第三节 凝结及凝华.doc

第三节 凝结与凝华 水由气态变为液态过程叫凝结，由气态变为固态过程称为凝华。 一、水汽凝结的条件 发生凝结和凝华需要满足两个条件，即空气中的水汽达到饱和或过饱和，同时还需要有水汽凝结核（凝华核）存在。现就水汽凝结的两个条件分别阐述如下： （一）空气中的水汽达到饱和或过饱和状态 要满足这个条件，需要增加空气中的水汽含量，使水汽压增大或降低温度，使饱和水汽压减小。1、增加大气中的水汽含量 要增加大气中的水汽含量，只有在具有蒸发源，且蒸发表面的温度高于气温的条件下才有可能。在自然界中，如冷空气移到暖水面上，因为暖水面上的饱和水汽压比冷空气的 饱和水汽压大得多，暖水面上的水迅速蒸发，就可以使冷空气达到饱和。秋冬季早晨发生在水面上的蒸发雾，就是这种原因造成的。 又如雨过天晴，潮湿地面受日光照射后，水分蒸发也可使贴地层空气中的水汽达到饱和。但在通常情况下，水面蒸发作用虽然可以增大空气湿度，但难以使空气中的水汽发生凝结。2、降低温度 自然界中，绝大部分凝结现象是产生在降温过程中。降温是致使空气中的水汽达到饱和或过饱和的主要途径大气中常见的降温过程有以下几种： （1）辐射冷却 在晴朗无风或微风的夜晚，地面因有效辐射而冷却降温，接近地面的空气也随之降温，加上空气本身的辐射冷却，气温将不断降低，当降低到露点或露点以下时，就会有凝结现象产生。 （2）绝热冷却 空气上升时，因绝热膨胀而冷却，上升到一定高度以后，空气就达到饱和，再继续上升就会有凝结现象产生。这个过程进行得快，水汽凝结量也多，是自然界中水汽凝结最重要的过程。大气中的很多凝结现象都是绝热冷却的产物。 （3）接触冷却 暖空气与冷下垫面相接触时，暖空气将热量传给地面而降温，当温度降低到露点或露点以下时，便有凝结现象产生。 （4）混合冷却温度相差较大，而且接近饱和的两团空气相混合时，使得混合后气团的平均水汽压，可能比混合后气团平均温度下的饱和水汽压大，多余的水汽就会凝结出来例如，两个气团的温度和水汽压分别为t1＝0℃el=6.0hpa；t2=10.0℃，e2=12hpa。混合后的平均温度为：其对应的饱和水汽压为8.7hPa， 混合后的平均水汽压为：则混合后将有0.3hpa的水汽凝结出来。 在实际大气中，由于混合冷却而发生的凝结现象不多见，因为实际大气中，两气团的温差不会很大，因此混合后凝结出来的水量也不会很多，而且，若两气团中有一个气团湿度不大，即使温差很大也不能产生凝结现象。（二）要有凝结核 1、凝结核的定义 水汽凝结除满足空气达到饱和或过饱和外，还必须有液体的、固体的或亲水的气体微粒作为水汽凝结的核心，这些水汽凝结的核心，称为凝结核。如水滴、云滴等等为凝结核，冰晶则为凝华核。 实验发现，在纯净的空气中，即使空气达到过饱和，相对湿度达到300－400％时，仍不会发生凝结。而在纯净的空气中只要加入具有吸湿性的凝结核，如烟粒、二氧化碳和盐粒等，相对湿度达到100－120％，就有凝结现象发生。这一事实表明，水汽凝结除满足水汽达到饱和或过饱和外，还必须有凝结核。 在实际大气中，时常存在着相当数量的凝结核，因此，云、雾等水汽凝结现象时常发生，甚至有时空气的相对湿度还不到100％，凝结现象就产生了。 2、凝结核的种类 （1）吸湿性凝结核 能溶水的凝结核，如含盐微粒、硫化物、氮化物微粒以及进入大气中含有无机盐成分的土壤微粒等等，它们吸水后，形成盐或酸溶液，使饱和水汽压减小。所以吸湿性凝结核是最活跃的凝结核。 （2）非吸湿性凝结核 不能溶于水但能被水浸润的凝结核。如悬浮在空中的尘粒、花粉、烟粒等等，它们吸附水汽后形成小水滴。 3、凝结核促进凝结的原因 凝结核促进凝结的主要原因是凝结核吸附水汽分子的能力比水汽分子之间的相互碰撞合并力要强，同时，凝结核的存在使水滴半径增大，曲率减小，从而使饱和水汽压减小，易于发生凝结。对吸湿性凝结核来说，吸水后形成溶液，使饱和水汽压减小，甚至在相对湿度接近100％时，就能发生凝结现象。 二、水汽凝结现象 水汽凝结现象可以发生在大气中，也可以发生在地面或地面物体上。发生在大气中的水汽凝结现象有云和雾；发生在地面或地面物体上的凝结现象有露、霜、雾淞、雨淞等。 （一）大气中的水汽凝结现象 1、雾 （1）定义 近地层空气温度降到露点以下时，空气中的水汽凝结成小冰晶或小水滴，悬浮在大气中，使空气混浊，水平能见度降低的一种天气现象。是接地的大气中悬浮的小水滴或冰晶的聚集体。雾越浓能见度越小。 气象观测中规定，水平能见度小于1km的称为雾，常为乳白色，晨间易见。水平能见度为1-10km者称为轻雾，常为灰白色，早晚较多。其地理分布为：沿海大于内陆，高纬大于低纬。 （2）种类 根据空气冷却降温方式不同，可分为： ①辐射雾 夜间地面辐射冷却导致近地面空气层冷却降温而形成的雾。有利于辐