第三章 大气的水分
重点： 1、影响饱和水汽压大小的因素
2、大气中水汽的凝结条件 3、人工降水的原理
难点：降水的形成条件
大气中的水分的来源:海洋、湖泊、河流、潮湿的土壤、植物的蒸腾 作用：1、通过水质三态的变化，形成云、雾、雨、雪、雹等 2、参与地球表面的水分循环。
§3-1 蒸发与凝结
要求：
1.熟练掌握影响饱和水汽压的因素，大气中的水汽凝结条件 2.掌握水的动态变化及判断方法 一、水相变化： （一）动态变化：
1、蒸发：大水面上由水转化成水汽的物理过程。
条件：温度愈高，速度大的水分子就越多，单位时间内跑出水面的
水分子也越多。
吸热：L=600C/g
2、凝结：在水布水汽转化成水的物理过程。
条件：大气中水汽深度愈大，单位时间内落回的水分子数愈多 放热：L=600C/g
3、动态平衡：在水面上，落回的水分子数与跑出的水分子数相等，此时的
水汽压就是饱和水汽压，此时的水汽就是饱和水汽。
4、水的升（凝）华：
升华：冰面上的冰分子转化成了水分子的过程 凝华：冰面上的水汽分子转化成了冰分子的过程 潜热：溶解热+蒸发（凝结）热=80+600=680 C/g （二）水相变化的判据：
设：N：单位时间内跑出水面的水分子数
n：单位时间内落回水面的水分子数 当N> n时，水面蒸发，空气中水分子数增加
N= n时，水面处于动态平衡状态，跑出和落回的水分子数相等
N e∝ρw → ρw∝n →e∝n (T一定时) 当水面再现动态平衡时，e=E n=N → E∝N 则：e>E时，水面出现凝结现象，空气处于过饱和状态 e=E时，水面上出现动态平衡，即没有蒸发也没有凝结现象 e 1 二、饱和水汽压： （一）饱和水汽压与温度的关系： 1、温度愈高，空气中容纳的水分子数愈多，饱和水汽压愈大， 当空气升温时，空气由饱和变成未饱和空气，水面就会不断蒸发水汽 当空气降温时，空气由未饱和变成饱和空气，出现凝结现象，饱和水汽 压变小。 2、温度愈高，饱和水汽压按指数规律增大，不同温度下的饱和水汽压，降低 同样的温度，在高温时空气凝结量大。 例：35℃下降到30℃ 水汽凝结9.2g/m3 15℃下降到10℃ 水汽凝结3.4g/m3 问：为什么夏季经常出现暴雨： 夏季气温高，空气中能够容纳大量的水汽，饱和水汽压大，成浓云、 厚云、降水多。 （二）饱和水汽压与蒸发面的关系： 1、冰面和过冷却水面： 过冷却水：温度低于0 ℃时没有结冰的水 水：分子间距大，水汽易跑出去气温高，含水量大 冰：固体，分子间距小，水汽不易跑出，气温低，含水量小 则：冰的饱和水汽压小于过冷却水的饱和水汽压 当T=0℃时，冰的饱和水汽压=过冷却水的饱和水汽压 例：在过冷却水和冰晶共同组成的混合云中，如果实际水汽压大于冰晶的饱和水 汽压而小于过冷却水的饱和水汽压时，冰面上会出现凝结现象，水面会出现蒸发现象，冰晶不断长大，过冷却水滴不断变小，这种现象称为冰晶效应。如果过冷却水的饱和水汽压与冰晶的饱和水汽压差愈大时，冰晶效应会更强。 2、溶液面与纯水面： 溶液面：水中含有杂质的溶液。分子间作用力比纯水的作用力大，水分子不 易逃跑，则饱和水汽压比纯水面的饱和水汽压小，溶液浓度愈大，饱和水汽压愈小，则溶液面的饱和水汽压小于纯水面的饱和水汽压。 3、蒸发面形状： 如果蒸发面的形状是相同时如右图 凹的蒸发面：吸引水分子的分子数是ACB范 围的水分子。 平的蒸发面：吸引水分子的分子数是A1CB1 范围内的水分子。 凸的蒸发面：吸引水分子的分子数是A2CB2 范围内的水分子。 因为ACB>A1CB1>A2CB2的范围，所以 E凹< E平 如果蒸发面的大小不相同时，如大小水滴： 大水滴：表面吸引水分子作用力大，半径大，分子多，则E大< E小 水汽转移现象：当大小水小滴共存时，如果存在着实际水汽压大于大水滴 的饱和水汽压而小于小水滴的饱和水汽压时，则小水滴不断蒸发变小，大水滴不断凝结而长大，产生水汽转移现象，有利于云雨的形 2 成。 三、大气中水汽的凝结条件： （一）空气要达到饱和或超饱和的状态（e≧E） 主要途径有： 1、增加大气中水汽的含量——不断蒸发 ①蒸发面的温度高于大气的温度 ②冷气平流到暖的水面上 ③潮湿地面受阳光照射 2、空气冷却使温度达到露点温度，减小饱和水汽压 ①绝热冷却：空气上升运动 ②辐射冷却：夜间当地面降温到露点温度以下时，空气产生凝 结—晨雾 ③平流冷却：暖气流到冷的表面，空气本身降温，使实际水汽 压达到饱和水汽压，当空气温度与地面温度差增 大时，暖气流产生凝结。 （二）有充足的凝结核： 1、来源：土壤微粒、风化岩石、火山微粒；工业、失火烟尘；海水飞溅泡 沫中的盐粒；流星、陨石燃烧后的微尘。 2、作用： ①增大水滴的半径，降低饱和水汽压，快速饱和 ②增大水滴的体积，下降中不易蒸发掉 例：无核冰晶：3—5倍的饱和水汽压才能凝结；有核冰晶：相对湿度小于100%也可以凝结 复习题： ? 温度对饱和水汽压有何影响? ? 冰晶效应是如何形成的,有何意义? ? 为什么E溶液 ? 为什么在混合云中有水汽转移现象,对云滴有何影响? ? 大气中水汽的凝结条件是什么?请详细解释? ? 为什么夏季会出现暴雨,而冬季则不会? §3-2 水汽凝结物 要求 1、熟练掌握露、霜、雾淞、雨淞、雾、云等的概念；雾的形成条件、云的形成条件、分类。 2.掌握各类雾的形成、云的特点。 一、地表面的水汽凝结物： （一）露和霜 1、定义：晴朗无云、少云的夜间，地面或地面物体因辐射冷却，使贴近 地表面的空气层也随之降温。当温度降到露点之下时，空气达到饱和。 3 当Td>0时:地面或地面物体上出现极其微小的水滴，称为露。 当Td<0时:地面或地面物体上出现白色晶体结构的水汽凝华物称为 霜。 2、形成条件： ①晴朗无云、少云的夜晚使得地面有利于迅速辐射冷却 ②微风：有利于辐射冷却在较厚的气层中进行 无风：只能使近地面气层冷却，难以形成大量的露或霜。 大风：上下层空气混合强烈，不利于辐射降温，难以形成凝结物。 ③冷平流过后可以形成平流霜 ④在洼地或山谷中，因辐射冷却很强，产生霜的频率较大，称之为洼地霜。 3、霜与霜冻的区别： 霜冻：指在植物生长季节里，地面和植物表面温度下降到足以引起农 作物遭受伤害或者死亡的低温。 黑霜：当低温>Td时，有霜冻而无霜 白霜：当低温 露水见晴天；霜重风晴天 （二）雾淞和雨淞： 1、雾淞： ①定义：形成于树枝上、电线上或其它地面物体的迎风面上的白色疏松、 微小冰晶或冰粒。 ②分类：根据形成条件和结构进行分类 晶状雾淞：T物 而成的冰晶 特点：结构松散，稍有震动就脱落 条件：有雾、微风、T≤-15℃ 粒状雾淞：过冷却雾滴碰到冷的物体表面后迅速冻结而成的冰晶。 特点： 结构紧密 条件：有雾，风速较大，T=-2- -7℃ 危害：能压断电线、树枝、影响交通和通讯 2、雨淞：形成于地面、电线杆、电线、树枝等地面物体上的一层外表光滑 略有凸起的而又透明的冰层。 条件： 过冷却雨滴、T=0- -5℃ 危害：压断电线等，影响交通、通讯和农业。 二、大气中的水汽凝结物： （一）雾： 1、定义：悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1km 的汽凝结物。 2、条件：近地面空气中水汽充足 有充足的凝结核 有使水汽凝结的冷却过程（辐射、平流、绝热） 风力微弱、层结稳定（r 4 3、分类：根据雾的形成天气条件进行分类 锋面雾 雾 气团雾 蒸发雾 混合雾 冷却雾 辐射雾 平流雾 上坡雾 ①辐射雾：由于地面辐射冷却，使近地面的空气相应变冷，当空气温度在露 点温度之下时，空气中的水汽产生凝结而形成的雾。 条件：近地面空气中水汽充足；晴朗少云的夜晚（辐射降温强烈）；近地 层有微风（可以使降温层增厚）；大气层结稳定（有利于近地层的水汽和尘埃积存（r 特点：日变化强烈：一般半夜形成，日出后逐渐散开 季节性强：一般在冬半年的陆地上形成 地方性强：比如谷地、盆地等地形 例：重庆市：位于嘉陵江与长江的汇合处；处于四川盆地中，水汽充足， 地形条件又适合，极容易形成地形雾。 ②平流雾：暖浊空气移到冷的下垫面上使低层空气冷却而形成的雾 条件：下垫面与暖湿空气的温差大，有利于逆温的形成；暖空气湿度大； 适宜的风向（从暖的地方吹向冷的地方）和风速（每秒2—7米）；大气层结稳定。 （二）云： 1、定义：飘浮在空中的，由水滴、冰晶或过冷却水滴组成的大气中的水汽凝 结物。 2、条件：充足的水汽e 》E；充足的凝结核 3、分类：按温度分：冷云（T<0℃）、暖云(T>0℃） 按成分分：冰成云(由冰晶组成)、水成云（由水滴或过冷却水滴组 成）、混合云（由冰晶和过冷却水滴组成） 按上升气流分：积状云、波状云、层状云 按高度和形态分：十种 4、各类云的形成及特点： ①积状云：属于对流性云，是由于空气对流上升绝热冷却，使水汽产生凝 结而形成的云。 特点：顶部孤立，分散，个体分明；底部平坦，水平范围小，云内不 稳定，垂直发展的云块。 有三种类型： 淡积云：上升高度超过凝结高度，由水滴组成。特点是底平、个小、上 部凸起 浓积云：上升气流超过了冻结高度，由水滴、过冷却水滴组成；特点是 云块大，顶园、底暗、上升气流强。 积雨云：上升气流超过冻结高度，由水、过冷却水滴、冰晶组成。特点 5