法適用較小面積，成本較大。(5)洗霜法：萬一遭霜凍，在太陽出來以前，澆水或噴清水洗霜，可減輕作物霜凍危害。2、形成條件：

露晴朗的夜晚——有利于地物或地面迅速輻射冷卻微風(fēng)——保證有足夠多的水汽供應(yīng)凝結(jié)霜晴朗的夜晚——有利于地物或地面迅速輻射冷卻冷平流過后可以形成平流霜洼地或山谷中，冷空氣聚集易形成洼地霜

（二）霧凇和雨凇

1、霧凇

霧凇是形成于樹枝上、電線上或其它地物迎風(fēng)面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。（1）晶狀霧?。河蛇^冷卻霧滴蒸發(fā)后，直接由水汽凝華而成

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)松散，稍有震動就脫落條件：有霧、微風(fēng)、T≤-15℃（2）粒狀霧凇：過冷卻霧滴碰到冷的物體表面后迅速凍結(jié)而成的冰晶特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊密條件：有霧，風(fēng)速較大，T=-2到-7℃危害：能壓斷電線、樹枝、影響交通和通訊霧凇霧凇吉林霧凇島2、雨凇

雨凇是形成在地面或地物迎風(fēng)面上的透明的或毛玻璃狀的緊密冰層，主要是過冷卻雨滴降到溫度低于0℃的地面或地物上凍結(jié)而成的。

雨凇的破壞性很大，它能壓斷電線、折損樹木，對交通運(yùn)輸、電訊、輸電以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有很大影響。雨凇雨凇二、大氣中的水汽凝結(jié)物（一）霧

1、定義：懸浮于近地面空氣中的大量水滴或冰晶，使水平能見度小于1km的汽凝結(jié)物。

2、條件：近地面空氣中水汽充足有充足的凝結(jié)核有使水汽凝結(jié)的冷卻過程風(fēng)力微弱、層結(jié)穩(wěn)定（r<rm）3、預(yù)示天氣狀況：“十霧九晴”霧

鋒面霧

氣團(tuán)霧

蒸發(fā)霧 混合霧

冷卻霧

輻射霧

平流霧

上坡霧

3、分類：根據(jù)霧的形成天氣條件進(jìn)行分類

（1）輻射霧：由于地面輻射冷卻，使近地面的空氣相應(yīng)變冷，當(dāng)空氣溫度在露點(diǎn)溫度之下時(shí)，空氣中的水汽產(chǎn)生凝結(jié)而形成的霧。條件：近地面空氣中水汽充足；

晴朗少云的夜晚；微風(fēng)；大氣層結(jié)穩(wěn)定

特點(diǎn)：日變化強(qiáng)，一般半夜形成，日出后逐漸散開季節(jié)性強(qiáng)，一般在冬半年的陸地上形成地方性強(qiáng)，比如谷地、盆地等地形（2）平流霧：暖濁空氣移到冷的下墊面上使低層空氣冷卻而形成的霧

條件：下墊面與暖濕空氣的溫差大；

暖空氣濕度大；適宜的風(fēng)向和風(fēng)速（每秒2—7米）；大氣層結(jié)穩(wěn)定。重慶之霧城市之霧2山東蓬萊海上平流霧景觀為什么霧天會加劇大氣污染、危害人體健康呢？原來，當(dāng)細(xì)小的水珠飄浮在

低空形成霧時(shí)，小水珠會溶解和吸附一些地表的有害物質(zhì)，如酸、堿、苯、酚以

及塵埃、病原微生物等。霧的形成使這些有害物質(zhì)滯留、積聚，濃度較高而又得

不到擴(kuò)散、稀釋，污染就相應(yīng)加重。如果冬霧持續(xù)數(shù)日，空氣中污染物會迅速增

加。在霧中鍛煉，人吸入或接觸過多有害物質(zhì)，可引起氣管炎、喉炎、肺炎、鼻

炎、眼結(jié)膜炎，以及過敏性疾病。

晨練者在運(yùn)動時(shí)，由于肌肉和骨骼的活動加強(qiáng)，體內(nèi)的產(chǎn)熱量增加，為了維

持熱平衡，需要借助排汗來散發(fā)體熱。但是，大霧時(shí)，氣壓高，空氣濕度大，汗

液不易蒸發(fā)，不利于皮膚的散熱，有礙肺泡的氣體交換，這樣，就會使人感到悶

熱和周身不適，出現(xiàn)胸悶、憋氣、疲勞、頭昏等供氧不足的癥狀，并且容易引起

傷風(fēng)感冒，誘發(fā)高血壓、冠心病、呼吸系統(tǒng)疾病和腦溢血。

歷史上曾經(jīng)發(fā)生過多起煙霧“殺人”的事件。比利時(shí)馬斯河谷地區(qū)1930年12

月持續(xù)一周的煙霧，致60人死亡；1948年10月底，美國多諾拉持續(xù)5天大霧彌漫，

17人致死；最可怕的是1952年12月5日至9日的英國倫敦?zé)熿F事件，造成4000人死

亡……這些都說明霧對人體的危害。因此，濃霧天最好不要到戶外進(jìn)行體育鍛煉，

特別是患有呼吸道疾病和心血管疾病的人，以及年老體弱者，更應(yīng)當(dāng)心。此時(shí)，

可暫時(shí)改在室內(nèi)做徒手操、打太極拳等，或者推遲時(shí)間，待霧散后再去鍛煉。閱讀:（二）云1、定義：云是指高懸于空中、由水汽凝結(jié)（凝華）而成的小水滴或小冰晶構(gòu)成的可見集合體。

云是氣塊上升過程絕熱冷卻降溫，使水汽達(dá)到飽和或過飽和發(fā)生凝結(jié)而成。2、云的成因：對流運(yùn)動——主要形成積狀云；動力抬升——主要形成層狀云；大氣波動——主要形成波狀云；地形抬升——比較復(fù)雜，可以形成各種云。3、云的分類：按國際分類法，根據(jù)云的形成高度，結(jié)合云的形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)、成因，將云分為3族10屬29種。云的類型云族云屬符號特征低云100——2000m積云Cu由水滴組成，云底平坦，垂直向上發(fā)展，常常產(chǎn)生大量降水及陣性降水。積雨云Cb層積云Sc層云St雨層云Ns中云＜6000m高層云As由水滴和冰晶組成，可降水或變雨層云。高積云Ac高云＞6000m卷云Ci由冰晶組成，一般不產(chǎn)生降水。卷層云Cs卷積云Cc4、各類云的形成及特點(diǎn)：（1）積狀云：屬于垂直發(fā)展的云塊，是由于空氣對流上升絕熱冷卻，使水汽產(chǎn)生凝結(jié)而形成的云。多形成于夏季午后。特點(diǎn)：頂部孤立，分散，個(gè)體分明；底部平坦，水平范圍小，云內(nèi)不穩(wěn)定，垂直發(fā)展的云塊。類型：淡積云

濃積云

積雨云積云，平底，向上發(fā)展B淡積云C濃積云D積雨云積雨云在13分鐘內(nèi)的發(fā)展積雨云在13分鐘內(nèi)的發(fā)展強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云1強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云2強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云3強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云積狀云日變化：上午：多淡積云，隨著對流增強(qiáng)，逐漸發(fā)展為濃積云。下午：對流旺盛，發(fā)展為積雨云；傍晚：對流減弱，消散根據(jù)積狀云的變化判斷短期天氣變化：·一天都只是淡積云，空氣穩(wěn)定，連續(xù)晴天?！は奶旌茉绯霈F(xiàn)濃積云，空氣不穩(wěn)定，雷雨征兆。（2）層狀云：包括卷層云、卷云、高層云及雨層云。特征：均勻幕狀云層，具有較大的水平范圍。形成：大規(guī)模的系統(tǒng)性上升運(yùn)動產(chǎn)生，主要是鋒面上的上升運(yùn)動引起。卷云1卷云卷云2卷云卷云3卷云卷層云1卷層云卷層云2“日暈風(fēng)，月暈雨”卷層卷層云3卷層云高層云雨層云（3）波狀云：包括卷積云、高積云、層積云、層云。特征：波浪起伏或魚鱗狀的云層。形成：空氣存在波動，波峰處空氣上升絕熱冷卻形成云，波谷空氣下沉。根據(jù)波狀云的變化判斷短期天氣變化：·波狀云出現(xiàn)表明氣層比較穩(wěn)定，天氣少變化。·“瓦塊云，曬死人”、“天上鯉魚斑，明天曬谷不用翻”卷積云高積云波狀云2（4）特殊云堡狀云：云體細(xì)長，底部水平，頂部并列突起，是由于氣流突破穩(wěn)定氣層而致?！疤焐显瞥潜?，地下雷雨鳴”

絮狀云：邊緣破碎，是由于潮濕氣流不穩(wěn)定且有強(qiáng)烈的湍流混合而致。“朝有破絮云，午后雷雨臨”

莢狀云：是上升氣流與下降氣流相匯合而成的，呈豆莢狀。一般晴天黃昏時(shí)出現(xiàn)，屬于連晴天的標(biāo)志。堡狀云莢狀云（地形云）絮狀云懸球云火山云美國圣勞倫斯火山火山云是火山爆發(fā)時(shí)形成的。火山爆發(fā)時(shí)釋放出巨大的能量，在火山口附近會激起強(qiáng)烈的對流活動，于是形成“火山云”。UFO云

（地形云）法國第三節(jié)降水——指從云層中降落到地面的液態(tài)或固態(tài)水。包括雨、雪、霰、雹等。雨：自云體中降落至地面的液體水滴。雪：從混合云中降落到地面的雪花形態(tài)的固體水。霰：從云中降落至地面的不透明的球狀晶體，由過冷卻水滴在冰晶周圍凍結(jié)而成，直徑2—5mm。雹：是由透明和不透明的冰層相間組成的固體降水，呈球形，常降自積雨云。一、云滴增長的物理過程——降水從云中來，但有云未必有降水。形成降水的關(guān)鍵，是雨滴迅速增大到能克服空氣阻力和上升氣流的頂托，并在降落過程中不被蒸發(fā)掉。1、凝結(jié)（凝華）增長：指水汽分子凝結(jié)（凝華）在云滴（冰晶）表面上，使云滴（冰晶）增長的過程。①過冷水滴蒸發(fā)→冰晶凝華增長②小水滴蒸發(fā)→大水滴凝結(jié)增長③暖水滴蒸發(fā)→冷水滴凝結(jié)增長2、沖并增長大小云滴之間發(fā)生沖并而合并增大的過程。下降時(shí)，大云滴追上小水滴；上升時(shí)，小云滴追上大水滴，都會發(fā)生碰并，使云滴迅速增大。◆在云滴增長過程中，上述兩種過程共同作用，初期以凝結(jié)（凝華）增長為主，后期則以重力沖并增長為主。二、人工降水——根據(jù)自然界降水的原理，利用催化劑，促使云滴迅速凝結(jié)或碰并增大形成雨滴，達(dá)到降水的方法?！衾湓拼呋喝斯ぴ黾颖?，產(chǎn)生冰晶效應(yīng)。方法：①＋干冰（降溫→自生冰晶）；②＋人工冰核（碘化銀、氯化汞等）；◆暖云催化：提供大水滴，促進(jìn)凝結(jié)、碰并增長。方法：＋氯化鈉、氯化鉀等吸濕性物質(zhì)?！镉炅亢头旨?/p>

種類24小時(shí)降水量12小時(shí)降水量目視特征小雨＜10.0mm＜5.0mm雨滴清晰可辨，地全濕，無積水或積水形成很慢中雨10.0～24.95.0～14.9雨滴連續(xù)成線，可聞雨聲，地面積水形成較快大雨25.0～49.915.0～29.9雨滴模糊成片，雨聲激烈，地面積水形成很快暴雨50.0～99.930.0～69.9雨如傾盆，講話受雨聲干