大气科学导论第四讲.ppt

《大气科学导论第四讲.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气科学导论第四讲.ppt（84页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,Ch04、云和降水物理学,蒸发和饱和描述大气水汽含量的方法相对湿度凝结过程露和霜的形成,阅读：Meteorology Today，第5、6、8章,6、霾和雾7、云8、降水过程9、云滴的凝结增长10、云滴的碰并增长11、冰晶过程,2,大气中的水,水是大气中的重要成分。水汽是大气中唯一一种在大气自然条件下有三相变化的气体。由于它在相态变化时涉及到极大的能量交换，它对许多大气过程，尤其是激烈的天气过程起着关键作用。它的相变影响大气中的能量平衡，如蒸发导致冷却、凝结导致热量释放；水循环可以冲刷大气中的污染成分；云量的多少影响大气的辐射平衡；水汽的多少也影响人的舒适度。,3,1、蒸发和饱和,蒸发和凝

2、结速率相等，大气不是海绵：饱和不是指空气象海绵那样有容纳水汽的能力，饱和指蒸发和凝结处于平衡状态，多余的水汽将打破这一平衡。左下图所示的茶杯，如果盖上一个盖子，蒸发的水分子最终将和凝结的水分子达到平衡，这时，水汽达到饱和。如果把该字去掉，一部分水分子将向空气中逃去，平衡被破坏，更多的水分子将蒸发。,4,分压,水汽压:水汽分子产生的压力，水汽压与水汽密度(v)和温度的关系由理想气体定律表示e=vRvT.大气总压力=PN2+PO2+PAr+PH20+PCO2+总压力是1000 mb,PN2 780 mb78%PO2 210 mb21%PH20 10 mb1%,5,湿空气,空气是各种气体的混合体，包

3、括水汽也就是：空气=干空气+水汽湿空气密度更大?干空气（只含氧气和氮气）的分子量：氮=14 x 2=28 x 0.78 22 氧=16 x 2=32 x 0.21 7 29水汽的分子量氢=1 x 2=2 氧=16 x 1=16 18湿空气密度小，有升高的趋势,6,饱和水汽压,空气饱和时水汽分子产生的压力饱和需要的水汽分子数目随温度增加而增加。在同等温度下，冰面与水面的饱和水汽压不同！,7,Clausius-Clapeyron方程,饱和水气压与温度的关系可以用Clausius-Clapeyron关系来表示描述了给定温度下的最大水汽含量 饱和水汽压与温度不是线性关系,8,2、描述大气水汽含量的方法

4、,绝对湿度 or 水汽密度(v)比湿(q)相对湿度(RH)露点温度(Td)实际水汽压(e or ea),9,绝对湿度(absolute humidity),单位体积内的水汽质量(gm-3),取决于温度和压力,很少使用(why?)空气膨胀冷却，压缩加热体积变化，则绝对湿度也变化,10,比湿(q,specific humidity),比湿(q)=水汽质量(kg)/空气质量(kg)空气质量=干空气+水汽当体积改变时，质量不变，所以，比湿不变，q 守恒的湿度量q的变化表示空气中水汽量的变化(蒸发，凝结）,11,它们的差别在于用总质量还是用干空气质量与水汽质量去比，分别称为比湿和混合率,比湿和混合率,1

5、2,从图中可以看到赤道地区的比湿最高，向二面递减，到极地最低。虽然世界上主要的沙漠地区是在副热带（纬度300附近）的地区，但从曲线上并没有特别减小的特征，这也可以说沙漠地区的空气并不是最干的。,比湿随纬度的变化,13,相对湿度,14,一些可能的误解,相对湿度100%不表示空气全是水汽热天,热带室外空气中水汽含量一般小于20 g/kg 35C 时饱和比湿36.8 g/kg RH=(20g/kg/36.8 g/kg)100%=53%T=-20C,饱和比湿0.8 g/kg，假设水汽含量是0.7 g/kgRH=(0.7g/kg/0.8 g/kg)100%=90%T=+20C,饱和比湿8 g/kg，假设

6、水汽含量 7 g/kgRH=(7g/kg/8 g/kg)100%=90%,15,相对湿度的例子,T=14C比湿=6g/kg饱和比湿=10 g/kgRH=6g/kg/10 g/kg 100%=60%T=25C比湿=6g/kg饱和比湿=20 g/kgRH=6g/kg/20 g/kg 100%=30%,16,相对湿度随温度的变化,17,Rh 的日变化,白天，空气中的水汽含量实质上没有太大变化，但一天中温度变化很大，相对湿度就会有明显的日变化，因为温度改变，饱和水汽压也变了。相对湿度与温度反相关，最高一般在清晨，最低在下午。,18,RH随纬度的变化,热带高，副热带低，极地高。请比较该图和比湿随纬度的变

7、化！,19,露点温度Td,露点：等压冷却达到饱和时的温度。如某气块中的水汽含量不变，假想由于温度的降低，相对湿度会逐渐变大。当相对湿度变为 100%，即空气变得饱和时的温度称为该气块的露点温度，简称露点。露点温度可以很好地反映气块中水汽量的多少。气块的实际温度和露点温度之差，称为温度露点差，可以很好地反映相对湿度。（离饱和还有多远）,20,计算相对湿度和露点,Tetens公式,21,3、相对湿度与人体对相对湿度的反应,人体主要对相对湿度，而不是对绝对湿度有反应。其主要原因是人体的反应与水份的蒸发有关，而水份的蒸发直接与相对湿度有联系。在炎热的条件下，人需要通过汗水蒸发来散发热量。当大气相对湿度

8、高时，蒸发困难，热量就散发不出去，人感觉到闷热。在冬天，相对湿度比较低，皮肤蒸发很快，容易出现皮肤干裂的现象。以下气象条件，人体温调节装置不灵了：相对湿度：85，气温 3031C；相对湿度：50，气温 38C；相对湿度：30，气温 40C,22,3、凝结过程,由水汽凝结产生云和露的过程实际上并不是一个很简单的过程，并不是只要空气达到饱和就可以了。热力学计算表明，对纯净水汽，只有相对湿度500%以上，水汽才能开始凝结。通常情况下，凝结过程往往要依附于一个颗粒，能起这种作用的颗粒物被称为凝结核。大气中有许多尘埃，气溶胶颗粒都可以起到凝结核的作用，其中吸湿性的颗粒，如盐粒子等都很有效。大气中的凝结核

9、数量大约每立方米100-数千个。凝结核越大，它形成最初的水滴也越大，以后的增长要求的过饱和度也越低。,23,云凝结核（CCN）,对云滴形成最有利的核是半径大于0.1m的颗粒，称为云凝结核（Cloud Condensation Nuclei）。一般大气中其浓度为 100 1000 个/cm3。在大气污染的地区，其浓度会很高，达到 106/cm3。它们的来源包括灰尘，火山，森林火灾，海水溅沫，海洋生物排放的硫化物，人类活动排放的各种颗粒物。有些凝结核是吸湿性的，它在相对湿度达到 100%之前就已经潮解了，它对形成水滴特别一利。海盐在相对湿度 78%就开始潮解。其他还有硫酸盐和硝酸盐的颗粒也有吸湿性

10、。目前一个十分受到关注的问题是人类活动增加的大量 CCN 是否会影响到云或降水的特性。但 CCN 是绝对重要的。如果大气完全清洁，一个 CCN 都没有，大气环境将是不可思议的。,24,云凝结核（CCN）,大于0.1m的CCN可以成为云滴空气中CCN浓度一般100 1000/cm吸湿CCN(RH 100%时才凝结生长),hygroscopic,hydrophobic,25,露和霜的形成,在晴朗，无风的夜晚，容易形成露和霜露和霜经常出现在植物叶子表面冬天，窗户玻璃上常常可以看到结霜形成的窗花。但没有人知道它为什么会形成这样的花样,26,露与霜,晴空和静风时：辐射使地面降温速率比空气快 如果地面温度

11、得到露点发生凝结,27,霾（HAZE),如果在大气中漂浮着一层尘埃或海盐颗粒，你会发现在早晚时间，远处目标外物看得不太清楚，而在中午时就比较清楚，这就是有一层霾。霾的特点是这些颗粒还不是水滴，但它们随着相对湿度的增加会潮解，颗粒会变大；而当相对湿度减小时，颗粒会变小。这些颗粒都很小。在干燥的时候其半径约 0.1 m，它对太阳光的选择散射使它看起来是蓝色的。当湿度增大，颗粒也变大，散射光变成白色。当RH从60变到80，散射能力增加3倍。当大量的海盐颗粒漂浮在海面上方，那里的相对湿度又比较高，常常呈现为一层白色的霾层。相对湿度接近100%时霾可以变成雾(能见度 1 km),28,霾,干霾 散射蓝光

12、的小粒子，在暗背景下呈蓝色；在亮背景下呈黄色。湿霾 散射各色光的大粒子,呈白色干霾可变成湿霾,29,雾,前面的霾还没有完全变成水滴，如果相对湿度达到并超过100%，它们继续增长，就会变成一个水滴。在近地面，这就是雾。随着雾滴的半径和浓度加大，能见度变达到越来越低。当能见度小于 1 公里时间，就是雾了。在城市或污染严重的地区去，雾滴一般比较小但浓度较高，这样能见度就更低；而在海洋上空，雾滴常常是半径大，浓度低，相对来说对能见度的影响小一些。如果空气或作为凝结核中还有酸性的污染物，雾水还可能带酸性，称为酸性雾或酸雾。雾的形成和云的形成一样：需要CCN和过饱和条件。导致过饱和的过程：辐射冷却、平流、

13、抬升冷却、混合,30,辐射雾（地面和山谷）,条件:晴空、静风、低温，常出现在秋冬,31,平流雾,暖湿空气移动到冷表面上，如果下垫面比空气冷，空气可冷却至露点形成平流雾。,32,蒸发(混合)雾,冷空气移至暖水面上会出现蒸发雾。2股不饱和的空气混合可产生饱和的空气，如飞机的凝结尾巴,33,蒸发(混合)雾,两个不饱和的气团混合产生饱和气团，并形成雾,34,总结：雾的成因,形成雾的过程大致有二种：冷却和蒸发混合。辐射雾：在无风的晴朗夜晚，近地面由于辐射冷却，随近地面层空气饱和，并形成雾。所以辐射雾常常出现在冬季。平流雾：这常常出现在一团潮湿和温暖的空气移动到冷的下垫面上方。暖空气被降温而达到饱和，形成

14、雾。冬季，陆地表面温度比较低，而海水的温度比较高。当海洋上方的空气移动到陆地上方，就容易出现平流雾。上坡雾：空气被沿着山坡抬升，冷却，形成雾。蒸发（混合）雾：冬天，你哈出一口气，就会出现白色的蒸发（混合）雾。这时，外面的空气很冷，嘴巴里的空气热而湿，当暖湿空气与外面的冷空气混合、降温，空气变成饱和，就出现雾。,35,云,相对于雾，云一般较高，当让有时云和雾很难分离。云可以是水滴，也可以是冰晶或由二者共同组成的可见集合体。云的分类：形成过程：积云，层云，卷状云云体温度：冷云，暖云微物理结构：水云，冰云，混合云云体高度：高，中，低云Stratus-Latin for“layer”Cumulus-L

15、atin for“heap”Cirrus-Latin for“curl of hair”Nimbus-Latin for“violent rain”,36,云形成条件和分类,热力对流（热力不稳定）：积状云动力抬升（锋面或辐合）：层状云大气波动（下界面不同或逆温层）：波状云地形抬升（强迫）：地形云（积、层、波）,云的分类,云分4族：低云，地面 2 公里中云，2 6 公里高云，6 10 公里直展云，地面-18公里4族中分 10 属（主要按积状和层状来分）高云：卷云(Ci);卷层云(Cs);卷积云(Cc)中云：高层云(As)；高积云(Ac)低云：层云(St)；层积云(Sc)；雨层云(Ns)直展云：积

16、云(Cu)；积雨云(Cb),卷云属于高云，云高一般在6-13KM。具有丝缕状结构，呈白色，有晶莹光泽，阳光透过时没有阴影。由于高层风速较大多，卷云呈丝条状、羽毛状、钩状、片状和砧状等。由冰晶组成。,卷云,暖锋等大型天气系统侵入时，随系统而来的云层。它是由于稳定的暖湿空气受到冷空气的抬升，在冷空气上滑时所形成的，是灰白无一定形态的云层。云底有时有雨幡，降雨时伴有碎雨云，其底面没有请晰的界限，云底高约1公里，但厚度可达4-5公里。它常造成长时间的连续性降水。,雨层云,积云为对流性云。是在对流的开始阶段以及初期发展阶段形成的云。具有平底和园弧形凸出顶部的孤立云块。云底高度约1公里，厚度约0.5-2公

17、里。积云的类别有：淡积云；浓积云；积雨云；秃积雨云；鬃积雨云。,积云,淡积云,浓积云,积雨云,伴随着强雷暴的积雨云，成塔状。,42,气流翻越山脉时产生的飞碟状云,43,山顶上像挂了一条白丝带,44,翻山气流形成碟状云的机制,45,平流层极地云（夜光云）,在热带和中纬度地区，云一般出现在对流层。但在极地地区，云有可能出现在70公里的高度，这些云主要是由冰晶组成。这些冰晶来源于陨石中的水或是甲烷分解形成的水。,46,降水过程可以粗线条地分为：水面蒸发，水汽上升，凝结成云滴，云滴增大成雨滴（或雪花、冰雹粒子）雨滴（或雪花、冰雹粒子）下落到地面。（这些过程伴随有什么样的能量交换？）但是，从蒸发到降水的

18、微观物理过程是复杂的，这是我们关心的重点。,8、降水过程,47,凝结核、云滴和雨滴的比较,云凝结核，云滴，雨滴在大小上相差很大。雨滴直径是云滴的100倍，是凝结核粒子直径的10000倍。那么，一个雨滴是如何从一个凝结核壮大成为 一个雨滴的？简单地讲，云滴是在过飽和条件下在云凝结核上通过水汽凝结而形成的，云滴通过碰并增长成为雨滴。,48,液态水滴的凝结增长,前面，我们讲过当空气中的水汽达到饱和，水汽开始凝结成为雾滴或云滴，我们知道并不是空气达到饱和就可以产生凝结。热力学计算表明，对纯水汽的情形，只有相对湿度500%以上，凝结才能出现。根据Kelvin公式，在没有凝结核的情况下，让0.01m的水滴

19、维持蒸发和凝结平衡需要空气的相对湿度达112.5%。,49,曲率效应,为什么水滴较小时，它维持平衡所需要的过饱和水汽压很高？这是因为小水滴的表面张力较大，让一个水汽分子凝结到液态水滴所需要的功较大，换句话说，水滴表面水分子之间的引力相对较弱，水滴表面的水分子更易蒸发，这就是水滴的曲率效应（当空气相对于水平的水面是饱和的，它对于纯净的水滴是不饱和的）。下面左侧两图所示的是平面和曲面液态水对水分子的吸附力比较，相对于平面液态水，曲面水滴的水分子吸附力差，蒸发能力较强。右面两图所示的是大小水滴表面水分子的排列和吸附力情况，相对于小水滴来说，大水滴更趋近于平面的情况，水分子之间的吸附力较大，所以，水分

20、子不宜蒸发。,50,凝结核的作用,根据Kelvin公式，纯净水很难形成云滴或雨滴，因为大气中的相对湿度很少超过101%（过饱和度1%）。但是，如果空气中有凝结核存在，尤其是可溶性或吸湿性凝结核存在，水汽分子在接近饱和时刻以附着在凝结核上面，这样便可以克服水滴胚胎易于蒸发的的困难。如右图所示的是，如果在空气中加入NaCl充当凝结核，即使在过饱和度很低的情况下，水滴便可以增长。,51,凝结核的作用,可溶性凝结核一般较大（0.1mr1.0m），这样的凝结核对云滴的形成是重要的，即使在相对湿度低于100%，水汽也有能在这类凝结核上凝结并形成云滴或雾滴，这便是可溶性效应。小于0.1m的不可溶性气溶胶粒子

21、对云滴的形成并不重要，当不可溶性气溶胶粒子的半径大于0.6m，其表面在高过饱和度的情况下可能变湿而成为凝结核。右表给出的是大气中典型的粒子分布。,52,凝结增长的极限,理论分析表明，其增长速率与水汽的过飽和度成正比，和云滴半径成反比，粗略地讲，我们有右边的关系。因此，在凝结开始时，由于凝结核大小不同，刚形成的云滴大小也有差别，但增长到一定大小后，云滴的大小几乎都一样了。从右图可以看出，云滴直径到20m以后，几乎不长了。,53,碰并增长,所以，要增长到直径大于200m以上的雨滴，只有凝结增长的过程是不够的，还必须依靠其它过程。目前知道的主要是重力碰并过程和冰水转换过程这两种。另外，要形成降水，水

22、滴还必须具有足够的速度，这样它的下落末速度才会足夠大，使它能下落到地面还没有完全蒸发完。太小的水滴因下降速度太小在到达地面之前已被完全蒸发。在静止大气中，雨滴在下落过程的末速度是重力和空气阻力平衡的结果。如果空气还有垂直运动，则雨滴相对于地面的下落速度是末速度和垂直运动速度之差。,54,空气中各种粒子的末速度,一个物体在空气的浮力、摩擦力和重力作用下下落，经过足够长的时间后，其下落速度接近于一个常数，该速度称之为该物体的末速度。,55,重力碰并增长,由于大雨滴的下落末速度大于云滴，在雨滴下落的过程中可以扫过一定体积，把其中的云滴都碰并进去，使雨滴增大。重力碰并是一个正反馈的过程，即雨滴越大，单

23、位时间扫过的云体积也大，能碰并进来的云水就大，雨滴增大就快。而雨滴大了，碰并增大也更快。这样，雨滴是越长越快。,56,雨滴的形状,雨滴的形状是随其大小和下落末速度而变的。小雨滴应当是球形的（不是泪滴形的），这是表面张力作用的结果。当雨滴相对于空气有运动时，它会受到空气的阻力。雨滴不同部位受到的阻力是不同的，这导致雨滴的变形。最初是变扁，但随着雨滴的增大，下落末速度也增大，雨滴越来越扁，甚至底部凹进去。,57,碰并过程,雨滴的重力碰并增长过程包含有“碰”和“并”2个过程。“碰”是研究小云滴能否碰到大雨滴。“并”是研究滴碰上了是否能合并，因为滴还有表面张力的问题。要开始启动重力碰并，必须要有一批初

24、始的大水滴，这些水滴的末速度较大，有机会扑捉速度小的小水滴。若所有水滴都一样大小，他们末速度几乎相同，谁也碰不到谁，降水就难以形成。这种状态称为膠性稳定。为了打破膠性稳定状态，向云中加入一些大滴，这可以直接播撤水滴、大盐粒或其它吸湿性核。这是当前暖云人工增雨的基本出发点之一。重力碰并过程不仅是暖云中雨滴形成的主要过程，也是冰晶碰并形成霰和雪团，甚至是冰雹形成的重要过程。,58,雨滴需要足够的增长时间,但是，问题是雨滴变大后，下降末速度也大。如果雨滴很快地落出云底，碰并增长就不能再继续了，反而要开始蒸发了。因此要形成大雨滴还需要在云中停留足夠长的时间，这就要靠上升速度的配合了。,59,暖云降水,

25、以上我们所讲的都是液态云滴变为雨滴的过程，也就是说云层温度在0以上，这些云被称之为暖云。因为层云的厚度一般较薄，供雨滴增长的时间有限，所以层云降水的雨滴一般较小，降水量也较少。积云厚度较大，相应的上升速度也较大，雨滴在云中停留的时间较长，所以积云降水的雨滴较大，降水量也较大。,60,科学趣闻,第一个解释云是由于湿空气绝热冷却形成的人是诗人Erasmus Darwin，Charles Darwin的父亲。John Dalton（1793）认为云包含大量不停地下落的水滴；在1850年，James Pollard Espy提出了上升气流可以使云滴悬浮在空中。James Pollard Espy（17

26、85-1860)最初学习法律，后来改行成为一个气象学家，他首先意识到了形成云的过程中潜热释放的重要性，他也根据实验资料估计了干空气和饱和湿空气垂直递减率。,61,冰晶增长过程,有些云存在于较高的层次，那里的温度低于0。在这些云中混有过冷水滴和冰晶，这样的云被称为冷云。右图所示的是积雨云中的温度、冰、水分布。,62,过冷却水(super-cooled liquid water),为什么在低于0时仍有液态水存在？这和前面讲的一样，在没有凝结核的情况下，甚至在-20时，仍有液态水存在，这种在0以下仍能够存在的液态水叫做过冷却水（纯净的冰虽然在0时开始融化，但纯净水在0以下却不会结冰）。另外，水滴越小

27、，其结冰的温度越低，1个直径25m的云滴在-36才形成冰，1个直径2m的云滴在-40才能形成冰。一般来说，在-40以下温度，云完全由冰晶组成。,63,冰水混合时情形,在零度以下很大的温度范围中，水面的飽和水汽压要高于冰面的饱和水汽压。在-120C时，差别最大，约0.27hPa。,64,Bergeron过程,在水滴和冰晶同时存在的条件下，空气中的水汽压会调整到相对于冰面是过飽和而对水面是不飽和。这样，水滴会不断蒸发，而冰晶会迅速增长，这就是冰水转化过程。瑞典科学家貝吉龙（Bergeron）最先提出这一机制，现被称为貝吉龙过程。,65,Bergeron过程,Bergeron过程的结果是冰晶增大，周

28、围的过冷却水滴缩小。要通过贝吉龙过程得到大雨滴，要有几个条件：足夠的过冷却水滴；适当数量的冰晶。这里，适当的冰晶数量十分重要。完全没有或冰晶太少，无法形成足够数量的降水粒子；冰晶太多，谁都长不大，也形成不了降水。贝吉龙过程是冷云、混合云人工增雨和消雨的理论基础。,66,Bergeron过程,通过贝吉龙过程，可以把大量过冷却水滴集中到少数几个冰晶上，让它们很快增大。大冰晶在下落到暖云区后会溶解成大水滴，通过重力碰并增长为雨滴。高云常常是冰晶的来源。那里温度很低，冰核的活化率很高，有比较多的冰晶。若云的温度低于-40 则水滴可以自动的冻结了。冰晶从高云落到中云，那里是混合云，冰晶不多。外来冰晶可以

29、通过贝吉龙过程长大，最后形成降水。,第一个提出冰晶增长是由于冰晶和过冷却水的饱和水汽压之间的差别的人是德国气候和地质学家Alfred Wegener（1880-1930），也是他提出了大陆漂移说。上个世纪30年代早期，瑞典气象学家Tor Bergeron完善了这一理论，后来，德国德国气象学家Walter Findeisen进一步完善了该理论，所以，冰晶增长过程有时也被称为Wegener-Bergeron-Findeisen过程。,67,冰晶降水过程的几种可能情况,吸附液态水滴成为大的冰晶,大的冰晶碰撞而破碎成小的冰晶,冰晶碰撞站在一起形成雪片,68,卷云的冰晶成为降水的种子,69,低与高液态水

30、云中冰晶作用产生的降水,70,人工降雨,如果云中有必要的水汽供应，但因缺乏初始的大滴或冰晶，无法启动降水的形成，则可以通过人工播撒来改变膠性稳定的状况。对暖云是直接播撒能形成大滴的物质，如水滴、盐粉或其它吸湿性物质的粉沫。用过尿素、水泥等。如果在暖云之上还有混合云，而且混合云中有足夠的过冷水，则可以在混合云中增加冰晶，让它通过贝吉龙过程长大后掉到暖云中变为大滴。对冷云和混合云的催化是播撒冰核。有二条路经：在云中制造一个低于-400C的空间，自然形成大量冰核。可以播撒干冰或液氮（Schaefer 1946）；播撒和冰晶晶体结构相近的物质。最常用的是AgI（Vonnegut,1947）,71,酸雨

31、,一般来说，雨是透明的。但若混有大量的尘埃或其它物质，也可能下有颜色的雨。如果雨水中溶解有大量的致酸物质，雨水可能偏酸性，形成酸雨。致酸物质可以通过成云过程、成雨过程和云下沖刷过程进入雨水。,72,雪花的形状,雪花有各种各样的形状，它们基本上是六角形结构，这和水冻结时晶体结构有关。最基本冰晶形状有板状、柱状、星状和针状。各种形状冰晶是和它形成时环境的温度湿度条件有关的。,73,雪花的形状,74,冰晶的形状,75,冻雨,如果雪片在溶解成雨滴后又遇见一层温度很底的层次，它们会冻成冻雨，一种硬的圆形冰粒。一般是透明的，直径约5mm。它们着地会反弹，并发出声音。如果底层空气温度还不能使雨滴冻起来，或冷

32、的层次不够厚，它们会以过冷水的形式达到地面。这时它们会附着在各种物体上，形成闪闪发光的冰挂，很美丽。,76,冻雨形成的温度层结,77,冻雨形成冰挂美丽“冻人”,78,但对输电线路，这种冰挂可能造成重大的事故,79,雨，雪 和冻雨形成的垂直温度分布特征,80,冰雹,冰雹是冰块，有透明的，不透明的，还有一层层交替的。有的是椭圆形的，大部分是不规则的。冰雹的直径大于5mm，最大是多少，没有一定的说法。有人说有磨盘那么大，但没有证据。美国记录1970年9月在Coffeyville，Kansas 冰雹重量757克，14cm；加拿大1973年8月在Cedoux，Saskatchewan 冰雹重量290克，

33、10cm。,81,冰雹的结构,82,冰雹的形成机制,冰雹都产生在发展旺盛的积雨云中，通过碰并增长形成。积雨云高层的冰晶提供冰雹胚胎，而且，积雨云中强的上升气流使得冰晶在云中停留的时间较长，最终结为冰雹。冰雹的中心都有一个核心，称为雹胚。它们可能是一个霰颗粒。冰雹就是在它的基础上通过碰并增长而形成的。,83,作业：,给出绝对湿度、比湿、混合率、相对湿度、露点温度 的定义。相对湿度100%意思是什么?辐射雾和平流雾的形成机制分别是什么？云滴和雨滴的主要差别是什么？描述曲率效应、凝结核在云滴形成和增长过程所起的作用。为什么凝结增长不足以使云滴变成雨滴？请描述云滴形成雨滴的重力碰并过程，并给出通过碰并

34、过程形成大雨滴的两个条件。什么是过冷却水？Bergeron过程的基本原理是什么？请描述通过Bergeron过程形成雨滴或雪的过程。画出形成雨、雪、冻雨时的垂直温度廓线图，并解释为什么？,84,思考题：,一个关于全球变化的问题。随着工业化的发展，人类向大气中排放的气溶胶粒子越来越多，请谈一谈这些气溶胶粒子在全球气候变化中的作用。有兴趣的话，请参考刊登在Science Magazine的一篇综述文章（已放在网上,2119.pdf)。有证据表明在30亿年前，金星、地球和火星多存在液态水，但是现在，金星已没有液态水，火星则完全被冰封，只有地球上有液态水。你能否从辐射平衡和水汽温室效应的观点定性地解释这是为什么？（30亿年前太阳的辐射只有现在的70%）,