气象学与气候学
METEOROLOGY ＆ CLIMATOLOGY
第三章 大气中的水分
饱和水汽压随着温度升高而 按指数规律迅速增大。 按指数规律迅速增大。 随着温度的升高， 随着温度的升高，单位时间内 脱出水面的分子增多， 脱出水面的分子增多，只有当 水面上水汽密度增大到更大值 时，落回水面的分子数才和脱 出水面的分子数相等。 出水面的分子数相等。
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第三章 大气中的水分
4、水相变化中的潜热交换 水相转变过程中，还伴随着能量的转换。蒸发过程中， 水相转变过程中，还伴随着能量的转换。蒸发过程中，由 于具有较大动能的水分子脱出液面，使液面温度降低。 于具有较大动能的水分子脱出液面，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， 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表示 L与温度有如下的关系 表示。 与温度有如下的关系： 于蒸发潜热，以L表示。L与温度有如下的关系： L=（2500-2.4t）×103（J/kg） （ ） ）
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第三章 大气中的水分
在云中，冰晶和过冷却水共存的情况是很普遍的， 在云中，冰晶和过冷却水共存的情况是很普遍的，如果当 时的实际水汽压介于两者饱和水汽压之间， 时的实际水汽压介于两者饱和水汽压之间，就会产生冰水 之间的水汽转移现象。水滴会因不断蒸发而缩小， 之间的水汽转移现象。水滴会因不断蒸发而缩小，冰晶会 因不断凝华而增大。这就是“冰晶效应” 因不断凝华而增大。这就是“冰晶效应”，该效应对降水 的形成具有重要意义。 的形成具有重要意义。
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第三章 大气中的水分
如果单位时间内跑出水面的水分子比落回 水中的水汽分子多， 水中的水汽分子多，系统中的水有一部分 变成了水汽，就称为蒸发过程。反之， 变成了水汽，就称为蒸发过程。反之，如 果单位时间内落回水中的水汽分子比跑出 水面的水分子多， 水面的水分子多，系统中的水汽有一部分 变成了水，就称为凝结过程。与此相似， 变成了水，就称为凝结过程。与此相似， 可定义冻结过程与融解过程， 可定义冻结过程与融解过程，凝华过程与 升华过程。 升华过程。
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第三章 大气中的水分
f 表示冰面饱和水汽压对过冷却水 面饱和水汽压的相对百分数， 面饱和水汽压的相对百分数，它随 温度的变化如图中虚线所示。 温度的变化如图中虚线所示。f 随 温度降低近似于线性递减， 温度降低近似于线性递减，温度愈 低，冰面饱和水汽压占水面饱和水 汽压的比重愈小。 汽压的比重愈小。说明当水面饱和 冰面已过饱和了（ 时，冰面已过饱和了（e=E＞Ei）； ＞ 或者当冰面上饱和时， 或者当冰面上饱和时，其相对湿度 小于100％（ ％（e=Ei＜E），所以在冰 ），所以在冰 小于 ％（ ）， 成云和冰成雾中， 成云和冰成雾中，常常观测到相对 湿度小于100％的事实。 湿度小于 ％的事实。
' D
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第三章 大气中的水分
升华线（ ） 升华线（AD）
表示冰与水汽平衡时冰面上 表示冰与水汽平衡时冰面上 冰与水汽 饱和水汽压与温度的关系。 饱和水汽压与温度的关系。 AD′线由表示过冷水与水汽 线由表示过冷水与水汽 平衡时水面上饱和水汽压与 温度的关系。 温度的关系。
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第三章 大气中的水分
溶液面的饱和水汽压: 溶液面的饱和水汽压 由于溶质的存在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。 间的作用力，使水分子脱离溶液面比脱离纯水面困难。因 同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯水面要小， 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。 溶液浓度愈高，饱和水汽压愈小。这种作用对在可溶性凝 结核上形成云或雾的最初胚滴相当重要， 结核上形成云或雾的最初胚滴相当重要，而且以溶液滴刚 形成时较为显著，随着溶液滴的增大，浓度逐渐减小，溶 形成时较为显著，随着溶液滴的增大，浓度逐渐减小， 液的影响就不明显了。此外， 液的影响就不明显了。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， 的饱和水汽压也有一定的影响，这也是使饱和水汽压减小 的一个因素。 的一个因素。
三相共存点（ ） 三相共存点（A）
水汽、 水汽、水及冰三相共存所需的 温度和压力条件： 温度和压力条件： t0=0.0076℃ ℃ E0=6.11hPa
' D
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第三章 大气中的水分
二、饱和水汽压 动态平衡时的水汽称为饱和水 汽，当时的水汽压称为饱和水 汽压。 汽压。饱和水汽压和蒸发面的 温度、性质（水面、冰面，溶 温度、性质（水面、冰面， 液面等）、形状（平面、凹面、 ）、形状 液面等）、形状（平面、凹面、 凸面）等密切相关。 凸面）等密切相关。
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第三章 大气中的水分
1、水相变化的物理过程 从分子运动论看， 从分子运动论看，水相变化是各相之间分子交换 的结果。例如，在水和水汽两相共存的系统中， 的结果。例如，在水和水汽两相共存的系统中， 在水的表面层，运动比较快而具有较大动能的水 在水的表面层， 分子， 分子，有可能克服周围水分子对它的吸引而跑出 水面，成为水汽分子；同时， 水面，成为水汽分子；同时，接近水面的部分水 汽分子，受水面水分子的吸引或相互碰撞， 汽分子，受水面水分子的吸引或相互碰撞，又重 新落回水中，成为水分子。 新落回水中，成为水分子。
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第三章 大气中的水分
饱和水汽压随温度变化而变化， 饱和水汽压随温度变化而变化，说明气温的变化对蒸发和凝 结有重要影响：增加饱和空气的温度可使蒸发重新出现； 结有重要影响：增加饱和空气的温度可使蒸发重新出现；相 如果降低饱和空气的温度，可使水汽出来凝结。 反，如果降低饱和空气的温度，可使水汽出来凝结。饱和水 汽压随温度改变的量，高温时要比低温时大。 汽压随温度改变的量，高温时要比低温时大。例如温度由 30℃降低到 ℃，饱和水汽压减少 ℃降低到25℃ 饱和水汽压减少10.76hPa，而温度从 ℃ ，而温度从15℃ 降到10℃ 饱和水汽压只减少4.77hPa。所以降低同样的温 降到 ℃，饱和水汽压只减少 。 在高温饱和空气中形成的云要浓一些， 度，在高温饱和空气中形成的云要浓一些，这也说明了为什 么暴雨总是发生在暖季。 么暴雨总是发生在暖季。
第三章 大气中的水分
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第三章 大气中的水分
第一节 蒸发与凝结 一、水相变化 在大气的常温常压下，水分是唯 在大气的常温常压下， 一能由一种相态转变为另一种相 而以气态、 态，而以气态、液态和固态三种 形式存在于大气中的成分。 形式存在于大气中的成分。水相 变化指的就是水在三态之间的互 相转换。 相转换。
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第三章 大气中的水分
2、水相变化的判据 、 水相变化可由实测的水汽压（ ） 水相变化可由实测的水汽压（e）与同温度下的饱和 水汽压（ ）之间的比较来判定。 水汽压（E）之间的比较来判定。 E＞e ＞ E=e E＜e ＜ 蒸发（未饱和） 蒸发（未饱和） 动态平衡（饱和） 动态平衡（饱和） 凝结（过饱和） 凝结（过饱和）
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第三章 大气中的水分
如果同一时间内， 如果同一时间内，跑出水面的水分子与落回水 中的水汽分子恰好相等， 中的水汽分子恰好相等，系统内的水量和水汽 分子含量都不再改变， 分子含量都不再改变，即水和水汽之间达到了 两相平衡，这种平衡叫做动态平衡， 两相平衡，这种平衡叫做动态平衡，因为这时 仍有水分子跑出水面和水汽分子落回水中， 仍有水分子跑出水面和水汽分子落回水中，只 不过进出水面的分子数相等而已。 不过进出水面的分子数相等而已。动态平衡时 的水汽称为饱和水汽， 的水汽称为饱和水汽，当时的水汽压称为饱和 水汽压。 水汽压。
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第三章 大气中的水分
不同形状的蒸发面，水分子受到周围分子的吸引力也不同 不同形状的蒸发面，
如图，三个圆圈分别表示凸水面、平水面和凹水面对于A、B、C 如图，三个圆圈分别表示凸水面、平水面和凹水面对于 、 、 三点分子引力作用的范围。由图可知， 分子受到的引力最小， 三点分子引力作用的范围。由图可知，A 分子受到的引力最小，最 易脱出水面； 分子受到的引力最大，最难脱出水面； 易脱出水面；C 分子受到的引力最大，最难脱出水面；B 分子的情 况介于二者之间。因此，温度相同时，凸面的饱和水汽压最大， 况介于二者之间。因此，温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平 面次之，凹面最小。而且凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大； 面次之，凹面最小。而且凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大；凹面 的曲率愈大，饱和水汽压愈小。 的曲率愈大，饱和水汽压愈小。
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第三章 大气中的水分
同温度下冰面饱和水汽压和过冷却 水面饱和水汽压之差的变化趋势如 图中实线所示： ℃开始， 图中实线所示：0℃开始，随着温 度降低，差值迅速增大， 度降低，差值迅速增大，至-12℃ ℃ 达最大值ΔE=0.269hPa，温度继续 ， 降低时，差值减小。 降低时，差值减小。
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