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    chapt4大气中的水分.ppt

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    chapt4大气中的水分.ppt

    第五章 大气中的水分,本章内容,空气湿度,蒸发和蒸散,凝结和凝结物,降水,第一节 空气湿度,空气湿度:空气中水汽含量的多少或潮湿程度。 湿度参量:表征空气中水汽含量的多少和潮湿程 度的物理量。,一、空气湿度参量,水汽压(e),反映空气中水汽含量的多少 水汽含量 水汽压e,定义:空气中水汽的分压强。,单位:百帕 (hPa) 1百帕(hPa) = 100帕斯卡(Pa),饱和水汽压(E),反映空气的最大水汽容纳能力 饱和水汽压取决于温度(马格奴斯半经验公式),定义:饱和湿空气中水汽的分压强。,影响因子:,温度 T E 蒸发面性质 E过冷却水E冰 蒸发面形状 E凸面E平面E凹面 液体含盐度 含盐度 E,相对湿度(f),定义:,空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。,反映空气的潮湿程度,温度不变,E不变:水汽含量 e r 水汽含量不变,e不变:温度 E r,露点温度( Td ),定义:,对于含有水汽的湿空气,在不改变气压和水汽含量的情况下,降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。,反映空气中水汽含量的多少,水汽含量 露点温度Td,饱和差( d ),定义:,同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。,d = E - e,反映空气的潮湿程度。,影响因子:,温度不变,E不变:水汽含量 e d 水汽含量不变,e不变:温度 E d,水汽含量、温度,比湿(q)、混合比(S)、绝对湿度(a),比湿:湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。,混合比:湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。,比湿和混合比具有保守性,绝对湿度(水汽密度):单位体积湿空气中水汽的质量。,二、空气湿度的时间变化,水汽压的时间变化,日变化,单波型(海洋型) 海洋、沿海地区、冬季大陆,影响因子:蒸发强度,双波型(大陆型) 夏季内陆、沙漠地区,影响因子:蒸发强度 乱流强度,年变化,影响因子:蒸发强度,相对湿度的时间变化,绝大多数地区:与气温的日变化反相,T 地面水分蒸发强度 e T E 并且E比e快 因此 T r 同理 T r,近海地区及其它大型水体的周围(晴朗稳定的天气条件下) 与气温的日变化同相,海陆风(水陆风) 昼: 吹海风,潮湿 夜: 吹陆风,干燥,日变化,年变化,大多数地区:与气温的年变化反相,T 地面水分蒸发强度 e T E 并且E比e快 因此 T r 同理 T r,季风气候区:与气温的年变化同相,夏季: 夏季风,来自海洋,潮湿 冬季: 冬季风,来自内陆,干燥,第二节 蒸发和蒸散,一、水面蒸发,蒸发速率,定义:单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质量。,单位:gcm2·日,日蒸发量,定义:一天中蒸发掉的水层的厚度。,单位:mm日; 1gcm2·日1mm日,道尔顿蒸发公式,d0 时,W0,蒸发过程 d0 时,W0,动态平衡 d0 时,W0,凝结过程,影响水面蒸发速率的因子,温度:T E d W,湿度:e d W,气压:P W,风:风速 W,蒸发面性质:W过冷却水W冰,蒸发面形状:W凸面W平面W凹面,含盐度:含盐度 W,二、土壤蒸发,土壤蒸发定义,土壤水分汽化并向大气扩散的过程。,土壤蒸发的两种过程,第一种:蒸发直接发生在土壤表面。,第二种:水分在土壤中某层次进行蒸发之后,水汽通过土 壤的孔隙达表层溢出土表。,影响因子,土壤因子、气象因子,第三节 凝结和凝结物,一、凝结条件,凝结发生的条件,空气达到饱和或过饱和状态,并有凝结核存在。,空气的饱和或过饱和,实现方式:,增大水汽含量: e eE 降低温度: T TTd,大气中常见的降温过程:, 混合冷却 绝热冷却, 辐射冷却 接触冷却,凝结核,定义:,在水汽凝结过程中起凝结核心作用的固态、液态和气态的气溶胶质粒。,二、凝结物,地面凝结物,露、霜、雾凇、雨凇,辐射冷却的产物,形成在晴朗无风的夜间和清晨。,露:贴地层空气中的水汽在地面发生凝结而形成的小水滴。,Td0,霜:贴地层空气中的水汽在地面发生凝华而形成的小冰晶。,Td0,热容量小、导热率小、粗糙的地表易形成露和霜。,雾凇和雨凇,雾凇:附着在树枝及物体迎风面上的白色的疏松的凝结物。,雨凇:过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层。,近地层大气中的凝结物,雾:飘浮在近地层空气中的小水滴和小冰晶。,雾的分类:,自由大气中的凝结物,水汽凝结物悬浮在自由大气中形成云。,定义:,分类:,发生学分类,形态学分类(国际分类法),云底高度和外形特征,中国地面气象观测规范,云族、云属、云类、云目、衍生云、转化云,看云识天气,天上钩钩云,地上雨淋淋。 天有城堡云,地上雷雨临。 天上扫帚云,三天雨降淋。 早晨棉絮云,午后必雨淋。 早晨东云长,有雨不过晌。 早晨云挡坝,三天有雨下。 早晨浮云走,午后晒死狗。 早雨一日晴,晚雨到天明。 今晚花花云,明天晒死人。 空中鱼鳞天,不雨也风颠。 天上豆荚云,不久雨将临。 天上铁砧云,很快大雨淋。,淡积云,碎积云,浓积云,秃积雨云,鬃积雨云,透光层积云,蔽光层积云,积云性层积云,堡状层积云,荚状层积云,层云,碎层云,雨层云,碎雨云,透光高层云,蔽光高层云,透光高积云,蔽光高积云,荚状高积云,积云性高积云,絮状高积云,堡状高积云,毛卷云,密卷云,伪卷云,钩卷云,毛卷层云,匀(薄幕)卷层云,卷积云,第四节 降水,一、降水的特征量,降水:从天空降落到地面的固态或液态的水汽凝结物。,降水量和降水强度,降水量:从大气降落到地面的未经蒸发、渗透、流失而 在水平面上积聚的水层厚度。,单位:毫米,日降水量、旬降水总量、月降水总量、年降水总量,降水强度:单位时间内的降水量。,单位:mm10分钟、mm小时、mm日,降水变率,用于反映一个地区降水的变化情况(稳定程度)。,Ri 某地某年某时期的实际降水量 R0 该地同期的多年平均降水量,降水绝对变率(降水距平) RiR0,二、降水的种类,降水分类:,降水强度(mm24h),三、降水的形成,充分的水汽供应和空气的绝热上升运动。,水汽的扩散转移过程:,冷暖云滴之间:,大小云滴之间:,过冷却水滴与冰晶之间: (冰晶效应),三、 干燥度,定义,一个地区某时期的水面可能蒸发量与同期的降水量的比值。,干燥系数,W0 水面可能蒸发量,R 降水量,干湿区的划分指标,第五节 人工影响局部天气,人工降水的基本原理和方法 人工消雾,人工降水的基本原理和方法,人工降水就是根据自然界降水形成的原理,特别是不同云层的物理特性,选择合适时机,用飞机、火箭弹向云中播散干冰、碘化银、盐粉等催化剂,人为地补充某些形成降水所必须的条件,促使云滴迅速凝结或并合增大,形成降水。所采用的方法,因云的性质不同,有以下几种。,冷云的人工降水,冷云降水是根据冰晶水滴共存的冰晶效应原理,通过人工方法使缺少冰晶的冷云中产生冰晶,以实现冰晶效应,使云滴在凝结和冲并增长过程中不断增大而形成降水。 目前人工使冷云中产生冰晶的方法有二: 一是向冷云中撒播干冰(固体CO2)作为制冷剂。利用干冰沸点低(-78.9)的特点,借助干冰升华时从周围吸收大量热量,使云中温度降至-40以下。部分水汽和过冷却水滴急剧冷却而凝华为冰晶胚胎,并在凝华和冲并作用下使冰晶不断增大而形成降水。 二是直接向冷云中撒播碘化银(或碘化铅、碘化汞等)。因为碘化银微粒的晶体结构与冰晶的晶体结构相似,具有冰核作用。水汽可在其表面凝华或冻结形成较大冰晶,然后沿着冲并过程而形成降水。,暖云的人工降水,暖云之所以不易形成降水是因为云滴尺度均匀,不利用扩散转移凝结和冲并增长。因此欲使暖云降水的基本原理是使云中大小水滴共存。 可采用某些措施使暖云中获得一部分大的水滴,作为重力冲并的启动作用。破坏暖云中胶性稳定,达到大小水滴共存,便可实现冲并增大过程而形成降水。 目前主要通过二个途径使暖云中大小水滴共存:一是将吸湿性很强的粉末(如氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化氨等)作为催化剂撒入云中,使云中水汽和小水滴很快凝附在盐粉上,增多大水滴,达到大小水滴共存。二是直接向云中撒播大水滴,破坏暖云的胶性而形成降水。,人工消雾,从人工消雾的观点,主要是按雾中温度低于0或高于0将其分为冷雾和暖雾,以便采取相应的作业技术方法。,人工消冷雾,向雾中播撒适当物质使之产生大量冰晶,冰晶与水汽和水滴共存时,由于冰面饱和水汽压小于水面饱和水汽压,雾中的水汽便会迅速凝华到冰晶上,冰晶的增长抑制了水滴的增长,并促使水滴不断蒸发、数量减少,从而达到减少和清除大气中雾滴的效果。可产生冰晶的物质有制冷剂(液氮、丙烷和干冰等)、人工冰核(碘化银等)和通过膨胀降温产生冰晶的压缩空气。从技术上讲,人工消冷雾较为成熟。,人工消暖雾,人工消暖雾的技术尚处于进一步的实验研究之中,采用的方法有: 减湿法:播撒盐粉、氯化钙等吸湿性核在雾中培植大水滴,拓宽雾滴谱,使雾中相对湿度减小,并诱发冲并过程,造成雾的沉降,使雾消散; 加热方法:直接燃烧燃料增加局部区域温度,使雾滴蒸发而消散;这种方法消耗能量太大,不经济。 混合法:用喷气发动机产生热气,靠热动力扰动气流,迫使上层未饱和空气不断混合到雾中,使雾消散;采用直升飞机破坏雾层顶部的逆温层,使雾因气流上升而消散等。,

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