气象学与气候1Word格式文档下载.docx
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•气候学（climatology）
概念：
某地气候—在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间的相互作用下，某时段内（一般指30年以上）大量天气过程的综合。
四个基本特征：
（1）气候和天气关系密切，却是既有联系又有区别的二个不同概念。
天气（weather）概念—某地区，在某短时间内气象要素（气温、气压、湿度等）和天气现象（云、雨、雾等）的综合。
微观
（2）气候是长期天气状况的综合。
宏观
天气过程——短期过程。
天气特征——瞬息万变的不稳定特性。
气候过程——长期天气过程。
气候特征——相对稳定特性。
（3）气候具有显著的区域性规律
外地气候规律不能完全适合于本地，而本地气候规律必须据本地气候资料并结合本地的地理环境来进行探索。
（4）气候虽具一定稳定性，但仍有变化
如：
南京春末初夏出现常规梅雨气侯，但有些年份则出现无雨的空梅或雨量过多的梅雨现象。
天气与气候
天气的概念：
指一个地区短时间内大气的具体状态。
气候的概念：
指一个地方多年的天气平均状况。
三、研究对象、任务和发展简史（书上3—7）
第一章大气概述
大气的物质组成
（1）干洁空气
（2）水汽（3）固态、液态颗粒
大气由多种气体（干洁空气）和水汽及固体粒子三部分物质组成。
（1）干洁空气
干洁空气的物质成分，主要由氧（O2）、氮（N2）二种气体组成，还有能引起气温明显增高的微量气体二氧化碳（CO2）、臭氧（O3）二种气体。
0－90km内的干洁空气各种气体成分比例基本不变，100km以上氧分子离解为氧原子，250km氮基本离解。
①氧（O2）
占整个大气容积23.15％（五分之一以上）的氧，人们一直认为，是绿色植物的光合作用，补足了大气中因燃烧和生物呼吸作用消耗掉的氧。
其实供应大气中氧的主要来源，是在海洋、湖泊等水体表面的浮游生物——藻类。
海洋中含有定量的氧，并同大气中的氧保持大致的平衡，大气的氧气少了，海洋中的氧气就进来补充。
氧是一切生物生存和消失的基本保证，被人们称为“有生命的气体”。
②•氮（N2）
占整个大气容积75.52％（3／4以上）的氮，早期来源于小行星与刚形成的地球碰撞产生的气体中，近期研究发现雷电是制造天然优质的“氮肥厂”。
作用：
氮能降低大气氧浓度，缓减氧化作用，并为植物生长时不可缺少的养料。
全球每年可从大气中得到250万吨氮
③二氧化碳（CO2）
占空气容积仅0.05％的二氧化碳，来源—地表火山喷发、燃料燃烧、动植物呼吸及有机物腐败等，主要集中在20km以下大气浅薄底层。
含量—城市工业中心、火山周围较高，农村较少。
最大特点：
对太阳辐射吸收很少，主要吸收和放射长波辐射。
对大气有增温作用，被称为“温室气体”，直接干扰气温垂直变化规律，间接影响气候变化。
④臭氧（O3）
占空气容积微不足道的臭氧，其微不足到的变化，对气温和气候影响十分明显。
来源—低层大气有机物的氧化和雷电作用（少量）及高层大气的太阳紫外线作用（大量）。
12km－50km含地球大气90％的量，被称为“臭氧层”。
原因9
最大特点：
能大量吸收太阳紫外线增暖气温。
直接影响气温垂直分布规律，但吸收高层大气大量太阳紫外线使地表生物和人类免遭伤害。
大气臭氧的季节变化和纬度分布
大气臭氧的分布随纬度和季节的不同而不同：
对纬度而言，臭氧总量的极小值在赤道附近，极大值在南北纬60o附近；
就季节而言，春季出现极大值，秋季出现极小值。
（2）水汽
来源—海洋、江、河、湖泊等各种水体、土壤和潮湿物体表面蒸发和植物蒸腾。
含量—1.5km－2km为地表一半，5km高度仅为地表1／10，随高度增加迅速减少。
主要特点：
①有三相变化，是天气变化中成云致雨主要因素。
②能吸收、放射长波辐射增暖气温。
③能量转换和物质循环的途径
（3）固态、液态粒子
①固态微粒
主要来源—海浪、风沙、植物及生活生产垃圾。
最大特点：
①能够充当水汽的凝结核。
②能吸收一部分太阳辐射和阻挡地表
放热，减小气温变化振幅。
②液态粒子
来源—地表各种水体等。
①常聚集成云、雾，降低大气能见度。
②减弱太阳辐射、地面辐射，影响低层大气温度。
大气圈层结构
大气圈下界——地表
大气圈上界——不同学者研究结果不同。
一般按人造卫星探测资料为依据，定为
2000km－3000km。
世界气象组织（WMO）规定，按气温随高度分布特征，将大气圈分为五层（对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层）。
其中，对流层贴近地表，对人类影响最大。
对流层（troposhere）
对人类生活、生产关系最密切，是气象、气候工作者和不同学科科研人员研究的重点层次。
（1）范围：
H＝0－10km，但因各纬度地表热量（气温）分布不同而厚度不均。
低纬度：
平均17－18km
中纬度：
平均10－12km
高纬度：
平均8－9km
•不同区域、不同季节其厚度范围不一。
例：
南京夏季厚约15km，冬季厚约11km。
（2）对流层特征（三个）
①气温随海拔高度增加而降低（用气温垂直递减率（r）表示即：
单位距离内的气温差）。
表达式：
r＝－dT/dZ=0.65℃/100m
式中：
负号表示气温垂直向上减小，而温度取正值；
dT为垂直高度内温度的改变量；
dZ为垂直高度的改变量。
②空气铅直对流运动显著，天气现象复杂多变。
③气象要素水平分布不均匀。
据不同温、湿度、气流运动、天气变化，对流层可细分为上、中、下三层。
下层（摩擦层）：
0－2km
特点—水汽、尘埃含量最高，气象要素日变化大，低云、雾、霾、浮尘现象频繁，气流交换明显。
中层：
2－6km
特点—受地表影响小，大气降水和云现象发生层。
上层：
6－10km左右
特点—气温＜0℃，水汽含量极少，冰晶、过冷水滴（t＜0℃，仍未结冰的水）组成云，中纬度、热带常出现风速≥30m／s强风带
•对流层顶（tropopause）
（1）范围：
对流层—平流层间过渡层。
厚度—对流层之上几百米→2km
（2）特点：
气温随高度增加递减很慢或几乎不变。
平流层（stratosphere）
对流层顶－52km
①平流层下层气温受地面影响很小，在25km处形成高空暖区。
臭氧影响
②水汽含量少，气流十分平稳。
平流层由此得名，是飞机飞行的理想层次。
中间层（mesosphere）
52－80km
气温迅速下降,空气上下垂直对流旺盛，故被称作高空对流层。
暖层（ionosphere）
80－800km
①气温随高度升高明显，温度梯度较大。
O2吸紫外线有关
②空气（大气）处于高度电离状态。
散逸层（exosphere）
＞800km按气温分布，为离地表最远的大气层。
几乎不受地球引力场作用影响，大气质点常能自由散逸到星际空间。
地冕
2000－3000km——22000km
电离气体组成的稀薄大气层。
大气圈到星际空间呈逐步过渡状态。
大气物理性状
一、基本概念
二、气象要素
气温（airtemperature）
概念—表示空气冷热程度的物理量。
（1）摄氏温标（℃）（celsiustemperaturescale）0－100℃
（2）绝对温标（º
K）（absolutetemperaturescale）273－373º
K（绝对零度－273º
K）
（3）华氏温标（℉）（Fahrenheittemperaturescale）—很少国家用（美国…）32－212℉
三种温标换算：
•C=5／9（F－32）•F＝9／5（C＋32）•K＝C+273
（4）动能与温度成正比,沸点与气压成正
气压（atmospherepressure或barometricpressure）
地表单位面积上承受的大气柱重量。
某地点气压值等于从观测高度至大气上界单位面积上承受的大气柱重量。
（1）毫米水银柱高度（mmHg→mm）
（2）百帕（hectopascal→hpa）
1百帕（hpa）＝100帕（Pascal→Pa）
1帕（hp）压力相当于1m2面积上受到1个牛顿的力。
即：
1Pa＝1N／m2
（3）毫巴（mb）现已基本不用1mb＝1hpa＝100Pa＝100N／m2
•三种气压单位换算：
1mb＝1hpa＝0.75mm＝3／4mm
1mm＝1.33mb＝4／3mb＝4／3hpa
•标准大气压（也叫海平面气压）：
当选定纬度（φ）＝45°
N时，T=0°
海平面上气压为：
（P）＝1013.3hpa＝（hp）=760mm
湿度（humidity）
概念—空气潮湿程度或水汽含量多少的物理量。
（1）水汽压（e）和饱和水汽压（E）
（2）绝对湿度（a）
（3）相对湿度（f）
（4）饱和差（d）
（5）比湿（q）和混合比（γ）
（6）露点（td）
（1）水汽压（e）（water-vapourpressure）和饱和水汽压（E）（saturationwatervapourpressure）
大气中水汽本身具有的压力叫水汽压。
单位：
mm、hpa
饱和湿空气中的水汽压叫饱和水汽压（也叫最大水压）。
单位：
hpa
饱和水汽压（E）与温度（t）按指数规律变化。
①温度高E值大，温度低E值小。
②降低相同温度，温度高的饱和空气被凝结的水汽多，相反则少。
③温度低的未饱和空气，只要降低较少温度，空气很快出现饱和。
（2）绝对湿度（a）（absolutehumidity）
概念—单位体积空气中所含的水汽质量（即水汽密度）。
g/cm3，g/m3。
大气中水汽密度现无法用仪器观测到，往往借助每天观测的温度（T－采用绝对气温）和水汽压（e）值，换算绝对湿度（a）值。
注意：
绝对湿度（a）因水汽压（e）的单位不同，而有不同关系式。
①e取mm，a取g/m3单位，其关系式为a=289e/T
上式假定：
摄氏气温16℃时（地面实际气温），
a=e数值相当。
②e取hpa，a取g/m3单位，其关系式为a=217e/T
（3）相对湿度（f）（relationhumidity）
概念——空气中的实际水汽压（e）与同温度下的饱和水汽压（E）之比。
％
相互关系式：
f=e/E×
100%
例e=E空气饱和
e＜E空气处于未饱和状态
e＞＞E空气为过饱和状态→凝结→降水
由上得到二个事实：
①e不变，温度逐渐上升，f值逐渐减小。
空气由饱和转向未饱
和状态，出现云雾逐渐消散现象（温度愈高，f值愈小，愈
远离饱和；
相反愈接近饱和）。
②e不变，温度逐渐下降，f值逐渐增大。
空气由未饱和→饱和
→过饱和状态，出现水汽发生凝结的云雾，甚至降水现象
（4）饱和差（d）－也叫湿度差（saturatedodds）
概念—在当时气温下应有的饱和水汽压（E）与实际水汽压（e）之差。
hpa，mm
饱和差表示实际空气距离饱和的程度。
表达式：
d＝E－e
d＞0空气远离饱和状态
d＝0（E＝e）空气达饱和
d＜0空气达过饱和
一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量比值叫比湿。
g/g，g/kg
表达式q=mw/（md+mw）（式中：
mw－湿空气质量，md－干空气质量。
）
比湿与水汽压（e，hpa）、气压（p，hpa）关系式为q=0.622e/p（g/g）或q=622e/p（g/kg）
一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值叫混合比。
表达式γ=mw/md
混合比与水汽压（e，hpa）、气压（p，hpa）关系式为γ=0.622e/（p-e）（g/g）或γ=622e/（p-e）（g/kg）
6）露点（Td）（dew－point）
概念—当空气中水汽含量不变且气压一定时，气温降低到使空气刚好达到饱和时的温度。
℃º
K
例：
某地某日14点时，t＝30℃、E＝42.5hpa、e＝31.7hpa、f＝31.7／42.5×
100％＝74.58％（未饱和）。
当t由30℃降至25℃时，E＝31.7hpa，e＝31.7hpa，f＝100％，此时的t＝25℃即为露点温度值。
由上证实二个事实
①要使空气达到饱和出现露点，首先是降低气温。
②增加水汽含量，使空气出现饱和达到露点。
实际大气处于未饱和状态是经常的，饱和状态时较少，因此露点温度总比实际大气温度低，只有当空气在饱和状态时，气温（t）＝露点温度（td）。
可据t－td之差，判断空气的饱和程度。
饱和f＝100％t＝tdt－td＝0空气湿润、出现凝结现象
未饱和f＜100％t＞tdt－td＞0空气干燥
过饱和f＞100％t＜tdt＜td＜0水汽过多、产生降水
气温降低出现露点，是导致水汽产生凝结的重要途径（水汽→雨水必经之途）。
风（wind）
概念——相对于地表以水平运动为主的空气运动。
用风向、风速表示。
（1）风向
概念—风吹的来向。
南风表示风从南面吹来，一般较暖湿。
反之北风表示风从北面吹来，一般较干冷。
风有地面风和高空风二种。
（2）风速（windspeed）
概念—单位时间里空气在水平方向上移动的距离。
单位:
m/s，Km/h，海里/h
云（cloud）
概念—由漂浮在大气中的水滴、过冷水滴、冰晶或它们混合组成的可见悬浮体。
云是高层大气中水汽凝结、凝华的产物，能反映当时的大气状况和作为判断天气的依据（云是天气的招牌）。
据云的不同形态和云出现的不同高度，大致将云分为3族10属
降水（precipitation）
概念—从云中降落到地面的液态固态水（包括雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒、冰雪等）。
不同季节不同地区的降水现象，可形成不同的自然景观。
•大气产生降水时必有云存在，但有云未必有大气降水现象发生。
•云中降至地面的液态和固态水，未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度称为降水量。
单位：
mm
水平能见度
概念——视力正常人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物的最大水平距离。
单位:
m，Km
空气状态方程
•干空气状态方程:
19
•湿空气状态方程:
20
•虚温:
•问题：
地面条件如何影响大气活动（热力及动力）—相互作用
思考题：
1.某气象台站测得某日某时f=40%，t=15℃p=1000hPa，求该时段的e、d、a、q、γ值。
2.简介大气主要成分在大气层中的作用及微量气体（CO2、O3）影响气温垂直分布的原因及机制。
3.人类用什么方法来限制大气系统中二氧化碳含量的增加和臭氧层遭到破坏？
4.对流层的三个基本特征是怎样形成的？
对人类生存自然环境有何影响？
5.对流层顶气温分布为何高纬高,低纬低?
6.说明状态方程物理意义.
7.说明各气象要素定义及单位.
8.干湿空气哪个重,为什麽?
9.一块湿空气,P=1000hpa,e=23.4hpa,t=20°
求该湿空气密度.
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