E＞e 未饱和 蒸发 E=e 饱和 动态平衡 E＜e 过饱和 凝结
3
水 融解线
升华线
Байду номын сангаас
蒸发线
水的三种相态分别存在于不同的温度和压强条 件下: (1)水只存在于0℃以上的区域，冰只存在于0℃ 以下的区域，水汽虽然可存在于0℃以上及以下的区 域，但其压强却被限制在一定值域下。
蒸发过程：较大动能水分子脱出液面使液面温 度降低。如果保持其温度不变，必须自外界供给热 量，这部分热量等于蒸发潜热L，L 与温度t有如下 的关系：
影响因素之二：蒸发面性质
蒸发面性质不同，水分子脱出蒸发面需克服分 子引力也不同，同一温度下不同蒸发面上的饱和水 汽压也不相同。 A 冰面和过冷却水面的饱和水汽压 过冷却：液态水温度在冰点以下而不冻结的现象
通常不易见到过冷却水，但是在自然界，特别 是在云雾中较普遍存在(在-20℃--30℃以下不结冰)
C为与风速(W)有关的函数:C=f(W),具体关系需要 通过实验测定。
道尔顿蒸发定律的本质：水面蒸发模型
在自然条件下，蒸发是发生于湍流大气之中，影 响因素是湍流交换影响蒸发速度的主要因子有四个： 水源、热源、饱和差、风速。
影响因子之一：水源 没有水源就不可能有蒸发，水/雪面、湿土、植被 是蒸发产生的基本条件。在沙漠中，几乎没有蒸发。 影响因子之二：热源 蒸发必须消耗热量，在蒸发过程中如果没有热量 供给，蒸发面就会逐渐冷却，从而使蒸发面上的水汽 压降低，于是蒸发减缓或逐渐停止。因此蒸发速度在 很大程度上决定于热量的供给。实际上常以蒸发耗热 多少直接表示某地的蒸发速度。
冰晶效应：这种由于冰水共存引起冰水间的 水汽转移的作用
冰晶效应程度与其差值有关，差值越大，冰晶效应 越显著。这种效应是混合云形成降水的重要理论之一。
溶液中的溶质使溶液内分子间的作用力大于纯 水内分子间的作用力，使水分子脱离溶液面比脱离 纯水面困难。因此同一温度下，溶液面的饱和水汽 压比纯水面要小，且溶液浓度愈高饱和水汽压愈小。
原因：开尔文方程
ln
P
/
P0
2M RT
.1 r
曲面上蒸气压 平面上蒸气压
球形液滴的半径
凸面的曲率愈大，即r越小，饱和水汽压愈大
云雾中的水滴有大有小： 大水滴半径大，饱和水汽压小 小水滴半径小，饱和水汽压大
es (小水滴) ea (实际水汽) es (大水滴)
小水滴因蒸发而逐渐变小，大水滴因凝结 而不断增大——凝结增长。
影响因子之三：饱和差（E-e） 蒸发速度与饱和差成正比。严格说，此处的E 应 由蒸发面的温度算出，但通常以一定气温下的饱和水 汽压代替。饱和差愈大，蒸发速度也愈快。 影响因子之四：风速 大气中的水汽垂直输送和水平扩散能加快蒸发速 度。无风时，蒸发面上的水汽单靠分子扩散，水汽压 减小得慢，饱和差小，因而蒸发缓慢。有风时，湍流 加强，蒸发面上的水汽随风和湍流迅速散布到广大的 空间，蒸发面上水汽压减小，饱和差增大，蒸发加快。
dT RT 2
E R T 2
克拉伯龙— 克劳修斯方程
E为饱和水汽压，T为绝对温度， L为凝结潜热， Rw为水汽的比气体常数
dE E
L R
dT T2
E
L ( 1 1)
E e R T0 T 0
L=2.5×106J/kg，Rw=461J/kg·K，T0=273K，T=273+t， E0=6.11hPa（为t=0℃时，纯水平面上的饱和水汽压）
19.9t
E 6.11e273t 经验公式：L是温度的函数
克拉伯龙—克劳修斯方程的适用性：水平液面
E
E e19.9t / 273t 0
（1）空气温度的变化， 对蒸发和凝结有重要影响。
升温：饱和空气---未 饱和---水面继续蒸发
降温：未饱和空气--饱和---过饱和---多余水汽 凝结
（2）饱和水汽压随温度的改变量，在高温时要 比低温时大。这也说明了为什么暴雨总是发生在暖 季。
Ei E过冷却水面-E冰面
冰分子脱出冰面所受 的束缚比水分子脱出 水面的束缚大
E冰面 100% E过冷却水面
冰晶和过冷却水滴共存情况在云中很普遍 冰晶效应
如果实际水汽压处于两者的饱和水汽压之间:
es (过冷却水滴) ea (实际水汽) es (冰晶)
蒸发
凝华
水滴不断蒸发而减小，冰晶因不断凝华而 增大，在冰和水之间水汽转移现象。
特点：这一过程在水滴增长到半径大于1μm 时，曲率的影响就很小了。所以“凝结增长”只 在云雾刚形成时起作用。
3、影响蒸发的因素 1802年英国著名物理学家、
化学家Dalton通过大量试验数据， 提出水面蒸发量与饱和水汽压差 (Δe)成正比，与气压(P)成反比， 且随着风速的加大而增大：
E C e道尔顿蒸发定律 P
升华潜热Ls表示为：
Ls （2.5106 105）（ J/Kg）
6
影响饱和水汽压的因素是蒸发面： （1）温度、 （2）性质（水面、冰面，溶液面等）、 （3）形状（平面、凹面、凸面）
影响因素之一温度
19世纪克拉伯龙和克劳修斯分别用热力学理论推导出了 纯水面饱和水汽压随温度升高而增大的数学表达式：
dE LE dE L dT
（一）蒸发和凝结的基本原理
大气中 （二）地表面和大气中的凝结现象 的水分
（三）降水及人工影响天气
水
冰
水、水汽、冰之间转换的物理过程
水相变化的判据：不同相态水分子的扩散速率
n
N
N＞n 未饱和 N= n 饱和 N＜n 过饱和
蒸发 动态平衡 凝结
e RT
冰与水汽两相变化和平衡判据 Es＞e 未饱和 升华 Es =e 饱和 动态平衡 Es ＜e 过饱和 凝华
L （2500 2.4t）10（ 3 J/Kg）
水汽凝结：潜热将会全部释放出来，这就是凝 结潜热。在同温度下，凝结潜热与蒸发潜热相等。
冰的升华过程：冰升华为水汽消耗的热量包 含两部分：
①冰融化为水所需消耗的融解潜热 融解潜热=3.34×105J/kg ②水变为水汽所需消耗的蒸发潜热 蒸发潜热=2.5×106J/kg
这种作用对在可溶性凝结核上形成云或雾的最 初胚滴明显，以溶液滴刚形成时较为显著，随着溶 液滴的增大，浓度逐渐减小，溶液影响就不明显了。
此外，水滴上的电荷对水滴表面上的饱和水汽 压也有一定的影响：使饱和水汽压减小
影响因素之三：蒸发面形状
蒸发面形状不同，水分子受周围分子吸引力不同。
凸表面
平表面
凹表面
A 凸表面水分子受到引力最小，表面水汽压最大 C 凹表面水分子受到引力最小，表面水汽压最小 B 平表面水分分子的情况介于二者之间。