大气科学基础复习要点.docx

资源描述

大气科学基础复习要点.docx

《大气科学基础复习要点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气科学基础复习要点.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

大气科学基础复习要点.docx

大气科学基础复习要点

第一章大气概述

1.大气是地球表面运输能量与水分的主要方式，厚度大约100km,尽管相对于地球很浅薄，但大气层里包含了相当大的质量:

5.14X10J5公斤。

97%的大气是在地球表面30公里（18英里）以内。

2.大气的密度随着高度的上升而下降。

3.大气组成：

永久气体（固定比例在大气中）99.999%的大气质量

氮气、氧气、氨、氛、氮氟、氟（），氤（氤）、氢

可变气体：

占很小的百分比,但影响大气的行为的气体，如水汽，二氧化碳，臭氧，甲烷，N20,氟化物等。

4.大气演变：

原始大气氢和氨；次级大气水汽，二氧化碳、和其它的由于火

山喷发而从地球内部带出来的气体；最终CO2含量减小，02含量上升，演变成现在的大气。

6.氮气和氧气是大气的主要成分。

整合上述两种气体大约占干大气的99%。

9.氟氯化合物能破坏大气中的臭氧C1+03二C10+02C10+0二C1+0203+0二202目前科学家已发现南极上方的臭氧空洞。

10.水汽的重要作用；

（1）它通过相变潜热在地球上重新分配热能的能量交换.

（2）水汽凝结降水，坠落到地球表面提供所需的新鲜水给植物和动物，形

'各种天气现象；（3）它通过温室效应帮助温暖地球大气层。

11.气溶胶粒子对辐射的吸收和散射、云雾降水的形成、大气污染以及大气光与电学现象的产生都具有重要的作用。

气溶胶粒子的來源可分为人工源和自然源两大类。

12.大气的物理性质和化学性质无论在水平方向还是在垂直方向上都是不均匀的。

13.划分：

按照大气的化学成分划分，大气垂直方向可分为均质层和非均质层。

・按照大气的压力结构划分，大气垂直方向可分为气压层和逸散层。

・按照大气的电离结构划分，大气可分为电离层和磁层。

・按照温度变化划分，大气在垂直方向可分为：

对流层、平流层、中间层、

热层及外层。

14.对流层

（2）、集中了大气层大部分的（75%）质量和几乎全部的水汽

（3）、温度随高度下降，平均每上升100米，气温约下降0.65°C

（4）、空气的对流运动明显，特别是夏季以及低纬度地区

（5）、天气复杂多变。

水汽蒸发、凝结而成云至雨造成不同的天气现象

（6）、气象要素的水平分布不均匀。

（受地形、海陆分布等各种性质的下垫

影响）

15.平流层

（1）^从对流层顶到50-55km的高度范围是半流层

（2）、气流运动相当稳定，且以水平运动为主

（3）、除少数强对流云伸展到平流层外，很少有天气现象发生

（4）、平流层底层（约9公里厚），温度不随高度变化，称为同温层）

（5）、大气圈大部分的臭氧集中于平流层

（6）、由于臭氧吸收太阳的紫外线辐射，平流层（20-50公里）的温度随高度上升（逆温层定义:

随高度升高而温度升高）

16.中间层

（1）、从平流层顶到85km的高度范围是中间层

（2）、气温随高度迅速下降

（3）、垂直运动相当激烈，故称之为高空对流层

（4）、因为水汽含量极少，几乎没有云层出现，但有时能看到一种薄而带银白

色的夜光云，有人认为它是由极细微的尘埃组成。

17.热层

（1）、热层大致处于中间层顶到600km高度的范围内

（2）、气体在该层在太阳和宇宙辐射的作用下发生电离，形成密度很高的带电

粒子，所以热层又称为电离层。

（3）、由于吸收太阳辐射的缘故，该层的温度随高度急剧升高

（4）、在高纬度的晴朗夜空，可看到美丽的极光。

这可能是由太阳发出的高速

带电粒子激发高空稀薄的空气分子或原子而发光

（5）、电离层会反射无线电波

18.散逸层

例神解

在哪一层面上绕行？

它面临怎样的空间环境?

“神七”的轨道位于大气层中的“热层”，有如下待占：

⑴高强度的太阳电磁辐前、太阳宇為线辐射（太阳诫斑爆发时向外发射的高

能粒子）和太阳风（由太阳日冕吹出的高能等离子体流）

（2）儿乎是真空的太空环境

（3）极端的温度环境

（4）高速运动的尘埃、微流星体和流星体。

它们具有极大的动能，1毫克的微流

星体可以穿透3毫米厚的铝板

第二章气象要素的特征、变化和分布

1.摄氏，华氏，开式温度的转换

Kelvin二Celsius+273

2.百叶箱原理：

百叶箱里的温度计是安装地表以上近似1.5米的地方。

温度计含有酒精，顶部是用來确定每日最低温度。

用水银温度计的低日最高气温來确定。

3.影响局地气温变化的因子：

太阳辐射加热（受太阳入射，海陆分布，洋流，海拔等因素影响），冷暖平流，凝结、蒸发潜热，云覆盖。

补充：

空气的温度平流一空气平流运动传热过程引起局地气温变化称为温度平流，如果风向与水平温度梯度的交角小于90。

一暖平流？

，是否是热胀冷缩的，若是想到高低压的形成过程感觉不符合。

如果风向与水平温度梯度的交角大于90。

-*冷平流

4.气温的日变化

•白天温度高、夜晚温度低，最高气温通常出现在午后，最低气温通常出现在凌晨。

•海洋上日变化小（下垫面物质稳定）

•沙漠地区日变化大一一“早穿棉，午穿纱，抱着火炉吃西瓜”（吸热强,散热也强）

•早晴天夜无云昼夜温差大

•多云天气昼夜温差小（云的对辐射的反射造成增温

5.夜间降温夜晚是温暖湿润干燥一一由于释放潜热从凝结和红外变暖

6.综合因素

个图不懂

较大的温度梯度很可能没有风

7.气温的季节变化

•夏天温度高、冬天温度低

•海洋上温度的季节变化小

•陆地上温度的季节变化大

•纬度越高，气温年较差越大（和太阳的辐射有关，年变化

8.气温的空间变化

•热带地区温度高，中高纬度地区温度低

•夏季海洋比陆地温度低，冬季海洋比陆地温度高

•海洋上温度分布相对均匀

•由于下垫面的不均匀，形成了许多的冷暖中心（如：

西伯利亚、格陵兰等

是冷中心；澳大利亚、非洲等地形成暖中心）

•山脉南麓气温高，北麓气温低

9.冬季气温分布特点（以北半球为例）

•等温线密集

•等温线南凸，冷空气势力大

•海洋相对于陆地显的温暖

•西伯利亚和格凌兰是冷中心，澳大利亚是暖中心

10.夏季气温分布特点

•等温线稀疏

•等温线北凸，暖空气势力大

•陆地相对于海洋温度高

•沙漠地区出现高温中心

11.等温线分布要点

•同一水平面上温度相等的点的连线称为等温线

•等温线密集，温度随空间变化大；等温线稀疏，温度的空间变化小

•等温线向高纬度地区突出，说明暖空气势力大；等温线向低纬度地区突出,

说明冷空气势力大

12.在气象工作中通用的气压单位有毫米和毫巴两种

（1）亳米（mm）:

是用水银柱高度来表示气压高低的单位。

（2）毫巴（mb）/百帕（hPa）:

用单位面积上所受水银柱压力大小来表示气压高低的单位。

13.气压跟天气有密切的关系。

一般地说，地面上高气压的地区往往是晴天,地面上低气圧（注意说的是地面，只是方便理解）的地区往往是阴雨天。

在同一水平面上，如果气压分布不均匀，空气就要从高气压地区向低气压地区流动。

因此某地区的气压高，该地区的空气就在水平方向上向周围地区流出。

高气压地区上方的空气就要下降。

由于大气压随高度的减小而增大，所以高处空气下降时，它所受到的压强增大，它的体积减小，温度升高，空气中的凝结物就蒸发消散。

所以，高气压中心地区不利于云雨的形成，常常是晴天。

如果某地区的气压低，周围地区的空气就在水平方向上向该地区流入，结果使该地区的空气上升，上升的空气因所受的压强减小而膨胀，温度降低，空气中的水汽凝结，所以，低气压中心地区常常是阴雨天。

16•边界层摩擦作用使气旋区辐合上升，反气旋区辐散下沉

17.影响大气压变化的因子

（2）温度/密度p=RT一一状态方程

18.全球气压分布特征

•全球气压带的分布特征是由太阳辐射、地球白转效应、海陆分布等因子决定的。

•总体而言，可分为四大气压带，即：

极地高压带（PolarHigh）.副极地

低压带（SubpolarLow）、副热带高压带（SubtropicalHigh）、赤道低压带（EquatorialLow）

•由于由于海陆分布的差异，上述的气压带并不随纬度均匀分布，在海平

面气压图上表现为永久性和季节性的大气活动中心

地球自转作用一一三圈环流的形成

赤道地区受热上升的气流，流向极地；在地球自转偏向力的作用下，逐步变为偏西气流，阻滞了空气的北上，在30。

附近积聚下沉；下沉到达地面后一支回流赤道，形成了Hadley环流圈；另一支继续北上，与极地下沉的南流气流在60。

附近汇合上升；上升到高空一支南流形成中纬度Ferrel环流圈；一支北流形成极地环流圈。

与三圈环流相对应，是所谓的“三风四带”，即：

极地东风（PolarEasterlies）中纬度西风（Westerlies）

低纬度信风（Trades）极地高压带（PolarHigh）副极地低压带（SubpolarLow）副热带高压带（SubtropicalHigh）赤道低压带（EquatorialLow）

20.风的表述

•空气的流动产生风

•气流由不同尺度的运动叠加而成，其中包括很多小尺度的湍流

•天气报告中是2min的平均风速

•风向以10°为单位，以正北为基准，顺时针方向旋转。

精度要求不高的情况下，也可以用16个方位來表示

•当风速低于0.25m/s时，称为静风

•风力的大小划分为12个等级

21.影响风的因子（具体内容在大气动力学中）

气压梯度力一一风的形成（梯度越大，风速越大）

科氏力一一引起风向的改变（地转偏向力，北半球向右，南半球向左，赤

道

为0,与风速成正比）

摩擦力一一风速

22.准地转平衡风的受力分析

受力分析NetForce=PGF+G+f+Co

远离地面时f=0NetForce=PGF+G+Co（假定气压梯度力在水平方向上的分力被重力平衡）

23.局地风环流：

由于局部地表受热不均匀造成的大气环流圈。

主要有海陆风，

山谷风与季风。

24.天气分类

0%云覆盖一一晴25%云覆盖一一少云75%云覆盖一一多云100%云覆盖一一阴

25.云的形成

（1）发生在相对湿度达到100%时

（2）水汽转化为液态时要有凝结核

26.使相对湿度达到饱和的方法：

降温（最有效），增湿（补充水汽）

27.成云降雨的两种方式

（1）热力对流，地表空气温度上升，使空气上升，凝结成云降雨

（2）周围空气的辐合，（怎么幅合）造成空气的动力上升，凝结成云降雨。

28.云的分类

・按照云底高度将云分为高云，中云，低云3族

・按照云的形态将云分为孤立的相互间不相联系的团块状积状云，表面不匀整的波状云以及均匀的云幕层状云三种类型：

层状云：

雨层云、高层云、卷层云、卷云

波状云：

层积云、层云、高积云、卷积云

积状云：

淡积云、浓积云、积雨云

29各种云的缩写。

C神

云类

妝工5

甲文工s

低云

解云

竝

解雨云

騎云

麻层転

兵云

題云

雨层三

丙层云

iMv

中云

讒云

卷云

毛卷云

艇云

翻云

低云多由微小水滴组成，厚的或垂直发展旺盛的低云的下部由微小水滴组成而中上部是由微小水滴、过冷水滴和冰晶混合组成。

低云的云底距地面高度较低，一般低于2500米,它是随季节、天气条件和不同经纬度而有变化。

中云是由微小水滴过冷水滴或者冰晶雪晶混合而成。

中云的云底高度一般在2500-5000米之间高层云在夏季多出现降雨，而在冬季多出现降雪。

高枳云较薄时不会出现降水，但在高原地区的高积云出现雨（雪、幡）。

30.降水的分类

（1）

（2）

（3）

（4）

高云是由微小的冰晶组成。

云底高度一般在5000米以上，而高原地区较低。

高云出现降水较少，冬季北方的卷层云密卷云有时也会降雪，偶尔也能观测到雪幡

降雨空气中成「上万的微小水滴碰撞在一起凝结成云降雨雨夹雪，冻雨一部分融化冰雹形式或雨滴回身雪花变成冰的雨雪当空气温度达到零度以下。

当水凝固时的雪形成云，化做雪花落下。

冰雹过冷却云不断上下运动时，液滴以不同的速度凝结在冰核周围，反复多次后形成冰雹。

31.降水量的测量用雨量筒测量，拦截下落在特定区域的降水，最后取一大片范围内降水的平均值。

32.大气能见度

•大气能见度（Visibility）是反映大气透明度的一个指标。

•一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的

最大地面水平距离。

还有一种定义为目标的最后一些特征己经消失的最小距离

•能见度是一个对航空、航海、陆上交通以及军事活动等都有重要影响的气象要素。

在航空中，一般使用前者定义的能见度。

•影响能见度的因子主要有大气透明度、灯光强度和视觉感阈。

大气能见度和当时的天气情况密切相关。

当出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气过程时，大气透明度较低，因此能见度较差

•测量大气能见度一般可用目测的方法，也可以使用大气透射仪、激光能见度自动测量仪等测量仪器测量。

目前，能见度的观测大都还是以人工目测为主，规范性、客观性相对较差

Area

第三章大气静力学

1•静止大气中的力：

重力（地心吸引力（万有引力）和惯性离心力的合力）重力万有引力

F=Gm咽

（T

惯性离心力

go“=几一斤cos。

得到的推

2.静力学方程

对空气块受力分析|卩（二+&）“+=P

（二）4即得

论：

（1）dz>0时dpvO,说明气压随高度是下降的

（2）由于g随高度的变化很小，所以气压随高度下降的快慢主要取决于密度。

大气层低层密度大，气压随高度下降快；大气层高层密度小，气压随高度下降

的慢

（3）将静力学方程从任意高度z积分到大气上界，得高度z处

的气压等于从该高度到大气上界的单位截面积所受

P^=\pgdz

表明任意

的重力。

3.为什么大尺度大气满足静力平衡条件

描述大气水平方向的运动方程（具体推导见ppt）

单位质量空气的合力F为4七+缶+F+Ce+C°f型-一-Dt

其屮g-ga+Ce,则有

=Pgf+g+F+Cof一八=丄岂

_气压梯度为定，则气压梯度力为°血

一■P©X

二-弊—就足气丿主棵丿艾刀仕二丁万冋上旳分刀x=2°vsin0-2O、vcos0fX对于科氏力同样可得到三个分力一L2Qucos0

Pgfzz=2Gucos°

pdz

综上所述可得到总方程式

+2Qvsin0-2Qwcos0

ddf

=-16

d.t

+2<72vsin.0-2<72wcos°

-2Cusill.0

1aP

+2Cucos^-g

p6n

ElemexatTyjpicsil*

xxi-tnLxde

xx.vMorizomtzilvelocity1020ixis"1

IO*

咋您Z^%elo"y®£WM-1005讣4台蹄巒豳哲“卫器警y皤巒I-Jorizoi^tillCHexxie:

鼻pc=-—-^+2Ducos^g

"VerticetlI>ressvxreUlaemge1OOOhJPn

TF（lor）=i^^lo3）_1°41ol<®^^=i—（lo^^Id^^xio^-id10*^

1010

=--2<72usin0

IO11O3

最终得到完整的大气静力学方程

如=-—^+fv

dtpdx

dv=_LJR_fu土用丿贝丿eQyjm同公h\均杯嶂+娜WKbpoz

Op■

一

Jap=-Jp°^zecoinesthehvdrostatiu

equaiioii

rT均贞兀Q

_RJ旳垂宜温护

1dP=1=g=3.^1C/1VUZ|\督茫=苯急£o处的高度称为

虫上述丿玉為公式可以看出，在均质大气中气丿卡區搜线性递减一凳节缈=gdz

RoT

1X0.=———

Ao曰

了积分好鬧Z勰氐的温度可黒为g

挣马器方程dp=-pgdz可表ZjN^9^>_6jp——

dz:

Rd^^frz

竽__；度梯度为尋温天气蕪鴛公式

由上述公式可知，等温大气气压岡高度按指数递减，当Z-8时气压为零

6.多元大气的压高公式dT

当温度的垂直递减率为~

T=Tq_%

几种大气气压随高度递减情况对比H

7•压高公式的应用

（1）、利用压高公式可以计算出不同高度的气压值（海平面气压订正，测压定高）

（2）、利用压高公式分析天气系统的垂直结构

浅薄系统：

冷高，暖低深厚系统：

暖低，冷高

a.气旋向冷区倾斜，反气旋向暖区倾斜

b.低压向冷区倾斜，高压向暖区倾斜

c.气旋的散度分布是低层辐合高层辐散

反气旋的散度分布是低层辐散高层辐合

8.位势不稳定层结是强对流天气是否发展的重要条件。

温度对对流运动的影响：

由右侧公式可知

・若气块比周围空气暖时，可获得向上的加速度

・若气块比周围空气冷时，可获得向下的加速度

・若气块与周围空气无温差时，气块的垂直加速度为零

10.静力稳定度

气块在某一高度受到某种垂直冲击力后上升到上升dz距离

~dt

上式第二项表示气块垂直运动已产生时能否继续发展。

即其中筝=_辽.=_dT前者为环境温度垂直递减率，

dz，Z，~dz后者为气块绝热运动时的温度递减率

当丽者大于后者，垂直加速度的方向与气块位移方向相同，

力・T当前者等于后者，气块作等速运动，气层层结属于中性平

衡。

当前者小#后者，垂直加速度的方向与气块位移方向相反，表明气层层结稳定。

如果气块是干空气，或者是未饱和的湿空气匕=-也=/dz

Y>Yd静力不稳定Y二丫d静力平衡11•条件不稳定

•实际大气中，除了贴地气层以外,

Y>Yd静力稳定

Y>丫d的干绝热不稳定是很少出现的。

•饱和湿空气由于凝结潜热的释放，使气块受到的浮力增加，即使在

Y>Yd的情况下，也可能出现不稳定。

Y>Ys静力不稳定

对饱和湿空气而言'_dT=.一一Y二Ys静力平衡

dz儿Y>Ys静力稳定

综合未饱和及饱和湿空气的静力稳定度判据，有以下3种情况：

（1）Y>Yd,对未饱和以及饱和大气，层结均不稳定，称为“绝对不稳定”

（2）Y<仆，对未饱和以及饱和大气，层结均稳定，称为“绝对稳定”

（3）ys

12.对流不稳定及位势不稳定

（1）开始时气块的上下端都按照干绝热上升

（2）由于气层底部湿度较大而先达到饱和状态，按湿绝热上升，温度递减率下降

（3）气层上部湿度较小仍未饱和，按照干绝热过程上升

（4）因为气块上下按不同的递减率上升，导致层结发生变化，最终导致不稳定的发生

综合起来，统称为“位势不

后來有人把“条件不稳定”和“对流不稳定”稳定”

14.有利于位势不稳定层结建立的有利因素包括:

高层干冷空气平流

低层暖湿平流

地面辐射加热

15在实际天气预报中，以下几种情况常值得注意：

1在高层冷中心或冷槽与低层暖中心叠置的区域，可能会有雷暴的发生

2冷锋过山时，若背风坡低层由暖湿空气控制，常有雷暴的发生（夏季太行山东侧常出现此情形）

3高层干平流与低层湿平流叠置的区域，常有雷暴发生

4冷空气入侵后，如果低层有浅薄热低压接近或者有显著的暖平流时，容易诱发雷暴发生

16.逆温层的作用

•强对流爆发前夕，在中低层常有逆温层的存在

•阻止水汽、热量上传，使其在低层不断积累

-旦逆温层被破坏（通过地面加热、整层抬升等），强对流天气便会发生

展开阅读全文