第四章+大气中的水分

null第四章 大气中的水分第四章 大气中的水分第一节 水分循环和相变nullnullnullnull一、水分循环一、水分循环地球系统水分的无止境的循环称为水分循环 第四章第一节二、水分相变二、水分相变第四章第一节水的气态（水汽）、液态（水）和固态（冰），称为水的三相所谓临界温度，是各种气体都具有的一个温度值，在这个温度之上无论加多大压力进行等温压缩，都不能使气体液化，这个温度称为临界温度。在临界温度时，使气体液化的最小压力称为临界压力。水汽的临界温度为374℃，临界压力为217.5个大气压。 （一）相变null第四章第一节二、水分相变相态转化以温度和压力为条件，以分子力和热运动的对立为依据，压力和温度是通过改变物质之间的引力位势和斥力位势来实现相态转化的。当引力位势>斥力位势时，气态向固态（液态）转化； 当引力位势<斥力位势时，固态（液态）向气态转化。二、水分相变第四章第一节null水相变化的物理过程第四章第一节null水分相变的判据 理论判据： N＞n时，蒸发（未饱和） N＜n时，凝结过程（过饱和） N=n时，动态平衡（饱和） 其中： N为单位时间内跑出水面的水分子数，n为单位时间内落回水面的水分子数。 实际判据：用饱和水汽压与水汽压的关系来判断。 E＞e时，蒸发（未饱和） E＜e时，凝结过程（过饱和） E=e时，动态平衡（饱和）第四章第一节null1、潜热在相态变化之中，供给物质的热量并非用于物质的温度变化。外界所给的热量被用于瓦解冰的内部晶体结构，使它融化。在此过程中，由于热能不产生温度变化，所以称它为潜（隐藏的意思）热。2、蒸发从液态到气态的转化过程叫蒸发。1㎏水转化为水汽所需要的热量，也就是蒸发潜热 第四章第一节null3、凝结是指水汽转变成液态水的过程。在此过程中，平均动能大的分子回到液面中，液体平均动能增加，温度升高，向外界释放能量。这部分能量叫凝结潜热，其数值等于同温度下的蒸发潜热。 4、融解和冻结融解是固态转变为液态的过程，冻结是与融解相反的过程。融解（冻结）潜热为3.34×105J/㎏。 5、升华和凝华升华是指水由固态直接转化为气态（不通过液态）的过程。凝华用来表示和升华相反的过程，即水汽直接转化为固态的过程。 第四章第一节null第四章第一节null第四章第一节null（二）相态平衡蒸发线融解线升华线第四章第一节第四章 大气中的水分第四章 大气中的水分第二节 饱和水汽压一、饱和水汽压与蒸发面温度的关系一、饱和水汽压与蒸发面温度的关系克拉柏龙—克劳修斯方程 第四章第二节null第四章第二节null实验值与计算值略有不同，为什么？随着温度的升高，饱和水汽压按指数规律迅速增大 。第四章第二节二、饱和水汽压与蒸发面性质的关系二、饱和水汽压与蒸发面性质的关系1、冰面和过冷却水面的饱和水汽压 在温度低于0℃时仍然以液态水的形态存在，不以冰的状态存在的水称为过冷却水。 第四章第二节null冰面的饱和水汽压马格努斯经验 公式中α、β为经验常数，对于冰面来说，这两个值分别为9.5和265.5；对于水面，这两个常数分别为7.63和241.9。 第四章第二节null在相同温度条件下，冰面上的饱和水汽压总是要小于过冷却水面的饱和水汽压。 第四章第二节null二、饱和水汽压与蒸发面性质的关系二、饱和水汽压与蒸发面性质的关系2、溶液面的饱和水汽压3、饱和水汽压和蒸发面形状的关系 和纯水面相比，溶液面的饱和水汽压小于纯水面的饱和水汽压。第四章第二节温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平面次之，凹面最小。而且凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大；凹面的曲率愈大，饱和水汽压愈小。 null第四章第二节第四章 大气中的水分第四章 大气中的水分第三节 云和降水的分类和生成条件 第四章第三节null一、云和降水的分类 （一）云的分类 云的国际分类卷云Ci卷积云Cc卷层云（Cs）高积云(Ac)高层云(As)层积云（Sc）雨层云（Ns）层云（St）积云（Cu）积雨云（Cb）第四章第三节null云的国内分类第四章第三节nullnull（二）雨的分类 从云中降落到地面的液态或固态水，称为降水。雨滴谱：不同半径的云滴的浓度按半径大小的分布 数密度：单位体积云体内含有云滴的浓度 根据降水持续的时间和强度把降水分为三类： 1、毛毛雨：由大量的小雨滴和少量的小雪花组成，雨滴半径在0.05～0.25㎜之间。降水强度不超过0.25毫米/小时。雨滴谱较窄，数密度很大。主要形成于稳定气团的内部，由层云和层积云中降落下来。 第四章第三节null（二）雨的分类 2、连续性降水：多由0.3～2.0毫米中等大小的雨滴或雪花组成。降水强度为4～40㎜/小时，雨量中等。雨滴的滴谱较宽一点，数密度较均匀，有连续的性质。连续性降水经常与暖锋或静止锋相联系，多半由高层云或雨层云中降落下来。3、阵性降水：特点是强度很大，每小时可达200～300㎜，持续时间短，局地性很强。雨滴半径较大，一般在1.5～3.5㎜，雨滴谱较宽，数密度最小。一般形成于不稳定气团内部和强冷锋云系，从积雨云中降落下来。 第四章第三节null二、云雾生成的宏观条件（一）蒸发（暖水面的蒸发）蒸发速度：单位面积、单位时间所蒸发出来的水量，其单位是用蒸发掉的水层厚度来表示，一般用㎜。 水面蒸发速度分子扩散系数 饱和差 气压 在自然条件下，影响蒸发速度的主要因子有：水源、热源、饱和差、风速和湍流扩散强度。 第四章第三节null（二）空气冷却1、绝热冷却： 大气中的空气块在上升过程中，由于外界压力的降低，空气块本身会由于向外膨胀作功而导致空气块本身温度的降低。 空气团的上升运动按其原因可以分为以下几种 ：a、热力对流 指地表受热不均和大气层结不稳定引起的对流上升运动。 第四章第三节nullb、动力抬升 指暖湿气流受锋面、辐合气流的作用所引起的大范围上升运动。 c、大气波动 指大气流经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动。 第四章第三节nullnulld、地形抬升 指大气运行中受到地形阻挡，被迫抬升而产生的上升运动。 第四章第三节nullnullnull2、辐射冷却 3、平流冷却 4、混合冷却 第四章第三节null（一）云滴的形成和增长 1、水汽的凝结 云滴和冰晶不能由原来的相态（水汽、过冷却水滴）连续演变过来，而是首先在母相中生成新的相的胚胎，而后这些胚胎在适宜的条件下再长大称为新相的粒子。这种产生新相胚胎的过程称为核化。 （1）同质核化凝结假如空气非常纯净，没有杂质和离子，则凝结或凝华过程只能靠水汽分子自身聚合（随机碰撞，相互结合）才能实现，这就是均质核化过程。第四章第三节三、形成云雾的微观过程null（2）异质核化凝结水汽在异质核（即气溶胶粒子和离子，作为凝结核）上的凝结，称为异质核化凝结。 大气凝结核是指在不大的过饱和度（约为1％）下可以作为云滴的凝结核心的那种气溶胶粒子，可分为可溶性核和不可溶性核两类。第四章第三节null（二）冰晶的形成和增长 1、冰晶的生成（1）冰晶的同质核化 在没有任何杂质（气溶胶）的情况下，形成冰晶的过程称为冰晶的同质核化过程。 A、类似于同质核化凝结过程，仅靠水汽分子相互碰撞聚合而成冰晶，称之为冰晶的同质核化凝华（或自身凝华）过程； B、过冷却水滴的水分子向冰状结构而形成同质冰晶的过程，称为冰晶同质核化冻结过程。第四章第三节null（二）冰晶的形成和增长 1、冰晶的生成（2）冰晶的异质核化 冰晶的异质核化是指有气溶胶粒子参与并起核心作用的成冰过程。大气气溶胶中那些能起到成冰核作用的质粒称为成冰核（简称冰核）。 第四章第三节null2、冰晶的凝华增长 冰晶形成以后，如果环境水汽压对冰面是过饱和的，则冰粒将通过凝华过程进一步增长。 （二）冰晶的形成和增长 第四章第三节