大气水分和降水

第二节大气水分和降水一、大气湿度大气中水分含量的多少，称为湿度，即空气的干湿程度。湿度的表示方法2、水汽压：指大气中水汽部分的分压力，用e表示，单位是hPa。空气中水汽含量越多，水汽压越大。1、绝对湿度：指单位体积湿空气所含有的水汽质量，又称为水汽密度。空气中水汽含量越多，绝对湿度就越大。水汽含量难以直接测量，通常以水汽压代替。饱和水汽压与相对湿度3、饱和水汽压：指一定体积空气在一定温度条件下所能容纳的最大水汽量所具有的压力，用E表示，其单位与水汽压相同。饱和水气压与温度的关系？饱和水汽压随温度升高而增大，随温度降低而减小。饱和差与露点4、露点：指空气中水汽含量不变，气压保持一定时，气温下降到使空气达到饱和时的温度。用Td表示。气温降到露点，是水汽凝结的必要条件。为什么暴雨总是发生在暖季？参考答案：因为暖季，气温比较高，饱和水汽压大，空气中所能容纳的水汽含量增多，当温度降低时，由于饱和水汽压减小，空气中多余的水汽就会凝结出来。二、水相变化（一）水相变化过程1、水相变化与潜热交换：蒸发——由水变成水汽；凝结——由水汽变成水；冻结——由水变成冰；融解——由冰变成水；凝华——由水汽直接变成冰；升华——由冰直接变成水汽。◆水的相变过程伴随着能量转化和交换，这种能量称为潜热（能）。潜热交换◆由水的相变导致的热量吸收和释放过程，称为潜热交换（过程）。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＝2497J，即蒸发1g水需要消耗2497J的热量；与此相反，1g水冻结成冰则可释放出334.7J热量。2、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。——空气达到饱和或过饱和的途径：◆增加空气水汽含量，如暖水面的蒸发；◆降低气温，大气中水的凝结主要由于空气冷却而产生（绝热冷却：云、雨产生的主要方式；辐射冷却和平流冷却：雾、露、霜等产生的主要方式）。▲凝结核——指具有吸湿性、可作为水汽凝结核心的微粒。其含量随高度递减；陆地多海洋少；城市多乡村少，工业区最多。三、水汽凝结现象1、地面凝结现象（露和霜）——当近地面层空气冷却至露点温度以下时，水汽会凝结在地面或地面物体上。◆露：如果露点温度高于0℃，水汽凝结为液态，称为露；◆霜：如果露点温度低于0℃，水汽凝结为固态，称为霜；◆霜冻：是指温度下降到足以引起农作物受害或死亡的低温。露2、空中凝结现象（云和雾）指漂浮在近地面层、由水汽凝结（凝华）而成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。当能见度小于1km称为雾；1—10km的称为轻雾。◆雾的类型：最常见的是辐射雾和平流雾。辐射雾——因地面辐射冷却，使近地面层空气变冷，水汽凝结而成；多出现于秋冬季节无云的夜晚，谚语有“十雾九晴”之说。平流雾——暖湿气流移到冷的下垫面上，冷却降温，水汽凝结而形成；出现范围广。★雾：★云——指高悬于空中、由水汽凝结（凝华）而成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。◆云的成因：云是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到饱和或过饱和发生凝结而成。1、为什么晴朗无风的早晨常有露水？2、为什么冬季英国境内雾日多？3、为什么迎风坡多雨？1、在晴朗无风的夜晚，辐射冷却强烈，近地面层空气因冷却至露点温度，使水汽发生凝结。2、因为温湿的西风气流登陆后将热量传给下垫面，降温至露点，而发生水汽凝结。3、因为空气上升过程中，体积膨胀对外作功，致空气本身冷却，每上升100m温度降低10C，随着温度的下降及饱和水汽的减小，当空气上升到一定高度，空气就会达到过饱和而凝结。四、降水——指从云层中降落到地面的液态或固态水。包括雨、雪、霰、雹等。◆降水量：指降落到地面上的雨和融化后的雪、霰、雹等集聚在水平面上的水层厚度，单位为mm。◆降水强度：指单位时间内的降水量，单位为mm／h或mm／d。◆降水变率：指各年降水量的距平数与多年平均降水量的百分比，表示降水量的变化程度。Cv=距平数／平均数×100％（一）降水的形成——降水从云中来，但有云未必有降水。形成降水的关键，是云滴迅速增大到能克服空气阻力和上升气流的顶托，并在降落过程中不被蒸发掉。1、凝结（凝华）增长：指水汽分子凝结（凝华）在云滴（冰晶）表面上，使云滴（冰晶）增长的过程。①过冷水滴蒸发→冰晶凝华增长②小水滴蒸发→大水滴凝结增长③暖水滴蒸发→冷水滴凝结增长★冷云与暖云的云滴增长——由冰晶和过冷却水滴混合组成的云称为冷云或冰水混合云，其云体高度在0℃等温线以上；而由不同大小、冷暖水滴组成的云则称为暖云，其云体高度在0℃等温线以下。——在温度相同条件下，冰面饱和水汽压小于水面饱和水汽压，水滴不断蒸发变小，而冰晶则不断凝华增大，这种过程称为冰晶效应。——冰晶效应是冷云云滴增长的主要过程；而小（暖）水滴蒸发变小、大（冷）水滴凝结增大却是暖云云滴增长的主要方式。——由于随着云滴半径增大，其增长速度迅速下降，所以单靠凝结（凝华）难以形成降水。2、碰并增长是指两个或两个以上的水滴相碰合并而增大的过程。下降时，大水滴追上小水滴；上升时，小水滴追上大水滴，都会发生碰并，使云滴迅速增大。◆在云滴增长过程中，上述两种过程共同作用，初期以凝结（凝华）增长为主，后期则以碰并增长为主，尤其在低纬度地区的暖云降水，碰并增长更为重要。★人工降水（P81）——根据自然界降水的原理，利用催化剂，促使云滴迅速凝结或碰并增大形成雨滴，达到降水的方法。◆冷云催化：人工增加冰晶，产生冰晶效应。方法：①＋干冰（降温→自生冰晶）；②＋人工冰核（碘化银、氯化汞等）；◆暖云催化：提供大水滴，促进凝结、碰并增长。方法：＋氯化钠、氯化钾等吸湿性物质.人工增雨，福州，2003碘化银增雨宁夏20030406哈尔滨20040427防雹作业北京，20040704★雨量和分级种类24小时降水量12小时降水量目视特征小雨＜10.0mm＜5.0mm雨滴清晰可辨，地全湿，无积水或积水形成很慢中雨10.0～24.95.0～14.9雨滴连续成线，可闻雨声，地面积水形成较快大雨25.0～49.915.0～29.9雨滴模糊成片，雨声激烈，地面积水形成很快暴雨50.0～99.930.0～69.9雨如倾盆，讲话受雨声干扰而听不清楚，地面积水→水流大暴雨100.0～249.070.0～139.9特大暴雨＞250.0＞140.0（二）降水的类型（成因分类）1、对流雨：近地面气层强烈受热上升，冷却凝结形成积雨云而降雨，常伴随雷电现象，又称热雷雨；赤道常年可见，我国夏季常见；2、气旋雨：气旋中心气压低，空气辐合上升凝结成雨。降水范围广、时间较长；3、锋面雨：冷暖气团相遇，暖湿气流沿锋面抬升凝结成雨。降水范围广、时间长。在温带很常见；4、台风雨：可产生强度极大的降水。夏秋季常见；5、地形雨：暖湿气流沿山地迎风坡抬升冷却凝结而降水。山地迎风坡常形成多雨中心，而背风坡则由于焚风效应，降水少，成为雨影区。★降水的类型（性质分类）◆连续性降水：雨或雪连续不断地下，而且比较均匀，强度变化不大，一般降水历时长、范围广，降水量往往也比较大。◆间断性降水：雨或雪时下时停，或强度有明显的大小变化，但其变化较缓慢，降水历时长短不等。◆阵性降水：雨或冰雹呈阵性下降，偶尔有阵雪。骤降骤停，或强度变化很突然，下降速度快，强度大，但往往降水历时短，范围小。如果在阵雨的同时还伴有闪电和雷鸣，便是雷阵雨。（三）降水的时间变化1、赤道型：南北纬10°以内地区，终年多雨。春分、秋分前后降水最多，而夏至、冬至期间降水较少。2、副热带型：大陆东岸降水集中在夏季（季风型或称夏雨型），大陆西岸则冬季多雨（地中海型或称冬雨型）；3、温带及高纬型：内陆及东海岸夏季对流雨；西海岸秋冬气旋雨（海洋型）。（四）降水的空间分布降水的空间分布1、赤道多雨带：赤道及其两侧，是全球降水最多的地带，年降水量约2000——3000mm；2、副热带少雨带：南北纬15°—35°地带，受副热带高压的下沉气流和信风影响，干旱少雨，年平均降水量500mm以下，此带的大陆西岸和内部更不到200mm，但大陆东南部受季风、地形影响，可形成多雨中心；3、中纬度多雨带：大陆西岸受西风控制，大陆东岸受季风影响，降水较多，500—1000mm；4、高纬度少雨带：气温低，蒸发弱，大气含水汽少，一般年降水量不到300mm。