农业气象学-第04章-水分2008

nullnull农 业 气 象 学 樊多琦 南京农业大学气象教研室 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第四章 大气中的水分 第一节 空气湿度 第二节 蒸发和蒸散 第三节 凝结和凝结物 第四节 降水 第五节 作物水分利用和调控null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦大气中水分存在的形式：水汽、水滴、冰晶null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第一节 空气湿度 一 水汽压 二 相对湿度 三 饱和差 四 露点温度 五 比湿、混合比、绝对湿度null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。 湿度参量：表征空气中水汽含量的多少和潮湿程度的物理量。 水汽压 相对湿度 饱和差 湿度参量 露点温度 比湿 混合比 绝对湿度 干空气：不含水汽的空气 湿空气中除水汽之外的其它成分 未饱和湿空气：空气中的水汽含量小于其最大水汽容纳能力 饱和湿空气：空气中的水汽含量等于其最大水汽容纳能力 过饱和湿空气：空气中的水汽含量大于其最大水汽容纳能力null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦一、水汽压 e 水汽压：空气中水汽的分压强。百帕 hPa 1百帕（hPa）= 100帕斯卡（Pa） = 1毫巴（mb） 反映空气中水汽含量的多少 水汽含量  水汽压 e null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦饱和水汽压 E 饱和水汽压：饱和湿空气中水汽的分压强。 反映空气的最大水汽容纳能力 饱和水汽压取决于温度（马格奴斯半经验公式，饱和水汽压表） 饱和水汽压的影响因子： 温度 T  E  蒸发面性质 E过冷却水＞E冰 蒸发面形状 E凸面＞E平面＞E凹面 液体含盐度 含盐度  E null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦水汽压的日变化 单波型（海洋型） 海洋、沿海地区、冬季大陆e时间日出前14时 双波型（大陆型） 夏季大陆e时间日出前14时10时22时影响因子：蒸发强度影响因子：蒸发强度 乱流强度null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦水汽压的年变化e时间冬季夏季 影响因子：蒸发强度null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦二、相对湿度 r 相对湿度：空气实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。 r＝----×100％ 反映空气的潮湿程度 相对湿度取决于空气中的水汽含量和温度 温度不变，E 不变，水汽含量  e  r  水汽含量不变，e 不变，温度  E  r eEnull 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦相对湿度的日变化 与气温的日变化反相 绝大多数地区T  地面蒸发强度  e  T  E  并且 E  比 e  快 因此 T  r  同理 T  r  与气温的日变化同相 近海地区及其它大型水体的周围 （晴朗稳定的天气条件下）海陆风（水陆风） 昼 吹海风，潮湿 夜 吹陆风，干燥null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦相对湿度的年变化 与气温的年变化反相 大多数地区 与气温的年变化同相 季风气候区T  地面蒸发强度  e  T  E  并且 E  比 e  快 因此 T  r  同理 T  r 季风 夏 夏季风，来自海洋，潮湿 冬 冬季风，来自内陆，干燥 null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦三、饱和差 ｄ 饱和差：同温度下的饱和水汽压与实际水汽压之差。 d＝E－e 反映空气的潮湿程度 饱和差取决于空气中的水汽含量和温度 温度不变，E 不变，水汽含量  e  d  水汽含量不变，e 不变，温度  E  d null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦四、露点温度 Td 露点温度：对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的情 况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。 反映空气中水汽含量的多少 露点温度取决于空气中的水汽含量 水汽含量  露点温度Td EeTTTdeE（T,e）null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦温度露点差 T－Td 温度露点差：空气温度与露点温度之差。 反映空气的潮湿程度 null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦五、比湿 q 混合比 S 绝对湿度 a 反映空气中水汽含量的多少 比湿：湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。 q＝------------ 混合比：湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。 S＝-------- 比湿和混合比具有保守性 绝对湿度（水汽密度）：单位体积湿空气中水汽的质量。 a＝--------null农 业 气 象 学 樊多琦 南京农业大学气象教研室 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第四章 大气中的水分 第一节 空气湿度 第二节 蒸发和蒸散 第三节 凝结和凝结物 第四节 降水 第五节 作物水分利用和调控null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第二节 蒸发和蒸散 一 水面蒸发 二 土壤蒸发 三 植物蒸腾 四 农田蒸散null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦一、水面蒸发 蒸发速率：单位时间从单位面积上蒸发掉的水的质量。 单位：g/cm2·日 日蒸发量：一天中蒸发掉的水层的厚度。 单位：mm/日 1 g/cm2·日＝10 mm/日 道尔顿蒸发公式 W ＝ A′------ d＞0 时，W＞0，蒸发过程 d＝0 时，W＝0，动态平衡 d＜0 时，W＜0，凝结过程null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 影响水面蒸发速率的因子 ① 温度 T  E  d  W  ② 空气湿度 e  d  W  ③ 气压 P  W  ④ 风 风速  W  ⑤ 蒸发面性质 W过冷却水＞W冰 ⑥ 蒸发面形状 W凸面＞W平面＞W凹面 ⑦ 含盐度 含盐度  W null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦二、土壤蒸发 土壤蒸发速率的影响因子：气象因子 土壤因子 土壤蒸发的三个阶段：稳高阶段 速降阶段 稳低阶段null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦三、植物蒸腾 植物蒸腾：水分通过植物体表扩散到大气中的过程。 植物蒸腾速率可以用蒙忒斯的阻抗法计算 蒸腾系数：植物制造1克干物质时由于蒸腾所消耗的水的克数。 KT＝---- Ws 单位面积土地上植物蒸腾作用消耗的总水量 Yd 单位面积土地上获得的干物质重量null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦四、农田蒸散 农田蒸散＝土壤蒸发＋植物蒸腾 农田蒸散量 Wt＝f1 · f2 · W0 W0 水面可能蒸发量 f1 作物系数 f1＝农田可能蒸散量／水面可能蒸发量 f2 土壤水系数 f2＝农田实际蒸散量／农田可能蒸散量null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 彭曼公式 W0＝----------- △ 饱和水汽压 - 温度曲线在平均气温 Ta 处的斜率 R 地面净辐射，取 246.856J／cm2＝1mm v 干湿表常数，取 v＝0.486 Ea 干燥力 Ea＝0.35（1＋0.01 u2）·（ea－ed） u2 2 米高处的日平均风速 ea 平均气温 Ta 时的饱和水汽压 ed 平均气温 Ta 时的实际水汽压null农 业 气 象 学 樊多琦 南京农业大学气象教研室 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第四章 大气中的水分 第一节 空气湿度 第二节 蒸发和蒸散 第三节 凝结和凝结物 第四节 降水 第五节 作物水分利用和调控null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第三节 凝结和凝结物 一 凝结条件 二 地面凝结物 三 近地层大气中的凝结物 四 自由大气层中的凝结物null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦一、凝结条件 空气达到过饱和状态，并有凝结核存在 1、空气达到过饱和状态（e＞E） e 取决于空气中的水汽含量，水汽含量 ，e  E 取决于温度，温度 ，E  途径一：增大水汽含量 e  e＞Enull 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 途径二：降低温度 T  T＜Td 降温冷却凝结方式：null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 2、有凝结核存在 大气杂质 吸湿性凝结核 非吸湿性凝结核null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦二、地面凝结物 露、霜、雾凇、雨凇 1、露 和 霜 辐射冷却的产物 形成在晴朗无风的夜间和清晨 露：贴地层空气中的水汽在地面发生凝结而形成的小水滴 Td＞0℃ 霜：贴地层空气中的水汽在地面发生凝华而形成的小冰晶 Td＜0℃ 热容量小导热率小、粗糙的地表易形成露和霜null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 2、雾凇∨ 和 雨凇 雾凇：附着在树枝及物体迎风面上的白色的疏松的凝结物 雾凇 雨凇：过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层 冰暴：严重的雨凇粒状雾凇（小冰粒）晶状雾凇（小冰晶）∽null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null三、近地层大气中的凝结物--雾 雾：飘浮在近地层空气中的小水滴和小冰晶 轻雾（霭） 能见度 1～10 km 雾 能见度500～1000 m 浓雾 能见度 50～500 m 强浓雾 能见度 ＜50 m 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦浓度≡＝null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 水雾 小水滴 冰雾（冰针） 小冰晶 组成null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 辐射雾 辐射冷却，晴朗微风和夜间和清晨 平流雾 接触冷却，冷暖空气大规模运动时 平流辐射雾（混合雾） 地形雾 蒸发雾成因null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦四、自由大气中的凝结物 云 绝热冷却（绝热上升运动）小冰晶小冰晶 过冷却水滴小水滴0℃冷云＜0℃暖云＞0℃冰晶云混合云过冷却水滴null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦云种（云状） 发生学分类 积状云（对流云） 层状云 波状云 成因null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦形态学分类（国际分类法） 云底高度和外形特征 中国《地面气象观测规范》 云族、云属、云类、云目、衍生云、转化云 29种云 高云 ＞6000 m 中云 2000～6000 m 低云 ＜2000 m云底高度null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦云 族 和 云 属null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦云 和 降 水null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦云量 云量：云遮蔽天空视野的成数。null农 业 气 象 学 樊多琦 南京农业大学气象教研室 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第四章 大气中的水分 第一节 空气湿度 第二节 蒸发和蒸散 第三节 凝结和凝结物 第四节 降水 第五节 作物水分利用和调控null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第四节 降水 一 降水的特征量 二 降水的种类 三 降水的形成 四 干燥度null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦一、降水的特征量 降水：从天空降落到地面的固态或液态的水汽凝结物。 1、降水量和降水强度 降水量：从大气降落到地面的未经蒸发、渗透、流失而在水平面 上积聚的水层厚度。 单位：毫米 mm 日降水量、旬降水总量、月降水总量、年月降水总量 降水强度：单位时间内的降水量。 mm/5分钟、mm/10分钟、mm/小时 null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦中国年降水量分布图null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 2、降水变率 降水变率用于反映一个地区降水的变化情况（稳定程度）。 Ri 某地某年某时期的实际降水量 R0 该地同期的多年平均降水量 降水绝对变率（降水距平）＝ Ri－R0 降水平均绝对变率（降水平均距平）＝ —————— 降水相对变率 ＝ ————×100％ 降水平均相对变率 ＝ ————————×100％∑|Ri－R0|i=1nnRi－R0R0∑|Ri－R0|／ni=1nR0null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦2000年中国城市降水变率null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦中国部分地区平均降水变率（％）null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦二、降水的种类 雨 阵雨 毛毛雨 雪 阵雪 雨夹雪 阵性雨夹雪 霰 米雪 冰粒 冰雹 连续性降水 主要降自雨层云 间歇性降水 主要降自层积云和高层云 阵性降水 主要降自积雨云 毛毛状降水（毛毛雨） 主要降自层云 对流雨 地形雨 锋面雨 台风雨,降水性质降水成因null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 雨和毛毛雨 雪和冰针 霰和米雪 雨夹雪 冰粒（冻雨） 冰雹 雨 雪 霰 霰 米雪 雹 冰粒降水形态降水体null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 降水强度（mm/24小时） 小雪 ＜2.5 中雪 2.5～5.0 大雪 ＞5.0 小雨 0.1～ 10.0 中雨 10.1～ 25.0 大雨 25.1～ 50.0 暴雨 50.1～100.0 大暴雨 100.1～200.0 特大暴雨 ＞200.0雪雨 1952年 8 月，留尼汪岛，1870mm/日，3240mm/3天 1967年10月，台湾新寮，1672mm/日，2749mm/3天 1975年 8 月，河南（“758”特大暴雨），林庄，1060mm/日，1629mm/3天 1963年 8 月，河北（“63.8”特大暴雨），獐犭 ，2051mm／7天 1977年 8 月，毛乌素沙漠（“77.8”特大暴雨），木多才，1400mm/2日么null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦三、降水的形成 充分的水汽供应和空气的绝热上升运动null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦云滴的增长凝结过程碰并过程乱流碰并重力碰并凝结增长扩散转移 水汽的扩散转移过程： ① 冷暖云滴之间 ② 大小云滴之间 ③ 过冷却水滴与冰晶之间 冰晶效应雨滴毛毛雨滴雾滴云滴null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦人工降水（人工催雨） 采用人工手段来促使云滴增大成为雨滴形成降水 冷云的人工降水 利用冰晶效应 干冰、碘化银 暖云的人工降水 启动和加强碰并 盐粉、水null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦四、干燥度 干燥度：一个地区某时期的水面可能蒸发量与同期降水量的比值。 干燥系数 K＝---- （英国的彭曼Penman） W0 水面可能蒸发量 R 降水量 干燥系数 K＝---------------- （中国的张宝堃） ∑t≥10℃ 为≥10℃的活动积温 取秦岭～淮河一线 K＝1null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦 干湿区的划分指标null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦中国气候干燥度分布图null农 业 气 象 学 樊多琦 南京农业大学气象教研室 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第四章 大气中的水分 第一节 空气湿度 第二节 蒸发和蒸散 第三节 凝结和凝结物 第四节 降水 第五节 作物水分利用和调控null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦第五节 作物水分利用和调整 一 作物的水分利用效率 二 提高水分有效利用率的途径null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦一、作物的水分利用效率 作物水分利用率：作物蒸腾消耗单位质量的水分所产生的干物质 （或产量）的质量。 作物产生单位质量干物质（或产量）时，由于 蒸腾所消耗的水的质量。 WUE＝-------------- 水分有效利用率：农田蒸散消耗单位质量的水分所产生的干物质 （或产量）的质量。 植物产生单位质量干物质（或产量）时，由于 蒸散所消耗的水的质量。 EWUE＝--------------蒸腾耗水量干物质或产量蒸散耗水量干物质或产量null 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦二、提高水分有效利用率的途径 提高水分有效利用率的途径： ① 进行农田基本建设，保水和蓄水 ② 采用合理的种植方式，充分利用自然降水 ③ 进行农田防护林建设，调节农田水分条件 ④ 采用节水灌溉，提高灌溉水利用效率 ⑤ 通过改良和培肥土壤，以肥调水 ⑥ 采用物理覆盖措施，抑制水分蒸发（地膜覆盖、秸秆覆盖等） ⑦ 采用化学保水措施，减少水分消耗（保水剂、抗蒸腾剂等）null农 业 气 象 学 樊多琦 南京农业大学气象教研室 南 京 农 业 大 学 樊 多 琦