气象学与气候学（第三版） 第三章

包含了大气中发生的一切物理（化学）现象过程、研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，用于指导生产实践为人类服务的科学等。

第三章

• 蒸发和凝结
  • 水相变化
    • 在不同均匀部分所组成的系统中，每一个均匀部分叫做系统的一个相，水有三相：固相、液相、气相
    • 蒸发过程
      • 当水汽浓度不大时，单位时间离开水面的水分子比落回水中的水汽分子多，水汽浓度增大，即为蒸发过程
    • 饱和水汽压
      • 随着水汽浓度增加，落回水中的水汽分子也增多，当单位时间离开水面的水分子和落回水中的水汽分子相等时，系统达到平衡，此时的水汽压称为饱和水汽压
      • E＞e 蒸发（未饱和） E=e 动态平衡（饱和） E＜e 凝结（过饱和） Es＞e 升华 Es=e 动态平衡 Es＜e 凝华
      • 与温度的关系
        • 饱和水汽压随温度的增高呈指数规律变大
        • 高温时，E大，空气所能容纳的水汽含量增多，能使原处于饱和状态的蒸发面变得不饱和，蒸发重新出现 如果降低饱和空气的温度，由于饱和水汽压减小，就会有多余的水汽凝结出来
      • 与蒸发面性质的关系
  • 影响蒸发的因素
    • 水源
    • 热源
    • 饱和差（E-e）
      • 蒸发速度与饱和差成正比
    • 风速与湍流扩散
    • 土壤结构、湿度、植物特性、海水盐分、、、
  • 湿度随时间的变化
    • 水汽压的变化
      • 水汽压日变化类型
        • 双峰型
        • 单波型
    • 相对湿度的日变化主要决定于气温，气温增高时，蒸发加快，水汽压增大，但饱和水汽压增大得更多，反使相对湿度减小
    • 相对湿度的日变化与温度日变化相反，最高值基本上出现在清晨温度最低时，最低值出现在午后温度最高时
  • 水汽的凝结
    • 水汽由气态变为液态的过程称为凝结
    • 水汽由气态变为固态的过程称为凝华
    • 形成条件
      • 有凝结核或凝华核的存在
        • 当大气存在大量吸湿性微粒时，对水分子吸引力增大，有利于水汽分子在其表面聚集，使其成为水汽凝结的核心
      • 大气中水汽要达到饱和或过饱和状态
        • 1、通过蒸发增加空气中水汽，使水汽压大于饱和水汽压 2、通过冷却降低饱和水汽压，从而达到过饱和
          • 暖水面蒸发
          • 空气的冷却
            • 绝热冷却
              • 空气上升膨胀对外做功冷却，使饱和水汽压减小，出现过饱和状态 对云的形成有重要作用
            • 辐射冷却
              • 晴朗无风夜间，地面辐射冷却，近地面空气降温，饱和水汽压减小，出现水汽凝结 辐射雾即以这种方式凝结形成
            • 平流冷却
              • 暖湿空气流经冷的下垫面，空气冷却降温形成凝结
            • 混合冷却
              • 温差较大且接近饱和的两团空气水平混合后，形成的气团水汽压可能超过饱和水汽压，产生凝结
• 地表面和大气中的凝结现象
  • 地面的水汽凝结物
    • 露和霜
      • 傍晚或夜间，地面或地物辐射冷却，近地面空气随之降温，当降到露点以下，水汽达到过饱和，地面或地物表面就会有水汽凝结
      • 露点温度在0℃以上凝结微小水滴，称为露
      • 露点温度在0℃以下凝华成白色冰晶，称为霜
      • 形成露和霜的气象条件是晴朗微风的夜晚
        • 夜间晴朗有利于地面或地物迅速辐射冷却
        • 微风可使辐射冷却在较厚气层中进行，并可使贴地空气得到更换，保证水汽供应
    • 雾凇和雨凇
      • 雾凇是形成与树枝上、电线上或其他地物迎风面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒
        • 晶状雾凇
          • 过冷却雾滴蒸发后，凝华在物体表面形成，结构松散
        • 粒状雾凇
          • 过冷却雾滴被风吹过，碰到冷的物体表面迅速冻结形成，结构致密
      • 雨凇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，过冷却雨滴降低到温度低于0℃地面或地物上时可冻结形成雨凇
  • 近地面层空气中的凝结
    • 雾
      • 雾是悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1km的物理现象。如果能见度在1-10km范围内，则称为轻雾
      • 辐射雾
        • 辐射雾是由地面辐射冷却使贴地气层变冷形成的
        • 形成条件
          • 空气中有充足水汽
          • 天气晴朗少云
          • 风力微弱
          • 大气层结稳定
        • 辐射雾多出现在高气压区的晴夜，它的出现常表示晴天
        • 城市及其附近，烟粒、尘埃多，凝结核充沛，特别容易形成浓雾（都市雾）
      • 平流雾
        • 平流雾是暖湿空气流经冷下垫面逐渐形成的
        • 形成条件
          • 下垫面与暖湿空气的温差较大
          • 暖湿空气的湿度较大
          • 适宜的风向（由暖向冷）和风速
          • 层结稳定
      • 蒸发雾
        • 冷气流流经暖水面时会产生蒸发雾
      • 上坡雾
        • 稳定空气沿高低或山坡上升时因绝热冷却可形成上坡雾
      • 锋面雾
        • 冷暖性质不同的气团交界处可形成锋面雾
    • 云
      • 形成条件
        • 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（多属积状云）
        • 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（多数层状云）
        • 大气波动
          • 指大气经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动（多属波状云）
        • 地形抬升
          • 指大气运行中遇地形阻挡，被迫抬升而产生的上升运动（地形云）
      • 积状云
        • 积状云是垂直发展的云块，不稳定大气中对流上升最大高度高于凝结高度，形成积状云，主要包括淡积云、浓积云和积雨云
        • 多形成于夏季午后，具有孤立分散、云底平坦和顶部凸起的外貌形态
        • 对流越强，积状云厚度越厚；对流上升区水平范围越大，积状云的水平范围也越大
      • 层积云
        • 层积云是均匀幕状的云层，常具有较大的水平范围，包括卷层云、卷云、高层云及雨层云
        • 层状云是由于空气大规模系统性上升运动产生的，主要是锋面上升运动引起的
          • 锋面最前面是卷云和卷层云
          • 中部是高层云
          • 最后面是雨层云
        • 云底同冷暖空气锋面大体吻合，云顶近似水平
      • 波状云
        • 波状云是波浪起伏的云层，包括卷积云、高积云、层积云
        • 空气存在波动时，波峰出空气上升冷却成云，波谷处空气下沉无云形成
        • 形成波动的原因：大气中存在空气密度和气流速度不同的界面，在此界面上引起波动气流越山形成波动
• 降水
  • 降水
    • 从云中降到地面上的液态或固态水，称为降水
    • 当云滴增长称为雨滴，克服空气阻力和上升气流的顶托，并降落至地面中不被蒸发掉时，降水才形成
    • 云滴
      • 半径小于100μm的水滴，标准云滴半径为1000μm
      • 云滴的增长
        • 凝结/凝华增长
        • 冲并增长
    • 雨滴
      • 半径小于100μm的水滴，标准雨滴半径为1000μm
  • 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形态的固体水
  • 霰
    • 从云中降落至地面的不透明球状晶体
  • 雹
    • 由透明和不透明的冰层相同组成的固体降水
  • 各类云的降水
    • 积状云
      • 淡积云含水量少，水滴小，一般不降水
      • 浓积云江水随地区而异，中高纬地区，很少降水，在低纬度地区，可降较大的阵雨
      • 积雨云是混合云，云厚度和含水量都很大，能将大的阵雨、阵雪，有时还会下冰雹
    • 层状云
      • 卷层云由冰晶构成，含水量较小、云底高，一般不降水
      • 雨层云和高层云经常是混合云（由水滴和冰晶共同组成的云）其降水与云厚和云高有密切关系，云越厚越低，降水越强
      • 层积云降水是连续性的，持续时间长，降水强度变化小
    • 波状云
      • 波状云含水量较小，厚度不均匀，降水强度较小，时降时停，具有间歇性
      • 但在我国南方地区，由于水汽比较充沛，层积云也可产生连续性降雨，高积云有时也可产生降水