1、大氣中的水分和降水一.大氣濕度二.蒸發三.凝結四.大氣降水1大氣中的水汽是實現氣候系統中水圈與大氣圈水分交換的物理過程水是地球上唯一能在自然條件下三態并存的物體。在相變中傍隨有能量、天氣、水循環等過程大氣中的水汽2大氣的濕度濕度隨時間的變化絕對濕度水氣壓和飽和水氣壓相對濕度露點溫度：是用溫度表示濕度的物理量，指在不增加水分時靠降低溫度達到飽和，此時的溫度即露點溫度。用溫度露點差來衡量干濕狀態。3相對溫度的日變化時刻RHT4蒸發、凝結、降水，對熱量平衡和天氣變化起重要作用。凝結物：霧、霧凇、雨凇、霜、露、霾過程:雨、雪、雷電、臺風、龍卷、冰雹5蒸發和凝結水相變化飽和水氣壓蒸發條件（影響蒸發的因素

2、）條件： 蒸發面的溫度、空氣濕度、風、蒸發面的性質和形狀、地面性狀6地表與大氣中凝結的基本條件:降溫大氣中的凝結物：絕熱上升冷卻過程云 非絕熱冷卻過程霧等地表層的凝結物：霜、露、雨凇、霧凇凝結7 霧輻射霧：形成于晴朗微風的夜晚，如上海的霧，日出即散。平流霧：冷氣流或冷洋流流到暖空氣下方。如秘魯首都利馬的霧，大風才能吹散。8云熱力對流、動力抬升形成。高云中云低云卷云、積云、層云；高積云、淡積云、濃積云。9降水云滴增長的物理過程貝吉龍效應雨和雪的形成雨量等級10人工影響云雨人工降水：冷云（小冰晶）、暖云（碘化銀）防雹：打炮、火箭11一、大氣濕度濕度概念及其表示方法表示大氣濕潤程度的物理量，稱大氣濕

3、度，它有如下幾種表示方法：1.水汽壓e 大氣壓力是大氣中各種氣體壓力的總和.大氣中水汽所產生的那部分壓力, 叫水汽壓. 水汽壓的單位與氣壓單位一樣，用毫米水銀柱高或hPa表示。在氣象觀測中, 由干、濕球溫度差經過換算而求得。 12空氣中水汽含量與溫度高低有密切關系。溫度愈高，空氣中容納水汽的能力愈強。在一定的溫度條件下，一定體積的空氣中所容納的水汽數量是有一定限度的，因而水汽壓也有一個限度。當水汽含量恰好達到這個限度，叫飽和空氣。飽和空氣的水汽壓稱為飽和水汽壓E，或稱最大水汽壓。飽和水汽壓的大小與溫度有關，溫度愈高，飽和水汽壓愈大.13 式中，e水汽壓（mm）；T為以絕對溫度K表示的氣溫。由式

4、可知，當氣溫等于16（289K）時，ae。一般情況下，氣溫的數值和16相差不大，以毫米水銀柱高為單位的水汽壓與絕對濕度在數值上近似，故在實際工作中以水汽壓代替絕對濕度。2. 絕對濕度 單位容積空氣中所含的水汽質量（通常以g/m3表示），稱為絕對濕度。它與水汽壓有如下關系：14飽和絕對濕度隨溫度的變化15當空氣飽和時，eE，此時f100；當空氣未飽和時，eE，f100；空氣處于過飽和時，f100。相對濕度能夠直接反映空氣距飽和時的程度和大氣中水汽的相對含量，在氣候資料分析中運用很廣。3.相對濕度f 大氣中實際水汽含量與飽和時水汽含量的比數，即實際水汽壓e與同溫度條件下飽和水汽壓E之比稱為相對濕度

5、。相對濕度通常用百分數表示： 164.飽和差d 在某一溫度下，飽和水汽壓與實際水汽壓的差值，稱為飽和差（或濕度差）。單位為毫米或毫巴。 dE-e飽和差愈大，說明空氣中水汽含量愈少，空氣愈干燥；飽和差愈小，空氣中水汽含量愈多，空氣愈潮濕。d0，f100。175. 露點溫度td 當空氣中水汽含量不變、氣壓一定時，氣溫下降到使空氣達到飽和時的溫度，稱為露點溫度，簡稱露點。空氣經常處于未飽和狀態，所以露點溫度經常低于氣溫。在飽和空氣中，t-td0；在未飽和空氣中，t-td0；t-td差值愈大，說明相對濕度愈小。氣溫降低到露點，是水汽凝結的必要條件。18又從表中查出飽和水汽壓為23.4hPa時的露點溫度

6、是20。說明水汽壓不變，溫度由30下降到20時，便可出現露點。露點溫度、相對濕度可以通過查表獲得。例如，當氣溫為30，水汽壓為23.4hPa，從表3-8 (P74)可查出30時的飽和水汽壓為42.4hPa，則19(二）濕度的變化與分布 相對濕度的時間變化：相對濕度的日變化與年變化往往比較復雜. 因為它和氣溫變化、天氣系統、與大氣環流有密切的關系。在水汽壓日變化不大的情況下，相對濕度最高值出現在溫度最低的日出之前；最低值出現在氣溫最高的午后。這是由于溫度升高時，蒸發作用加強，水汽壓雖然增大，但飽和水汽壓增大更多，水汽難以飽和，所以相對濕度反而降低。 5月份華盛頓的相對濕度、露點溫度和氣溫日變化圖

7、20空間分布：相對濕度的分布隨距海遠近與緯度高低而有不同。 我國東南沿海的杭州，相對濕度的年平均值為82，而西北內陸的哈密只有40。絕對濕度隨緯度的變化21二、蒸發 （一）蒸發及其影響因素 液態水轉化為水汽的過程叫蒸發。蒸發過程的發生，取決于實際水汽壓（e）與飽和水汽壓（E）二者對比關系。當eE，蒸發進行；eE，蒸發停止，并可能產生凝結；eE，處于動態平衡，即逸出水面的分子數與進入水中的分子數相等。22影響蒸發的因素主要有：1.蒸發面的溫度 蒸發面的溫度愈高，蒸發過程愈迅速。因為溫度高時，蒸發面上的飽和水汽壓大，飽和差也比較大。這是影響蒸發的主要因素。 2.空氣濕度和風 空氣濕度愈大，飽和差愈

8、小，蒸發過程緩慢；無風時，蒸發面上的水汽靠分子擴散向外傳遞，水汽壓減小很緩慢，容易達到飽和，故蒸發過程微弱。有風時，蒸發面上的水汽隨氣流散布，故蒸發過程迅速。 233. 蒸發面的性質 在同樣溫度條件下，冰面飽和水汽壓比水面飽和水汽壓小，如果水汽壓相同，冰面上的飽和差比水面小，因而冰面的蒸發比水面慢。在溫度相同的情況下，海水比淡水蒸發慢；清水蒸發比濁水慢，因為濁水吸熱多，溫度升高快。影響蒸發速度諸因素中，溫度是經常起決定作用的因素，溫度愈高，蒸發愈快；反之，愈慢。其次是風速，風速愈大，蒸發愈快；反之，愈慢。24（二）蒸發量蒸發消耗的水量稱為蒸發量，以蒸發失去的水層厚度（mm）表示。目前氣象臺站采

9、用蒸發皿觀測蒸發量。蒸發皿是一個口徑20厘米、高約10厘米的圓盆。倒入清水若干，24小時后量測水量，二者的差值即蒸發皿的蒸發量。25蒸發量的變化一般與氣溫變化一致。一日內，午后氣溫最高，蒸發量最大；日出前氣溫最低，蒸發量最小。一年內，夏季蒸發量大，冬季小。 在干旱地區，蒸發能力很強，蒸發量很少，例如我國柴達木盆地的冷湖，年蒸發能力可達1500毫米以上，但那里的年降水量只有14.1毫米，所以實際蒸發量很小。 26三、凝結 （一）凝結和凝結的條件水由汽態轉化為液態的過程，稱為凝結。顯然，凝結是與蒸發相反的一種物理過程。 大氣中的水汽產生凝結，需要一定條件，1）水汽達到飽和或過飽和，2）還需有凝結核

10、。1）水汽達到過飽和狀態的途徑有二：一是增加空氣中的水汽含量；二是使空氣溫度降到露點溫度或以下。前者如冷空氣移到暖水面上，氣溫在短時間內尚未提高，而水面蒸發使空氣水汽含量增加達到飽和狀態，因而產生煙霧狀凝結物。后者是水汽凝結的主要途徑。輻射、平流、混合、絕熱上升等過程都會使氣溫降低到露點以下，使空氣達到過飽和狀態。27絕熱過程 在氣象學上，任一氣塊與外界之間無熱量交換時的狀態變化過程，叫做絕熱過程。在大氣中，作垂直運動的氣塊，其狀態變化通常接近于絕熱過程。當升、降氣塊內部既沒有發生水相變化，又沒有與外界交換熱量的過程，稱作干絕熱過程。飽和濕空氣絕熱上升時，要因冷卻而發生凝結，同時釋放凝結潛熱，

11、加熱氣塊。這一過程稱為濕絕熱過程。28（二）地面凝結物 1.露與霜 日沒后，地面開始冷卻，近地面層空氣也隨之冷卻，溫度降低。當氣溫降低到露點以下時，水汽即凝附于地面或地面物體上。當時的溫度如在0以上，水汽凝結為液態，這就是露；如溫度在0以下，水汽凝結為固態冰晶，這就是霜。由此可見，二者成因相同，凝結狀態取決于當時的溫度。霜通常見于冬季，露見于其他季節，尤以夏季為明顯。29在農事季節，霜期的長短有重要意義。入冬后第一次出現的霜日叫初霜日，最末一次出現的霜日叫終霜日。自初霜日起至終霜日止的持續期稱為霜期。在這期間多數植物停止生長。自終霜日到初霜日的持續期稱為無霜期。一般說來，緯度愈高，無霜期愈短；

12、反之，無霜期愈長。例如，我國溫州（2801N）無霜期長達321天，長春（4354N）只有145天。緯度相同，海拔愈高，無霜期愈短；反之，無霜期愈長。例如，廬山牯嶺（1165米）無霜期為212天，山下九江為263天，二者相差51天。此外，山地陽坡無霜期長于陰坡；低洼地段無霜期比平坦開闊地短。 302.霧凇和雨凇霧凇是一種白色固體凝結物，由過冷的霧滴附著于地面物體上迅速凍結而成, 俗稱”樹掛”。多出現于寒冷而濕度高的天氣條件下.雨淞, 俗稱“冰凌”。由過冷卻雨、毛毛雨接觸極冷物體表面形成。霧凇和雨凇通常都形成于樹枝、電線上，并總是在物體的迎風面上增長，且在受風面大的物體上凝聚最多。霧凇和雨淞常造成

13、林木破壞、電線折斷，對農林、交通產生有害影響。3132333435（三）云和霧1.霧 霧是飄浮在近地面層極細小的水滴或冰晶。當空氣中水滴顯著增多時，大氣呈現混濁狀態。當空氣中有較多的煙、塵等微粒存在時，也能導致大氣能見度變壞，這種現象稱為霾。依據不同的成因，霧可分為輻射霧、平流霧、蒸汽霧、上坡霧和鋒面霧五種。361）輻射霧：夜間地面輻射冷卻，使貼近地面氣層變冷而形成霧。2）平流霧：暖空氣流經冷地面形成的霧。3）蒸汽霧：冷空氣移動到暖水面上形成的霧。冬季的冷氣流與暖水面相接觸，容易形成蒸汽霧，例如深秋或初冬的早晨，河面，湖面上常見到一片輕煙，稱河、湖煙霧。 37上坡霧：潮濕空氣沿山坡上升使水汽而

14、產生的霧。鋒面霧：發生于鋒面附近的霧。主要是暖氣團的降水落入冷空氣層時，冷空氣因雨滴蒸發而達到過飽和，水汽在鋒面底部凝結而成。我國江淮一帶梅雨季節常常出現鋒面霧。38霾_廣州霧_焦作（11月22日）3940412.云霧是低空近地面層水汽凝結現象，而云則是高空水汽凝結現象。空氣對流、鋒面抬升、地形抬升等作用使空氣上升到凝結高度時，就會形成云。此時氣溫如在0以上，水汽凝結為水滴；如在0以下，一般凝華為冰晶。 42按形成云的上升氣流特點，可將云分為：積狀云、層狀云、波狀云三類。 （1）積狀云：積狀云是垂直發展的云塊，出現時常常是孤立分散的，包括淡積云、濃積云和積雨云。熱力對流、冷鋒面對流、地形抬升等

15、，均可形成積狀云。43（2）層狀云：層狀云是均勻幕狀的云層，通常具有較大的水平范圍，包括卷層云、高層云和雨層云。層狀云多形成于系統性上升運動中。系統性上升運動速度雖然很慢（只有110厘米/秒），但持續時間長，水平范圍很大，所以能形成范圍廣闊的云層。44（3）波狀云：波狀云是表面呈現波浪起伏狀的云層等。這類云通常是在空氣密度不同、運動速度不等的兩個氣層界面上，由于產生波動而形成的。包括層積云、高積云、卷積云。 45根據云底的高度，云可分成高云、中云、低云三大云族。然后再按云的外形特征、結構和成因可將其劃分為十屬二十九類。它們主要是：低云包括層積云、層云、雨層云、積云、積雨云五屬(類)，其中層積云

16、、層云、雨層云由水滴組成，云底高度通常在2，500米以下。大部分低云都可能下雨，雨層云還常有連續性雨、雪。而積云、積雨云由水滴、過冷水滴、冰晶混合組成，云底高度一般也常在2，500米以下，但云頂很高。積雨云多下雷陣雨，有時伴有狂風、冰雹。 46中云包括高層云、高積云兩屬(類)，多由水滴、過冷水滴與冰晶混合組成，云底高度通常在2，500-5，000米之間。高層云常有雨、雪產生，但薄的高積云一般不會下雨。 高云包括卷云、卷層云、卷積云三屬(類)，全部由小冰晶組成，云底高度通常在5，000米以上。高云一般不會下雨，但冬季北方的卷層云、密卷云偶爾會降雪。474849雨層云5051云量天空被云遮蔽的程度

17、叫云量，用010的成數表示。例如，天空全被云遮蔽，云量為10；一半為云遮蔽，云量是5；云占1/10天空，云量為1。根據氣溫、氣流運動等特點，全球可大致劃分以下幾個云量帶：（1）赤道多云帶：全年以上升氣流為主，氣溫高，對流旺盛，水汽來源充沛，平均云量約為6：（2）緯度2030少云帶：全年以下沉氣流為主，空氣干燥，是全球兩個相對明凈帶。平均云量4左右，荒漠地帶不足2。（3）中高緯多云帶：氣團、鋒面活動頻繁，高緯地帶還由于氣溫低，是全球高云量帶。平均6.57。52四、大氣降水 (Precipitation)（一）產生降水的一般物理過程從云層中降落到地面的液態或固態水，稱為降水。雨、雪、雨夾雪、冰雹等

18、等，都是降水現象。 53云滴增長主要有兩個過程。云滴凝結（凝華）增長；云滴的沖并增長。1. 云滴凝結（凝華）增長 在云的形成和發展階段中，因云體持續上升，絕熱冷卻，或不斷有水汽輸入云中，使云滴周圍的實際水汽壓大于它的飽和水汽壓，云滴就因為水汽凝結或凝華而逐漸增大。當云中水滴與冰晶共存時，更容易促使云滴增長。在云中并存在著過冷水滴、水汽和冰晶的條件下，對冰而言，空氣已達飽和，對水來說，尚未飽和，于是，水滴將會被蒸發，而冰晶將因水汽在它們上面凝華而不斷增長。這樣，很快就能形成大冰晶。 對云體上部已超越等0線，有冰晶和過冷卻水滴共同構成的混合云降水而言，冰晶效應是主要的.542. 云滴的沖并增長大的

19、云滴在下降的過程中，與大氣中運動速度慢的、質點小的云滴碰撞合并，形成更大的云滴。如果冰粒如在較暖氣層中融化，就以雨的形式降落；如果來不及融化，就以雪、雹、霰等固體降落。熱帶地區的降水，不一定有冰、水共存條件，氣溫大于0，同樣可以形成降水，這種情況屬于暖云降水。它的形成機制主要是不同大小水滴碰撞合并所致。 55人工降水人工降水就是根據降水原理，人為地補充某些形成降水所必須的條件，以達到降水的目的。目前，主要是在云內播撒干冰（固體二氧化碳）和碘化銀。干冰升華時，要吸收大量熱能，使緊靠干冰外層的溫度迅速降低，以凍結成冰。碘化銀微粒是良好的成冰核，將其撒在云中，能促使過冷水滴凍結，或使水汽直接凝華為冰

20、晶，以形成冰水共存的條件。56（二）降水類型根據降水的形成原因（主要是氣流上升的特點），可分為以下四個基本類型。1.對流雨近地面氣層強烈受熱，造成不穩定的對流運動，氣塊強烈上升，氣溫急劇下降，水汽迅速達到飽和而產生對流雨。這類降水多以暴雨形式出現，并伴隨雷電現象，所以又稱熱雷雨。其形成的條件是：空氣濕度很高，熱力對流運動強烈。從全球范圍來說，赤道帶全年以對流雨為主。我國西南季風控制的地區，也以熱雷雨為主，通常只見于夏季。 572. 地形雨暖濕氣流在前進中，遇到較高的山地阻礙被迫抬升，因高度上升，絕熱冷卻，在達到凝結高度時，便產生凝結降水。地形雨多發生在山地迎風坡，世界年降水量最多的地方基本上都

21、和地形雨有關。背風側，因水汽含量已大為減少，更重要的是氣流越山下沉，絕熱增溫，氣溫升高，發生焚風效應。所以背風側降水很少，形成雨影區。58593.鋒面（氣旋）雨兩種物理性質不同的氣塊相接觸，暖濕氣流循交界面滑升，絕熱冷卻，達到凝結高度時便產生云雨。由于空氣塊的水平范圍很廣，上升速度緩慢，所以鋒面雨一般具有雨區廣、持續時間長的特點。溫帶地區，鋒面雨占有重要地位。604 臺風雨臺風是產生在熱帶海洋上的一種空氣旋渦。臺風中有大量暖濕空氣上升，可產生強度極大的降水。61（三）降水的時間變化 降水性質包括降水量、降水時間和降水強度等方面。降水量是指降落在地面的雨和融化后的雪、雹、霰等，未經蒸發、滲透流失

22、而積聚在水平面上的水層厚度（mm）。降水時間是指降水從開始到結束持續的時間。用時、分表示。降水強度，是單位時間內的降水量，即毫米/時，分。氣象臺站、水文觀測站用雨量筒和雨量計來測定降水量。 621.降水強度 單位時間內降水量差別很大，氣象部門為了說明在一定時段內大氣降水的數量特征，并用以預報未來的降水數量變化趨勢，將降水強度劃分若干等級。 63降水強度等級標準等級雨雪mm/dmm/12hmm/hmm/d小雨(雪)100.2-5.02.5=5.0暴雨50 10030 70=16.0大暴雨100 20070 140特大暴雨= 200=140642. 降水量的季節變化季節變化因緯度、海陸位置、大氣環

23、流等因素而不同。例如，西岸，降水分配比較均勻；大陸東岸則集中在夏季。地中海區域，降水集中在冬季；同緯度大陸東岸集中在夏季。我國西南季風區，610月為雨季，降水量占全年總量的8590。我國東部，降水集中在夏季，且南方雨季長，北方雨季短。雨季愈短，夏雨愈見集中。例如，廣州夏季降水占全年總量的46.5，冬季占9；北京夏季占75.1%，冬季只占1.7%。653.降水變率各地降水量在年際、年內各月間也是變化的,有些地區變化不大（相對較穩定），有些地區變化明顯（不穩定）。表征某一地區降水的變化程度的降水變率Cv就是各年降水量的距平數與多年平均降水量之比的百分數。其公式為 式中，平均數為某地多年平均降水量；

24、距平數為當年降水量與平均數之差值。66例如，南京多年平均降水量為1000毫米，多年平均距平數為200毫米，則降水變率大小，表示某一地區降水的穩定性或可靠性。一個地區降水量豐富、變率小，說明水資源利用價值高。變率愈大，表明降水愈不穩定，即年際間降水量正或負距平值很大，這種情況往往反映該地區旱澇頻率較高。我國降水變率基本情況是：北方大于南方，內陸大于沿海。長江以南在20左右，黃淮之間2030，華北超過30，西北內陸超過40%。西南季風區變率最小，只有10%左右。 67（四）降水量的分布水分在自然環境中具有重要意義。某地的年降水量，表示該地水分收入狀況；蒸發量，說明該地的水分支出狀況。某地是濕潤還是干旱，要看該地降水量P與蒸發量E二者對比關系。這一對比關系通常用濕潤系數K表示，即 68降水量大于或等于蒸發量，表明水分收入大于或等于支出，屬于濕潤狀況；降水量小于蒸發量，反映水分收入不夠支出，屬于半濕潤、半干旱或干旱。例如，副熱帶高壓區年降水量500毫米，高緯地帶年降水量300毫米。由于副熱帶氣溫高，蒸發能力強，降水量遠小于蒸發能力，即收入不夠支出，故為干旱、半干旱地區；高緯地帶降水絕對值雖不及副熱帶大，但氣溫卻比副熱帶低，蒸發能力很弱，蒸發量小于降水量，因而為濕潤地區。濕潤系數大小，對自然