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第二节大气水分和降水

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大气水分和降水 第二节大气水分和降水 第二节第二节大气 水分和降水大气 第二节大气水分与降水
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第二节第二节 大气水分和降水大气水分和降水 一、大气湿度一、大气湿度 大气中水分含量的多少,称为大气中水分含量的多少,称为 湿度,即空气的干湿程度。湿度,即空气的干湿程度。 大气的湿度状况是决定云、雾、大气的湿度状况是决定云、雾、 降水等天气现象的重要因素降水等天气现象的重要因素 (一)湿度的表示方法(一)湿度的表示方法 1 1、、水汽压水汽压:: 指大气中水汽部分的分压力,用指大气中水汽部分的分压力,用 e e 表示,单位是表示,单位是 hPahPa 。。空气中水汽含量越多,水空气中水汽含量越多,水 汽压越大。汽压越大。 2 2、、饱和水汽压饱和水汽压:: 指一定体积空气在一定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温度条件下所能容纳的最大水汽量所具有 的压力,用的压力,用 E E 表示,其单位与水汽压相同。饱和表示,其单位与水汽压相同。饱和 水汽压随温度升高而增大,随温度降低而减小。水汽压随温度升高而增大,随温度降低而减小。 3 3、、绝对湿度绝对湿度:: 指单位体积湿空气所含有指单位体积湿空气所含有 的水汽质量,又称为水汽密度,的水汽质量,又称为水汽密度, 用用 a a 表示,表示, 其单位为其单位为 g g//mm3 3 或 或 g g//cmcm3 3 。 。空气中水汽空气中水汽 含量越多,绝对湿度就越大。含量越多,绝对湿度就越大。 由于水汽含由于水汽含 量难以直接测量,通常以量难以直接测量,通常以 e e 代替代替 a a 。。 4 4、、相对湿度相对湿度:: 指空气中实际水汽压与同指空气中实际水汽压与同 温度下的饱和水汽压之比的百分数,用温度下的饱和水汽压之比的百分数,用 f f 表示,即:表示,即: f f == e e //E E ×100×100%% ————相对湿度大小直接反映空气距离饱和相对湿度大小直接反映空气距离饱和 的程度,当的程度,当 e e 不变时,气温升高饱和水汽不变时,气温升高饱和水汽 压增大,相对湿度减小。压增大,相对湿度减小。 5 5、、饱和差饱和差:: 指在一定温度下,饱和水汽指在一定温度下,饱和水汽 压与空气中实际水汽压之差,用压与空气中实际水汽压之差,用 d d 表示。表示。 d d == E E-- e e ,,单位与水汽压相同。饱和差单位与水汽压相同。饱和差 越大,说明空气中水汽含量越少。越大,说明空气中水汽含量越少。 6 6、、露点露点:: 指空气中水汽含量不变,气压保持一定时,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。用气温下降到使空气达到饱和时的温度。用 TdTd 表示。表示。 在饱和空气中,在饱和空气中, T T--TdTd == 0 0 ;; 而在未饱和空气中而在未饱和空气中 ,则,则 T T--TdTd ==>> 0 0 。。 T T--TdTd 差值越大,相对湿度越差值越大,相对湿度越 小,反之相对湿度越大。气温降到露点,是水汽凝结小,反之相对湿度越大。气温降到露点,是水汽凝结 的必要条件。的必要条件。 露点的简单测量露点的简单测量 1 1、以量杯装盛自来水片刻,让水温、以量杯装盛自来水片刻,让水温 和气温一致;和气温一致; 2 2、放入温度计,慢慢加入少量冰块、放入温度计,慢慢加入少量冰块 ,观测水温的降低;,观测水温的降低; 3 3、等候片刻或继续加入多一些冰块、等候片刻或继续加入多一些冰块 ,直至量杯外表面出现水珠,此时,直至量杯外表面出现水珠,此时 温度计的读数即为露点温度。温度计的读数即为露点温度。 (二)湿度的变化与分布(二)湿度的变化与分布 1 1、日变化:、日变化: 相对湿度相对湿度 的日变化主要取决于气的日变化主要取决于气 温。气温高相对湿度小温。气温高相对湿度小 ,气温低相对湿度大。,气温低相对湿度大。 因为气温增高时,饱和因为气温增高时,饱和 水汽压增大比水汽压增水汽压增大比水汽压增 大要快得多,气温降低大要快得多,气温降低 时相反。因此,相对湿时相反。因此,相对湿 度最高值出现在清晨气度最高值出现在清晨气 温最低时,最低值出现温最低时,最低值出现 在午后气温最高时。在午后气温最高时。 沿海地区白天盛行海风,水汽含量沿海地区白天盛行海风,水汽含量 较多,故相对湿度最高值出现在午较多,故相对湿度最高值出现在午 后;晚间陆风盛行,水汽含量明显后;晚间陆风盛行,水汽含量明显 减少,相对湿度最低值出现在日出减少,相对湿度最低值出现在日出 之前。之前。 2 2、年变化:、年变化: 相对湿度的年变化,相对湿度的年变化, 一般是冬季最大,夏季最小。但季一般是冬季最大,夏季最小。但季 风气候区相反,夏季大冬季小,因风气候区相反,夏季大冬季小,因 为夏季风来自海洋,而冬季风来自为夏季风来自海洋,而冬季风来自 大陆。大陆。 3 3、湿度的空间分布、湿度的空间分布 相对湿度的空间分布特征取决于相对湿度的空间分布特征取决于 纬度和海陆分布状况。纬度和海陆分布状况。 赤道地带终年高温多雨,而高纬赤道地带终年高温多雨,而高纬 度地带则全年低温,所以相对湿度都度地带则全年低温,所以相对湿度都 较高较高≥80≥80%。副热带区域,相对湿度%。副热带区域,相对湿度 较低,约较低,约5050%。%。 通常,相对湿度大陆小海洋大。通常,相对湿度大陆小海洋大。 在大陆,距离海洋越近,相对湿度越在大陆,距离海洋越近,相对湿度越 大;距离海洋越远,相对湿度越小。大;距离海洋越远,相对湿度越小。 二、水相变化二、水相变化 (一)水相变化过程(一)水相变化过程 水相变化与潜热交换:水相变化与潜热交换: 蒸发蒸发————由水变成水汽;由水变成水汽; 凝结凝结————由水汽变成水;由水汽变成水; 冻结冻结————由水变成冰;由水变成冰; 融解融解————由冰变成水;由冰变成水; 凝华凝华————由水汽直接变成冰;由水汽直接变成冰; 升华升华————由冰直接变成水汽。由冰直接变成水汽。 ◆◆水的相变过程伴随着能量转化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)。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)。过程,称为潜热交换(过程)。 蒸发、融解、升华蒸发、融解、升华————吸收潜热;吸收潜热; 凝结、冻结、凝华凝结、冻结、凝华————释放潜热。释放潜热。 例如:例如: 常温下,水的蒸发潜热为常温下,水的蒸发潜热为 L L == 2497 J 2497 J ,, 即蒸发即蒸发 1 1 g g 水需要消耗水需要消耗 2497 J 2497 J 的热量;的热量; 与此相反,与此相反, 1 1 g g 水冻结成冰则可释放出水冻结成冰则可释放出 334.7 334.7 J J 热量。热量。 (二)蒸发及其影响因素(二)蒸发及其影响因素 当当 e e << E E 时,出现蒸发;时,出现蒸发; 当当 e e >> E E 时,则出现凝结。时,则出现凝结。 E E 和和 e e都是不断变化的,通常都是不断变化的,通常E E的变化更迅速更的变化更迅速更 明显,因此明显,因此E E在蒸发和凝结的相互转化中其主在蒸发和凝结的相互转化中其主 要作用。要作用。 1.影响蒸发的因素 温度条件:温度条件: • • 蒸发面温度越高,蒸发越快。因为温度蒸发面温度越高,蒸发越快。因为温度 高时蒸发面的高时蒸发面的E E大,饱和差也大。大,饱和差也大。 • • 同温度条件下,冰面蒸发比水面慢;海同温度条件下,冰面蒸发比水面慢;海 水比淡水慢;清水比浊水慢。水比淡水慢;清水比浊水慢。 蒸发受气象因子和地理环境影响蒸发受气象因子和地理环境影响 湿度条件:湿度条件: • • 空气湿度越大,饱和差越小,蒸发过程空气湿度越大,饱和差越小,蒸发过程 越缓慢;空气湿度越小,饱和差越大,越缓慢;空气湿度越小,饱和差越大, 蒸发过程越迅速。蒸发过程越迅速。 风力条件:风力条件: • • 风力越大,蒸发越快风力越大,蒸发越快 2、蒸发量 • • ◆◆蒸发量:因蒸发而消耗的水量,以水层厚度蒸发量:因蒸发而消耗的水量,以水层厚度 mm mm 表示。蒸发表示。蒸发 1 1 mm mm 厚的水,相当于厚的水,相当于 1 1 m2m2 • • 面积上蒸发面积上蒸发 1000 1000g g 的水量。的水量。 • • ◆◆蒸发速率:单位时间从单位面积上蒸发出来蒸发速率:单位时间从单位面积上蒸发出来 的水分质量,单位为的水分质量,单位为 g g//cm2 · s cm2 · s 。。 • • ————蒸发量变化与气温变化基本一致,即每天蒸发量变化与气温变化基本一致,即每天 午后最大日出前最小;夏季大冬季小;海洋大午后最大日出前最小;夏季大冬季小;海洋大 、大陆小。降水多的地方蒸发量也大;干旱区、大陆小。降水多的地方蒸发量也大;干旱区 蒸发能力强,但蒸发量小。蒸发能力强,但蒸发量小。 (三)凝结及其条件(三)凝结及其条件 ————空气中水的凝结必须具备两个条件: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;空气要达到饱和或过饱和状态; ◆◆要有凝结核。要有凝结核。 ————空气达到饱和或过饱和的途径: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;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、雨产生的主要冷却而产生(绝热冷却:云、雨产生的主要 方方 式;辐射冷却和平流冷却:雾、露、霜等式;辐射冷却和平流冷却:雾、露、霜等 产生的主要方式,混合冷却产生的主要方式,混合冷却 )。)。 ▲▲凝结核凝结核————指具有吸湿性、可作为水汽凝指具有吸湿性、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。海洋少;城市多乡村少,工业区最多。 三、水汽凝结现象三、水汽凝结现象 1 1、地面凝结现象、地面凝结现象 ————当近地面层空气冷却至露点温度以下时,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。水汽会凝结在地面或地面物体上。 ◆◆露露 如果露点温度高于如果露点温度高于 0 0 ℃℃,水汽凝结为液态,水汽凝结为液态 ,称为露。露的水量虽然很小,胆对植物的,称为露。露的水量虽然很小,胆对植物的 生长却十分有利,尤其是干旱区和干热天气生长却十分有利,尤其是干旱区和干热天气 情况下,露常有维持植物生命的功效。情况下,露常有维持植物生命的功效。 ◆◆霜霜 如果露点温度低于如果露点温度低于 0 0 ℃℃,水汽凝结为固态,水汽凝结为固态 ,称为霜;,称为霜; ◆◆霜冻霜冻 是指温度下降到足以引起农作物受害或死是指温度下降到足以引起农作物受害或死 亡的低温。亡的低温。 ★★露和霜的形成条件:近地面层空气湿度要大露和霜的形成条件:近地面层空气湿度要大 ;有利于辐射冷却的天气条件;地面或地物热;有利于辐射冷却的天气条件;地面或地物热 传导不良。传导不良。 霜期的长短对农业有重要意义。入冬后第一个霜期的长短对农业有重要意义。入冬后第一个 霜日叫初霜日;最末一个霜日较终霜日。初霜霜日叫初霜日;最末一个霜日较终霜日。初霜 日至终霜日的持续时间称为霜期。一般说来纬日至终霜日的持续时间称为霜期。一般说来纬 度越高霜期越长,海拔越高霜期越长。霜期越度越高霜期越长,海拔越高霜期越长。霜期越 长对农业生产越不利。长对农业生产越不利。 雾凇雾凇 是一种白色固体凝结物,有过冷雾滴附着与地是一种白色固体凝结物,有过冷雾滴附着与地 面物体或树枝迅速冻结而成,俗称面物体或树枝迅速冻结而成,俗称“ “树挂树挂” ”。多。多 出现于寒冷而湿度高的天气条件下。雾凇和霜出现于寒冷而湿度高的天气条件下。雾凇和霜 的形状相似,但形成过程有别。的形状相似,但形成过程有别。 雨凇雨凇 是形成在地面或地物迎风面上的,透明的或毛玻璃状是形成在地面或地物迎风面上的,透明的或毛玻璃状 的紧密冰层,俗称的紧密冰层,俗称“ “冰凌冰凌” ”。多半在温度为。多半在温度为0~-60~-6℃℃时,时, 有过冷却雨、毛毛雨接触物体表面形成;或是经过长有过冷却雨、毛毛雨接触物体表面形成;或是经过长 期严寒后,雨滴降落在极冷物体表面冻结而成。期严寒后,雨滴降落在极冷物体表面冻结而成。 雾凇和雨凇通常都形成于树枝、电线上雾凇和雨凇通常都形成于树枝、电线上 。严重时可压断电线、折损树木。特别。严重时可压断电线、折损树木。特别 是雨凇的破坏性更大,坚硬的冰层使被是雨凇的破坏性更大,坚硬的冰层使被 覆盖的庄稼糜烂、牲畜无草可吃,道路覆盖的庄稼糜烂、牲畜无草可吃,道路 变滑,农牧业和交通运输业受损。变滑,农牧业和交通运输业受损。 2 2、空中凝结现象(云和雾)、空中凝结现象(云和雾) ★★雾:指漂浮在近地面层、由水汽凝结(凝雾: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。当能见度小于体。当能见度小于 1 1 km km 称为雾;称为雾;1 — 10 1 — 10 kmkm 的称为轻雾。当空气中烟尘等微粒较多时,的称为轻雾。当空气中烟尘等微粒较多时, 也能导致能见度降低,这种现象称为霾。也能导致能见度降低,这种现象称为霾。 ◆◆雾的类型:雾的类型: 依据不同的成因,雾可以分为多种类型。依据不同的成因,雾可以分为多种类型。 辐射雾辐射雾———— 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,谚语有成;多出现于秋冬季节无云的夜晚,谚语有 “ “ 十雾九十雾九 晴晴 ” ” 之说。在大陆上最为常见,有以山谷、盆地为多之说。在大陆上最为常见,有以山谷、盆地为多 。。 平流雾平流雾———— 暖湿气流移到冷的下垫面上,冷却降温,水汽凝结而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,风力适宜,可持续存在;但暖湿形成;出现范围广,风力适宜,可持续存在;但暖湿 空气来源切断,雾即消失。我国沿海春夏季节的海雾空气来源切断,雾即消失。我国沿海春夏季节的海雾 ,即是平流雾。,即是平流雾。 蒸汽雾蒸汽雾———— 冷空气移到暖水面上形成的雾,称为蒸汽雾。这种雾冷空气移到暖水面上形成的雾,称为蒸汽雾。这种雾 可随时形成,也可终日不散。北冰洋较为常见。深秋可随时形成,也可终日不散。北冰洋较为常见。深秋 初冬的早晨,见于河面、湖面的轻雾。初冬的早晨,见于河面、湖面的轻雾。 上坡雾上坡雾———— 潮湿空气沿山坡上升使水汽凝结而产生的雾称为上坡潮湿空气沿山坡上升使水汽凝结而产生的雾称为上坡 雾。但潮湿空气必须处于稳定状态,山坡的坡度不能雾。但潮湿空气必须处于稳定状态,山坡的坡度不能 太大。在青藏高原、云贵高原的东部经常出现。太大。在青藏高原、云贵高原的东部经常出现。 锋面雾锋面雾———— 发生于锋面附近的雾称为锋面雾。主要是暖气团降水发生于锋面附近的雾称为锋面雾。主要是暖气团降水 落入冷空气层时,冷空气因雨滴蒸发而达到过饱和,落入冷空气层时,冷空气因雨滴蒸发而达到过饱和, 水气在锋面底部凝结而成。江淮一带梅雨季节常出现水气在锋面底部凝结而成。江淮一带梅雨季节常出现 锋面雾。锋面雾。 雾的地理分布,一般是沿海多于内陆,高纬多雾的地理分布,一般是沿海多于内陆,高纬多 于低纬,原因是这里的水汽容易达到饱和状态于低纬,原因是这里的水汽容易达到饱和状态 。川、黔一带雾日较多则是受当地特殊的盆地。川、黔一带雾日较多则是受当地特殊的盆地 地形和云贵高原的影响,水汽充足且不易流走地形和云贵高原的影响,水汽充足且不易流走 ,具有形成雾的有利条件所致。,具有形成雾的有利条件所致。 雾对植物的生长有益,可以增加土壤水分,减雾对植物的生长有益,可以增加土壤水分,减 少植物蒸腾。如云南南部高原盆地有明显的干少植物蒸腾。如云南南部高原盆地有明显的干 季,但此时多辐射雾,对植物和热带作物的生季,但此时多辐射雾,对植物和热带作物的生 长十分有利;皖南山区的河谷地河漫滩上茶叶长十分有利;皖南山区的河谷地河漫滩上茶叶 质量较高,也与秋冬季节多河谷烟雾有关。质量较高,也与秋冬季节多河谷烟雾有关。 城市之雾城市之雾1 1 城市之雾城市之雾2 2 山地之雾山地之雾 伦敦伦敦 ★★云云 ————指高悬于空中、由水汽凝结(凝华)而指高悬于空中、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。云成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。云 是气块上升过程绝热冷却降温,使水汽达到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。饱和或过饱和发生凝结而成。 ◆◆云的成因:云的成因: 对流运动对流运动————主要形成积状云;主要形成积状云; 系统性上升运动系统性上升运动————主要形成层状云;主要形成层状云; 波状运动波状运动————主要形成波状云;主要形成波状云; 地形作用地形作用————比较复杂,可以形成各种云。比较复杂,可以形成各种云。 ◆◆云的分类:按国际分类法,根据云的形成云的分类:按国际分类法,根据云的形成 高度,结合云的形态特征、结构、成因,将高度,结合云的形态特征、结构、成因,将 云分为云分为 3 3 族族 10 10 属属 29 29 种。种。 云的类型 云云 族族云云 属属符符 号号特特 征征 低低 云云 100 —100 ——— 2000 2000mm 积积积积 云云CuCu 由水滴由水滴组组组组成,云底成,云底 平坦,垂直向上平坦,垂直向上发发发发 展,常常展,常常产产产产生大量生大量 降水及降水及阵阵阵阵性降水。性降水。 积积积积雨云雨云CbCb 层积层积层积层积 云云ScSc 层层层层 云云StSt 雨雨层层层层云云NsNs 中中 云云 <<60006000mm 高高层层层层云云AsAs由水滴和冰晶由水滴和冰晶组组组组成成 ,可降水或,可降水或变变变变 雨雨层层层层云。云。 高高积积积积云云AcAc 高高 云云 >>60006000mm 卷卷 云云CiCi 由冰晶由冰晶组组组组成,一般成,一般 不不产产产产生降水。生降水。 卷卷层层层层云云CsCs 卷卷积积积积云云CcCc (1)积状云。积状云包括淡积云、浓积云和积雨云 ,出现时常呈孤立分散状态,是由于空气对流上升 ,体积膨胀绝热冷却,使水汽发生凝结而形成的。 积状云的形成取决于对流高度是否超过凝结高度。 只有对流高度超过凝结高度,才能形成积状云。 对流开始时,上升气流稍 高于凝结高度,即形成淡 积云 ,对流速度不大,湍 流较弱。 对流进一步发展,高度达到 0℃层以上,上升气流速度 可达15~20m/s,这时积云 顶成花椰菜状,为浓积云 对流继续发展,浓积云愈益壮 大,当云顶伸展到温度在-15℃ 以下的高空时,云顶水滴冻结 为冰晶,发展为积雨云。 积雨云厚度很大,中纬:5000-8000m,低纬:大于 10000m。速度可达30m/s,,根据云的伸展方向可判 断积雨云的移动方向。 热力对流、冷锋面对流、地形抬升等均可形成积状 云。热力对流形成积状云具有明显的日变化,上午 多为淡积云,随着对流增强发展为浓积云,下午对 流旺盛,成为积雨云,傍晚积雨云逐渐消退。 积云积云,,平底,向上发展平底,向上发展 积雨云在积雨云在1313分钟内的发展分钟内的发展 强烈发展的积雨云强烈发展的积雨云1 1 强烈发展的积雨云强烈发展的积雨云2 2 强烈发展的积雨云强烈发展的积雨云3 3 (2)层状云:层状云是均匀幕状云层,通常具有较大的水 平范围,覆盖数千甚至上万平方千米的地区。 层状云是由空气斜升运动形成的。最常见的斜升运动发生在 锋面上,即暖湿空气沿着冷空气的斜坡滑升,有时也可能是 暖湿空气沿地形界面缓慢滑升。暖湿空气上升运动速度虽然 一般只有1~10cm/s,但持续时间长,涉及范围广,所以能 形成面积广阔的云层。按云底高度可分为雨层云、高层云和 卷层云三类。 实际锋面上的云要复杂得多。云层中有时会出现断裂及稀疏 厚薄等不均匀的现象,这是由于暖空气内的湿度和上滑速度 不均而引起的,在特别干燥的锋面上仅出现高层云、卷层云 ,此外,在逆温层下部谁其集中、温度低也会出现层云、层 积云,一般出现在清晨或夜间。 坏天气的雨层云和降水前的有些云可以作为征兆,如卷层云 通常出现在层状云系的前部,卷层云的出现往往伴随有日晕 、月晕,有“日晕三更雨,月晕午时风”的谚语。 锋面云锋面云 雨层云雨层云 高层云高层云 卷云卷云1 1 卷云卷云2 2 卷云卷云3 3 卷层云卷层云1 1 (3)波状云:波状云是表面呈现波状欺负或鱼鳞状的 云层,包括卷积云、高积云、层积云和层云。 通常是因空气密度不同、运动速度不等的两个气层界 面上产生波动而形成的。在大气逆温层和等温层上下 ,空气密度和运动速度往往有较大差异,故常有波状 运动产生。如果相对湿度较大,波峰处因空气上升变 冷凝结成云块;波谷则因空气下沉增温,无云产生。 波状云的出现,表层气层稳定,天气少变。 “瓦块云,晒死人”、“天上鲤鱼斑,地上晒谷不用 翻”是指透光的高积云或透光的层积云出现后的天晴 表现。 卷积云是在卷层云或卷云上产生波动后演变成的所以 他和大片的层状云连在一起,表示将风雨来临。 波状云波状云1 1 波状云波状云2 2 高积云高积云 层积云层积云 层云层云 卷卷 积积 云云 ★★ 卫卫 星星 云云 图图 ★ ★ 晕晕 ————当天空中有冰晶组成的卷层云围绕当天空中有冰晶组成的卷层云围绕 在太阳或月亮的周围时,光线经过冰晶在太阳或月亮的周围时,光线经过冰晶 的折射和反射作用,偶而会出现一个或的折射和反射作用,偶而会出现一个或 两个以上的彩色光环围绕在太阳或月亮两个以上的彩色光环围绕在太阳或月亮 的四周,呈现内红外紫的排列,有时还的四周,呈现内红外紫的排列,有时还 会见到一些彩色或白色的光斑、光弧。会见到一些彩色或白色的光斑、光弧。 这种出现光圈、光斑及光弧等光学现象这种出现光圈、光斑及光弧等光学现象 统称为统称为 “ “ 晕晕 ” ”((halohalo))。。 卷层云卷层云2 2 谚语谚语 “ “ 日晕三更雨,月晕午时风日晕三更雨,月晕午时风 ” ” : : 表示已经表示已经 有锋面或低气压自远方接近,是为天气转坏的前兆有锋面或低气压自远方接近,是为天气转坏的前兆 。。 卷层云卷层云3 3 旗云(地形云)旗云(地形云) 火山云火山云 美国圣劳伦斯火山美国圣劳伦斯火山 UFOUFO云云 (地形云)(地形云) 法国法国 荚状云(地形云)荚状云(地形云) 镜状云(地形云)镜状云(地形云) ◆◆云量云量 ————天空被云遮蔽的程度叫云量,以天空被云遮蔽的程度叫云量,以0 0 ~~ 10 10 的的 成数表示。云量的多少与纬度、海陆分布、大成数表示。云量的多少与纬度、海陆分布、大 气环流等因素有关。气环流等因素有关。 晴天:晴天:0 0~~4 4;; 多云:多云:5 5 ~~ 8 8;; 阴天:阴天:9 9 ~~ 10 10 。。 ◆◆云量带云量带 赤道多云带:赤道多云带: 上升气流,热对流,云量上升气流,热对流,云量 6 6;; 纬度纬度 20 20 ° ° ~~ 3030° ° 少云带:少云带: 下沉气流,云量下沉气流,云量 4 4 ;; 中高纬多云带:中高纬多云带: 气团、锋面频繁活动,云量气团、锋面频繁活动,云量 6 6 ~~7 7 。。 四、降水四、降水 ————指从云层中降落到地面的液态或指从云层中降落到地面的液态或 固态水。固态水。包括雨、雪、霰、雹等。包括雨、雪、霰、雹等。 ◆◆降水量:指降落到地面上的雨和融降水量:指降落到地面上的雨和融 化后的雪、化后的雪、霰、霰、雹等集聚在水平面上雹等集聚在水平面上 的水层厚度,单位为的水层厚度,单位为 mm mm 。。 ◆◆降水强度:指单位时间内的降水量,降水强度:指单位时间内的降水量, 单位为单位为 mmmm//h h 或或 mmmm//d d 。。 ◆◆降水变率:指各年降水量的距平数降水变率:指各年降水量的距平数 与多年平均降水量的百分比,表示降与多年平均降水量的百分比,表示降 水量的变化程度。水量的变化程度。 C C v v = = 距平数/平均数距平数/平均数×100×100%% ◆◆水分条件水分条件 指降水量与实际蒸发量之差。指降水量与实际蒸发量之差。 降水量>蒸发量时,气候湿润;降水量>蒸发量时,气候湿润; 降水量<蒸发量时,气候干燥。降水量<蒸发量时,气候干燥。 (一)降水的形成(一)降水的形成 ————降水从云中来,但有云未必有降水。形降水从云中来,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,并在降落过程中气阻力和上升气流的顶托,并在降落过程中 不被蒸发掉。不被蒸发掉。 1 1、凝结(凝华)增长:指水汽分子凝结(凝、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)华)在云滴(冰晶)表面上,使云滴(冰晶) 增长的过程。增长的过程。 ①①过冷水滴蒸发过冷水滴蒸发→→冰晶凝华增长冰晶凝华增长 ②②小水滴蒸发小水滴蒸发→→大水滴凝结增长大水滴凝结增长 ③③暖水滴蒸发暖水滴蒸发→→冷水滴凝结增长冷水滴凝结增长 ★★冷云与暖云的云滴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由冰晶和过冷却水滴混合组成的云称为冷云称为冷 云或冰水混合云,其云体高度在云或冰水混合云,其云体高度在 0 0 ℃℃ 等温线以等温线以 上;而由不同大小、冷暖水滴组成的云则称为上;而由不同大小、冷暖水滴组成的云则称为 暖云,其云体高度在暖云,其云体高度在 0 0 ℃℃ 等温线以下。等温线以下。 ————在温度相同条件下,冰面饱和水汽压小于在温度相同条件下,冰面饱和水汽压小于 水面饱和水汽压,水面饱和水汽压, 水滴不断蒸发变小,而冰晶水滴不断蒸发变小,而冰晶 则不断凝华增大,这种过程称为冰晶效应。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。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。下降,所以单靠凝结(凝华)难以形成降水。 2 2、碰并增长、碰并增长 是指是指两个或两个以上的水滴相碰合并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,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。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,碰并增长在低纬度地区的暖云降水,碰并增长 更为重要。更为重要。 ★★人工降水人工降水 ————根据自然界降水的原理,利用催化剂,促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,达到降使云滴迅速凝结或碰并增大形成雨滴,达到降 水的方法。水的方法。 ◆◆冷云催化:冷云催化: 人工增加冰晶,产生冰晶效应。人工增加冰晶,产生冰晶效应。 方法:方法:①① ++干冰(降温干冰(降温→→自生冰晶);自生冰晶); ②② +人工冰核(碘化银、氯化汞等);+人工冰核(碘化银、氯化汞等); ◆◆暖云催化:暖云催化: 提供大水滴,促进凝结、碰并增长。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方法:+氯化钠、氯化钾等吸湿性物质. . ★★雨量和分级雨量和分级 种种类类类类 2424小小时时时时 降水量降水量 1212小小时时时时 降水量降水量 目目视视视视特征特征 小雨小雨< <10.0 10.0 mmmm<<5.0 5.0 mm mm 雨滴清晰可辨,地全湿雨滴清晰可辨,地全湿 ,无,无积积积积水或水或积积积积水形成很水形成很 慢慢 中雨中雨 10.010.0 ~~24.924.9 5.0 5.0 ~~ 14.9 14.9 雨滴雨滴连续连续连续连续 成成线线线线,可,可闻闻闻闻雨雨 声,地面声,地面积积积积水形成水形成较较较较快快 大雨大雨 25.0 25.0 ~~ 49.9 49.9 15.0 15.0 ~~ 29.9 29.9 雨滴模糊成片,雨声激雨滴模糊成片,雨声激 烈,地面烈,地面积积积积水形成很快水形成很快 暴雨暴雨 50.0 50.0 ~~ 99.9 99.9 30.030.0 ~~ 69.9 69.9 雨如雨如倾倾倾倾盆,盆,讲话讲话讲话讲话 受雨声受雨声 干干扰扰扰扰而听不清楚,地面而听不清楚,地面 积积积积水水→→水流水流 大暴雨大暴雨 100.0 100.0 ~~ 249.0 249.0 70.0 70.0 ~~ 139.9 139.9 特大暴雨特大暴雨> > 250.0 250.0>> 140.0 140.0 (二)降水的类型(成因分类)(二)降水的类型(成因分类) 1 1、对流雨:近地面气层强烈受热上升,冷却凝结形、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,成积雨云而降雨, 常伴随雷电现象,常伴随雷电现象, 又称热雷雨;又称热雷雨; 赤道常年可见,我国夏季常见;赤道常年可见,我国夏季常见; 2 2、气旋雨:气旋中心气压低,空气辐合上升凝结成、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;雨。降水范围广、时间较长; 3 3、锋面雨:冷暖气团相遇,暖湿气流沿锋面抬升凝、锋面雨:冷暖气团相遇,暖湿气流沿锋面抬升凝 结成雨。结成雨。 降水范围广、时间长。降水范围广、时间长。 在温带很常见;在温带很常见; 4 4、台风雨:可产生强度极大的降水。夏秋季常见;、台风雨:可产生强度极大的降水。夏秋季常见; 5 5、地形雨:暖湿气流沿山地迎风坡抬升冷却凝结而、地形雨:暖湿气流沿山地迎风坡抬升冷却凝结而 降水。降水。 山地迎风坡常形成多雨中心,山地迎风坡常形成多雨中心, 而背风坡则由而背风坡则由 于焚风效应,降水少,成为雨影区。于焚风效应,降水少,成为雨影区。 ★★降水的类型(性质分类)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、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。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,降水历明显的大小变化,但其变化较缓慢,降水历 时长短不等。时长短不等。 ◆◆阵性降水:雨或冰雹呈阵性下降,偶尔有阵性降水: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,小。如果在阵雨的同时还伴有闪电和雷鸣, 便是雷阵雨。便是雷阵雨。 (三)降水的时间变化(三)降水的时间变化 1 1、赤道型:南北纬、赤道型:南北纬10°10°以内地区,终年以内地区,终年 多雨。多雨。 春分、秋分前后降水最多,春分、秋分前后降水最多, 而夏而夏 至、冬至期间降水较少。至、冬至期间降水较少。 2 2、副热带型:、副热带型: 大陆东岸降水集中在夏季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(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);多雨(地中海型或称冬雨型); 3 3、温带及高纬型:、温带及高纬型: 内陆及东海岸夏季对内陆及东海岸夏季对 流雨;西海岸秋冬气旋雨(海洋型)。流雨;西海岸秋冬气旋雨(海洋型)。 (四)降水的空间分布(四)降水的空间分布 降水的空间分布 1 1、赤道多雨带:赤道及其两侧,是全球降水最、赤道多雨带:赤道及其两侧,是全球降水最 多的地带,年降水量约多的地带,年降水量约 2000 —— 3000 2000 —— 3000 mm mm ;; 2 2、、副热带少雨带:南北纬副热带少雨带:南北纬 15°— 35 ° 15°— 35 °地带,地带, 受副热带高压的下沉气流和信风影响,受副热带高压的下沉气流和信风影响, 干旱少干旱少 雨,年平均降水量雨,年平均降水量 500 500 mm mm 以下,此带的大陆以下,此带的大陆 西岸和内部更不到西岸和内部更不到 200 200 mmmm,,但大陆东南部受季但大陆东南部受季 风、地形影响,可形成多雨中心;风、地形影响,可形成多雨中心; 3 3、中纬度多雨带:大陆西岸受西风控制,大陆、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,东岸受季风影响,降水较多,500 — 1000500 — 1000mm mm ;; 4 4、、高纬度少雨带:气温低,蒸发弱,大气含水高纬度少雨带:气温低,蒸发弱,大气含水 汽少,一般年降水量不到汽少,一般年降水量不到 300 300 mm mm 。。 核电站核电站 人工增雨人工增雨 火箭火箭 高炮高炮 人工增雨,福州,人工增雨,福州,20032003 碘化银碘化银 增增 雨雨 宁夏宁夏 2003040620030406 哈尔滨哈尔滨 2004042720040427 防雹作业防雹作业 北京,北京,2004070420040704 冰雹冰雹 相相 对对 湿湿 度度 的的 测测 定定 雷阵雨雷阵雨1 1 雷阵雨雷阵雨2 2 雷阵雨雷阵雨3 3 雷阵雨雷阵雨4 4 结束 云的结构
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本文标题:第二节大气水分和降水
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