1、第一节 水分循环和相变,第三篇 云、雾和降水物理学,第七章 云雾形成的宏观条件及一般特征,地球系统水分的无止境的循环称为水分循环,一、水分循环,第三篇第七章第一节,二、水分相变,第三篇第七章第一节,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,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
2、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。,第三篇第七章第一节,二、水分相变,水相变化的物理过程,第三篇第七章第一节,水分相变的判据 理论判据：Nn时，蒸发（未饱和）Nn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。Ee时，蒸发（未饱和）Ee时，凝结过程（过饱和）E=e时，动态平衡（饱和）,1、潜热,第三篇第七章第一节,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
3、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,3、凝结,第三篇第七章第一节,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3.34105J/。,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
4、态的过程。,第三篇第七章第一节,第三篇第七章第一节,第三篇第七章第一节,（二）相态平衡,蒸发线,融解线,升华线,第二节 饱和水汽压,第三篇 云、雾和降水物理学,第七章 云雾形成的宏观条件及一般特征,一、饱和水汽压与蒸发面温度的关系,第三篇第七章第二节,克拉柏龙克劳修斯方程,第三篇第七章第二节,第三篇第七章第二节,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 。,二、饱和水汽压与蒸发面性质的关系,第三篇第七章第二节,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。,第三篇第七章第二节,冰面的饱和水汽压,马
5、格努斯经验公式,公式中、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。,第三篇第七章第二节,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。,二、饱和水汽压与蒸发面性质的关系,第三篇第七章第二节,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。,第三节 云和降水的分类和生成条件,第三篇 云、雾和降水物理学,第七章 云雾形成的宏观条件及一般特征,第三篇第七章第三节,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
6、）,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）,云的国内分类,第三篇第七章第三节,（二）雨的分类,第三篇第七章第三节,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0.050.25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。,（二）雨的分类,第三篇第七章第三节,2、连续性降水：多由0
7、.32.0毫米中等大小的雨滴或雪花组成。降水强度为440/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200300，持续时间短，局地性很强。雨滴半径较大，一般在1.53.5，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。,二、云雾生成的宏观条件,第三篇第七章第三节,（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
8、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。,第三篇第七章第三节,（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。,第三篇第七章第三节,b、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。,第三篇第七章第三节,d、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。,第三篇第七章第三节,2、辐射冷却,3、平流冷却,4、混合冷却,
