水汽是成云致雨的物质基础,因此大多数复杂天气都出现在中低空,高空天气往往很晴朗。水汽随大气运动而运动,并可在一定条件下发生状态变化,即气态、液态和固态之间的相互转换。这一变化过程伴随着热量的释放或吸收,如水汽凝结成水滴时要放出热量,放出的热量称为凝结潜热。反之,液态的水蒸发成水汽时要吸收热量。水汽直接冻结成冰的过程叫凝华,而冰直接变成水汽的过程叫升华,水汽相变与循环关系如图1.2所示。
3. 大气杂质
大气杂质又称为气溶胶粒子,是指悬浮在大气中的固体微粒或者水汽凝结物。固体微粒包括烟粒、尘粒和盐粒等等。水汽凝结物包括大气中的水滴和冰粒。在一定的天气条件下,大气杂质聚集在一起,就会形成如云、雾、雨、雪等天气现象。它们使大气透明度变差,并且还可以吸收、反射和散射地面和太阳辐射,从而影响大气的温度,形成“阳伞效应”。除此之外,固体杂质还可充当水汽的凝结核,进一步形成云、雾和降水。
大气的结构
整个大气层具有相当大的厚度,从垂直方向看,不同高度上的空气性质是不同的,但在水平方向上空气的性质却相对一致,即大气表现出一定的层状结构。
大气垂直分层的依据
大气分层的主要依据是气层气温的垂直分布特点,这一特点可用气温垂直递减率来描述。气温垂直递减率定义为:
为响应的温度变化量,因此
表示的是气温随高度变化的快慢。
从上式中可以看出,气温随高度上升而降低时
值为正,气温随高度上升而增高时
值为负。实际运用中,通常将
的单位取为(℃/100 m),及每100m摄氏度。
知道某高度
,气层的气温垂直递减率为
通过大气探测发现,大气结构如图所示。大气可分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。
重要气层的特征
1. 对流层
对流层是因为空气有强烈的对流运动而得名,它的底界为地面,上界高度随纬度、季节、天气等因素而变化。平均而言,低纬度地区(南北纬30°之间)上界高度为17~18km,中纬度地区(纬度30°~60°)为10~20km,高纬度地区(纬度在69°以上)为8~9km。同一地区的对流层上界高度夏季大于冬季。除此之外,大气变化对对流层的厚度也有一定影响。
相对于整个大气层来说,对流层是很薄的一层,但是由于大气是上密下疏的,所以对流层集中了大于75%的大气质量和90%以上的水