第二节 大气水分和降水

1. 第二节 大气水分和降水 第二节 大气水分和降水

2. 一、大气湿度 大气中水分含量的多少，称为 湿度，即空气的干湿程度。

3. （一）湿度的表示方法 1、水汽压： 指大气中水汽部分的分压力， 用 e表示，单位是 hPa 。空气中水汽含量 越多，水汽压越大。 2、绝对湿度： 指单位体积湿空气所含有 的水汽质量，又称为水汽密度， 用 a表示， 其单位为g／m3 或 g／cm3 。空气中水汽 含量越多，绝对湿度就越大。由于水汽含 量难以直接测量，通常以 e 代替 a 。

4. 3、饱和水汽压： 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 的压力，用E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。 4、相对湿度： 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f 表示，即： f ＝ e ／E×100％ ——相对湿度大小直接反映空气距离饱和 的程度，当 e不变时，气温升高饱和水汽 压增大，相对湿度减小。 饱和水汽压与相对湿度

5. 5、饱和差： 指在一定温度下，饱和水汽 压与空气中实际水汽压之差，用 d表示。 d＝ E－ e ，单位与水汽压相同。饱和差 越大，说明空气中水汽含量越少。 6、露点： 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Td表示。在饱和空气中， T－Td＝ 0 ；而在未饱和空气中，则 T－Td＝＞ 0 。T－Td 差值越大，相对 湿度越小，反之相对湿度越大。气温降到 露点，是水汽凝结的必要条件。 饱和差与露点

6. （二）湿度的变化与分布 1、日变化： 相对湿度的日变化主要取决 于气温。气温高相对湿度小，气温低相对 湿度大。因为气温增高时，饱和水汽压增 大比水汽压增大要快得多，气温降低时相 反。因此，相对湿度最高值出现在清晨气 温最低时，最低值出现在午后气温最高时。 2、年变化： 相对湿度的年变化，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，因为夏季风来自海洋，而 冬季风来自大陆。

7. 3、湿度的空间分布 相对湿度的空间分布特征取决于 纬度和海陆分布状况。 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 较高≥80％。副热带区域，相对湿度 较低，约50％。 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 大；距离海洋越远，相对湿度越小。

8. 二、水相变化 二、水相变化

9. （一）水相变化过程 1、水相变化与潜热交换： 蒸发——由水变成水汽； 凝结——由水汽变成水； 冻结——由水变成冰； 融解——由冰变成水； 凝华——由水汽直接变成冰； 升华——由冰直接变成水汽。 ◆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）。

10. 潜热交换 ◆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）。 蒸发、融解、升华——吸收潜热； 凝结、冻结、凝华——释放潜热。 例如： 常温下，水的蒸发潜热为 L ＝ 2497 J ， 即蒸发 1 g 水需要消耗 2497 J 的热量； 与此相反， 1 g 水冻结成冰则可释放出 334.7 J 热量。

11. 2、蒸发及其影响因素 当 e ＜ E 时，出现蒸发； 当 e ＞E 时，则出现凝结。 ◆蒸发量：因蒸发而消耗的水量，以水层厚度mm 表示。蒸发 1 mm 厚的水，相当于 1 m2 面积上蒸发 1000g 的水量。 ◆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 g／cm2 · s 。 ——蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面温度越高，蒸发越快、蒸发量越大。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、大陆小。

12. 3、凝结及其条件 ——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； ◆要有凝结核。 ——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； ◆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 方 式；辐射冷却和平流冷却：雾、露、霜等 产生的主要方式 ）。 ▲凝结核——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 海洋少；城市多乡村少，工业区最多。

13. 三、水汽凝结现象 三、水汽凝结现象

14. 1、地面凝结现象（露和霜） ——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。 ◆露：如果露点温度高于 0 ℃，水汽凝结为 液态，称为露； ◆霜：如果露点温度低于 0 ℃，水汽凝结为 固态，称为霜； ◆霜冻：是指温度下降到足以引起农作物受 害或死亡的低温。 ★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 物热传导不良。

15. 2、空中凝结现象（云和雾） ★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 体。当能见度小于 1 km 称为雾；1 — 10 km 的称为轻雾。 ◆雾的类型：最常见的是辐射雾和平流雾， 还有蒸气雾、上坡雾和锋面雾。 辐射雾——因地面辐射冷却，使近地面层空 气变冷，水汽凝结而成；多出现于秋冬季节 无云的夜晚，谚语有 “ 十雾九晴 ” 之说。 平流雾——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。

16. ★云 ——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 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。 ◆云的成因： 对流运动——主要形成积状云； 系统性上升运动——主要形成层状云； 波状运动——主要形成波状云； 地形作用——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 高度，结合云的形态特征、结构、成因，将 云分为 3 族 10 属 29 种。

17. ★卫星云图

18. 云的类型

19. ◆云量 ——天空被云遮蔽的程度叫云量，以0 ～ 10 的 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。 晴天：0～4； 多云：5 ～ 8； 阴天：9 ～ 10 。 ◆云量带 赤道多云带： 上升气流，热对流，云量 6； 纬度 20 ° ～30° 少云带： 下沉气流，云量 4 ； 中高纬多云带： 气团、锋面频繁活动，云量 6 ～7 。

20. 四、降水 ——指从云层中降落到地面的液态或 固态水。包括雨、雪、霰、雹等。 ◆降水量：指降落到地面上的雨和融 化后的雪、霰、雹等集聚在水平面上 的水层厚度，单位为 mm 。 ◆降水强度：指单位时间内的降水量， 单位为 mm／h 或 mm／d 。 ◆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 水量的变化程度。 Cv = 距平数／平均数×100％

21. ◆水分条件 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，气候干燥。

22. （一）降水的形成 ——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 气阻力和上升气流的顶托，并在降落过程中 不被蒸发掉。 1、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） 增长的过程。 ①过冷水滴蒸发→冰晶凝华增长 ②小水滴蒸发→大水滴凝结增长 ③暖水滴蒸发→冷水滴凝结增长

23. ★冷云与暖云的云滴增长 ——由冰晶和过冷却水滴混合组成的云称为冷 云或冰水混合云，其云体高度在 0 ℃ 等温线以 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 0 ℃ 等温线以下。 ——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。 ——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 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 下降，所以单靠凝结（凝华）难以形成降水。

24. 2、碰并增长 是指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 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。 ◆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 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 更为重要。

25. ★人工降水 ——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 水的方法。 ◆冷云催化： 人工增加冰晶，产生冰晶效应。 方法：① ＋干冰（降温→自生冰晶）； ② ＋人工冰核（碘化银、氯化汞等）； ◆暖云催化： 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.

26. ★雨量和分级

27. （二）降水的类型（成因分类） 1、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， 常伴随雷电现象， 又称热雷雨； 赤道常年可见，我国夏季常见； 2、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； 3、锋面雨：冷暖气团相遇，暖湿气流沿锋面抬升凝 结成雨。 降水范围广、时间长。 在温带很常见； 4、台风雨：可产生强度极大的降水。夏秋季常见； 5、地形雨：暖湿气流沿山地迎风坡抬升冷却凝结而 降水。 山地迎风坡常形成多雨中心， 而背风坡则由 于焚风效应，降水少，成为雨影区。

28. ★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 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。 ◆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 时长短不等。 ◆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 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， 便是雷阵雨。

29. （三）降水的时间变化 1、赤道型：南北纬10°以内地区，终年 多雨。 春分、秋分前后降水最多， 而夏 至、冬至期间降水较少。 2、副热带型： 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 多雨（地中海型或称冬雨型）； 3、温带及高纬型： 内陆及东海岸夏季对 流雨；西海岸秋冬气旋雨（海洋型）。

30. （四）降水的空间分布

31. 降水的空间分布 1、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 2000 —— 3000 mm ； 2、副热带少雨带：南北纬 15°— 35 °地带， 受副热带高压的下沉气流和信风影响， 干旱少 雨，年平均降水量 500 mm 以下，此带的大陆 西岸和内部更不到 200 mm，但大陆东南部受季 风、地形影响，可形成多雨中心； 3、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，500 — 1000mm ； 4、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 300 mm 。

32. 结束

33. 核电站 核电站

34. 城市之雾 城市之雾1

35. 城市之雾 城市之雾2

36. 山地之雾

37. 伦敦

38. 露点的简单测量 1、以量杯装盛自来水片刻，让水温和 气温一致； 2、放入温度计，慢慢加入少量冰块， 观测水温的降低； 3、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，此时温 度计的读数即为露点温度。

39. 云的结构

40. 积云，平底，向上发展

41. 积雨云在13分钟内的发展 积雨云在13分钟内的发展

42. 强烈发展的积雨云 强烈发展的积雨云1

43. 强烈发展的积雨云 强烈发展的积雨云2

44. 强烈发展的积雨云 强烈发展的积雨云3

45. 层积云

46. 层云

47. 雨层云

48. 高层云

49. 高积云

50. 卷云 卷云1