大氣和氣候－第二節(jié)

第二節(jié)大氣水分和降水

大氣從海洋、湖泊、河流及潮濕土壤的蒸發(fā)中或植物的蒸騰中獲得水分。水分進(jìn)入大氣后，由于它本身的分子擴(kuò)散和空氣的運(yùn)動(dòng)傳遞而散布于大氣之中。在一定條件下水汽發(fā)生凝結(jié)，形成云、霧等天氣現(xiàn)象，并以雨、雪等降水形式重新回到地面。地球上的水分就是通過(guò)蒸發(fā)、凝結(jié)和降水等過(guò)程循環(huán)不已。因此，地球上水分循環(huán)過(guò)程對(duì)地—?dú)庀到y(tǒng)的熱量平衡和天氣變化起非常重要的作用。大氣中的水分狀況是決定云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的重要因素。一、大氣濕度（一）濕度的概念及其表示方法表示大氣水汽含量多少的物理量。

1、水汽壓(vaporpressure)和飽和水汽壓：水汽壓隨高度迅速下降，下降速度比氣壓要快。

大氣壓力是大氣中各種氣體壓力的總和。水汽和其它氣體一樣，也有壓力.大氣中的水汽所產(chǎn)生的那部分壓力稱水汽壓(e)。它的單位和氣壓一樣，也用hPa表示。在溫度一定情況下，單位體積空氣中的水汽量有一定限度，如果水汽含量達(dá)到此限度，空氣就呈飽和狀態(tài)，這時(shí)的空氣，稱飽和空氣。飽和空氣的水汽壓(E)稱飽和水汽壓，也叫最大水汽壓。超過(guò)這個(gè)限度，水汽就開(kāi)始凝結(jié)。2、絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度

絕對(duì)濕度(absolutehumidity)

：指單位體積空氣中含有的水汽質(zhì)量，也即空氣的水汽密度。對(duì)濕度不能直接測(cè)得，需要通過(guò)其他量間接測(cè)得。相對(duì)濕度(relativehumidity)

：空氣中實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值，f=(e/E)*100%相對(duì)濕度接近100％時(shí)，表明當(dāng)時(shí)空氣接近于飽和。當(dāng)水汽壓不變時(shí)，氣溫升高，飽和水汽壓增大，相對(duì)濕度會(huì)減小。3.露點(diǎn)溫度在空氣中水汽含量不變，氣壓一定的條件下，使空氣冷卻達(dá)到飽和時(shí)的溫度，稱露點(diǎn)溫度，簡(jiǎn)稱露點(diǎn)(Td)。單位與氣溫相同。在氣壓一定時(shí)，露點(diǎn)的高低只與空氣中的水汽含量有關(guān)，水汽含雖愈多，露點(diǎn)越高，所以露點(diǎn)也是反映空氣中水汽含量的物理量。在實(shí)際大氣中，空氣經(jīng)常處于未飽和狀態(tài)，露點(diǎn)溫度常比氣溫低(Td＜T)，因此，根據(jù)其差值(溫度露點(diǎn)差)，可以大致判斷空氣距離飽和的程度。上述各種表示濕度的物理量中，水汽壓、絕對(duì)濕度、露點(diǎn)基本上表示空氣中水汽含量的多寡；而相對(duì)濕度、飽和差則表示空氣距離飽和的程度。（二）濕度的變化與分布1、相對(duì)濕度的日變化－與氣溫日變化相反（二）濕度的變化與分布2、相對(duì)濕度的年變化因?yàn)橄鄬?duì)濕度與水汽壓和溫度都有關(guān)系，年變化情況比較復(fù)雜。一般情況下，相對(duì)濕度夏季最小，冬季最大。但是在季風(fēng)氣候地區(qū)，冬季風(fēng)來(lái)自大陸，水汽特別少，夏季風(fēng)來(lái)自海洋，高溫而潮濕，所以相對(duì)濕度以冬季最小，而夏季最大。（二）濕度的變化與分布3、濕度的地理分布

相對(duì)濕度分布隨距海遠(yuǎn)近與緯度高低而不同。我國(guó)東南沿海相對(duì)濕度年平均值為80％，內(nèi)蒙40％。赤道帶全年高溫，水汽來(lái)源充沛，80％以上；副熱帶，尤其是大陸內(nèi)部，下沉氣流占優(yōu)勢(shì)，水汽來(lái)源極少－50％；高緯地帶，全年低溫相對(duì)濕度達(dá)到80％。北緯/0N5152535455565水汽壓/hPa相對(duì)濕度/%25.37922.97518.47112.9709.3746.5754.182二、蒸發(fā)和凝結(jié)（一）、判斷蒸發(fā)的依據(jù)蒸發(fā)：水分從水面、土壤和植物表面逸入空氣中的物理過(guò)程，即為蒸發(fā)。蒸發(fā)面上出現(xiàn)蒸發(fā)（升華）還是凝結(jié)（凝華）決定于實(shí)際水汽壓（e

）和飽和水汽壓（E

）的關(guān)系。假設(shè)N為單位時(shí)間內(nèi)跑出水面的水分子數(shù)，n為單位時(shí)間內(nèi)落回水中的水汽分子數(shù)，則，（一）影響蒸發(fā)的因素與蒸發(fā)量1、水源：沒(méi)有水源就不可能有蒸發(fā)，在沙漠中，幾乎沒(méi)有蒸發(fā)。2、熱源：蒸發(fā)必須消耗熱量，在蒸發(fā)過(guò)程中如果沒(méi)有熱量供給，蒸發(fā)減緩或逐漸停止。3、飽和差：蒸發(fā)速度與飽和差成正比。飽和差愈大，蒸發(fā)速度也愈快。

4、風(fēng)速與湍流擴(kuò)散：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(wú)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。

（二）凝結(jié)和凝結(jié)條件——

1、空氣中的水汽達(dá)到飽和和過(guò)飽和；絕熱冷卻：空氣上升時(shí)，因絕熱膨脹而冷卻——空氣溫度迅速降低，在短時(shí)間內(nèi)引起凝結(jié)現(xiàn)象——大雨或中雨。輻射冷卻：空氣本身因向外放散熱量產(chǎn)生冷卻。輻射冷卻過(guò)程一般較慢，水汽凝結(jié)量不多，只能形成露、霜、霧、層狀云。平流冷卻：較暖的空氣經(jīng)過(guò)冷地面，由于不斷把熱量傳給冷的地表造成空氣本身冷卻?！Y(jié)混合冷卻：溫度相差較大且接近飽和的兩團(tuán)空氣混合時(shí)，混合后氣團(tuán)的平均水汽壓可能比混合前的飽和水汽壓大，多余的水汽就會(huì)凝結(jié)。（二）凝結(jié)和凝結(jié)條件——2、凝結(jié)核：兩個(gè)作用：1）對(duì)水汽的吸附作用，2）讓形成的滴粒比單純由水分子聚集而成的滴粒大得多，使之處于潮濕環(huán)境，利于水汽凝結(jié)。三、水汽的凝結(jié)現(xiàn)象(一）、地表面的凝結(jié)現(xiàn)象1、霜與露傍晚或夜間，地面或地物由于輻射冷卻，使貼近地表面的空氣層也隨之降溫，當(dāng)其溫度降到露點(diǎn)以下，即空氣中水汽含量過(guò)飽和時(shí)，在地面或地物的表面就會(huì)有水汽的凝結(jié)。如果此時(shí)的露點(diǎn)溫度在0℃以上，在地面或地物上就出現(xiàn)微小的水滴，稱為露。如果露點(diǎn)溫度在0℃以下，則水汽直接在地面或地物上凝華成白色的冰晶，稱為霜。有時(shí)已生成的露，由于溫度降至0℃以下，凍結(jié)成冰珠，稱為凍露，實(shí)際上也歸入霜的一類(lèi)。2、霧凇和雨凇

霧淞是一種白色固體凝結(jié)物，由過(guò)冷霧滴附著于地面物體或樹(shù)枝迅速凍結(jié)而成。雨凇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(guò)冷卻雨滴降到溫度低于o℃的地面或地物上凍結(jié)而成的.露(dew)霜(frost)霧?。╮ime)雨凇（glaze）2、大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象1、霧(fog)

霧是懸浮于近地面空氣中的大量水滴或冰晶，使水平能見(jiàn)度小于1km的物理現(xiàn)象。如果能見(jiàn)度在l一10km范圍內(nèi)，則稱為輕霧。A.輻射霧：由下墊面輻射冷卻，水汽凝結(jié)成微小水滴而產(chǎn)生的霧。多出現(xiàn)于早晨和夜晚。形成的條件是：晴朗、無(wú)風(fēng)和相當(dāng)高的濕度。B.平流霧:

暖氣團(tuán)在冷的下墊面上移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的霧。厚度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、分布范圍廣。其形成不受天氣陰晴的限制。風(fēng)速太大不利于平流霧的形成。C.上坡霧:

濕空氣沿山坡上升絕熱冷卻而形成的霧。主要出現(xiàn)在我國(guó)高原地區(qū)的迎風(fēng)山坡。D.蒸汽霧:

秋季，河湖水溫一般高于氣溫，水汽不斷從水面蒸發(fā)出來(lái)，此時(shí)如果空氣的濕度達(dá)到一定高度，則形成蒸汽霧。

E.鋒面霧：包括鋒前霧、鋒后霧和鋒際霧三種。鋒前霧是在暖鋒前形成的，鋒后霧是在冷鋒后形成的，鋒際霧是在鋒線上形成的。云的形成

A：熱力對(duì)流：指地表受熱不均和大氣層結(jié)不穩(wěn)定引起的對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)。由對(duì)流運(yùn)動(dòng)所形成的云多屬積狀云。

B：動(dòng)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(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)形成的云主要是層狀云。狀云。

C：大氣波動(dòng)：

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(dòng)。由大氣波動(dòng)產(chǎn)生的云主要屬于波狀云。

D：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(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)形成的云既有積狀云．也有波狀云和層狀云，通常稱之為地形云。漂浮在天空中的云是由許多細(xì)小的水滴或冰晶組成的，其底部不接觸地面，并有一定厚度。

云量：表示云的多少，以其所遮蔽天空面積來(lái)度量。把天空面積分為十等份，有3份被云遮蔽則云量記為3，滿天有云記為10，萬(wàn)里無(wú)云記為0。2、云(clouds)云的分類(lèi)云型低中高層狀云雨層云高層云卷層云、卷云、卷云波狀云層積云高積云卷積云積狀云淡積云濃積云積雨云成因、特點(diǎn)是均勻幕狀云層，具有較大水平范圍，覆蓋數(shù)千甚至上萬(wàn)平方公里的地區(qū)。由空氣斜升運(yùn)動(dòng)形成。表面呈波狀起伏或魚(yú)鱗狀的云層。因空氣密度不同、運(yùn)動(dòng)速度不等的兩個(gè)氣層界面上產(chǎn)生波動(dòng)而形成的。出現(xiàn)時(shí)常呈鼓勵(lì)分散狀態(tài)。是空氣對(duì)流上，體積膨脹絕熱冷卻，水汽發(fā)生冷凝而成。只有當(dāng)對(duì)流高度超過(guò)凝結(jié)高度，才能形成積狀云。高積云卷云卷層云雨層云層云高層云積雨云積云云的分類(lèi)積雨云雷暴云砧空の低いところにできる低層雲(yún)。山にかかっているような雲(yún)は、ほとんどこの雲(yún)である。

橫に層狀に広がった雲(yún)で、地面につくと、霧になる。層雲(yún)高層雲(yún)

ほぼ全空をおおう幕のように灰色の薄い雲(yún)。曇りガラスのような感じに見(jiàn)える。この雲(yún)を通して月を見(jiàn)ると、おぼろ月夜になる。巻層雲(yún)空の高いところにできる上層雲(yún)。薄いベールのような雲(yún)。太陽(yáng)や月のまわりにできる日がさ、月がさは、この雲(yún)によるもの。この雲(yún)が見(jiàn)えると、次第に雲(yún)が低く厚くなり、天気が悪くなることが多い。巻雲(yún)

空の高いところにできる上層雲(yún)。ほうきではいた時(shí)のようなすじ狀の雲(yún)。すじ雲(yún)と呼ばれることもある。高気圧におおわれたような時(shí)によく現(xiàn)れるので、天気は比較的良い。空の低いところにできる灰色の雲(yún)で、しとしとと長(zhǎng)く続く雨や雪を降らせる。

亂層雲(yún)の「亂」という文字は、降水（雨?雪）を表している。亂層雲(yún)－雨層云

固まり?duì)瞍蔷dのような雲(yún)。日中、暖められた空気が上昇することよって成長(zhǎng)する。大きく成長(zhǎng)すると積亂雲(yún)となって、雷や夕立になる。夕方になると消えてしまうことが多い。積雲(yún)空の中層にできる雲(yún)（中層雲(yún)）。ひつじのような固まりの雲(yún)が並んでいるような雲(yún)。巻積雲(yún)に似ているが、高積雲(yún)は１つ１つの固まりが大きく巻積雲(yún)より低いところに見(jiàn)える。秋の晴天に見(jiàn)られるが、次第に厚くなってくるときは天気が崩れる。高積雲(yún)

空の高いところにできる上層雲(yún)。小さな固まりがたくさん集まったように見(jiàn)える雲(yún)。いわし雲(yún)やうろこ雲(yún)に代表される。秋によく見(jiàn)られる。高積雲(yún)（ひつじ雲(yún)）に比べて、１つ１つの雲(yún)が小さく、高いところにあるように見(jiàn)える。巻積雲(yún)積雲(yún)が空の高いところまで成長(zhǎng)したもの。成層圏に達(dá)して平たくつぶれることもある（かなとこ雲(yún)）。夕立のような、強(qiáng)い雨を短時(shí)間降らせる。雷が起きるときも、この雲(yún)である。積亂雲(yún)－積雨云２．１０種雲(yún)形雲(yún)は、できる高さから上層雲(yún)、中層雲(yún)、下層雲(yún)に分けられます。また、形から層雲(yún)のなかま、積雲(yún)のなかまに分けられます。雨が降らせているかどうかでも區(qū)別されます。そのことを、表にまとめると次のようになります。名稱俗稱特徴ＡＢＣＤＥ層狀雲(yún)上層雲(yún)巻雲(yún)すじ雲(yún)○

巻積雲(yún)うろこ雲(yún)、いわし雲(yún)

○

巻層雲(yún)うす雲(yún)

○

中層雲(yún)高積雲(yún)ひつじ雲(yún)

○

高層雲(yún)おぼろ雲(yún)

○

下層雲(yún)層積雲(yún)うね雲(yún)、くもり雲(yún)

○○

層雲(yún)きり雲(yún)

○

亂層雲(yún)あま雲(yún)、ゆき雲(yún)

○

○対流雲(yún)積雲(yún)わた雲(yún)

○

積亂雲(yún)入道雲(yún)、かみなり雲(yún)

○○

Ａ：髪の毛のようなＢ：小さな雲(yún)片が群をなすＣ：層狀をしている

Ｄ：モクモクしたＥ：雨を降らせる四、大氣降水(precipitation)指從天空降落到地面的液態(tài)或固態(tài)水，包括雨、雪、霰、雹等。冰雹（一）、降水的形成Raindropformation云滴的沖并增長(zhǎng)云滴凝結(jié)增長(zhǎng)(二)、降水量及其觀測(cè)（二）降水的類(lèi)型1、對(duì)流雨

大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)引起的降水現(xiàn)象。近地面層空氣受熱或高層空氣強(qiáng)烈降溫，促使低層空氣上升，水汽冷卻凝結(jié)，形成對(duì)流雨。2、地形雨氣流沿山坡被迫抬升引起的降水現(xiàn)象。地形雨常發(fā)生在迎風(fēng)坡。3、鋒面雨鋒面活動(dòng)時(shí)，暖濕空氣中上升冷卻凝結(jié)而引起的降水現(xiàn)象。鋒面常與氣旋相伴而生，所以又把鋒面雨稱為氣旋雨。4、臺(tái)風(fēng)雨臺(tái)風(fēng)活動(dòng)帶來(lái)的降水現(xiàn)象，稱為臺(tái)風(fēng)雨。地形雨臺(tái)風(fēng)垂直結(jié)構(gòu)瓜田變汪