气体压力单位(自然地理学第三章第二节：大气水分和降水（大气湿度、蒸发凝结）)

Posted 2023-05-30

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气体压力单位(自然地理学第三章第二节：大气水分和降水（大气湿度、蒸发凝结）)

一、大气湿度（大气湿度的概念，湿度的变化与分布）。

（一）湿度的概念和表示方法

大气从海洋、湖泊、河流以及潮湿土壤的蒸发或植物的蒸腾作用中获得水分。水分进入大气后，通过分子扩散和气流的传递而散布于大气中，使之具有不同的潮湿度。

1.水汽压和饱和水汽压：大气压力是大气中各种气体压力的总和。大气中水汽所产生的那部分压力叫水汽压（e ）。地面的水汽压随纬度的升高而减小，赤道平均26hPa ，350N 约为13hPa , 650N约为4hPa。极地附近约为2hPa。

水汽压随高度的变化而变化，水汽压随高度变化经验公式：ez=eOx10 -bz

式中，ez为高度z（m）的水汽压；eO为地面的水汽压；b为水汽压随高度变化的常数，一般多采用自由大气中的1/5000。

2.饱和水汽压：空气中水汽舍量与温度关系密切。温度一定时，单位体积空气容纳的水汽量有一定的限度，达到这个限度,空气呈饱和状态，称为饱和空气。饱和空气的水汽压，称为饱和水汽压（E ），又叫最大水汽压。饱和水汽压随温度升高而増大。

3.绝对湿度：单位容积空气所含的水气质量通常以g/cm3表示，称为绝对湿度（a）或水汽密度。绝对湿度不能直接测定，但可以间接算出来。它与水汽压有关系： a = 289e/T （g /m3）

式中，e为水汽压（mm ）； T为绝对温度。

4.相对温度：大气的实际水汽压e与同温度下饱和水汽压E之比，称为相对湿度（f ），用百分数表示。

f = e/Ex100%

由于E随温度而变，所以相对湿度取决于e和T，其中T往往起主导作用。当e 一定时，温度降低则相对湿度増大；温度升高相对湿度减小。夜间多云、雾、霜、露，天气转冷时容易产生云等都是相对温度増大的结果。

5.露点温度：一定质量的湿空气，若气压保持不变，而令其冷却，则饱和水汽压E随温度降低而减小。当E =e时，空气达到饱和。湿空气等压降温达到饱和时的温度就是露点温度Td .简称露点。

（二）湿度的变化与分布

相对湿度能够直接反映空气距离饱和的程度，在气候资料分析中应用广泛。相对湿度日变化通常与气温日变化相反。相对湿度最高值出现在日出之前，最低值出现在午后。相对湿度分布随距海远近与纬度高低而有不同。例如，我国东南沿海相对湿度年平均为80% ,内蒙古西部只有40%。

二、蒸发和凝结（掌握大气水分蒸发及其影响因素、凝结和凝结条件）。

蒸发面上是蒸发还是凝结取决于实际水汽压与饱和水汽压的关系。当e>E，出现蒸发；e<E，则出现凝结。

（一）蒸发及其影响因素

1.影响蒸发的因素：主要包括蒸发面的温度、性质、性状、空气湿度、风等。

2.蒸发量：实际工作中，一般以水层厚度（mm ）表示蒸发速度，称为蒸发量。蒸发量的变化与气温变化一致，一日内，午后蒸发量最大；日出前蒸发量最小。一年内，夏季蒸发量大，冬季小。蒸发量的空间变化受气温、海陆分布、降水量等因素的影响。

（二）凝结和凝结条件

凝结是发生在f≥100% （ e≥E ）过饱和情况下的与蒸发相反的过程。凝结现象在地面和大气中都能发生。大气中的水汽发生凝结，需具备一定的条件，既要使水汽达到饱和或过饱和，还需有凝结核。

大气的降温过程：绝热冷却、辐射冷却、平流冷却、混合冷却。

三、水汽的凝结现象（掌握水汽地表面和大气中的凝结现象）

（一）地表面的凝结现象

1.霜与露：日落后地面及近地面层空气冷却，温度降低。当气温降到露点以下时，水汽即凝附于地面或地面物体上。如温度在0℃以上，水汽凝结为液态，称为露；温度在 0℃以下，水汽凝结为固态，称为霜。霜常见于冬季，露见于其他季节，以夏季为最多。

2.雾淞和雨淞：雾淞是一种白色固体凝结物，由过冷雾滴附着于地面物体或树枝迅速冻结而成，俗称 “树挂”，多出现于寒冷而湿度高的天气条件下。

雨淞是形成在地面或地物的迎风面上的，透明的或毛玻璃状的紧密冰层，俗称“冰棱”。多半在温度为0~-6℃时，由过冷却雨、毛毛雨接触物体表面形成；或是经过长期严寒后，雨滴降落在物体表面冻结而成。

（二）大气中的凝结现象

1.雾。雾是漂浮在近地面层的乳白色微小水滴或冰晶。根据不同成因，雾可分为辐射雾、平流雾、蒸汽雾、上坡雾和锋面雾。

2.霾。空气中烟尘等微粒较多也能导致能见度变坏，这种现象称为霾。

3.云。云是高空水气凝结现象。空气对流、锋面抬升、地形抬升等作用使空气上升到凝结高度,就会形成云。云有各式各样的外貌特征。根据云的形状、云的高度及形成云的上升运动的特点可将云分为以下几类：

（1）积状云包括淡积云、浓积云和积雨云出现时常呈孤立分散状态，是由于空气对流上升，体积膨胀绝热冷却，使水汽发生凝结而形成的。

（2）层状云层状云是均匀的幕状云层，通常具有较大水平范围。覆盖数千甚至上万平方千米的地区。层状云是由空气斜上升运动形成的。

（3）波状云波状云是表面呈现波状起伏或鱼鳞状的云层，包括卷积云、高积云、层积云和层云。通常因空气密度不同、运动速度不同等的两个气层界面上产生波动而形成的。

四、大气降水（了解降水的形成、类型,掌握降水的时间变化规律和降水量的地理分布）。

（一）降水的形成

从云层中降落到地面的液态水或固态水，称为降水。降水是云中水滴或冰晶变大的结果。从雨滴到形成降水需具备两个基本条件：一是雨滴下降速度超过气流上升速度；二是雨滴从云中降落到地面前不被完全蒸发。降水的形成，必须经历云滴増大为雨滴、雪花及其他降水物的过程。云滴増长主要有两个过程：

1.云滴的凝结（凝华）増长

在云的发展阶段，云体上升绝热冷却，或不断有水汽输入，使云滴周围的实际水汽压大于其饱和水汽压云滴就会因水汽凝结或凝华而逐渐増大。当水滴和冰晶共存时在温度同条件下，冰面水汽压小于水面水汽压，水滴将不断蒸发变小，而冰晶则不断凝华増大这种过程称为冰晶效应。

2.云滴的冲并増长

云滴大小不同，相应具有不同的运动速度。云滴下降时个体大的云滴落得快，个体小的降落慢，于是大云滴“追上”小云滴，碰撞合并成为更大的云滴。

（二）降水的类型

根据降水形成原因（主要是气流上升特点），可分为四个基本类型：

1.对流雨：暖季空气湿度较大，近地面气层强烈受热，引起对流而形成的降水称为对流雨。赤道全年以对流雨为主。我国西南夏季多对流雨。

2.地形雨：暖湿空气前进途中遇到较高山地阻挡被迫抬升，绝热冷却，在达到凝结高度时便产生降水。因此，山的迎风坡常成为多雨中心；背风坡因水汽早已凝结降落，且下沉増温，将发生焚风效应，降水很少，形成雨影区。

3.锋面雨（气旋雨）：两种物理性质不同的汽团相遇，暖湿空气沿交界面上升，绝热冷却，达到凝结高度便产生云雨。温带地区锋面雨占主要地位。

4.台风雨：台风是产生在热带海洋上的一种空气漩涡。台风中有大量暖空气上升，可产生秀度极大的降水。

（三）降水的时间变化

1.降水强度：单位时间内的降水量，称为降水强度。气象部门为确定一定时间内降水的数层特征，并用以预报未来降水数星变化趋势，将降水强度划分为若干等级：小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨。

2.降水的日变化：一天内的降水变化，在很大程度受地方条件限制，可大致分为两个类型：

（1）大陆型：特点是一天有两个最大值，分别出现在午后和清晨；两个最小值，分别出现在夜间和午前。

（2）海洋型：特点是一天只有一个最大值，出现在清晨，最小值出现在午后。

3.降水的季节变化：降水季节变化因纬度，海陆位置、大汽环流等因素影响而不同。全球降水的年类型大致可分为以下几类：

(1 )赤道型：全年多雨，其中有两个高值和两个低值时期。春、秋分之后降水量最多；冬、夏至之后，降水量出现低值。这种类型分布在南北纬100以内的地区。

（2）热带型：位于赤道型南北两侧。由于太阳在天顶的时间不像在赤道上间隔相等，随纬度的增加，两段最多降水量时间逐渐接近，至回归线附近合并为一个。

（3）副热带型：副热帯全年降水只有一个最高值，一个最低值。大陆东岸降水量集中于夏季（季风型），大陆西岸则冬季多雨（地中海型）。

(4 )温带及高纬型：内陆及东海岸以夏季对流雨为主，西海岸则以秋冬气旋雨为主。

（四）降水量的地理分布

降水量空间分布受纬度、海陆位置、大气环流、天气系统、地形等多种因素制约，降水的分布存在纬度带状分布的特点。全球可划分为四个降水帯：

1.赤道多雨带：赤道及其两侧是全球降水量最多的地带。年降水量至少1500mm，一般为 2000-3000mm。

2.南北纬15°~30°少雨带：这一纬度带受副热带高压控制，以下沉气流为主。是全球降水稀少带。大陆西岸和内部一般不足500mm ,不少地方只有100-300mm。

3.中纬多雨带：年降水量一般为500-100mm。

4.高纬少雨带：本带因纬度高，全年气温低，蒸发微弱，大气中所含水汽量较少，故年降水垦一般不超过300mm。