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（b）拉尼娜状况、正常状况和厄尔尼诺状况下的海水表面温度（℃）。注意温暖海水变化的规模，特别是在东太平洋。资料来源：(a) From Michael Bradshaw and Ruth Weaver, Physical Geography: An Introduction to Earth Environments, p. 211. Reprinted by permission of the McGraw-Hill Companies, Inc. (b) Richard W. Reynolds, National Centers for Environmental Prediction, National Weather Service, National Oceanic and Atmospheric Administration ( NOAA ) .
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4.4 大气层中的水分
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空气包含着水汽（我们对它的感觉就是湿度），它是所有降水的来源。降水（precipitation）是大气层中降落到地球表面的任何形式水的颗粒——雨、冻雨、雪、雹。上升的空气由于上面的气压小而容易膨胀。当来自下部的暖空气在对流层中扩散成巨大体积时，空气就变得较冷。比起暖空气，冷空气不易保留水汽（图4.17）。
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图 4.17 空气中的水分含量和相对湿度。空气中的实际水分（水汽）除以其最大水汽含量（×100）等于相对湿度。实线表示不同温度下的空气中最大水汽含量。
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当空气中含有大量水汽，且又存在着叫作凝结核的微粒，水汽就会凝结（从气体变成液体），形成微滴。空气中几乎总会存在尘埃、孢粉、烟尘和盐分结晶之类的颗粒。最初，细微的水滴往往太轻，不能落下。当许多小水滴结合成大水滴时，由于变得太重，所以大水滴不能悬浮在空气中，就成为雨水降落。当温度低于冰点时，水汽不再形成水滴，而是形成冰晶，由此产生雪（图4.18）。
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图 4.18 温暖的空气在上升时变冷。在它变冷的过程中，其中的水汽凝结成云。如果空气变得过饱和，就会发生降水。
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大量的雨滴或冰晶形成云，由轻微向上运动的空气所支持。云的形状和高度取决于空气中的水汽、温度和风的运动。高压带的上升空气往往产生无云的天空。一旦有温暖潮湿的空气上升，就形成云。最引人注目的云的形成可能就是图4.19所示的积雨云。这是一种铁砧形的云，常常伴有暴雨。低矮的灰色层云较常见于凉爽的季节，而不是出现在较温暖的月份。最高的窄条状的卷云完全是由冰晶构成的，在任何季节中都有可能出现。
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图 4.19 云的类型：（a）晴天积云；（b）积雨云；（c）层云；（d）卷云。（［a］© Roger Scott, ［b］© The McGraw-Hill companies, Inc./ BarryBarker, photographer, ［c］© A. Copley / Visuals Unlimited, ［d］© NOAA.）
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相对湿度（relative humidity）是空气中水分含量的百分比量度，以相对于当前温度下所能存在的最大水汽含量的水汽量表示。当空气变暖时，它所含有的水汽量就增加。如果相对湿度是100%，空气就完全被水汽饱和。在炎热的日子，相对湿度为60%意味着空气极端潮湿并且令人非常不适。然而，在一个寒冷日子里60%的读数则表明，虽然空气含有较大数量的水汽，但是水汽在绝对数量上要比一个炎热湿闷日子少得多。这个例子说明，相对湿度只有在我们考虑到空气温度的情况下才有意义。
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早晨地面上的露水意味着夜晚的温度曾经降低到水汽发生凝结的程度（图4.17）。凝结时的临界温度称为露点（dew point）。地球表面形成雾或者多云的天气意味着已经达到露点，相对湿度可能已达100%。
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降水的类型
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当大量空气上升时，就可能发生降水。降水有三种类型：①对流性降水；②地形性降水；③气旋性或者锋面性降水。
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第一种类型——对流性降水（convectional precipitation）产生于上升、受热和充满水分的空气。空气在上升时变冷，达到露点后发生凝结和降水，如图4.20所示。这是热带和大陆性气候夏季风暴，形成阵雨的典型过程。通常，地面在早晨和午后受热。聚集的热空气开始上升，首先形成积云和积雨云，最终出现闪电、雷鸣和大雨。在风暴移动的过程中，可能在很短的时段内就影响到地面的每个角落。这类对流性风暴常出现在午后或傍晚。
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图 4.20 对流性降水。当充满水分的暖空气上升时，就可发展成积雨云和对流性降水。在云雨系统内下落的颗粒在上部高处的寒冷空气中产生下降气流。
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如果快速上升的气流使空气在云内发生迅速的环流，就会有冰晶在云的顶部附近形成。当这种冰晶增大到足以降落时，含有水分的新的上升气流能迫使它向上倒退，使冰晶增大。这种过程可能反复进行，直到向上气流不能再支撑冰粒，冰粒便以冰雹的形式降落到地面。
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第二种类型——地形性降水（orographic precipitation）。如图4.21所示，地形性降水是由于丘陵或山脉阻挡了富含水分的风，暖空气被迫上升而形成的。这种类型的降水在丘陵或山脉位于海洋或大湖的下风向时最常见。水面上空的饱和空气被吹到岸上，在陆地高起处上升。接着发生空气变冷、水汽凝结和降水过程。山地的迎风坡——朝向盛行风的山坡——接受大量的降水。相背的山坡被称为“背风坡”或者“雨影区”，且毗连的下风区往往异常干旱。越过丘陵和山脉的空气下降和变暖。如我们所见到的，下降的空气并不产生降水，温暖的空气反而从它所越过的地面吸收水分。有时在很短的距离内雨量就有巨大的差别，图4.22华盛顿州地图所描述的就是这种情况。
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