4 大气中的水分
水是地球大气的重要成分，是一切生物维持生命和生长发育的必要条件。水从海洋、湖泊、江河、沼泽、湿润的土壤和植物表面通过蒸发或蒸腾成为水汽而进入大气，而后随气流输送到其他地区（图见7-1）。在一定的条件下，大气中的水汽又会凝结或凝华成云、雾滴粒。若云滴（半径10～100μm）进一步增大为雨滴（半径大于100μm）就会形成降水。地球上淡水主要来自大气降水。故大气降水的时空变化对人类活动（生产和生活）和生物的生长繁殖十分重要。地球上的水分与热量常是相互联系和互为影响的，一个地区的水分含量、水汽输送及水的相变，取决于该地区的热力条件，而一个地区的水分分布的变化，又会调节和改变该地区的热状况，从而影响天气和气候。
4．1 大气中水的三态变化
（1）大气中水相的变化
水的三种形态——气态（水汽）、液态（水）和固态（冰）称为水的三相。水汽的相变临界温度为374K。而大气中的水汽几乎都是集中在对流层和平流层内，该处温度永远低于它本身的临界温度。因此，大气中的水汽能进行相变。
空气的潮湿程度称为湿度。有好几种不同的湿度参数，如水汽压、绝对湿度、相对湿度等。水汽压（e）即水汽压强，定义同气压。温度一定时，一定体积的空气中能容纳的水汽有一定限度，这时的水汽压称为饱和水汽压（E）。对纯水水平面而言，饱和水汽压随温度按指数规律变化。当e＜E时，空气未饱和，水蒸发；当e=E时，饱和；当e＞E时，过饱和，水汽凝结。绝对湿度即水汽密度。相对湿度是空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压之比，用百分数表示。
（2）水汽凝结物
实际大气中，水汽凝结的条件，除e＞E外，还要求空气中有足够的凝结核及凝华核，它可以促使水汽在核上凝结或凝华成水或冰晶。如盐类一类吸湿性凝结核是最好的凝结核心。
空气中的水汽凝结物有云和雾，地面上的凝结物有露和霜。
云是悬浮在大气中的小水滴或冰晶微粒或两者混合的可见聚合物。
云的形状多种多样，千变万化。气象上按云的外形特征、结构特点和分布的高度，分为高云族（云底下限高度6000m）、中云族（下限高度2000～6000m）和低云族（下限高度＜2000m）。高云族的云由冰晶组成，白色，有绢丝光泽，云较稀薄而透明，能透过阳光，不形成降水；下分为卷云（Ci）、卷层云（Cs）和卷积云（Cc）三个云属。中云族的云由冰晶和水滴混合组成，颜色灰白，无光泽，云体稠密；下分为高积云（Ac）和高层云（As）两个云属，厚的高层云有时有些连续性降水。低云族由微小水滴、雪花组成，还有大的水滴和雪花，云体十分稠密，呈灰黑或铅灰或黑色；下分为层云（St）、层积云（Sc）、雨层云（Ns）、积云（Cu）和积雨云（Cb）。雨层云有连续性降水，积雨云有阵性降水，积雨云降水时有时伴有雷电和冰雹，积雨云中有时形成龙卷风。雨层云和积雨云是重要的降水云层。
雾 是悬浮于近地空气中的大量水滴或冰晶（雾滴半径大多在 1～40μm之间），往往影响水平能见度。
在傍晚或夜间，由于地面或地物辐射冷却，使贴近地面的空气也随之降温，当其温度降低到使空气中的实际水汽压达到饱和水汽压时，在地面和近地地物面上就会有水汽凝结。当温度高于0℃时，形成小水珠，称为露；当温度降至0℃或更低时，则生成霜。在农作物生长季节里，地面或植物表面温度下降到足以引起农作物遭受伤害或死亡的现象（或低温）称为霜冻。有霜冻时可能有霜也可能无霜。