大氣物理2-chapter(2section)new淺色

1、第一章 大氣概論1第二章第二章 地球大氣的成分及分布地球大氣的成分及分布第一章 大氣概論2第二節(jié)第二節(jié) 大氣中的水汽大氣中的水汽313103 . 1m第一章 大氣概論3313103 . 1m第一章 大氣概論4 混合比和比濕 水汽壓 絕對濕度(水汽密度) 相對濕度 露點和霜點 溫度露點差濕度：表示大氣中水汽含量的物理量。濕度：表示大氣中水汽含量的物理量。第一章 大氣概論51、混合比 r 和比濕 q 混合比：濕空氣中水汽質(zhì)量 與干空氣質(zhì)量 之比。vmdmdvmmr 比濕：濕空氣中水汽質(zhì)量 與濕空氣質(zhì)量 之比。vdvmmmqvmvdmm 第一章 大氣概論6第一章 大氣概論7 水汽在空氣中所占質(zhì)量很小

2、，所以 qr 第一章 大氣概論82、水汽壓 e : 水汽壓（e）：濕空氣中水汽的分壓強。 水汽壓（e）：濕空氣中水汽的分壓強。第一章 大氣概論9vdvvnnnvvvMmn dddMmn pevTRnVPii*TnRpV*第一章 大氣概論10622. 0dvMMdvdvdvvvddvvvdvvmmMMmmMmMmMmnnn/rrpevrrpeePerePeq378. 0 ,可推出同理第一章 大氣概論11PePeqr622. 0濕空氣中水汽的分壓濕空氣總壓強第一章 大氣概論12 純水汽的飽和水汽壓是指一定溫度下純水汽與水（冰）純水汽的飽和水汽壓是指一定溫度下純水汽與水（冰）處于相態(tài)平衡時的水汽壓，

3、實驗表明它僅與溫度有關(guān)。處于相態(tài)平衡時的水汽壓，實驗表明它僅與溫度有關(guān)。 (實際上應(yīng)該是平液面實際上應(yīng)該是平液面) 下面會補充下面會補充: 飽和水汽壓和哪些因子有關(guān)飽和水汽壓和哪些因子有關(guān)? 和溫度有關(guān)，和溫度有關(guān)， 和水分子蒸發(fā)面的性質(zhì)（冰面還是水面和水分子蒸發(fā)面的性質(zhì)（冰面還是水面 ）、形狀（曲率）、）、形狀（曲率）、是否帶電、含有什么物質(zhì)有關(guān)是否帶電、含有什么物質(zhì)有關(guān) 飽和蒸汽壓的微觀解釋：進入和逃出液面的氣體分子達(dá)到動態(tài)平衡時水汽的壓強。第一章 大氣概論13大氣各組分的臨界溫度和臨界壓強物質(zhì)臨界溫度（ ）臨界壓強（atm）氮-147.233.5氧-118.950.1氬-11248.0二

4、氧化碳3172.9水374218.3C為什么水汽是通常條件下唯一可以發(fā)生相變的成分？第一章 大氣概論14 臨界溫度：加壓力使氣體液化的最高溫度稱為臨界溫度。（臨界溫度以下可以觀察到相變，臨界溫度以上物質(zhì)只以氣態(tài)存在。）第一章 大氣概論15臨界溫度以下臨界溫度以下:如果汽體的溫度如果汽體的溫度不變，壓強增加不變，壓強增加到一定程度，氣到一定程度，氣態(tài)可以變?yōu)橐簯B(tài)態(tài)可以變?yōu)橐簯B(tài)第一章 大氣概論16二氧化碳的汽液二相圖( P-V 圖)密閉容器汽液共存狀態(tài)，此時蒸汽的汽液共存狀態(tài)，此時蒸汽的壓強稱為壓強稱為飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓第一章 大氣概論17ABMCD實驗室中實驗室中 CO2 的等溫壓縮過程的等溫

5、壓縮過程等溫線等溫線汽液共存狀態(tài)，汽液共存狀態(tài)，此時蒸汽的壓強稱為此時蒸汽的壓強稱為飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓值由溫度飽和蒸汽壓值由溫度決定決定第一章 大氣概論18換個角度理解： 容器抽成真空，常溫(比如 ,飽和水汽壓是17hPa)，向其中滴水，容器中水的存在狀態(tài)（液態(tài)、汽態(tài)、汽液共存）與滴入水的多少有關(guān)當(dāng)以汽態(tài)形式存在時, 水汽壓肯定小于飽和水汽壓；當(dāng)汽液共存時，水汽壓肯定等于飽和水汽壓，不會前者大于后者。 與P-V圖中結(jié)果一致。 有干空氣也影響不大 飽和水汽壓：一定溫度條件下，大氣中水汽含量是有一定限度的，其最大水汽含量即容納水汽的能力稱為飽和水汽量，相應(yīng)的水汽分壓強就是飽和水汽壓。

6、(王衍明 大氣物理學(xué))第一章 大氣概論19水面飽和水汽壓冰面飽和水汽壓sesie第一章 大氣概論20第一章 大氣概論21水汽相對于水面達(dá)到水汽相對于水面達(dá)到飽和飽和水汽相對于水面達(dá)到水汽相對于水面達(dá)到飽和飽和水汽相對于冰面達(dá)到飽和水汽相對于冰面達(dá)到飽和C12第一章 大氣概論22平的純水面上飽和水汽壓的計算（兩種方法）: b) 馬格奴斯經(jīng)驗公式：tbatssee1003 .2375 . 7)0(11. 60baChPaes時飽和水汽壓a) 克拉玻龍方程：2TReLdTdevsVs第一章 大氣概論23平的純冰面上飽和水汽壓的計算: tbatssee1005 .2655 . 9)0(11. 60ba

7、ChPaes時飽和水汽壓第一章 大氣概論24 飽和水汽壓除和溫度有關(guān)，飽和水汽壓除和溫度有關(guān)， 還和水分子蒸發(fā)面的性質(zhì)（冰面還是還和水分子蒸發(fā)面的性質(zhì)（冰面還是水面水面 ）、形狀（曲率）、是否帶電、）、形狀（曲率）、是否帶電、含有什么物質(zhì)有關(guān)含有什么物質(zhì)有關(guān).第一章 大氣概論25第一章 大氣概論26水面飽和水汽壓冰面飽和水汽壓sesieC0C40C0第一章 大氣概論27 大面積水體大面積水體 以下即結(jié)冰以下即結(jié)冰. 比如地面上比如地面上: 夏天結(jié)露水夏天結(jié)露水, 地面附近是水面飽和水汽壓地面附近是水面飽和水汽壓;冬天結(jié)霜冬天結(jié)霜, 地面附近是冰面飽和水汽壓地面附近是冰面飽和水汽壓. 小液滴不如

8、此小液滴不如此過冷卻水（過冷卻水（ 以下以下的高空大氣中存在小液滴的高空大氣中存在小液滴, 此時的液態(tài)水稱此時的液態(tài)水稱為過冷卻水）。為過冷卻水）。C0C0C0C40第一章 大氣概論28100%50%0%水滴云微物理學(xué)C0C40空氣中的凝結(jié)空氣中的凝結(jié)核多于冰核核多于冰核第一章 大氣概論29C0補充3:飽和蒸汽壓的微觀解釋：進入和逃出液面的氣體分子達(dá)到動態(tài)平衡時水汽的壓強。第一章 大氣概論30第一章 大氣概論313、絕對濕度或水汽密度v (absolute humidity) 濕空氣中所含的水汽質(zhì)量 m 與該濕空氣體積 V 之比，即 v=m/V，單位: 克/立方米。 TRevvTReTRedv

9、v第一章 大氣概論32 下面涉及到考慮相變時的物理量 一定溫度下水汽的分壓強是有一定限度的，超過此值,會發(fā)生相變。這是我們關(guān)心的問題有霧、雨 。 同時，其它濕度參量露點、比濕、絕對濕度、相對濕度等也都是有限度的。第一章 大氣概論334、相對濕度 濕空氣中實際水汽壓 （e）與同溫度下飽和水汽壓（ ）的百分比，即 。 sWeeUvsxseWUvxvsvWxxU第一章 大氣概論34nRTPVTRnTRMmVPiiii*PePPnnxvvv/Pexsvs同理, 飽和水汽的摩爾分?jǐn)?shù)：svsveexx第一章 大氣概論35svsvWeexxUPersssvsvWqqrreexxUPerss第一章 大氣概論3

10、65、露點、露點 和霜點和霜點 露點（或霜點）：濕空氣等壓降溫達(dá)到露點（或霜點）：濕空氣等壓降溫達(dá)到飽和時的溫度。飽和時的溫度。 (等壓降溫過程等壓降溫過程) 如果對水面達(dá)到飽和則為露點（如果對水面達(dá)到飽和則為露點（dew point） ( 以上以上 ) ， 如果對冰面達(dá)到飽和則為霜點如果對冰面達(dá)到飽和則為霜點 （frozen point）( 以下以下 ) 。 (圖圖)dtftC0C0第一章 大氣概論37 露、霜形成的條件: 大都出現(xiàn)于天氣晴朗、無風(fēng)或微風(fēng)的夜晚。 一般在夜間形成，日出以后，溫度升高，露就蒸發(fā)消失了。第一章 大氣概論38夏秋季冬季2T2dTAB此圖的理解？此圖的理解？濕空氣在濕

11、空氣在A點點( )未飽和未飽和 (水汽壓水汽壓 小于小于此時溫度對應(yīng)的飽和此時溫度對應(yīng)的飽和水汽壓水汽壓 ). 等壓降溫到達(dá)等壓降溫到達(dá)B點點( ), 此時的溫度此時的溫度 對應(yīng)的飽和水汽對應(yīng)的飽和水汽壓恰好等于氣團中的壓恰好等于氣團中的水汽壓水汽壓, 該溫度稱為氣該溫度稱為氣團的露點溫度團的露點溫度.22,eT2ese222,eTd2ese22dT第一章 大氣概論39臨界點三相點三相點：三三相點：三相平衡共存相平衡共存狀態(tài)。狀態(tài)。臨界溫度：加壓力使氣體液化的最高溫度。升華曲線汽化曲線熔解曲線第一章 大氣概論40 露點和水汽壓一一對應(yīng) ; 水汽壓確定了,露點就確定了. ddtbatsee100

12、3 .2375 . 7)0(11. 60baChPaes時飽和水汽壓露點溫度接近于當(dāng)天的最低溫度說明說明:第一章 大氣概論41雨凇、霧凇的產(chǎn)生雨凇、霧凇的產(chǎn)生第一章 大氣概論42 雨凇、霧凇的產(chǎn)生 初冬或冬末初春，冷暖空氣交鋒，冷空氣溫度在 以下，其上暖空氣溫度在 以上。從暖空氣中降下的雨滴經(jīng)冷空氣時變?yōu)檫^冷雨滴，落在樹枝、電線或其它物體上時，會突然凍成一層外表光滑晶瑩剔透的冰層，這就是“雨淞”（凍雨）。 如果氣溫與水溫相差很大，則因水面蒸發(fā)大量水汽，在水面附近的冷空氣便發(fā)生水汽凝結(jié)成霧。如果氣溫是零下, 河水零度以上, 會形成過冷卻霧. 被風(fēng)吹散, 在地面物體上結(jié)冰。這時在電線上、樹枝上形成

13、了白色的冰花，叫做“霧凇” (俗稱“樹掛”)。 C0C0第一章 大氣概論43 溫度露點差: 溫度與露點的差. 溫度露點差越大, 空氣距飽和程度越遠(yuǎn).6、溫度露點差、溫度露點差 第一章 大氣概論44例題例題1 氣溫氣溫 ，氣壓，氣壓1017.7hPa，相對濕度，相對濕度37%時，時，求所有其它的濕度值。求所有其它的濕度值。解：解：飽和水汽壓飽和水汽壓 水汽壓水汽壓 絕對濕度絕對濕度 混合比混合比(比濕比濕) 露點露點 溫度露點差溫度露點差 C8 .21)(26101.6108.213.2378.215.70hPaeetbatss)(62. 9hPaeUeqqrreeUswsssw)/(007.0

14、84665598)8 .21273(28710062.9622.03mkgTReTRedvv)/(9 .510007 .101762.9622.0622.0kggPePeqrCteedtbatsdd5 . 6100Cttd3.15第一章 大氣概論45例題例題2 已知已知1000hPa和和900hPa氣層間平均比濕是氣層間平均比濕是 q=2g/kg。如果所有水汽全部凝結(jié)，所獲得。如果所有水汽全部凝結(jié)，所獲得的液態(tài)水厚度的液態(tài)水厚度（可降水量）（可降水量）是多少（是多少（mm）？）？解：單位截面氣柱內(nèi)水汽的質(zhì)量為解：單位截面氣柱內(nèi)水汽的質(zhì)量為)/(04. 2122121212121mkgppgqd

15、pgqgdpdpgdzmppvppppvzzvv可降水量可降水量)(04. 2)/(10)/(04. 2332mmmkgmkgmhliquidv第一章 大氣概論46The mean distribution of precipitable water, or total atmospheric water vapor above the Earths surface, for 1992. This depiction includes data from both satellite and radiosonde observations. (Image courtesy of Thomas

16、Vonder Haar and David Randel, Colorado State University, Fort Collins.)1992年可降水量的平均分布（由無線電探年可降水量的平均分布（由無線電探空資料和衛(wèi)星資料共同推得）空資料和衛(wèi)星資料共同推得）第一章 大氣概論47Schematic of the tropospheric and stratospheric layers and the tropopause, the boundary between the two. The mean vertical distribution of temperature and the water vapor mixing ratio in the atmosphere are shown. Note that the mixing ratio scale is logarithmic a