第4章大氣中的水分

4.1空氣濕度及變化規律

4.2蒸發和蒸散

4.3水汽凝結

4.4降水

4.5水分循環和水分平衡

4.6水分與農業4.1空氣濕度4.1.1濕度表示法4.1.2濕度變化4.1.1、濕度表示法空氣濕度：表示空氣潮濕程度或大氣中水汽含量多少的物理量4.1.1.1水汽壓（e）：空氣中由水汽所產生的分壓強稱為水汽壓。單位是百帕（hPa）mmH

g

1hpa=0.75mmHg1．飽和水汽壓（E）:在一定溫度下，一定體積空氣中能容納的水汽分子數是有一定限度的。如果水汽含量恰好達到該溫度條件下的最大限度，這時的空氣稱為飽和空氣，此時的水汽壓為飽和水汽壓。如果空氣中水汽含量超過這個限度值，則稱為過飽和空氣2．影響因子：（1）溫度：馬格奴斯（Magnus）半經驗公式：

其中E0為00c的飽和水氣壓。E0＝6.11。t是蒸發面溫度ab是經驗系數。純水面上a=7.63b=241.9,純冰面上a=9.5b=265.5

例：一氣團溫度為21.0c,干絕熱上升400米達到飽和，求該氣團的水汽壓、和相對濕度。（2）蒸發面:A冰面：E水>E冰B液面：E水>E溶C蒸發體的大小E小>E大D蒸發面的溫度E凸>平>凹面4.1.1.2絕對濕度（a）ｇ·m-3

：單位體積空氣所含的水汽質量（水汽密度）。一定溫度下，單位體積空氣中能容納的的最大水汽量（飽和水汽密度）如果水汽壓e以mmHg表示則e和a在數值上相等4.1.1.3相對濕度（f）（u)(r)：實際水汽壓與同溫下飽和水汽壓的比值

當e＜E時空氣未飽和e＞E時空氣過飽和e=E時空氣飽和。一般空氣相對濕度隨溫度的增加而降低4.1.1.4飽和差（d）：同溫度下飽和水汽壓和實際水氣壓之差d=E-e4.1.1.5露點溫度（Td）：水汽含量不變和氣壓一定的條件下，通過降低溫度而使空氣達到飽和時的溫度Td的大小可以直接表示空氣中的水汽含量多少。t-Td表示空氣的潮濕程度。比濕(q)：單位質量空氣中所含的水汽質量稱為比濕（克/克、克/千克）。公式中mw、md分別表示單位質量空氣中水汽質量和干空氣質量由氣體狀態方程()可導出下列關系表達式在討論空氣絕熱運動或水汽輸送時常用比濕表示空氣濕度

人體對氣溫、濕度的感覺狀況悶熱比較熱熱適宜相對濕度空氣溫度相對濕度空氣溫度相對濕度空氣溫度相對濕度空氣溫度＞80＞2970～8029～3160～70＞3350～6018～2170～80＞3160～7030～33＜60≥354.1.2濕度變化4.1.2.1絕對濕度1日變化：兩種基本型式，一種是單峰型，另一種是雙峰型。單峰型：地面水源充足的季節和地區，海上、潮濕的陸上、亂流交換比較弱的秋冬季節。雙峰型：內陸暖季和沙漠地區，即大陸上亂流強的季節里。2年變化：與溫度年變化相似。在陸地上，最大值出現在7月，最小值出現在1月；海洋上，最大值在8月，最小值在2月。4.1.2.2相對濕度1日變化：日較差：一般陸上大于海上；內陸大于沿海；夏季大于冬季；晴天大于陰天。日變化與氣溫日變化相反，濱海地區例外。

2年變化：一般與氣溫的年變化相反，溫暖季節相對濕度小，寒冷季節相對濕度大。在季風盛行地區，由于夏季有來自海洋的潮濕空氣，冬季有來自大陸的干燥空氣，因此濕度年變化與上述情況相反，最大值出現在夏半年的雨季或雨季之前，最小值出現在冬季。

4.2蒸發和蒸散4.2.1水面蒸發4.2.2土壤蒸發4.2.3農田蒸散4.2.1、水面蒸發蒸發速率：單位時間從單位面積上蒸發出的水量，單位是g·cm-2·d-1。蒸發量單位時間因蒸發而消耗的水層厚度單位mm

影響因素1、蒸發面溫度2、飽和差3、風速大小4、氣壓5、蒸發面性質4.2.2、土壤蒸發土壤蒸發：土壤水分汽化并向大氣擴散的過程。除和上述氣象因子有關外，還和土壤結構和土壤水分含量有關。過程：過程一、下層土壤通過毛管向土表輸送水分過程二、水汽通過土壤的孔隙達表層逸出土表階段：穩高速降穩低影響：凡是影響土壤濕度的各種因子都能影響土壤水分蒸發，如地形、方位、顏色、土質、植被覆蓋等。

如：緊密粒細土壤，有利于第一種過程，疏松粗粒土壤，利于第二個過程

4.2.3農田蒸散：農田蒸散

植物蒸騰與株間土壤蒸發的總和A主要特點：（1）農田蒸散不限于土壤表面的水分，還包括植物根系層土壤的水分；

（2）植物通過葉片氣孔的張閉，可自行調節葉片蒸騰強度，從而影響農田蒸散；

（3）蒸騰主要在白天，而土壤蒸發則晝夜均可進行；

（4）蒸散面不僅是土面，還有葉面、莖面等植株表面。B可能蒸散：開闊地面，無平流作用，短草完全覆蓋，供水充分條件下的蒸散。C影響：（1）氣象因素，輻射差額、溫度、濕度和風等。

（2）植物因素，植物覆蓋度、植物種類、生長發育狀況、氣孔數目與排列、張閉程度等。

（3）土壤因素，土壤通氣性、土壤含水量以及水分向土面和根系分布流動的速度等。

估算人們從考慮不同影響因子入手，提出了許多經驗或半經驗的估算公式。1．桑斯威特(Thornthwaite)法

D是月的天數；

L為該月的平均晝長，以小時計；t為月平均氣溫，

I為熱指數，

i為每個月的熱指數：i=(t/5)1.514t為月平均溫度a為熱指數的函數。a=6.75×10-7I3-7.71×10-5I2+1.792×10-2I+0.41桑斯威特法估算：資料易得，計算簡單，但物理學基礎不夠充分，其一般適用于計算年或生長季節的蒸散量，而對于短期（小于一個月），或月平均氣溫低于0℃或干濕季節明顯的季風區不適用。4.3水汽凝結4.3.1凝結條件4.3.2凝結物4.3.3降水4.3.1、凝結條件4.3.1.1空氣的飽和或過飽和A在一定溫度下增加空氣中的水汽含量，使水汽壓增大；(蒸發面溫度明顯高于氣溫。南方秋、冬季節清晨水面上形成的霧）B在空氣中水汽含量不變的情況下，通過空氣冷卻，使飽和水汽壓減小。（1）輻射冷卻（2）接觸冷卻

（3）混合冷卻（4）絕熱冷卻4.3.1.2凝結核1、吸濕性凝結核：具有很強的吸水能力，易溶于水。如海水濺沫進入空氣的鹽粒，工廠排出的二氧化硫、NO和煙粒等，是很活躍的凝結核。2、非吸濕性凝結核：雖不易或不溶于水，但易為水所濕潤，如塵埃、巖石微粒、花粉等。凝結核促進水汽凝結的原理1、對水汽分子的吸引力大2、增大胚胎的體積3、形成溶液滴4.3.2、凝結物在條件具備時，空氣中的水汽可在地面、近地層大氣及自由大氣中凝結，形成不同的凝結物。

4.2.3.1地面凝結物：露、霜、霧凇、雨凇1露與霜當地面或地物表面經輻射冷卻，使貼地氣層溫度下降到露點溫度以下時，如果露點在0℃以上，水汽凝結成水滴為露；在0℃以下，水汽凝華成疏松結構的白色冰晶為霜。意義：露對一些雨水稀少的干旱地區或干熱天氣條件下的農業生產有意義，起著一種維護植物生命，緩解旱情的作用，有利于農藥利用，但也會助長植物病原菌，水果表面銹斑，重露可使秸桿和穗粒濕度增大，影響收割和脫粒。2霧凇：霧凇是附著于樹枝、電線和物體的迎風面上的一種白色疏松的凝結物。霧滴附著并凍結而形成，常見于寒冷有霧的天氣里。多形成于氣溫在-2——-20oc3雨?。涸诘孛?、電桿、電線、樹枝上形成的光滑而透明的冰層，是由過冷卻雨滴降落到低于0℃的物體表面凍結而成。一般迎風面形成較多。4.3.2.2近地層水汽凝結物

霧：當近地氣層的溫度下降到露點溫度以下，空氣中的水汽凝結成小水滴或凝華成冰晶，彌漫在空氣中，使能見度<1km的現象，如能見度1~10km，為輕霧。分類：

（1）輻射霧（2）平流霧(暖空氣-冷地面）（3）平流輻射霧3影響：

①霧遮蔽太陽輻射，減小日照時數，削弱太陽直接輻射，抑制白天溫度的增高；

②增大空氣濕度，減小蒸散，限制根系吸收作用。

③霧滴沾在植物表面，可起到露的作用，妨礙植物受粉結實，利于病蟲害發生。

④有利方面：寒冷季節，霧可減弱夜間地面有效輻射，減輕或免除低溫危害；霧有利于茶、麻等生長，如"高山云霧出名茶"，霧可延長麻類的營養生長期，提高產量。4.3.2.3自由大氣中云：水汽凝結物懸浮在自由大氣中，由微小水滴、過冷卻水滴、冰晶單獨或混合組成。1形成條件空氣的上升運動2分類：

A按高度分：

高云：>5KM

中云：2-5KM

低云：<2.5KM

B按形成：

（1）積狀云由點到面空氣對流形成，積云，積雨云

（2）層狀云穩定空氣被強迫抬升可形成層狀云，雨層云，高層云，卷層云，卷云

（3）波狀云由于大氣波動式運動而形成波狀云，層積云，高積云，卷積云4.4降水：從云中到達地面的水汽凝結物。雨、雪、霰、雹、露、（霜、雨淞、霧淞）。4.4.1降水的成因（一）降水的形成過程實際就是云中雨滴增大的過程。

4.4.1.1、凝結增長（大小、冰水）

4.4.1.2、碰并增長（1、大小運動速度不同。2、云中亂流3、水滴電荷）形成1暖云降水：暖云：指云體處于0℃等溫線以下的云塊。

降水過程：

抬升作用水汽上升凝結成云滴，（凝結增長），碰并大水滴。

2冷云降水：云體溫度低于0度水汽在一定的條件下，以凝結核為中心，由核化作用形成初始冰晶，而后籍冰晶效應迅速形成較大的冰晶。->碰并、粘連、結淞->大雪晶，下降到0℃等溫線以下時，融化，降至地面，->雨。冰晶效應：冷云中冰、水共存時水滴在冰晶上快速凝結從而使冰晶快速增大的過程。冰晶效應是冷云降水的物理基礎。4.4.2種類及其表示法4.4.2.1

降水量：從大氣降水降落到地面后未經蒸發、滲透和徑流而在水平面上積聚的水層（或固體降水融化后）厚度，單位：毫米。4.4.2.2降水強度：單位時間內的降水量。

按降水性質：

（1）連續性降水（2）間歇性降水

（3）陣性降水（4）毛毛狀降水4.4.2.3降水變率

降水距平

d：是指某地實際降水量與同期多年平均降水量之差，又稱降水絕對變率平均絕對變率d：

各年距平絕對值的平均值降水相對變率D：某時期內降水距平與多年平均降水量的百分比。

降水平均相對變率D：平均距平與多年平均降水量的百分比4.4.4人工降水冷云人工降水人造冰晶法（碘化銀、碘化銅、碘化鉛、干冰）暖云人工降水人造大雨滴法（食鹽、氯化鈣、尿素、碘化銀等）干燥度：一地某時段內水面可能蒸發量與同期內降水量之比

干濕區的劃分：表5-3干濕區的劃分指標干濕情況年降水量（mm）干燥度k濕潤>800<1.00半濕潤800～5001.00～1.49半干旱500～2501.50～3.49干旱<250>3.504.5

水分循環和水分平衡1、水分循環（外循環（圖3-5）、內循環（圖3-6））2、水分平衡（區域水分平衡、農田水分平衡）區域水分平衡：在陸地某一區域內，水分的收支狀況。R=E+C＋△WR降水量E蒸發量C徑流量△W有限區域內短期的水分增量3、農田水分平衡△S＝R+I＋N–T-D–E-

C△S開始與結束時段土層含水量的差值。R降水量T作物蒸騰量。E土壤水分蒸發量。N

毛管上升到該層的水量。I灌溉量。D滲漏到該層一下的水量。C地表徑流。全球水分循環局地水分循環降水77蒸發84降水23蒸發16徑流7水汽輸送7A0R0A0-R0ECRCACC4.6水分與農業4.6.1水分的生理作用4.6.2空氣濕度對植物的影響4.6.3作物的水分需求4.6.4提高水分利用率的途徑4.6.1、水分的生理作用（一）水分光合作用的原料太陽光能

6CO2+6H2O-------→C6H12O6+6O2↑+282.1kJ

葉綠素（二）水分是重要的溶劑和生命的介質，與礦質營養元素傳送有關（三）水分可以調節植物的體溫（四）水分能維持植物細胞及組織的緊張度，是細胞活動及重量反應的前提。4.6.2、空氣濕度對植物的影響可影響植物蒸騰，土壤水分蒸發，植物細胞水分平衡等太低：蒸散快，->植物萎蔫，干枯->開花授粉不良，落花落果太高：病蟲流行，蒸騰下降，不利于運輸，禾谷類植物籽粒發芽變質，妨礙昆蟲授粉4.6..3作物水分需求作物水分平衡=水分吸收-蒸騰損耗水分的不平衡通常靠植物組織加以平衡，但大多數作物組織貯水能力有限。因此，必須精細地保持起水分的收支平衡，以避免作物水分狀況過低以致傷害組織。作物水分需求的時間性水分臨界期：作物不同時期對水分的敏感程度也是不一樣的，對水分最敏感的時期，即由于水分的缺乏或過多，對作物產量影響最大的時期，稱為某作物的水分臨界期。關鍵期：綜合考慮作物特性和當地氣候條件而形成的對作物產量影響最明顯的時期作物的水分逆境（1）水分虧缺：水分虧缺是指植物的水勢和膨壓降低到足以干擾其正常機能的情況。簡單地說，水分供應不能滿足作物生長發育的需要即為水分虧缺。水分虧缺對作物的影響主要表現在對細胞擴張生長、光合作用、授粉受精和結實等三個方面的影響：（2）水澇：土壤水分過多。->缺氧->澇害。水澇對植物的影響因植物種類、生育階段、土壤類型、溫度、淹水水質和持續時間等不同而有很大的差別。4.6.4提高作物的水分利用率途徑（一）水分利用率（Pr）：：作物蒸騰消耗單位質量的水分所制造的干物質的重量

Pr＝Yd/EsYd

單位土地面積上收獲的干物質重量。

Es單位土地面積上植物消耗于蒸騰作用的水量。其倒數稱蒸騰系數Pw=Yd/EtPw

水分用率有效率。Et單位面積上消耗于蒸散的總水量（二）水分利用效率的變化規律1．隨生育期的變化規律：與作物"慢-快-慢"的生長規律基本一致。2．日變化規律：晴天高于陰天，上午高于下午，峰值出現：陰天12h，晴天:9h（1）急升急降階段上午8～9時

（2）緩升緩降階段中午12～13時

（3）急降階段16時以后(四)提高水分利用率的途徑1農田基本建設A修筑梯田