气象气候学第一章引论课件.ppt

1、 发展初期包括发展初期包括16 16 世纪中叶到世纪中叶到19 19 世纪末。世纪末。1593 1593 年意大利学者伽利略（年意大利学者伽利略（GalileoGalileo）发明温）发明温度表度表，1643 1643 年意大利学者托里拆利（年意大利学者托里拆利（TorricelliTorricelli）发明气压表）发明气压表。这一时期气象学与气候学的主要研究成果有这一时期气象学与气候学的主要研究成果有：海平面上风压关系律海平面上风压关系律、气旋模式和结构气旋模式和结构、大大气中光电现象和云雨形成的初步解释气中光电现象和云雨形成的初步解释、大气环流大气环流的若干现象解释的若干现象解释。世界年平

2、均气温分布图、世界世界年平均气温分布图、世界月平均气压分布图、世界年降水量分布图月平均气压分布图、世界年降水量分布图等。德德国学者汉恩（国学者汉恩（HannHann）于）于1883 1883 年开始陆续出版了年开始陆续出版了气候学手册气候学手册三大卷。三大卷。在此期间气象学的发展中有三大重要进展：（1）锋面学说（2）长波理论（3）降雨学说 在气候学方面也有长足的进展2.近期近期20世纪世纪50 年代以后年代以后由于电子计算机和新技术如雷达、激光、遥感及人造卫星等的使用，大大地促进了气象学与气候学的发展。其主要表现如下：（1）开展大规模的观测试验 （2）对大气物理现象进行数值模拟试验 （3）把大

3、气作为一个整体进行研究（4）气候学领域中的科学革命 1、气象学与气候学和陆地水文学 2、与生物学的关系 3、与地貌学的关系 4、与土壤地理学的关系 1、农业2、交通运输业3、城建4、国防与军队气候系统概念气候系统概念：气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统统一的物理系统。太阳辐射是这个系统的能源。在太阳辐射的作用下，气候系统内部产生一系列的复杂过程，这些过程在不同时间和不同空间尺度上有着密切的相互作用，各个组成部分之

4、间，通过物质交换和能量交换，紧密地结合成一个复杂的、有机联系的气候系统。气候系统的五大子系统气候系统的五大子系统：大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈成分作用概念两种烟雾类型防治措施 洛杉矶光化学烟雾大气层高度（大气的上界）的确定大气层高度（大气的上界）的确定密度上界2000-3000千米物理上界极光-1200千米气温湿度在垂直方向上的分布；大气中的扰动程度；不同程度上的电离现象。对流层特点 对流层是大气的最下层，它的下界为地面，集中3/4大气，90%水汽，日常所见的大气现象均发生在此层，也是对人类生活、产生最有影响的层次。气温随着高度而降低空气具有强烈的对流、乱流运动气象要素水平分布不均匀

5、：在对流层内，按气流和天气现象分布特点又可分为三层。在对流层内，按气流和天气现象分布特点又可分为三层。下层下层：又称摩擦层或扰动层。它的范围自地面到：又称摩擦层或扰动层。它的范围自地面到2km高度。下层高度。下层受地面强烈影响摩擦作用、湍流交换十分明显，各气象要素具有明受地面强烈影响摩擦作用、湍流交换十分明显，各气象要素具有明显的日变化。由于本层的水汽、尘粒含量多，因而低云、雾、霾、显的日变化。由于本层的水汽、尘粒含量多，因而低云、雾、霾、浮尘等出现频繁。浮尘等出现频繁。中层中层：从摩擦层顶到：从摩擦层顶到6km左右高度。这一层受地表影响较小，气左右高度。这一层受地表影响较小，气流的状况基本上

6、可以表征整个对流层空气运动的趋势。大气中的云流的状况基本上可以表征整个对流层空气运动的趋势。大气中的云和降水现象大都产生在这一层。和降水现象大都产生在这一层。上层上层：从：从6km高度到对流层顶。由于这一层离地面更远，受地表高度到对流层顶。由于这一层离地面更远，受地表影响更小，水汽含量极少，气温常在影响更小，水汽含量极少，气温常在0以下，各种云多由冰晶和以下，各种云多由冰晶和过冷水滴组成。在中、低纬度地区上层，常有风速过冷水滴组成。在中、低纬度地区上层，常有风速30m/s的强风的强风带出现。带出现。此外，在对流层和平流层之间有一个厚度为数百米至此外，在对流层和平流层之间有一个厚度为数百米至1-

7、2km的过的过渡层，称为对流层顶。此层主要特征是：气温随高度增加变化很小，渡层，称为对流层顶。此层主要特征是：气温随高度增加变化很小，甚至无变化。这种温度的垂直分布抑制了对流作用的发展，上升的甚至无变化。这种温度的垂直分布抑制了对流作用的发展，上升的水汽、尘粒多聚集其下，能见度变坏。对流层顶的温度在低纬度地水汽、尘粒多聚集其下，能见度变坏。对流层顶的温度在低纬度地区平均为区平均为-83，在高纬度地区约为，在高纬度地区约为-53。温度随高度升高而增加在平流层内，随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升，自25km以上气温随高度增加而明显上升，到平流层顶可达-3左右，平流层这种气温分布的特征，主

8、要是臭氧对太阳紫外线的强烈吸收。虽然25km以上臭氧的含量已逐渐减少，但紫外辐射的强度随高度逐渐增强，而空气密度随高度升高又迅速减小，致使高层吸收的有限辐射可以产生较大的温度增量。没有强烈的对流运动平流层温度随高度升高而增加，不利于空气对流运动发展。所以叫平流层。飞机在此层飞行不易颠簸。水汽、尘埃含量很少平流层远离地面，加之有逆温层存在，空气无对流运动，水汽、尘埃很少，使得平流层天气晴朗，大气透明程度好。但有时在20-30km处可看到贝母云，它常出现在冬季极区。在在25千米高度上，有一个臭氧千米高度上，有一个臭氧含量相对较高的层次，为臭氧含量相对较高的层次，为臭氧层。由此向上、向下臭氧逐渐层。

9、由此向上、向下臭氧逐渐减少。减少。气温随高度增加迅速降低：顶界温度可降至-83-113，几乎成为大气层中的最低温。其原因是这里没有臭氧吸收太阳紫外辐射，而氮和氧等气体所能吸收的波长更短的太阳辐射又大部分被更上层的大气吸收了。因此，这里的气温随高度是递减的。有相当强烈的垂直运动：这种下暖上凉的气温垂直分布，有利于导致空气的垂直运动，又称“高空对流层”。该层的80-90km高度上有一个只在白天出现的电离层，叫做D层。温度随高度增加迅速上升：据探测，在300km高度上，气温可达1000以上，这是因为所有波长0.175m的紫外线辐射，都被该层中的大气物质所吸收的缘故。空气处于高度电离状态：因而这层也称

10、为电离层。由于空气密度极少，暖层中的N2、O2、O等气体成分在强烈的太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态。即E层和F层。它们都能反射无线电波，对无线电通讯具有重要意义。整个大气层的最外一层，是大气圈与星际空间的过渡地带，没有明显的边界。这一层的气温也随高度的增加而升高。由于气温高，且距地较远，受地球引力作用很小，所以大气质点中某些高速运动的分子不断地向星际空间散逸，散逸层也由此而得名。水圈、陆面、冰雪圈、生物圈部水圈、陆面、冰雪圈、生物圈部分（自学分（自学）基本物理性质基本物理性质主要气象要素主要气象要素空气状态方程空气状态方程流动性可压缩性粘着性连续性结论：结论：因为空气存在流动性

11、、粘着性、连续性等特点，所以当一个地区上空的空气上升时，必然有另一个地区的空气的下降来对它进行补充，从而形成一种环流。气温气压湿度降水风云量能见度1、定义：表示大气冷热程度的物理量。2、单位：摄氏度（）温标，以气压为1013.3hPa 或相当于760mmHg时纯水的冰点为零度（0），沸点为100 度（100），其间等分100 等份中的1 份即为1。绝对温标，以K 表示，这种温标中一度的间隔和摄氏度相同，但其零度称为“绝对零度”,规定为等于摄氏-273.15。因此水的冰点为273.15K，沸点为373.15K。3、单位换算：T=t+273.15t+273（12）大气中的温度一般以百叶箱中干球温度

12、为代表大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表1、定义：单位面积上所承受到的整个空气柱的质量，即大气的压力。实质：气压的大小决定于整个空气柱质量的多少2、单位：mmHg、mb、hpa3、标准大气压：在纬度为45的海平面上，温度为0时，所测得的水银柱高高为760mm的大气压强，为一个标准大气压（1013.25mb）。4、测量仪器：定槽式水银气压表、动槽式水定槽式水银气压表、动槽式水银气压表、自记气压计、空盒水银气压表。银气压表、自记气压计、空盒水银气压表。精确的气压值是用水银气压表来测量的。精确的气压值是用水银气压表来测量的。定义：表示大气中水汽量多少的物理量称大气湿度。意义：大气湿度状况直接影

13、响了云、雾、降水等天气现象的 形成。水汽压(e)及饱和水汽压(E)相对温度（f）饱和差（d）比湿（q）水汽混合比（）露点（Td）湿度表示方法 水汽压（水汽压（e）：大气中水汽产生的那部分压力。单位：hap饱和水汽压（饱和水汽压（E）：温度一定，单位体积空气中的水汽含量是有一定限度，空气达到此限度时为饱和湿空气，饱和湿空气中的水汽所产生的那部分压力，即最大水汽压。表示方法表示方法：空气中的实有水气压e与同温度下同温度下饱和水气压E的百分比，用f表示。f=e/E*100%意意 义：义：相对湿度直接反映了空气距离饱和的程度。相对湿度越大，越接近饱和，当达到100%时，空气就达饱和状态，此时水汽就要开

14、始凝结。定定 义义 在一定温度下，饱和水汽压E与实际空气中水汽压e之差称饱和差（d）。即d=E-e。意意 义义 d 表示实际空气距离饱和的程度。d越大，越不饱和；d=0，空气达饱和状态；d0，说明不饱和；d0，过饱和。定定 义义 在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）的比值，称比湿（q）。其单位是g/g，即表示每一克湿空气中含有多少克的水汽。也有用每千克质量湿空气中所含水汽质量的克数表示的即g/kg。q=m水/（m水+m干）或 q=e/p*0.622意 义（见课本P17 ）定定 义义 一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值称水汽混合比（）（单位：g/g）定定 义

15、义 在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度，称露点温度，简称露点（Td）。单位：或K结结 论论 气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量越多，露点越高，所以露点也是反映空气中水汽含量多少的物理量。在实际大气中，空气经常处于不饱和状态，此时的露点要比气温要低，也即TdT。当Td=T时，空气饱和；当Td-T0时，空气不饱和；当Td-T0，空气过饱和。上述大气湿度的表示方法中，水汽压（e）、比湿（q）、水汽混合比（）、露点等基本上表示了空气中水汽含量的多少。而相对湿度、饱和差、温度露点差则表示了空气距离饱和的程度。降水是指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、

16、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等。降水量指降水落至地面后（固态降水则需经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度，降水量以毫米（mm）为单位。在高纬度地区冬季降雪多，还需测量雪深和雪压。雪深是从积雪表面到地面的垂直深度，以厘米（cm）为单位。当雪深超过5cm 时，则需观测雪压。雪压是单位面积上的积雪重量，以g/cm2 为单位。降水量是表征某地气候干湿状态的重要要素，雪深和雪压还反映当地的寒冷程度。空气的水平运动称为风。风是一个表示气流运动的物理量。它有大小（风速），又有方向（风向），是一个向量。风向是指风的来向。地面风向用地面风向用16 方位表示方位表示；高空风向常用方高空风向

17、常用方位度数表示位度数表示，即以0（或360）表示正北，90表示正东，180表示正南，270表示正西。在16方位中，每相邻方位间的角差为22.5。风速单位常用风速单位常用m/s、knot（海里/小时，又称“节”，）和 km/h 表示表示，其换算关系如下 1m/s=3.6km/h 1knot=1.852km/h 1km/h=0.28m/s 1knot=1/2m/s NWNSWESESWNE在地面天气图上，用下列图示来表示风，风尾长划风速为4米/秒，即风力为2级，短划风速为2米/秒。一个风旗，表示风力为8级。风尾和风旗均放在风杆的左侧。西南风5级东南风12级云是悬浮在大气中的小水滴、冰晶微粒或二者

18、混合物的可见聚合群体，底部不接触地面（如接触地面则为雾），且具有一定的厚度。云量是指云遮蔽天空视野的成数。将地平以上全部天空划分为10 份，为云所遮蔽的份数即为云量。例如，碧空无云，云量为0，天空一半为云所覆盖，则云量为5。能见度指视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离。单位用米（m）或千米（km）表示。空气状态常用密度（）、体积（V）、压强（P）、温度（t 或T）表示。气象上常用的状态方程为气象上常用的状态方程为P=RT其中P为压强，为空气密度，R为比气体常数，T为气团的温度。对 于 一 团 干 空 气 而 言，Rd即 干 空 气 的 比 气 体 常 数 为Rd=0.287J/g.k。大气是由多种成分组成的混合气体，特别是含有经常发生变化的水汽，因此上式中的R就不是一个固定值，湿空气的状态方程就不能写成上述的简单形式。湿空气的状态方程为：湿空气的状态方程为：P=RdT（1+0.3e/p）问题问题:假设有两块压强、体积、温度均都相同的干空气和湿空气，谁更重一些？二、基本问题二、基本问题：1、举例说明气象学与气候学和自然地理其它分支科学之间的关系2、大气上界的划分方法3、对流层的主要特征4、各种湿度表示法的意义5、地面、高空和地面天气图上风的表示方法6、干、湿空气状态方程表达式，虚温的表达式和意义。