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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,附章 大气中的水汽相变原理及云的形成,1 水相变化,水的三种形态水汽、水和冰。,一、水的三态特性,二、相变：不同相之间互相转化过程：,水的相变：,冰,水汽,水,升华,凝华,蒸发,凝结,融化,凝固,饱和水汽压随温度升高按指数规律增大。,三、形成云的物理过程物理过程：使空气达饱和状态的过程。,冰晶效应：（贝吉龙效应）,切变线:是一种风的不连续线，往往会使空气辐合上升。,t -30 以下 为冰晶,2、溶液面上的饱和水气压与纯水面上饱和水汽压关系。,1）、爱根核：Re 蒸发（未饱和空气）,切变线一般主要出现在中、低空即3000米和1500左右的空中。,N1m,足够的凝结核,Ee 蒸发（未饱和空气）,三、水相变化及其判据,（一）水相变化的微观过程,从分子运动论观点进行讨论,（二）水相变化的判据,(二)、水相变化的判据：,水面,N,n,N单位时间内饱出水面水分子数,n单位时间内落回水面水分子数,Nn 蒸发（未饱和空气）,N=n 动态平衡（饱和）,Ne 蒸发（未饱和空气）,E=e 动态平衡（饱和空气）,Ee 凝结（过饱和空气）,例如：,1、有一水面，温度为5，如果跑出水面的水分子数与落回水面的水分子数相等，问过5分钟后，水面温度为多少？,1、从分子运动论的观点看：,有对流是否一定形成云：,、清晨浓雾，根据气象资料在水相平衡图上处于D点处，问这浓雾加强还是消弱？,归纳四类：积状云，层状云，波状云，特殊云（乱流形成）。,暖锋式切变，即东南风和西南风的切变，准静止锋式切变即偏东风和偏西风的切变。,有上万种，但通过观察和分析，可归纳为以下三种：,绝热上升运动是云形成制冷最重要一项，其次非绝热过程（如辐射，接解冷却，混合冷却）只居于次要地位。,N E边 E面 e,有对流是否一定形成云：,如:初夏在江淮流域到长江以南的江淮切变线。,O三相平衡点,OC融解线,OA蒸发线,OB升华线,OB冻结线,三、水相平衡图,、清晨浓雾，根据气象资料在水相平衡图上处于D点处，问这浓雾加强还是消弱？,、层云中，根据气象资料在水相平衡图上处于M点，问降水能否产生？,水的位相变化由温度、压力而定,冰,水,B,B,0,水汽,t,k,374,T,K,A,C,e,k,E,。,。,e,k,=218个大气压,。2,。1,冰晶效应：（贝吉龙效应）,在冰水共存的云雾中，水滴将因蒸发而减小，冰晶将凝华而增大，水份由水滴向冰晶转移的现象称为冰晶效应。,注：温度为-11.5时，冰晶效应最显著。,2饱和水汽压,一、饱和水汽压与温度的关系：,饱和水汽压随温度升高按指数规律增大。,二、饱和水汽压与溶液的关系（t相同）。,1、冰面与过冷水面上的E的比较。,N,1,冰,水,N,2,N,1,E,过冷水面,E,冰面上,冰,水,B,B,0,水汽,t,k,374,T,K,A,C,e,k,E,。,。,2、溶液面上的饱和水气压与纯水面上饱和水汽压关系。,N,1,N,2,溶液面,纯水,当t一定,E,溶液,E,平,E,凹,四、雪的形成,在层云中，（层云、雨层云、高层云）冰晶不断凝华增大，形成雪花,雪花的三个基本形状：柱状、片状、星状,有上万种，但通过观察和分析，可归纳为以下三种：,雪花的三个基本形状：柱状、片状、星状,柱状,片状,星状,共同点:形（冰核 形最稳定结构）,形成原因,因为：E,角,E,边,E,面,雪花的三个基本形状：柱状、片状、星状,柱状,片状,星状,共同点:六角形（冰核为六角形最稳定结构）,形成原因,因为：E,角,E,边,E,面,、清晨浓雾，根据气象资料在水相平衡图上处于D点处，问这浓雾加强还是消弱？,形成层状云系暖锋云系 缓行冷锋云系,云内上升速度w=15-20米/秒,二、饱和水汽压与溶液的关系（t相同）。,、如上下风速不一致云系与上下风向量差的方向上相垂直。,t -30 为过冷水滴和冰晶,当 eE角 E边 E面,暖锋式切变，即东南风和西南风的切变，准静止锋式切变即偏东风和偏西风的切变。,当气流越较大山脉，如大气稳定，湿度较大，在迎风坡也可形成层状云。,1、冰面与过冷水面上的E的比较。,有一些冷锋移动较慢，锋上暖空气层结比较稳定，称为缓行冷锋。,由于冰晶在气流中不停的运动，它所处的环境温度和湿度的条件不断变化，使得冰晶各部分增长速度不一致。,同质凝结（自生凝结过程）：仅靠水分子间的相互碰撞而结合生成的小胚滴。,柱、片、星的形成,当,eE,角,E,边,E,面,当,E,角,e,E,边,E,面,3),当,E,角,E,边,e,E,面,当,E,角,E,边,E,面,e,柱、片、星的形成,当,eE,角,E,边,E,面,当,E,角,e,E,边,E,面,3),当,E,角,E,边,e,E,面,当,E,角,E,边,E,面,e,角、边、面都产生凝华，但角上的空间最大，抓捉水汽机会最多。,角升华，边面凝华，但边的空间大，抓捉水汽机会最多。,角、边升华，面凝华。,雪花消散,雪花为什么有千姿百态？,由于冰晶在气流中不停的运动，它所处的环境温度和湿度的条件不断变化，使得冰晶各部分增长速度不一致。加之，在运动过程中，出现碰撞、重新排列、组合，故形成雪花的千姿百态。,3 凝结、凝华、冻结核的基本过程,云、雾是小水滴或冰晶、或两者混合的聚集态。在一定条件下，空气中的水汽通过凝结或凝华可形成这些水滴或冰晶，或过冷水滴冻结成冰晶。,一、凝结核化过程,同质凝结（自生凝结过程）：仅靠水分子间的相互碰撞而结合生成的小胚滴。（也叫同自发凝结）,实验证明：自生凝结过程产生,f,相对湿度达到,700%800%,。,3、同质凝结,过程发生相对湿度达到700800%才能在大气中形成十分细小的水滴胚胎，而这种水滴胚胎在f700%又会迅速蒸发消失。说明形成水滴很不稳定。,在实际大气中，空气中的,f,不会达到700%800%，所以自生凝结过程不可能发生。,4、异质凝结,（1）、异质凝结核化：水汽在凝结核上形成水滴胚胎。,实际大气中f=100%或 f 100%就能产生凝结，这就是有凝结核的作用。,（2）、凝结核的大小：有三类,1）、爱根核：R0.1m,2)、大核：0.1R1m,（3）凝结核的作用：能大大降低水汽产生凝结的过饱和度。,4 云的形成,二、形成云的基本条件,充足的水汽,足够的凝结核,足够的冷却,绝热上升运动是云形成制冷最重要一项，其次非绝热过程（如辐射，接解冷却，混合冷却）只居于次要地位。,三、形成云的物理过程,物理过程：使空气达饱和状态的过程。,上升运动+水汽,形成云,下沉运动,云消散,一、云,：悬浮在空中的大量微小水滴和冰晶，或二者组合的悬 浮体，距地面有一定高度，也有一定厚度。,四,、云的物理性质分类,暖,云：云体中的温度,0,，云由水滴组成。,冷云：,云体中的温度,0,为水滴,水云、暖云,t,-15,为水滴,0,冷云,t,-30,为过冷水滴和冰晶,-15,混合云,t,H垂直尺度全由水滴组成,b云内上升速度W5米/秒,2）、浓积云阶段对流上限越过凝结高度很多。,a.云体L2030米/秒,c.云顶出现云砧能大致指出云的方向。,d.,开始-20以上出现雷电，随云体继续增高，雷电也越来越频繁强烈，即可积雨云发展极盛阶级，雷电、大风、暴雨及冰雹均可出现。,Cb,、积状云有明显的日变化：,淡积云浓积云（阵雨）积雨云消散（或者打雷、下雨）,上升 迟中午 晚下午 入夜,2,、层状云大规模上升运动形成的云。（铺天盖地，是连续比较均匀的云层）,包括：卷层云（,Cs,），,高层云（,As,），,雨层云（,Ns,），,层云（,Ss,）。,形成原因：槽线，切变线，锋面、气旋等天气系统所引起的大规模的系统性的铅直运动，在大气层结稳定、水汽较充沛的条件下，可形成范围广，分布均匀的层状系。,形成条件：气层稳定（例：暖锋云系）,垂直速度小,持续时间长（连续几天）,切变线:是一种风的不连续线，往往会使空气辐合上升,。,冷锋切变,准静止锋切变,暧锋切变,冷锋式切变，即偏北风和西南风的切变；暖锋式切变，即东南风和西南风的切变，准静止锋式切变即偏东风和偏西风的切变。切变线一般主要出现在中、低空即3000米和1500左右的空中。在我国东部地区常会出现和维持准静止锋式的切变线。,如:初夏在江淮流域到长江以南的江淮切变线。夏季即会在华北地区出现切变线。所以，切变线上降水量分布很不均匀，常在辐合较强、水汽供应充沛的地区形成暴雨。是造成夏半年我国降水的一个重要天气系统。,特征：水平范围广,云层从薄到厚排列形成云系,云层较均匀,持续时间长,降水为连续性,形成层状云系,暖锋云系 缓行冷锋云,系,Ns,As,Cs,Ci,水平距离（公里）,高度（公里）,0,9,100,800,暖锋云系,有一些冷锋移动较慢，锋上暖空气层结比较稳定，称为缓行冷锋。这种冷锋的云系和暖锋云系很相似，但各种云状出次序刚好与暖锋云系相反。,缓行冷锋：,当气流越较大山脉，如大气稳定，湿度较大，在迎风坡也可形成层状云。,乱流作用形成层状云,辐射雾在早上太阳出来后，地面加热可抬升成层云。,包括：卷积云（,Cc,），,高积云,(Ac),层积云（,Sc,）,透光，蔽光 透光，蔽光,形成波动气流原因：大气中存在密度差异大的界面（逆温层）,气流越山形成的波动,波状云,空气波动形成的云,Z,T,山脉,上下波动,云系走向SN,西,波状云形成示意图：,云系走向 NW_SE,SW,、,V,下,V,上,V,上,V,下,4、乱流形成云（特殊云）层云，层积云，碎雨云,、如上下风速不一致云系与上下风向量差的方向上相垂直。,4）天气特征：瓦块云，晒死人；天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻。,
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