大氣中的水分課件

海洋湖蒸發(fā)地表徑流地下徑流降水降水蒸發(fā)植物蒸騰下滲第四章大氣中的水分

地球上水分循環(huán)過程對地-氣系統(tǒng)的熱量平衡和天氣變化起著非常重要的作用凝結(jié)凝結(jié)（一）蒸發(fā)和凝結(jié)的基本原理（二）地表面和大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象（三）降水及人工影響天氣大氣中的水分水、水汽、冰之間轉(zhuǎn)換的物理過程冰水水汽蒸發(fā)凝結(jié)凝華升華凍結(jié)融化水汽是大氣中唯一能由一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的成分（一）蒸發(fā)和凝結(jié)的基本原理1、水相變化

水的三種相態(tài)分別存在于不同的溫度和壓強(qiáng)條件下:(1)水只存在于0℃以上的區(qū)域，冰只存在于0℃以下的區(qū)域，水汽雖然可存在于0℃以上及以下的區(qū)域，但其壓強(qiáng)卻被限制在一定值域下。水蒸發(fā)線升華線融解線水相變化的特點(diǎn)：巨大的能量轉(zhuǎn)換——潛熱蒸發(fā)過程：較大動能水分子脫出液面使液面溫度降低。如果保持其溫度不變，必須自外界供給熱量，這部分熱量等于蒸發(fā)潛熱L，L與溫度t有如下的關(guān)系：水汽凝結(jié)：潛熱將會全部釋放出來，這就是凝結(jié)潛熱。在同溫度下，凝結(jié)潛熱與蒸發(fā)潛熱相等。冰的升華過程：冰升華為水汽消耗的熱量包含兩部分：①冰融化為水所需消耗的融解潛熱

融解潛熱=3.34×105J/kg②水變?yōu)樗柘牡恼舭l(fā)潛熱蒸發(fā)潛熱=2.5×106J/kg升華潛熱Ls表示為：7L=2.5×106J/kg，Rw=461J/kg·K，T0=273K，T=273+t，E0=6.11hPa（為t=0℃時(shí)，純水平面上的飽和水汽壓）克拉伯龍—克勞修斯方程的適用性：水平液面經(jīng)驗(yàn)公式：L是溫度的函數(shù)（2）飽和水汽壓隨溫度的改變量，在高溫時(shí)要比低溫時(shí)大。這也說明了為什么暴雨總是發(fā)生在暖季。（1）空氣溫度的變化，對蒸發(fā)和凝結(jié)有重要影響。升溫：飽和空氣---未飽和---水面繼續(xù)蒸發(fā)降溫：未飽和空氣---飽和---過飽和---多余水汽凝結(jié)蒸發(fā)面性質(zhì)不同，水分子脫出蒸發(fā)面需克服分子引力也不同，同一溫度下不同蒸發(fā)面上的飽和水汽壓也不相同。A冰面和過冷卻水面的飽和水汽壓過冷卻：液態(tài)水溫度在冰點(diǎn)以下而不凍結(jié)的現(xiàn)象通常不易見到過冷卻水，但是在自然界，特別是在云霧中較普遍存在(在-20℃--30℃以下不結(jié)冰)影響因素之二：蒸發(fā)面性質(zhì)冰分子脫出冰面所受的束縛比水分子脫出水面的束縛大B溶液面的飽和水汽壓溶液中的溶質(zhì)使溶液內(nèi)分子間的作用力大于純水內(nèi)分子間的作用力，使水分子脫離溶液面比脫離純水面困難。因此同一溫度下，溶液面的飽和水汽壓比純水面要小，且溶液濃度愈高飽和水汽壓愈小。這種作用對在可溶性凝結(jié)核上形成云或霧的最初胚滴明顯，以溶液滴剛形成時(shí)較為顯著，隨著溶液滴的增大，濃度逐漸減小，溶液影響就不明顯了。此外，水滴上的電荷對水滴表面上的飽和水汽壓也有一定的影響：使飽和水汽壓減小蒸發(fā)面形狀不同，水分子受周圍分子吸引力不同。影響因素之三：蒸發(fā)面形狀A(yù)凸表面水分子受到引力最小，表面水汽壓最大C凹表面水分子受到引力最小，表面水汽壓最小B平表面水分分子的情況介于二者之間。原因：開爾文方程凸表面平表面凹表面曲面上蒸氣壓平面上蒸氣壓球形液滴的半徑凸面的曲率愈大，即r越小，飽和水汽壓愈大云霧中的水滴有大有?。捍笏伟霃酱螅柡退麎盒⌒∷伟霃叫?，飽和水汽壓大小水滴因蒸發(fā)而逐漸變小，大水滴因凝結(jié)而不斷增大——凝結(jié)增長。特點(diǎn)：這一過程在水滴增長到半徑大于1μm時(shí)，曲率的影響就很小了。所以“凝結(jié)增長”只在云霧剛形成時(shí)起作用。影響因子之一：水源沒有水源就不可能有蒸發(fā)，水/雪面、濕土、植被是蒸發(fā)產(chǎn)生的基本條件。在沙漠中，幾乎沒有蒸發(fā)。影響因子之二：熱源蒸發(fā)必須消耗熱量，在蒸發(fā)過程中如果沒有熱量供給，蒸發(fā)面就會逐漸冷卻，從而使蒸發(fā)面上的水汽壓降低，于是蒸發(fā)減緩或逐漸停止。因此蒸發(fā)速度在很大程度上決定于熱量的供給。實(shí)際上常以蒸發(fā)耗熱多少直接表示某地的蒸發(fā)速度。

在自然條件下，蒸發(fā)是發(fā)生于湍流大氣之中，影響因素是湍流交換影響蒸發(fā)速度的主要因子有四個(gè)：水源、熱源、飽和差、風(fēng)速。

影響因子之三：飽和差（E-e）蒸發(fā)速度與飽和差成正比。嚴(yán)格說，此處的E應(yīng)由蒸發(fā)面的溫度算出，但通常以一定氣溫下的飽和水汽壓代替。飽和差愈大，蒸發(fā)速度也愈快。影響因子之四：風(fēng)速大氣中的水汽垂直輸送和水平擴(kuò)散能加快蒸發(fā)速度。無風(fēng)時(shí)，蒸發(fā)面上的水汽單靠分子擴(kuò)散，水汽壓減小得慢，飽和差小，因而蒸發(fā)緩慢。有風(fēng)時(shí)，湍流加強(qiáng)，蒸發(fā)面上的水汽隨風(fēng)和湍流迅速散布到廣大的空間，蒸發(fā)面上水汽壓減小，飽和差增大，蒸發(fā)加快。除上述基本因子外，大陸上的蒸發(fā)還應(yīng)考慮到土壤的結(jié)構(gòu)、濕度、植被的特性等。實(shí)際蒸發(fā)量的計(jì)算公式較多，例如：絕對濕度——水汽壓變化特征：雙峰型和單波型雙峰型：兩個(gè)最高值

兩個(gè)最低值主要在大陸上湍流混合較強(qiáng)的夏季出現(xiàn)。單波型：水汽壓與溫度的日變化一致。海洋上、沿海地區(qū)和陸地上湍流不強(qiáng)的秋冬季節(jié)為多見。4、濕度隨時(shí)間的變化9-1021-22雙峰型原因：蒸發(fā)作用與湍流擴(kuò)散作用相對強(qiáng)弱相對濕度的日變化特征主要決定于氣溫相對濕度的日變化與溫度日變化相反，最高值出現(xiàn)在清晨溫度最低時(shí)，最低值出現(xiàn)在午后溫度最高時(shí)。水汽壓的年變化與溫度的年變化相似：最高值出現(xiàn)在溫度高、蒸發(fā)強(qiáng)的7-8月，最低值出現(xiàn)在溫度低、蒸發(fā)弱的1-2月。相對濕度的年變化一般以冬季最大，夏季最小。某些季風(fēng)盛行地區(qū)，由于夏季盛行風(fēng)來自于海洋，冬季盛行風(fēng)來自于內(nèi)陸，相對濕度反而夏季大，冬季小。濕度年/日變化特征有時(shí)會因天氣變化等因素而遭破壞，其中起主要作用的是濕度平流。

各地空氣中水汽含量不一樣，當(dāng)空氣從濕區(qū)流到干區(qū)時(shí)（稱為濕平流），引起所經(jīng)地區(qū)濕度的增加。當(dāng)空氣從干區(qū)流到濕區(qū)時(shí)（稱為干平流），引起所經(jīng)之處的濕度減小。實(shí)際大氣中只要水汽壓達(dá)到或超過飽和水汽壓，水汽就會發(fā)生凝結(jié)純凈空氣中，水汽只有達(dá)到巨大(RH=800%)過飽和才會發(fā)生凝結(jié)

大氣中存在著大量的微粒物質(zhì)，它們?nèi)菀孜剿肿?，有利于水汽分子在其表面上的集聚，使其成為水汽凝結(jié)核心。凝結(jié)核：大氣中能促使水汽凝結(jié)的微粒(氣溶膠顆粒)凝結(jié)核直徑一般為10-7-10-3cm，而且半徑越大，吸濕性越好的核周圍越易產(chǎn)生凝結(jié)。凝結(jié)核的存在是大氣中水汽凝結(jié)的重要條件之一條件1——凝結(jié)核條件2——水汽飽和或過飽和實(shí)際大氣中總是存在凝結(jié)核的，能否產(chǎn)生凝結(jié)，關(guān)鍵取決于空氣是否達(dá)到過飽和?？諝鈭F(tuán)氣溫25℃，實(shí)際水汽壓為20hPa,如何使該空氣團(tuán)水汽飽和？（2）輻射冷卻：指在晴朗無風(fēng)的夜間，由于地面的輻射冷卻，導(dǎo)致近地面層空氣的降溫。當(dāng)空氣中溫度降低到露點(diǎn)溫度以下時(shí)，水汽壓就會超過飽和水汽壓產(chǎn)生凝結(jié)。

輻射霧輻射霧多發(fā)生在夜長、氣溫低的冬季。只要滿足條件，在大部分地區(qū)均可形成。29（3）平流冷卻：暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面時(shí)，將熱量傳遞給冷的地表，造成空氣本身溫度降低。如果暖空氣與冷地面溫度相差較大，暖空氣降溫較多，也可能產(chǎn)生凝結(jié)。

平流霧

（4）混合冷卻：當(dāng)溫差較大，且接近飽和的兩團(tuán)空氣水平混合后，也可能產(chǎn)生凝結(jié)。由于飽和水汽壓隨溫度的改變呈指數(shù)曲線形式，就可能使混合后氣團(tuán)的平均水汽壓比混合氣團(tuán)平均溫度下的飽和水汽壓大。31（一）

蒸發(fā)和凝結(jié)的基本原理（二）地表面和大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象（三）降水及人工影響天氣大氣中的水分一、地面的水汽凝結(jié)物二、近地面層空氣中的凝結(jié)三、較高大氣中的凝結(jié)——云第二節(jié)地表面和大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象一、地面的水汽凝結(jié)物（一）露和霜1、定義：

晚間地表輻射冷卻，貼近地表空氣層隨之降溫，當(dāng)其溫度降到露點(diǎn)以下，即空氣中水汽含量過飽和時(shí)，在地面或地物的表面就會有水汽的凝結(jié)。（1）露：Td>0時(shí)地面或地面物體上出現(xiàn)極其微小的水滴（2）霜：Td<0時(shí)水汽直接在地面或地物上凝華成白色的冰晶2、露與霜形成的氣象條件：晴朗微風(fēng)的夜晚晴朗：沒有云產(chǎn)生的大氣逆輻射，有利于地面或

地物迅速輻射冷卻。微風(fēng)：使較厚的氣層進(jìn)行輻射冷卻，保證有足夠

多的水汽供應(yīng)凝結(jié)。無風(fēng)時(shí)可供凝結(jié)的水汽不多風(fēng)速過大時(shí)由于湍流太強(qiáng)，使貼地空氣與上層較暖的空氣發(fā)生強(qiáng)烈混合，導(dǎo)致貼地空氣降溫緩慢，均不利于露和霜的生成。霜和露都是好天氣的標(biāo)志：

露水見晴天，霜重風(fēng)晴天3、露的降水量：很少在溫帶地區(qū)夜間露的降水量約相當(dāng)于0.1-0.3mm的降水層，但在許多熱帶地區(qū)卻很可觀，多露之夜可有相當(dāng)于3mm的降水量，平均約1mm左右。露的量雖少，但對植物很有利，尤其在干燥地區(qū)和干熱天氣，夜間的露常有維持植物生命的功用。例如，干旱沙漠中，植物可以依賴露水生長發(fā)育。4、霜和霜凍的區(qū)別：霜：指白色固體凝結(jié)物霜凍：指在農(nóng)作物生長季節(jié)里，地面和植物表面

溫度下降到足以引起農(nóng)作物

遭受傷害或者死亡的低溫。有霜時(shí)農(nóng)作物不一定遭受霜凍之害。有霜凍時(shí)可以有霜出現(xiàn)，也可以沒有霜出現(xiàn)。預(yù)防的是霜凍而不是霜。

預(yù)防措施：熏煙、澆水、

覆蓋

巴西南部霜凍造成咖啡減產(chǎn)霧?。?/p>

是形成于樹枝上、電線上或其它地物迎風(fēng)面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。根據(jù)其形成條件和結(jié)構(gòu)可分為兩類：

（1）晶狀霧凇

（2）粒狀霧凇（二）霧凇和雨淞晶狀霧凇粒狀霧凇形成過程冰晶效應(yīng)：過冷卻霧滴蒸發(fā)，再由水汽凝華在物體表面的晶體上過冷卻的霧滴被風(fēng)吹過，碰到冷的物體表面迅速凍結(jié)而成風(fēng)速條件微風(fēng)或靜穩(wěn)風(fēng)速較大氣溫條件溫度低于-15℃氣溫在-2~-7℃是否有霧形成有霧有霧特點(diǎn)及其產(chǎn)生的可能影響晶體與霜類似，結(jié)構(gòu)松散，稍有震動就會脫落結(jié)構(gòu)緊密，能使電線、樹枝折斷，對交通運(yùn)輸、通訊、輸電線路有一定影響雨淞：

是形成在地面或地物迎風(fēng)面上的透明的或毛玻璃狀的緊密冰層。它主要是過冷卻雨滴降到溫度低于0℃的地面或地物上凍結(jié)而成的。40雨凇的破壞性很大，它能壓斷電線、折損樹木，對交通運(yùn)輸、電訊、輸電以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有很大影響。2008年南方嚴(yán)重的冰雪災(zāi)害二、近地面層空氣中的凝結(jié)——霧1、定義：

懸浮于近地面空氣中的大量水滴或冰晶，使水平能見度小于1km的物理現(xiàn)象。霧的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，按水平能見度距離劃分：

①水平能見度距離：1~10公里輕霧

②水平能見度距離：<1公里霧

③水平能見度距離：200~500米大霧

④水平能見度距離：50~200米濃霧

⑤水平能見度距離：<50米的霧強(qiáng)濃霧2、形成霧的基本條件：（1）有使水汽發(fā)生凝結(jié)的冷卻過程和凝結(jié)核的存在（2）近地面空氣中水汽充沛

貼地氣層中的水汽壓大于其飽和水汽壓時(shí)，水汽即凝結(jié)或凝華成霧。如氣層中富有活躍的凝結(jié)核，霧可在相對濕度小于100％時(shí)形成。此外，因?yàn)楸娴娘柡退麎盒∮谒?，在相對濕度未達(dá)100％的嚴(yán)寒天氣里可出現(xiàn)冰晶霧。二、近地面層空氣中的凝結(jié)——霧3、霧的分類二、近地面層空氣中的凝結(jié)——霧輻射霧鋒面霧氣團(tuán)霧冷卻霧蒸發(fā)霧混合霧霧平流霧上坡霧輻射霧：（1）定義：由地面輻射冷卻使貼地氣溫降低到露點(diǎn)或露點(diǎn)以下，使空氣中的水汽達(dá)到飽和所形成的霧（2）形成輻射霧的有利條件是：①空氣中有充足的水汽；②天氣晴朗少云③風(fēng)力微弱（1-3m/s）；④大氣層結(jié)穩(wěn)定（3）輻射霧的特征①有明顯的季節(jié)和日變化：秋冬季居多；多在下半夜到清晨，日出前后最濃，白天輻射升溫逐漸消散；②與地理環(huán)境有密切的關(guān)系：潮濕的山谷、洼地、盆地；③輻射霧厚度幾十米到幾百米，平均150米左右，水平范圍不大，分布不均，常零星分布。平流霧：暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面而逐漸冷卻形成的形成平流霧的有利天氣條件是：①下墊面與暖濕空氣溫差較大；②暖濕空氣的濕度大；③適宜的風(fēng)向（由暖向冷）和風(fēng)速（2-7m/s）；④層結(jié)較穩(wěn)定。二、近地面層空氣中的凝結(jié)——霧輻射霧與平流霧的區(qū)別？三、較高大氣中的凝結(jié)——云氣象衛(wèi)星觀測表明，地球上超過一半的面積被浮云所覆蓋，對大氣輻射過程和氣候變化具有調(diào)節(jié)作用。極軌氣象衛(wèi)星全球圖像云是降水的基礎(chǔ)，是地球上水分循環(huán)和能量交換的重要環(huán)節(jié)。

對流層中云的尺度、濃度、對流強(qiáng)度發(fā)展到一定程度后能夠產(chǎn)生顯著的降水，例如雨、雪、冰雹云：是懸浮在大氣中的液態(tài)水滴、固態(tài)冰晶及其混合物粒子組成的聚合體。云對太陽的散射能力較為均勻，呈白色，其底部與地表不接觸。48大氣中凝結(jié)的重要條件：（1）要有凝結(jié)核的存在（2）空氣達(dá)到過飽和（一）云的形成：過飽和主要是由空氣垂直上升所進(jìn)行的絕熱冷卻引起的。上升運(yùn)動的形式和規(guī)模不同，形成的云的形狀、高度也不同，上升運(yùn)動的方式：1、熱力對流指地表受熱不均和大氣層結(jié)不穩(wěn)定引起的對流上升運(yùn)動。由對流運(yùn)動所形成的云多屬積狀云。2、動力抬升指暖濕氣流受鋒面、輻合氣流的作用所引起的大范圍上升運(yùn)動。這種運(yùn)動形成的云主要是層狀云。3、大氣波動指大氣流經(jīng)不平的地面或在逆溫層以下所產(chǎn)生的波狀運(yùn)動。由大氣波動產(chǎn)生的云主要屬于波狀云。4、地形抬升指大氣運(yùn)行中遇地形阻擋，被迫抬升而產(chǎn)生的上升運(yùn)動。這種運(yùn)動形成的云既有積狀云，有波狀云和層狀云，通常稱之為地形云。（二）云的分類盡管云的形態(tài)千差萬別，根據(jù)云的形成高度并結(jié)合其形態(tài)，國際分類法將云分為4族10屬。我國將云分成3族11屬。1、積狀云(1)形成原因：熱力對流(2)總體特點(diǎn)：積狀云多形成于夏季午后，具孤立分散、云底平坦和頂部凸起的外貌形態(tài)。(3)分類：淡積云、濃積云、積雨云——上流氣流強(qiáng)弱淡積云：底平、個(gè)小、由水滴組成濃積云：云塊大、底暗、上升氣流強(qiáng)、頂部超過0℃等溫線高度。由水滴、過冷水滴組成。積雨云：頂部超過凍結(jié)高度，由水滴、過冷水滴、冰晶組成。常在夏季午后出現(xiàn)，伴有雷陣雨。層狀云（1）形成：空氣大規(guī)模系統(tǒng)性上升運(yùn)動而產(chǎn)生的，主要是鋒面上的上升運(yùn)動引起的。當(dāng)暖空氣向冷空氣一側(cè)移動時(shí)，由于二者密度不同，穩(wěn)定的暖濕空氣沿斜坡緩慢滑升，絕熱冷卻，形成層狀云。(2)特點(diǎn)：

均勻幕狀的云層，常具有較大的水平范圍(3)分類：卷層云、卷云、高層云和雨層云。卷云卷層云高層云雨層云卷云：云底很高，由冰晶組成，因高空風(fēng)很大，云絲平行排列，成羽毛排列。卷層云：均勻成層、能看到太陽和月亮的輪廓，往往

伴隨著日、月暈，因此如看到天空有暈，便知道有

卷層云移來，則未來將有雨層云移來，天氣可能轉(zhuǎn)

雨“日暈三更雨，月暈午時(shí)風(fēng)”。高層云：濃密灰白、均勻成層、產(chǎn)生連續(xù)降水雨層云：云幕范圍大能遮云蔽日，產(chǎn)生連續(xù)性降水波狀云：波浪起伏的云層，包括卷積云、高積云、層積云。當(dāng)空氣存在波動時(shí)，波峰處空氣上升，波谷處空氣下沉?？諝馍仙幱捎诮^熱冷卻而形成云，空氣下沉處則無云形成，從而形成厚度不大、保持一定間距的平行云條，呈一列列或一行行的波狀云。波狀云：

卷積云：氣流波動很高，白色細(xì)鱗片狀。由冰晶組成。“魚鱗天，不雨也風(fēng)顛”。高積云：扁圓，瓦塊狀，在日月照射下有華或虹彩。由冰晶和過冷水滴組成。天上鯉魚斑，明天曬谷不用翻；瓦塊云，曬死人層積云：灰白或灰色的大塊云。由冰晶、過冷水滴、

水滴組成。（1）懸球狀云：是指從云底下垂的云團(tuán)，多出現(xiàn)在積雨云的底部。有時(shí)在高積云、高層云和雨層云的底部也可以見到。特殊云狀：懸球狀、堡狀、絮狀、莢狀懸球狀云的出現(xiàn)，通常預(yù)兆有降水產(chǎn)生，因?yàn)橐坏┥仙龤饬鳒p弱，原先被托住的水滴就會降落下來，形成降水。堡狀云：底部水平，頂部則是并列著突起的小云塔，形狀像遠(yuǎn)方的城堡。這種云的形成，常常是在波狀云的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

絮狀云：

邊緣破碎，是由于潮濕空氣不穩(wěn)定且有強(qiáng)烈的湍流混合而致。堡狀云和絮狀云

早晨出現(xiàn)堡狀高積云或絮狀高積云，表示該高度上氣層不穩(wěn)定，到了中午，低層對流一發(fā)展，上下不穩(wěn)定氣層結(jié)合起來，會產(chǎn)生強(qiáng)烈上升氣流，形成積雨云，下雷暴雨或冰雹。傍晚出現(xiàn)堡狀高積云，表明高空將有不穩(wěn)定系統(tǒng)逼近，次日可能出現(xiàn)系統(tǒng)性雷暴雨?！疤焐显瞥潜?，地下雷雨鳴”“朝有破絮云，午后雷雨臨”莢狀云：中間厚、邊緣薄，云塊呈豆莢狀。常見的莢狀云主要是莢狀高積云和莢狀層積云。莢狀云是由局部上升氣流和下降氣流相匯合而形成的。當(dāng)上升氣流使空氣絕熱冷卻而形成云時(shí)，如果遇到下降氣流的阻擋，其邊緣部分因下降氣流而逐漸變薄，這樣便形成莢狀云。

在山區(qū)，氣流受到地形的影響也能形成莢狀云積狀云、層狀云、波狀云和一些特殊云狀不是孤立的、不變的，隨著條件的變化它們是可以發(fā)展、消散或相互轉(zhuǎn)化的例如積狀云中，淡積云可以發(fā)展到濃積云，最后形成積雨云。積雨云在消散時(shí)，可以演變成偽卷云、積云性高積云和積云性層積云?？傊?，云的產(chǎn)生、發(fā)展和演變是復(fù)雜的，也是有規(guī)律的。云的變化第四章大氣中的水分（一）

蒸發(fā)和凝結(jié)的基本原理（二）地表面和大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象（三）

降水及人工影響天氣大氣中的水分降水的基本認(rèn)識1、定義：從云中降到地面上的液態(tài)的或固態(tài)的水2、類型：雨、雪、霰、雹雨：自云體中降落至地面的液體水滴。雪：從混合云中降落到地面的雪花形態(tài)的固體水霰：由雪晶或雪團(tuán)大量地碰撞過冷云滴形成，直徑2—5mm，落到地上會反彈、易破碎。雹：雹核在冷卻中不斷增大體積，是由透明和不透明的冰層相間組成的。3、降水的性質(zhì)：連續(xù)性和陣性降水

連續(xù)性降水歷時(shí)長，強(qiáng)度具有變化性，降水主要來自高層云和雨層云。

陣性降水歷時(shí)短，強(qiáng)度大，具有突然性，降水來自濃積云和積雨云。雨mm24小時(shí)小雨<10中雨10-25大雨25-50暴雨50-100大暴雨100-250特大暴雨>200雪mm24小時(shí)小雪<2.5中雪2.5-5.0大雪>5.04、降水的強(qiáng)度一、云是如何轉(zhuǎn)變?yōu)榻邓?？二、人類是如何影響降水的?.ClicktoaddTitle4.ClicktoaddTitle1、雨滴增長過程2、雨和雪的形成3、各種云的降水2、人工增雨3、人工消霧1、人工防雹一、云是如何轉(zhuǎn)變?yōu)榻邓?？降水雖然主要來自云中，但有云不一定有降水。這是因?yàn)樵频蔚捏w積很?。?biāo)準(zhǔn)云滴半徑為10μm），不能克服空氣阻力和上升氣流的頂托。只有當(dāng)云滴增長到雨滴（標(biāo)準(zhǔn)雨滴半徑為1000μm）到能克服空氣阻力和上升氣流的頂托，并且降落至地面的過程中不致被蒸發(fā)掉時(shí)，降水才形成。1、云滴增長的物理過程一塊云能否降水，則意味著在一定時(shí)間內(nèi)（例如1h）能否使云滴轉(zhuǎn)變成一個(gè)雨滴。使云滴增大的過程主要有二種方式：（1）云滴凝結(jié)（或凝華）增長。（2）云滴相互沖并增長。云滴的實(shí)際增長是這兩種過程同時(shí)作用的結(jié)果(1)云滴凝結(jié)（或凝華）增長

——指云滴依靠水汽分子在其表面上凝聚而增長

云滴的凝結(jié)增長有3種不同的模式：過冷水（冰晶）凝結(jié)大小水滴凝結(jié)冷暖水滴凝結(jié)云滴凝結(jié)增長的限制性：

①云滴表面產(chǎn)生凝結(jié)（或凝華），水汽從空氣中析出，空氣濕度減小，云滴周圍便不能維持過飽和狀態(tài)，而使凝結(jié)（或凝華）停止。要使這種凝結(jié)（或凝華）增長不斷地進(jìn)行，還必須有水汽的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移過程，即當(dāng)云層內(nèi)部存在著冰水云滴共存、冷暖云滴共存或大小云滴共存的任一種條件時(shí)，產(chǎn)生水汽從一種云滴轉(zhuǎn)化至另一種云滴上的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移過程。②凝結(jié)（凝華）增長過程很難使云滴增長到雨滴的尺度，且這種作用隨著雨滴的增大而減弱。79（2）云滴的沖并增長

——大小云滴之間發(fā)生沖并而合并增大的過程大小雨滴在運(yùn)動過程中相互碰撞注意：云滴的凝結(jié)增長和沖并增長過程在由云滴轉(zhuǎn)化為降水的過程中始終存在：在云滴增長的初期——凝結(jié)（或凝華）增長為主，沖并為次當(dāng)云滴增大到一定階段（一般直徑達(dá)50-70μm）后——重力沖并為主，凝結(jié)（或凝華）居次凝結(jié)（或凝華）增長和沖并增長兩種過程是不可分割的。2、雨和雪的形成（1）雨的形成水成云：由液態(tài)水滴所組成的云體①具備了云滴增大為雨滴的條件②雨滴具有一定的下降速度冰成云：由冰晶組成的云體，混合云：由水滴和冰晶共同組成的從冰成云或混合云中降下的冰晶或雪花，下落到0℃以上的氣層內(nèi)，融化以后也成為雨滴下落到地面，形成降雨。雨或毛毛雨83（2）雪的形成在混合云中，由于冰水共存使冰晶不斷凝華增大，成為雪花。當(dāng)云下氣溫低于0℃時(shí)，雪花可以一直落到地面而形成降雪。如果云下氣溫高于0℃時(shí)，則可能出現(xiàn)雨夾雪。雪花的形狀極多，有星狀、柱狀、片狀等等，但基本形狀是六角形。雪花的不同形狀與其形成時(shí)的溫度有關(guān)。

美麗的雪花3、各類云的降水不同的云，由于其水平范圍、云高、云厚、云中含水量、云中溫度和升降氣流等情況不同，因而降水的形態(tài)、強(qiáng)度、性質(zhì)也隨之而有差異。（1）層狀云的降水卷層云是冰晶組成的，由于冰面飽和水汽壓小于同溫度下水面飽和水汽壓，使冰晶可以在較小的相對濕度（可以小于100％）情況下增大。但是，因卷層云中含水量較小，云底又高，所以除了在冬季高緯度地區(qū)的卷云可以降微雪以外，卷層云一般是不降水的。雨層云和高層云經(jīng)常是混合云，所以云滴的凝華增大和沖并增大作用都存在，雨層云和高層云的降水與云厚和云高有密切關(guān)系。云厚時(shí)，有利于冰晶的凝華增大，且云滴沖并增大的路程也長，有利于云滴增大。云底高度低時(shí)，云滴離開云體降落到地面的路程短，不容易被蒸發(fā)掉，這就有利于形成降水。對雨層云和高層云來說，云愈厚、愈低，降水就愈強(qiáng)。雨層云比高層云的降水大得多，也主要是這個(gè)緣故。由于層狀云云體比較均勻，云中氣流也比較穩(wěn)定，所以層狀云的降水是連續(xù)性的，持續(xù)時(shí)間長，降水強(qiáng)度變化小。（2）積狀云的降水積狀云一般包括淡積云、濃積云和積雨云。淡積云由于云薄，云中含水量少，而且水滴又小，所以一般不降水。濃積云是否降水則隨地區(qū)而異。在中高緯度地區(qū)，濃積云很少降水。在低緯度地區(qū)，因?yàn)橛胸S富的水汽和強(qiáng)烈的對流，濃積云的厚度、云中含水量和水滴都較大，雖然云中沒有冰晶存在，但水滴之間沖并作用顯著，故可降較大的陣雨。積雨云是冰水共存的混合云，云的厚度和云中含水量都很大，云中升降氣流強(qiáng)，因此云滴的凝華增長和沖并作用均很強(qiáng)烈，致使積雨云能降大的陣雨、陣雪，有時(shí)還可下冰雹。積狀云的降水是陣性的。這是因?yàn)?，一方面它的云體水平范圍與垂直伸展的尺度差不多，也就是說它的水平范圍小，經(jīng)過一個(gè)地方用不了多少時(shí)間，因而降水的起止很突然。另一方面是由于積狀云中，升降氣流多變化，上升氣流強(qiáng)時(shí)，降水物被“托住”降落不下來。當(dāng)上升氣流減弱或出現(xiàn)下沉氣流時(shí)，降水物驟然落下，也使降水具有陣性。（3）波狀云的降水

波狀云由于含水量較小，厚度不均勻，所以降水強(qiáng)度較小，往往時(shí)降時(shí)停，具有間歇性。層云只能降毛毛雨，層積云可降小的雨、雪和霰。高積云很少降水。但在我國南方地區(qū)，由于水汽比較充沛，層積云也可產(chǎn)生連續(xù)性降水，高積云有時(shí)也可產(chǎn)生降水。二、人類是如何影響天氣的？

人工影響天氣：是指在一定的有利時(shí)機(jī)和條件下，通過人工催化等技術(shù)手段，對局部區(qū)域內(nèi)大氣中的物理過程施加影響，使其發(fā)生某種變化，從而達(dá)到減輕或避免氣象災(zāi)害目的的一種科技措施。人工影響天氣的主要類型：1、人工防雹

2、人工降水

3、人工消霧

1、人工防雹（1）冰雹產(chǎn)生的條件：

①大氣中必須有相當(dāng)厚的不穩(wěn)定層存在；②積雨云必須發(fā)展到能使個(gè)別大水滴凍結(jié)的高度（一般認(rèn)為溫度達(dá)-12～-16℃）；③要有強(qiáng)的風(fēng)切變（風(fēng)向或風(fēng)速發(fā)生變化）；④云的垂直厚度不能小于6～8千米；⑤積雨云內(nèi)含水量豐富。一般為3～8g/m3，在最大上升速度的上方有一個(gè)液態(tài)過冷卻水的累積帶；⑥云內(nèi)應(yīng)有傾斜的、強(qiáng)烈而不均勻的上升氣流，一般在10～20米/秒以上。

（2）冰雹的形成93冰雹形成的基本原理：在對流特別旺盛的對流云（積雨云）中，當(dāng)水汽隨氣流上升預(yù)冷會凝結(jié)成小水滴，隨著高度增加溫度進(jìn)一步降低，達(dá)到0℃以下時(shí)，水滴就凝結(jié)成冰粒或冰晶，在它繼續(xù)上升過程中，會吸附其周圍小冰?；蛩味L大，直到其重量無法為上升氣流所承載時(shí)就會下降，當(dāng)其降落至較高溫度區(qū)域時(shí)，其表面溶解成水，同時(shí)亦會吸附周圍小水滴，此時(shí)若遇強(qiáng)大上升氣流再被抬升，其表面則又凝結(jié)成冰。若此反復(fù)進(jìn)行如滾雪球般其體積越來越大，直至它的重量大于浮力和上升氣流的頂托力時(shí)，冰球開始降落，若達(dá)到地面時(shí)未全部溶解成水，仍存在固態(tài)冰粒者，此即為冰雹。94（3）人工防雹的原理：

設(shè)法減少或切斷給小冰胚的水分供應(yīng)——向云中播撒足夠量的催化劑，以產(chǎn)生大量冰晶，迅速形成更多的水滴或冰粒，造成同雹胚競爭水分的優(yōu)勢，從而抑制雹塊的增長。（4）人工防雹的方法人工防雹是用高炮或火箭將裝有碘化銀的彈頭發(fā)射到冰雹云的適當(dāng)部位，以噴焰或爆炸的方式播撒碘化銀，或用飛機(jī)在云層下部播撒碘化銀焰劑。2、人工降水人工降水是根據(jù)不同云層的物理特性，選擇合適時(shí)機(jī)，用飛機(jī)、火箭向云中播撒干冰、碘化銀、鹽粉等催化劑，使云層降水或增加降水量，以解除或緩解農(nóng)田干旱、增加水庫灌溉水量或供水能力，或增加發(fā)電水量等。中國最早的人工降雨試驗(yàn)是在1958年，吉林省遭受到60年未遇大旱，人工降雨獲得了成功。1987年在撲滅大興安嶺特大森林火災(zāi)中人工降雨發(fā)揮了重要作用。人工影響云的微物理過程：

①可以在一定條件下使本來不能自然降水的云受激發(fā)而降水

→水分供應(yīng)小，經(jīng)濟(jì)價(jià)值有限

②可使那些水分供應(yīng)較多、往往能自然降水的云，提高降水效率而增加降水量→經(jīng)濟(jì)效益最大

人工降水存在的問題：

如何估價(jià)人工降水的效果非常困難？

人工催化增加的降水量，是催化后的實(shí)際降水量和不經(jīng)催化的自然可能降水量之差。實(shí)際降水量可以測定，但能否正確估價(jià)自然可能降水量，就成了效果檢驗(yàn)的關(guān)鍵：①線性回歸②隨機(jī)試驗(yàn)97（1）人工影響冷云（云體溫度低于0℃）降水在溫度低于0°C的冷云降水過程中，冰晶濃度起著重要的作用。冷云之所以很少降水，主要是云內(nèi)缺乏冰晶，云滴得不到增長。冷云產(chǎn)生降水的基本原理是在云內(nèi)制造適量的冰晶，使其產(chǎn)生冰晶效應(yīng)，使水滴蒸發(fā)，冰晶增長。當(dāng)冰晶長大到一定尺度后，發(fā)生沉降，沿途由于凝華和沖并增長而變成大的降水質(zhì)點(diǎn)下降——靜力催化人工降雨所采用的方法，因云的性質(zhì)不同，有以下兩種：人工影響冷云/曖云降水在云體的過冷卻（-10℃）部分，大量而迅速地引入人工冰核。當(dāng)冰核轉(zhuǎn)化成冰晶時(shí)，要釋放大量潛熱，使云內(nèi)溫度升高，形成或增大上升氣流，促使云體在垂直和水平方向迅速發(fā)展，相應(yīng)延長云的生命期，加速云內(nèi)降水形成過程，從而增加降水量。——動力催化靜力催化與動力催化都是從影響云的微物理結(jié)構(gòu)著手，所不同的是靜力催化著眼于云內(nèi)水的相態(tài)不穩(wěn)定性，動力催化立足于影響或加強(qiáng)云內(nèi)的熱力不穩(wěn)定。