自然界中空气中有水蒸气,这是一种无色无味其他,因此我们很难发现它的踪影,但是当下雨天,我们会发现有大量的云雾,这里面既有液体的水,又有固态的小冰粒。其实,入秋体会,我们在草地上还会看见露水,等待霜降以后,我们在草地还会看见霜。同时那个时候,我们这儿还会下雪,由于随着温室效应,我们宜昌下雪已经成为比较稀奇的自然景观,但是每年还是能满足同学愿望,总会有几天下雪日子。
同学们都知道,空气中水蒸气遇冷会液化成水也可以凝华成小冰晶,但是水液化还有一种一种方式,压缩体积也可以让气压液化成为液体,譬如煤气坛子煤气就是采用压缩体积方法液化的,因为可以让体积缩小,便于运输和储藏。但是,我们经常在生活中看见还有一个名词:凝结。
其实,这个名词在我国很早就有。《淮南子·原道训》:“所谓后者,非谓其底滞而不发,凝结而不流,贵其周於数而合於时也.” 高诱
注:“凝,如脂凝也.” 五代 齐己
《贺雪》诗:“上清凝结下乾坤,为瑞为祥表致君.”《朱子语类》卷四五:“想初间地未成质之时,只是水,后来渐渐凝结.” 侯金镜
《漫游小五台·峰回路转》:“(潭水)像一块正在凝结的玉,澄澈而看不见底.”
从这里我们可以知道,凝结其实是两种物态变化,都是由于温度低造成的。一种是由于空气水蒸气液化形成的,还有一种就是遇冷凝华成小冰晶。一般凝结以液化为主。
水蒸气在空气中凝结时,必须有如尘埃或带电粒子等组成的凝结核(见过冷),否则会形成过冷的或过饱和蒸汽。但一旦在其中吹入细微的尘粒或出现带电粒子时,则过饱和蒸汽中会很快地发生凝结。这就是说,凝结核对于形成云层是至关重要的。液化单位质量的蒸汽为同温度的液体所放出的热量称为该种物质的凝结热。显然,凝结热在数量上等于汽化热。如1千克水蒸气液化为水时的凝结热为539卡=2,253焦。
水蒸气凝结另一个更重要的因素是温度,这个温度有两个专用名词:露点和霜点。气温愈低,饱和水气压就愈小。所以对于含有含有一定量水汽的空气,在气压不变的情况下降低温度,使饱和水汽压降至与当时实际的水汽压相等时的温度,称为露点。补充:当该温度低于零摄氏度时,又称为霜点。
露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下,冷却到饱和时的温度。形象地说,就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本是个温度值,可为什么用它来表示湿度呢?这是因为,当空气中水汽已达到饱和时,气温与露点温度相同;当水汽未达到饱和时,气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。在100%的相对湿度时,周围环境的温度就是露点温度。露点温度越小于周围环境的温度,结露的可能性就越小,也就意味着空气越干燥,露点不受温度影响,但受压力影响。
为什么在秋季草地上会处先露,而冬天草地上出现霜呢?刚才已经说了,取决与草地温度,当草地温度高于零摄氏度,空气中水蒸气在草地遇冷就凝结成露,在空气中灰尘遇冷就凝结成雾,当温度低于零摄氏度,空气中的水蒸气会在草地上遇冷就变成霜。雪虽然是一种凝华现象,但是它不需要结核,所以不能叫做凝结。
因为在沙漠和很多在水资源极其匮乏的干旱区,任何补充性的水资源都可能对其生态系统产生积极的影响。凝结水作为稳定持续的水资源,尽管凝结量相对较小,但对于维持干旱半干旱地区生态系统的稳定性具有非常重要的作用。凝结水是沙漠生境中某些植物、昆虫、小型动物、生物土壤结皮的重要水分来源;可以提高沙漠中1年生植物种子的萌发,有效地减少因土壤蒸发而损失的水分。另外,凝结水作为一种湿气的来源,在维持沙丘稳定性方面也起着重要的作用。
土壤凝结水的水汽来源主要有两个方面:一是来源于空气中的水汽,包括近地表空气中的水汽、植物蒸腾和呼吸作用散逸的水汽、地面蒸发的水汽;凝结水的另一来源是地表以下某一深度以上的土壤空隙中的水汽。土壤凝结水基本上发生在晚上22:00至次日凌晨8:00,晴天日出后一定时间范围内凝结现象仍继续发生。土壤凝结水形成的时间受多种环境因子的综合影响,不同区域产生土壤凝结水的时间存在较大差异,即使在同一地区,也会因为生境和气象因子的不同而存在差异。
所以对于凝结水研究,应该是我们解决干旱地区缺水方法之一,如果能找到凝结水形成途径,让这些地球形成自己水循环系统,这些地方就会成为满足人类生活地方,而这些陆地面积很大,所以成为世界各国研究的重点。
自20世纪40年代起,一些发达国家就在干旱区凝结水方面已开展了大量的研究,包括凝结水的测定方法、凝结水的形成机理、凝结水量和持续时间的影响因素以及定量模拟、凝结水的生态学和水文学意义等。我国对凝结水的研究起步较晚,1961年王积强首次在山东德州开展了凝结水试验,初步测得了凝结水量。还有学者分别在内蒙古科尔沁沙地、荒漠绿洲边缘、毛乌素沙漠边缘、腾格里沙漠边缘、沙坡头地区、天山北麓昌吉地下水均衡试验场、罗布泊地区、古尔班通古特沙漠等地,开展了许多卓有成效的研究,涉及凝结水的观测方法、生成量、形成机理、影响因素、数值模型、潜在的生态学和水文学意义等各方面。
目前关于凝结水的观测方法,国际上仍没有统一的标准。大量试验证明,土壤凝结水主要发生在表层0-5cm
范围内,沙漠地区最大涉及到10cm。
同学们,好好学习,谁掌握凝结水奥秘,谁就掌握水循环自闭系统,谁就会掌握沙漠。我们就找到克服土地沙漠化解决方法,才能真正解决雾霾问题。努力吧!
2018年10月17日于宜昌市夷陵区吾同斋