4、绝对湿度(a)绝对湿度――单位容积空气中包含的水汽质量,单位g•cm-3或g·m-3。
实际上它代表水汽密度,反映空气中水汽的绝对含量。
空气中的水汽含量越多,绝对湿度越大。
故能表征空气中水汽含量多少的物理量有绝对湿度、水汽压和露点
表征空气吞食水汽的能力的物理量有饱和水汽压
表征空气距饱和的程度的物理量有:
相对湿度,温度露点差
三、湿度的日、年变化
1、相对湿度的日、年变化
1)相对湿度的日变化
f的日变化主要决定于气温。
白天,t升高,e增大,但E以更快速度增大,f减小
夜间,t降低,e减小,但E以更快速度减小,f增大。
因此,f在一日中有一个最高值,出现在日出前,有一个最低值,出现在午后。
f日变化与气温日变化位相相反。
2)相对湿度的年变化
季风区:
f的极大值出现在夏季,极小值出现在冬季。
内陆全年干燥地区:
f夏季小,冬季大。
2、绝对湿度的日、年变化
1)绝对湿度的日变化
在海洋、沿海及岛屿处,绝对湿度一日中有一个高值,出现在午后;一个低值,出现在清晨。
2)绝对湿度的年变化
主要由气温的年变化决定。
夏季出现a的最高值(北半球为7、8月,南半球为1、2月);冬季出现a的最低值(北半球1、2月,南半球为7、8月)。
四、大气中水汽的凝结
使空气达到饱和主要有两种途径:
1)增加水汽含量
2)冷却过程
不断降低气温至露点,使空气达到饱和。
大气中主要的冷却过程有绝热冷却、辐射冷却、平流冷却及乱流冷却等。
云、雨主要是空气上升中绝热冷却而产生的,平流雾则主要由平流冷却而形成。
气压
一、气压的定义和单位
大气压强(AirPressure)――简称气压,在重力方向上,单位截面上垂直大气柱的重量,单位“百帕(hPa)”、“mb”、“mmHg”
1标准大气压P0――标准情况下(气温O℃、纬度45°),海平面上,760mmHg高的大气压
P0=l013.25hPa
hPa、mb和mmHg两单位之间有如下关系:
1hPa=1mb=3mmHg/4或1mmHg=4hPa/3=4mb/3
二、气压随高度的变化1、变化规律
气压随高度的升高而降低,近地面下降快,高空下降慢。
海平面:
气压1000hPa1500米:
850hPa
3000米:
700hPa5500米:
500hPa
在近地面层空气中,高度每升高10米,气压降低值约为1.31hPa(或高度每上升8米,气压降低1hPa),用该数据将船台高度测出的气压订正为海平面气压。
2、单位气压高度差h=∣ΔZ/ΔP∣
单位气压高度差h与空气密度成反比。
低空密度大,h小,气压变化快;高空密度小,h大,气压变化慢。
在水平方向上,密度主要受气温影响,暖区气温高,密度小,h大;冷区气温低,密度大,h小。
三、气压随时间的变化
气压的周期性变化
1、日变化
一昼夜,地面气压具有两高值:
在10时(最高)和22时
两低值:
16时(最低)和04时
日较差随纬度变化:
低纬最大,中纬较小。
2、年变化
大陆型:
冬季最高;夏季最低
海洋型:
夏季最高;冬季最低
年较差,陆地大,海洋小;中纬大,低纬小。
海平面气压场的基本型式
一、海平面气压场的基本型式
1、低气压(Lowpressure;Depression)
――由闭合等压线构成的中心气压比四周低的区域,其空间等压面形状下凹,如盆地。
2、低压槽(Trough)
――由低压向外延伸出来的狭长区域,或一组未闭合的等压线向气压较高一方凸出的部分,简称槽。
槽线(Troughline)――在低压槽中,各条等压线曲率最大处的连线。
3、高气压(Highpressure)
――由闭合等压线构成的中心气压比四周高的区域,其空间等压面形状上凸,如山丘。
4、高压脊(Ridge)
――由高压向外延伸出来的狭长区域,或一组未闭合的等压线向气压较低一方凸起的部分,简称脊。
脊线(Ridgeline)――在高压脊中,各条等压线曲率最大处的连线。
5、鞍型区(Col)
――相对并相邻的两高压和两低压组成的中间区域,简称鞍,其空间等压面的形状类似马鞍。
鞍型区内气压分布较均匀,又有匀压区之称,主要天气特征是风小。
6、高压带
――相邻两低压之间的过渡区域
7、低压带
――相邻两高压之间的过渡区域
空气的水平运动――风
一、风(wind)的定义、单位和表示方法
1、定义――空气相对海底所作的水平运动,称为风。
2、风速――单位时间内空气在水平方向上移动的距离,单位:
m/s,km/h,kn(节,nm/h)。
1m/s≈2kn。
风级(Beaufort):
0~17级
3、风向――风的来向,用方位度数(0°~360°)表示,或方位表示。
作用于空气微团上的外力
一、水平气压梯度力Gn
1、水平气压梯度(-ΔP/Δn)
――垂直于等压线,沿气压减小的方向,单位距离内的气压差。
1)大小:
在天气图上,等压(高)线越密,水平气压梯度越大;
等压(高)线越疏,水平气压梯度越小。
单位:
hPa/m,或,hPa/赤道度,1赤道度=60nm,约111km。
2)方向:
垂直于等压线,由高压指向低压。
2、水平气压梯度力Gn=-ΔP/(ρΔn)
1)大小:
与水平气压梯度成正比,
在天气图上,等压(高)线越密,水平气压梯度力越大;
等压(高)线越疏,水平气压梯度力越小。
与空气密度ρ成反比,高空ρ小,Gn增大;低空ρ大,Gn小。
2)方向:
同水平气压梯度。
二、水平地转偏向力An
1、大小:
An=2ωVsinφ
1)物体相对地表静止时,An=0。
2)V越大,An越大。
3)φ=0°,sinφ=0,An=0,赤道上没有地转偏向力。
4)φ越大(纬度越高),An越大。
2、方向:
垂直于运动去向,北半球偏于右手一侧,南半球偏于左手一侧。
只改变运动方向,不改变速度大小。
三、惯性离心力C
1、大小:
C=V2/r
V越大,C越大;r越小,C越大。
2、方向:
沿曲率半径由圆内指向圆外,
与切向速度垂直,只改变运动方向,不改变切向速度大小。
四、摩擦力R
1、大小:
R=µV
与摩擦系数µ成正比,与风速V成正比。
有浪海面µ比平静海面大。
2、方向:
与运动方向相反,起到阻力作用。
总结:
由上述讨论可见,只有水平气压梯度力与初始风速无关,因此,该力是使空气产生运动的直接原动力。
地转风和梯度风(自由大气中的风)
一、地转风(GeostrophicWind)
1、定义
――自由大气中,空气的匀速水平直线运动。
2、力的平衡
――水平气压梯度力与水平地转偏向力平衡。
Gn=An,方向相反,作用在同一条直线上。
3、Vg的大小,Vg=-ΔP/(2ρωsinφΔn)
1)与水平气压梯度成正比,在天气图上,等压(高)线越密,地转风越大;
等压(高)线越疏,地转风越小。
2)与空气密度ρ成反比,高空ρ小,地转风增大;低空ρ大,地转风小。
3)与sinφ成反比,纬度越高,Vg越小;
φ=0°(赤道上),Vg趋近无穷,说明地转风不存在。
4、风向
――白贝罗风压定律。
风沿等压线吹,背风而立,北半球高压在右,低压在左;南半球正好相反。
5、地转风的计算――
公式法:
Vg=-ΔP/(2ρωsinφΔn)
将ρ=1.293kg/m3和ω值代入得
Vg=-4.78ΔP/(sinφΔn)(水平气压梯度单位:
hPa/赤道度,或hPa/纬距)
二、梯度风(GradientWind)
1、――自由大气中,空气的水平匀速曲线运动。
2、――水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力达到平衡。
高压中(反气旋):
Gn+C=An
低压中(气旋):
An+C=Gn
3、主要结论:
1)北半球,高压中的风顺时针旋转,低压中的风逆时针旋转;
南半球,高压中的风逆时针旋转,低压中的风顺时针旋转。
风向与气压场之间满足白贝罗风压定律。
2)梯度风风速与水平气压梯度、纬度的正弦、空气密度和曲率半径有关。
3)低压(气旋)区中的水平气压梯度不受限制;
高压(反气旋)中的水平气压梯度不能超过某一临界值。
4)反气旋区内,边缘风速较大,中心附近微风或者静风;
曲率较小(曲率半径大)处,即等压线平直处,等压线密,风速大;
曲率较大(曲率半径小)处,即等压线弯曲较大处,等压线疏,风速较小。
5)中高纬度反气旋的风速较大,低纬度反气旋内风速较小。
6)Va(反气旋中的风)〉Vg(地转风)〉Vc(气旋的风)
摩擦层中的风
一、摩擦力对风速、风向的影响
1、对风速的影响
――风速减小。
陆面上,实际风速/地转风速=1/3~1/2;
海面上,实际风速/地转风速=3/5~2/3。
海上经验公式:
Vo=65%Vg。
2、对风向的影响
――风去向斜穿等压线偏向低压一侧,与等压线的交角α,
在中高纬陆上,为35°~45°;海上,10°~20°。
风压定律的修正:
背风而立,
北半球,高压在右后方,低压在左前方;
南半球,高压在左后方,低压在右前方。
高气压(反气旋):
北半球,顺时针由中心向外辐散;
南半球,逆时针由中心向外辐散。
低气压(气旋):
北半球,逆时针由外向中心辐合;
南半球,顺时针由外向中心辐合。
地形的动力作用和地方性风
一、地形的动力作用
1、狭管效应:
当气流从开阔地区进入峡谷地形时,风速加大,风向被迫改变沿峡谷走向的现象。
台湾海峡:
夏季西南大风;冬季东北大风。
2、岬角效应:
当气流流经向海中突出的半岛或山脉尽头时,会造成气流辐合、流线密集,使风力大大加强的现象。
山东半岛成山头、南美合恩角、南非好望角处风力比周围海域大。
云
一、云(cloud)的形成条件
1、云的组成成份――水滴、冰晶或二者的混合体。
2、发生在大气中的冷却过程――绝热冷却、辐射冷却、平流冷却和乱流冷却等。
上升运动引起的绝热冷却是形成云的主要原因。
3、云的形成条件――上升运动+水汽
云的消散条件――下沉运动
二、云的分类
1、观测分类
云族
云底高度
云属
降水特点
中文名
国际名
国际缩写
高云
>5000m
卷云
Cirrus
Ci
卷层云
Cirro-Stratus
Cs
卷积云
Cirro-Cumulus
Cc
中云
2500m~
5000m
高层云
Alto-Stratus
As
连续性或间歇性的雨、雪
高积云
Alto-Cumulus
Ac
低云
<2500m
层积云
Stratus-Cumulus
Sc
间歇性微弱的雨、雪
层云
Stratus
St
毛毛雨
雨层云
Nimbo-Stratus
Ns
连续性中~大的雨、雪
碎雨云
Fracto-Nimbus
Fn
(附属云)
积云
Cumulus
Cu
积雨云
Cumulo-Nimbus
Cb
阵性降水
2、物理分类
云型
低云
中云
高云
大气稳定度
层状云
雨层云(Ns)、层云(St)
高层云(As)
卷层云(Cs)
稳定
Υ<Υm<Υd
波状云
层积云(Cs)、
高积云(Ac)
卷积云(Cc)
积状云
(对流云)
淡积云(Cuhum)、浓积云(Cucong)、积雨云(Cb)
卷云(Ci)
不稳定
Υm<Υd<Υ
降水(Precipitation)
一、降水量和降水强度
1、降水量――降水未经蒸发、渗透、流失,在水平面上所积聚的水层深度,以mm为单位。
2、降水强度
――单位时间内的降水量,单位mm/h,mm/d,(12h或24h总降水量)。
二、降水性质
1、连续性降水(Ns和As降水)
――持续稳定、(通常)中等雨量,持续时间常在10h以上。
2、间歇性降水(Sc和厚薄不均匀的As)
――强度时大时小、时降时止,但变化很缓慢,云和其它要素无显著变化。
3、阵性降水(Cb、Cucong、不稳定的Sc)
――降水强度变化快、骤降骤止、天空时亮时暗、持续时间短,常伴有强阵风。
海洋上的雾
一、雾(Fog)的定义
――悬浮于近地面气层中的小水滴、小冰晶或两者混合物的集合体,使水平能见度小于1km(或0.5nmile)的现象。
若能见度降至1~10km之内时,称为轻雾(Mist)。
二、雾的种类与特点
1、平流雾(AdvectionFog,海雾)
1)定义
――暖湿空气流经冷的下垫面,低层空气冷却,使空气达到饱和水汽凝结而形成的雾。
2)分布地区
――冷、暖海流交汇的冷流一侧;水平温度梯度大的海陆交界处。
3)特点
――浓度大,厚度大;水平范围广,持续时间长;
――远洋雾的浓度及生消时间没有日变化;沿海及岛屿的雾有一定的日变化;
――随风飘移,伴有层云。
2、锋面雾(FrontalFog,雨雾或降水蒸发雾)
1)定义
――锋面上暖气团里下降的雨滴穿过锋面落到冷气团里,雨滴蒸发,使锋面下冷气团近地面层的空气达到饱和而形成的雾。
2)分布地区
――暖锋前、一型冷锋后、锢囚锋的两侧。
3)特点
――浓度及生消时间不受气温日变化的影响;
――雾区随锋面和降水区的移动而移动。
3、辐射雾(RadiationFog,陆雾)
1)定义
――晴朗微风、比较潮湿的夜间,由于地面辐射冷却,近地面层气温降至露点或露点以下,使水汽凝结而形成的雾。
2)分布地区
――内陆潮湿洼地、沿海港湾。
3)生消特点
――一年四季均能发生,秋冬季居多,冬季入海易消散,夏季入海消散慢。
――具有明显的日变化,夜间形成,日出前最浓,日出后随气温升高而消散。
――晴夜有利于雾生成,晴天有利于雾消散;阴夜不利于雾形成,阴天也不利于雾消散。
――微风有利于雾形成,强风和静风均不利于雾形成。
――冬季消散慢,夏季消散快。
4、蒸汽雾(SteamFog)
1)定义
――冷空气流经暖水面时,水面不断蒸发水汽进入低层空气,使贴近水面的低层空气达到饱和而形成的雾。
2)分布地区
――高纬沿海、极地冰间水面、冰缘等。
3)特点
――冬季最常见。
――浓度不大,厚度薄。
――有显著的日变化。
――在任何风速下都可能发生。
但风向改变可使雾消散。
三、平流雾的形成条件
1、冷的海面
――西北太平洋,表层水温低于20℃;黄海北部水温低于24℃。
2、适当的水汽温差
――长江口外海域和北海道以东海面,0℃~6℃,温差2℃~3℃频率最高;
当温差>8℃后,海雾很少发生。
3、适合的风向、风速
风力――2~4级。
4、充沛的水汽
――相对湿度f≥80%
5、低层逆温层结
四、平流雾消散的条件
风向大角度改变,风力增至很大或减至很小。
如冷锋过境。
海浪
一、波浪(Wave)要素
1、波峰――波面的最高点。
2、波谷――波面的最低点。
3、波高(H)――相邻波峰与波谷之间的垂直距离。
4、波幅(a)――波高的一半,a=H/2。
5、波长(λ)――相邻两波峰或相邻两波谷之间的水平距离。
6、波陡(δ)――波高与波长之比,δ=H/λ。
7、周期(T)――相邻的两波峰或两波谷相继通过一固定点所需要的时间。
8、频率(f)――周期的倒数,f=1/T。
9、波速(C)――波峰或波谷在单位时间内的水平位移(波形传播的速度),C=λ/T。
10、波峰线――通过波峰垂直于波浪传播方向的线。
11、波向线――波形传播的方向线,垂直于波峰线。
二、波浪的分类
1、按成因分类
1)风浪和涌浪
风浪(WindWave)――风的直接作用所引起的水面波动。
(无风不起浪)
涌浪(Swell)――风浪离开风区传至远处,或者风区里风停息后所遗留下来的波浪。
(无风三尺浪)
2)海啸(Tsunami,又称地震波)
――由于海底或海岸附近发生地震或火山爆发所形成的海面异常波动。
特点:
周期长,波长长,波速大,在外海坡度很小,当传至近岸时,波高剧增。
世界上常受海啸袭击的国家和地区有:
日本、菲律宾、印度尼西亚、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海。
3)风暴潮(StormSurge)
――由强烈的大气扰动(强台风、强锋面气旋、寒潮大风等)引起的海面异常上升现象。
主要原因:
海面气压分布不均匀――气压每下降1hPa,海面约升高1cm;
我国风暴潮多发区:
莱州湾、渤海湾、长江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和海南岛东北角,其中莱州湾、汕头至珠江口是严重多发区。
4)内波(InternalWave)
――密度相差较大的水层界面上的波动。
内波对航行船舶的影响:
死水和共振
船舶克服“死水”和“共振”的有效方法是改变航速和航向。
3、按水深相对于波长的大小分类
1)浅水波(λ»水深h,λ≧20水深h)
C=(gh)1/2
波速与波长和周期无关,只取决于水深。
2)深水波(水深h≥λ/2)
波速与波长和周期有关,与水深无关。
三、水质点的运动与波形传播的关系
1、深水波:
水质点的运动轨迹是圆,海表面的水质点的轨迹直径等于波高,水质点运动到最高位置时,运动方向与波向一致,运动到最低位置时,运动方向与波向相反。
波面上每个水质点在自己的平衡位置附近完成一次圆周运动时,整个波形就向前传播一个波长的距离。
2、浅水波:
水质点的运动轨迹是椭圆,水质点运动到最高位置时,运动方向与波向一致,运动到最低位置时,运动方向与波向相反。
波面上每个水质点在自己的平衡位置附近完成一次椭圆周运动时,整个波形就向前传播一个波长的距离。
总结:
波浪沿海面向前传播,水质点在原地附近作周期运动――前进波。
群波和驻波(简述)
一、群波(GroupofWaves)
――当许多周期和波长不同但很相近的简单波动沿着同一方向