1、1 空氣濕度（air humidity)二三空氣濕度的表示方法空氣濕度的時空變化一水的相變一、水的相變 水汽是大氣中唯一能發生相變的氣體，水的三相為水汽、水、冰。水相變化的物理過程從分子運動學的觀點看，水相變化是各相之間分子交換的過程。水相變化中的三種過程在水和水汽共存的系統中，存在三種過程：蒸發過程、凝結過程和動態平衡。氣象學上用空氣濕度表示大氣中水汽含量的多少。 絕對濕度(w)就是單位體積濕空氣中所含的水汽質量，也即為水汽密度(water vapor density)。可表示空氣中水汽的絕對含量。 根據氣體的狀態方程，它與水汽壓的關系是：1.絕對濕度(absolute humidity)

2、其中T為氣溫，ea為實際水汽壓，R w為水汽的比氣體常數。二、 空氣濕度的表示方法2.水汽壓(water vapour pressure) 水汽壓（e）：空氣中水汽產生的壓強。水汽壓可以直接表示空氣中水汽含量的多少。水汽壓單位：百帕（hPa），毫米汞柱mmHg飽和水汽壓：空氣中水汽達到飽和狀態時的水汽壓(saturation/equilibrium vapour pressure) ，用E或es表示。(1)物態 同溫度下冰面E冰E水飽和水汽壓E的影響因素云中，冰晶與過冷卻水滴常常并存，若E冰eE水，則水滴將蒸發而逐漸縮小，冰晶將不斷凝華而增大，水分子不斷從水滴向冰晶轉移，這就是“冰晶效應”E受

3、物態、蒸發面形狀、水溶液濃度、溫度等因素影響。(2)蒸發面形狀 當蒸發面曲率半徑1m，與水分子半徑相近時，蒸發面形狀會影響E的大小。飽和水汽壓的影響因素(3)云中水滴大小 云中水滴大小不一，曲率不同，若實際水汽壓介于大小水滴的E之間時 (E大eE小)，小水滴因蒸發而縮小，大水滴因凝結而增大。飽和水汽壓的影響因素(4)蒸發面濃度 當蒸發面濃度的不同，也會影響E的大小。因為濃度大的液體表面水分子占據的面積小，單位時間內逸出的水分子就少。飽和水汽壓的影響因素(5)溫度 影響飽和水汽壓的最主要因素溫度()-30-20-100102030E(hPa)0.51.22.96.112.323.442.5不同溫

4、度下的飽和水汽壓飽和水汽壓與溫度的關系，可用馬格奴斯（Magnus）半經驗公式表示(Es0=6.1hPa)：也可用泰登(Teten)公式表示:es0=610.78pa=6.1hpa 飽和水汽壓與溫度關系曲線飽和水汽壓(E)溫度()相對濕度（r）：空氣中實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的百分比。即：3.相對濕度(relative humidity) 相對濕度主要取決于空氣中的水汽含量和溫度。當溫度一定時，水汽含量越多，相對濕度越大；而當水汽含量一定時，氣溫越高，相對濕度越小。 飽和差（d）：同溫度下的飽和水汽壓與空氣中實際水汽壓之差。即： d=E-e 飽和差表示空氣中的水汽含量與飽和時的水汽含量

5、之間的差距，但不表示空氣中水汽含量的多少。 當溫度一定時，水汽含量越多，飽和差越小；而當水汽含量一定時，氣溫越高，飽和差越大。4.飽和差（saturation deficit/deficiency)5.露點溫度(dew-point temperature)溫度()-30-20-100102030E(hPa)0.51.22.96.112.323.442.5不同溫度下的飽和水汽壓(1) 設有一團氣溫為20 ，水汽壓為12.3hPa的氣塊，它是不飽和的。如果將其降溫至10 ，就達到飽和。(2) 氣溫為30 ，水汽壓為6.1hPa的氣塊，它也是不飽和的。如果將其降溫至0 ，就達到飽和。溫度()-30-

6、20-100102030E(hPa)0.51.22.96.112.323.442.5不同溫度下的飽和水汽壓 上面的例子說明：含有水汽、但不飽和的空氣塊，可以通過降低溫度達到飽和，如果在這個溫度下再降溫，則會出現凝結現象。因此這個溫度是夜間地面出現露水的起點溫度。所以有定義：露點溫度（td)：對含有水汽的濕空氣，在不改變氣壓與水汽含量的條件下通過降溫使其達到飽和時的溫度，單位為 。三.空氣濕度的時空變化1. 空氣濕度的空間變化 水汽壓的垂直變化：水汽主要集中在對流層的下部，且隨高度上升而迅速降低。水汽壓隨高度的變化可近似用下式表示：其中為經驗常數，一般取5000m。相對濕度隨高度的變化則比較復雜

7、。 2. 空氣濕度的時間變化 （1）水汽壓的日、年變化日變化 海洋型：地面水分充分供應，亂流不強的地區水汽壓與氣溫變化一致：eMax14:00，emin日出前 大陸型：地面水分供應不夠充分，或亂流較強的地區，水汽壓變化曲線為雙峰型：eMax9:00-10:00，21:00-22:00emin日出前，14:00-15:00年變化 與溫度變化一致：eMax7月，emin1月 水汽壓的日變化水汽壓距平單峰型雙峰型 從相對濕度的定義可知：相對濕度隨飽和水汽壓的增大而減小，而飽和水汽壓又隨溫度的升高而迅速增大，因此相對濕度一般隨溫度的升高面減小。（2）相對濕度的變化相對濕度的日變化 幾乎與溫度的變化相反

8、。 相對濕度的年變化 一般來說冬季最大，夏季最小。但在季風氣候區，冬季受寒冷大陸冷空氣影響，寒冷干燥；夏季受海洋氣流的影響，炎熱濕潤，所以相對濕度的變化與氣溫相同。 相對濕度的日變化相對濕度溫度一二2 蒸發與蒸騰水面蒸發土壤水分的蒸發一.水面蒸發(Evaporation) 蒸發速率（W0 )：單位時間單位面積上蒸發的水量。單位有mm/d和g/cm2d，二者的關系是： 1g/cm2d=10mm/d水面蒸發速率可用道爾頓(Dalton)蒸發公式表示： 其中esw為水面溫度下的飽和水汽壓，ea為空氣中的實際水汽壓，P為氣壓，C為與風速有關的常數。水面蒸發速率的影響因素根據道爾頓蒸發公式： 可知：水面

9、蒸發速率的主要影響因素為：1.水面溫度 溫度越高，蒸發越快；2.水汽壓 空氣中水汽壓越小（越干燥），蒸發越快；3.氣壓 氣壓越小，蒸發量越大；4.風速 風速越大，蒸發量也越大；5.溶質濃度 濃度越大，蒸發量越小。蒸發的觀測一口徑20厘米、高約10厘米的金屬圓盆 金屬絲網圈距地面高度為70厘米每天20時觀測，測量前一天注入的20毫米清水 1.土壤水分蒸發的方式 :水分由毛細管上升到土壤表面后汽化 這種方式主要受氣象因子影響，影響因素與水面蒸發過程類似。水分在土壤中汽化，然后通過土壤孔隙擴散進入大氣 這種過程與氣象因子基本上沒有什么關系，蒸發速率主要受土壤因素（如土壤類型、結構、孔隙度等）的影響。

10、二.土壤水分的蒸發土壤中水分由多到少的過程大致經歷三個階段：(1)穩高階段 在土壤水分較多的階段，蒸發主要通過第一種方式進行。(2)速降階段 土壤水分含量迅速降低，只有部分毛細管起作用，蒸發通過兩種方式進行。(3) 穩低階段 土壤水分很低，毛細管失去了傳導水分的作用，蒸發只能通過第二種方式進行。 在穩高階段，蒸發過程主要受氣象因子影響；在穩低階段，蒸發速率主要受土壤因素的影響；而在速降階段 ，氣象因子和土壤因子都對蒸發過程有影響。2.土壤水分蒸發過程 土壤水分又稱為墑，由上述分析，可用以下措施保墑：(1)耕翻與松土 在穩高階段，松土或翻耕可切斷毛細管，破壞其輸水的作用；(2)鎮壓 在速降階段或

11、穩低階段，鎮壓可減小土壤空隙，阻斷水汽擴散的通道；(3) 覆蓋 用地膜、秸桿等覆蓋，可阻斷土壤水分進入大氣的路徑，效果很好。3.保墑措施一二3 水汽凝結與大氣降水水汽凝結的條件水汽凝結物三降水四人工影響云雨一.凝結(condensation)條件(一)空氣中的水汽達到過飽和 :根據道爾頓蒸發公式： 可知，要產生凝結（W00，凝結物為露水，td0，凝結物為霜。 出現的有利條件：晴朗微風的夜晚與清晨。因此露和霜都預示天氣晴朗。 凡是夜間有效輻射較大的地物表面，都易形成露和霜。霧凇（rime) 霧淞俗稱“樹掛”，是附著于地物迎風面上的白色疏松的凝結物，由過冷卻霧滴被風吹到地物表面后迅速凍結而成。 粒

12、狀霧淞 出現在-2至-7 、有霧且風速較大的天氣條件下。 晶狀霧淞 出現在 -15 左右、有霧且微風的天氣條件下。2.霧凇與雨淞 過冷卻雨降落在低于0的地物表面迅速凍結而成的光滑透明的冰層。 雨淞(glaze/ glazed frost)名稱外形特征成因天氣條件容易附著的物體部分霜白色松脆的冰晶地面或近地物體冷卻到0以下，水汽凝化而成，或由露凍結而成晴朗，微風，濕度大的夜間水平面上和微斜的表面上霧淞乳白色的冰晶層或顆粒狀冰層，較松脆過冷卻霧滴在物體迎風面凍結或嚴寒時空氣中水汽凝華而成氣溫較低(在-3以下)，有霧或濕度大時物體的突出部分和迎風面上最多雨淞透明或毛玻璃狀的冰層，堅硬，光滑過冷卻雨滴

13、或毛毛雨滴在物體（溫度低于0)上凍結而成氣溫稍低有雨或毛毛雨下降的時候水平、垂直面均可形成，但水平面和迎風面上增長快霜、霧淞和雨淞的比較(二)近地氣層中的凝結物霧(Fog) 霧是懸浮在近地氣層中的微小水滴或冰晶的聚合物，它常使能見度減小(5.0降水距平(rainfall departure):又叫絕對變率（variability）,指一地某一時段的實際降水量與多年同期平均降水量之差。多年距平絕對值的平均，叫平均距平。降水相對變率（relative variability）：一段時間內的降水距平與多年平均降水量的百分比。平均相對變率：平均距平與多年同期平均降水量的百分比。意義：表示一個地區降水量年際之間變動程度的大小，也表示了發生旱澇可能性的大小。(3)降水距平和降水變率 一地一定時段內的水面可能蒸發量與同期降水量的比值，叫做干燥度（K）。 K=W0/R,式中的W0表示在當地氣候條件下在地面或農田充分供水時的蒸發量，稱為蒸發力（或稱潛在蒸散，蒸發勢），它與大于10的積溫有十分密切的關系。按一年的時間段計算，大約為大于10的活動積溫的0.16倍。因此有：（4）.干燥度（aridity index）農業上可將干燥度劃分為以下等級：K0.99 濕潤 1.0K1.49 半濕潤