第三章 大气中的水分,地面和大气中的凝结现象研究,一、地面水汽的凝结物,二、近地面层空气中的凝结,三、高空中的凝结现象-云,第八章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,一、地面水汽的凝结物,（一）露,（二）霜,第三章 大气中的水分,（三）雾凇,（四）雪凇,（一）露,1、什么叫露？,露是近地面空气的水汽在地表或地物（入石头、瓦片、农作物的叶面等）上凝结而形成的水滴。,2、形成过程：,第三章 大气中的水分,傍晚或夜间，地面或地物由于支出辐射大于吸收辐射而逐渐冷却，从而使近地面的空气随之降温，当温度降到露点以下，即空气中的水汽达到过饱和，在地面或地物的表面就会有露生成。（此时的温度仍在0OC以上）,第三章 大气中的水分,（三）雾凇,1、什么叫雾凇？,白色松脆，形成与树枝上、电线上或其它细长的物体上的由冰粒或冰晶所组成的附属物。,2、类型：,粒状雾凇,晶状雾凇,第三章 大气中的水分,（四）雨凇,1、什么叫雨凇？,形成在地面和地物上或树木上，主要在迎风面上，透明的或毛玻璃状的紧密水层。,2、形成：,主要是过冷雨滴下降到低于0OC的地面或地物上冻结而形成的。,常出现在秋末或春季温度在0-5OC时。,3、我国北方的一种灾害性天气现象,第三章 大气中的水分,二、近地面层空气中的凝结,1、 什么叫雾？,雾是悬浮在近地面空气中的大量微小的水滴和冰晶。 （雾：小于1千米；轻雾：大于1千米小于10千米。）,2、界线,下界：地表面。,由于组成雾的水滴或冰晶（合称雾粒）对可见光有散射作用，使雾中的能见度显著减小。,上界：又称雾的高度（厚度）变化范围大。（不足2米成为浅雾）。,3、按雾粒的物态来分类：,水雾：水滴和过冷却水滴组成。,冰雾：完全由冰晶组成。,第三章 大气中的水分,4、 形成雾的物理过程就是近地面降温增湿的过程,雾形成于近地面，而近地面大气中的凝结核是充足的。,必须使空气达到饱和状态，那么雾的形成过程就是近地面大气的降温增湿过程。,第三章 大气中的水分,5、雾的物理分类（根据降温增湿形式）,（1）辐射雾,什么叫辐射雾？ 日落后由于地面辐射降温，近地面层空气接触冷却和空气辐射冷却使空气中的水汽达到过饱和而凝结出雾滴从而形成的雾称为辐射雾。,第三章 大气中的水分,形成的有利条件：微风晴朗、层结稳定的夜间，水汽充沛,无风时，湍流混合很弱，仅限于贴地的气层中只能形成露（霜）或浅雾。,强风时，湍流混合层过厚，上层热量大量下传，妨碍了下层冷却；同时，强风带走大量雾滴。,微风（1-3米/秒）时，有一定厚度的湍流混合层存在，既能使冷却作用扩展到上层，又不影响下层空气的冷却,空气中的水汽充足，相对湿度就大，只要气温稍微下降就能凝结。,洼地地区容易形成；广大水面不容易形成。,第三章 大气中的水分,特点：,出现有季节性，多出现于冬半年。,有明显的日变化。通常在后半夜或清晨形成，日出前后最浓，后逐渐消散。,有明显的地方性特点。,对未来天气的指示意义。“十雾九晴”,第三章 大气中的水分,（2）平流雾,什么叫平流雾？ 暖而湿的空气经冷的下垫面逐渐冷却的而形成的雾。（例：海洋上暖而湿的空气流到冷的大陆上或冷的海洋面上）,形成条件,暖湿空气湿度较大。,下垫面于暖空气存在较大温差。,适宜的风向和风速。,第三章 大气中的水分,特点：与辐射雾比较,生成和消失取决于有无暖湿空气的平流。,由于风速大，湍流较强，因此平流雾中冷却 最剧烈的地方在湍流层顶部。,有明显的地方性特点。,我国南海雾季：24月； 我国东海雾季：36月； 我国黄海、渤海雾季：57月。,N,第三章 大气中的水分,（3）锋面雾出现在地面暖锋前后,锋前雾,锋后雾,主要是暖锋上层降下较暖的雨滴在锋下冷空 气中蒸发，使冷空气达到饱和而形成的。,L,主要是暖气团下部的暖空气移到原来冷气团控制的冷地面上冷却而形成的。,（4）上坡雾,（5）蒸发雾,第三章 大气中的水分,三、云,（一）云的形成和消散,（二）云的物理分类,（三）各种云的形成,第三章 大气中的水分,（一）云的形成和消散,1、 什么叫云？,云是悬浮在天空中的大量微小的水滴和冰晶。（云和雾没有本质区别，区别在于雾的下界是地面，云的下界离地面还有一段距离）,2、形成的基本条件,有充足的水汽,有足够多的凝结核,使空气中的水汽凝结（华）所需的足够冷却,第三章 大气中的水分,3、形成的基本过程：上升运动 + 水汽 云的形成,大气中的水汽和凝结核是下层多、上层少，但气压是下高上低。,如果有适当的上升运动：,首先，这团空气膨胀降温，达到过饱和； 其次，凝结核也随之由低层随气团运动到更高层次； 这样，云形成的基本条件都满足。,4、云的消散过程：下沉运动 云的消散,第三章 大气中的水分,（二）云的分类,云的分类：形态学分类；发生学分类。,第三章 大气中的水分,（三）各种云的形成,1、 积状云,（1）形成：,是垂直发展的云块，由于空气对流上升，造成准绝热冷却，使空气中的水汽凝结而成（热力对流）。,具有孤立、分散；云底平坦和顶部凸出的特点。,积云的水平范围的量级和垂直厚度量级的之比为1 ：1,第三章 大气中的水分,（2）类型：淡积云、浓积云和积雨云（积云发展的不同阶段）,淡积云,形成气块：地面受热不均，这样在近地面形成了大小不同和外界温度、湿度、密度不同的气块。,气块上升：若高出凝结高度，就形成对流单体进而发展成为淡积云。,形态特征：顶部凸起；孤立分散；底部平坦。,第三章 大气中的水分,由于大气是一个流体，一部分气体上升，周围的气体就来补充，从而引起积云周围大气下降补充，下降过程是升温过程，无法形成云，所以积云是孤立存在。,第三章 大气中的水分,凝结高度,0OC等温线高度,冻结高度,淡积云,浓积云,积雨云,第三章 大气中的水分,2、 层状云,（1）形成：大规模上升运动形成的云（暖锋云系）,对流所引起的上升运动是热力原因，而大范围的上升运动是动力原因引起的。,对流产生的大气层结是不稳定的，而大范围的上升运动产生的层结是稳定的。,第三章 大气中的水分,（2）类型：雨层云、高层云和卷层云。,Ns,As,Cs,3、 波状云,第三章 大气中的水分,（3）类型：层积云、高积云和卷积云,（1）形成：空气中存在波动,（2）特征：一行行、一列列,第三章 大气中的水分,层状云,第三章 大气中的水分,波状云,第三章 大气中的水分,积状云,第三章 大气中的水分,第三章 大气中的水分,第三章 大气中的水分,第三章 大气中的水分,第三章 大气中的水分,第三章 大气中的水分,第三章 大气中的水分,第三章 大气中的水分,第三章 大气中的水分,第三节 降水,一、云滴的增长过程,二、各类云的降水（自学）,第三章 大气中的水分,三、人工影响云雨,四、降水的分布,第三章 大气中的水分,一、云滴的增长过程,（一）降水的有关基本概念,（二）云滴的凝结（或凝华）增长,（三）云滴冲并增长,（四）云滴的增长与降水过程,第三章 大气中的水分,（一）降水的有关基本概念,1、 什么是降水？,从云中降落到地面的液态或固态水。,2、降水的形态,云滴：半径小于100m称为云滴。,雨滴：半径大于100m称为雨滴。,雨：自云体中降落至地面的液体水滴。,雪：从混合云中降落至地面的雪花状的固体降水。,霰：从云中降落至地面的不透明的球状晶体。,雹：由透明或不透明的冰层相间组成的固体降水。,第三章 大气中的水分,3、 降水强度,降水量：指降水落至地面后（固态降水需经融化后）未经蒸发、渗透流失而在水平面上积聚的深度，以毫米为单位。,第三章 大气中的水分,（二）云滴的凝结（凝华）增长,1、 云滴增长的意义：,降水的过程就是云滴增大为雨滴、或雪花等其它降水物，并降至地面的过程。,（1）实质：,2、 云滴的凝结增长：,云滴依靠水分子在其表面凝聚而增长的过程。,第三章 大气中的水分,云的形成和发展阶段，由于云体上升冷却，云内水汽含量维持一定程度的过饱和，因此，云滴由于凝结而增长。,（2）过程：,云滴单纯的凝结增长,水滴的凝结增长速率，随空气中的水汽含量的过饱和程度而增大；随水滴半径的增大而减小。,起始半径（r0）为1m的水滴凝结增长增大到不同倍数所需时间,第三章 大气中的水分,从表中可见：,当水滴很小时，水滴增长很快，在几秒中之内，可以增大几倍。,随着水滴增大，其增长速度显著缓慢下来。如果要形成雨滴（ 100m）要几 个小时时间。由此不难看出，单纯的凝结作用难以在短时间内形成雨滴。,在冰晶和过冷却水共存时的混合云中“冰晶效应”,云滴其它形式的凝结（华）增长,在大小水滴共存条件中“凝结增长效应”,第三章 大气中的水分,（三）云滴的冲并增长,1、 何谓云滴的冲并增长？,云滴经常处于不断运动之中，大小云滴之间发生碰撞而合并增大的过程，称为冲并增长过程。,类型：重力冲并 布朗冲并 湍流冲并 电力冲并,第三章 大气中的水分,2、 重力冲并,云滴大小不一，在重力作用下，大水滴的下降速度大，小水滴下降速度小，存在很大的速度差。,大小水滴一块降落时，降落快的大水滴就会追上降落慢的小水滴，合并增大，水滴增大后速度也增大，因此会合并更多的小水滴。,在上升气流的云中，当大小水滴均被上升气流携带上升，上升较快的小水滴会赶上上升较慢的大水滴与之合并。,第三章 大气中的水分,3、 布朗冲并,由于布朗运动引起的冲并。,由布朗冲并引起的水滴增长速率与云中含水量成正比而与水滴半径平方成反比。（一般当水滴半径小于0.1m时，才能与凝结增长相比拟）,4、 湍流冲并,由湍流运动引起云滴的冲并。（20m的水滴作用明显）,5、 电力冲并,由于云滴带电，在电力作用引起云滴冲并称为电力冲并。（对20m以下较小水滴有一定作用）,第三章 大气中的水分,云的增长过程，可以归纳为：凝结（华）增长和冲并过程。那么，我们来解释一下这两个过程联结起来降水的形成机制：,当云中温度低于0OC时，水汽压高于冰面饱和水汽压，在冰核上会形成初始的小冰晶，它可以凝华增大。,（四）云滴的增长与降水过程,1、冷云降水机制（云体一部分或全部温度低于0OC）,当云中有过冷却水存在，水汽压降到水面饱和水汽压以下时，会发生“冰晶效应”，使冰晶增大，达到降水尺度。,如果大冰晶在下坠到温度高于0OC区域，融化成大水滴，大水滴继续通过冲并增长形成降水，这就是冰水转化过程，又称贝吉龙过程。,第三章 大气中的水分,在暖云中只要存在少量的大水滴，就可以通过冲并长大，形成降水。,2、暖云降水机制（云体全部温度高于0OC）,雨滴长大一定程度会变形，乃至破碎。破碎后产生大量的小水滴和一部分较大水滴，而以这些水滴为初始大滴，又可以进行重力冲并增长。,这样长大破碎再长大再破碎可以重复进行，从而形成大水滴，并发展为降水，这个过程成为“连锁反应”。,第三章 大气中的水分,三、各类云的降水（自学）,第三章 大气中的水分,四、人工影响云雨,（一）人工影响冷云降水,（二）人工影响暖云降水,第三章 大气中的水分,（一）人工影响冷云降水,1、 基本原理,所谓冷云，就是整个云体有一部分或全部温度处于0OC以下的云。其降水机制就是所谓的贝吉龙过程。,该类型云不能降水的主要原因可能是由过冷却水滴组成，而缺少冰晶，冰晶效应不能发生，进而不能进行冰水转化，,2、 人工措施产生冰晶,一是向云中投冷冻剂，如干冰，使云体局部剧烈冷却而产生冰晶。,二是向云中投人工冰核，如碘化银，使云体获得冰晶。,第三章 大气中的水分,