氣象氣候?qū)W第一章引論

1、氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 發(fā)展初期包括發(fā)展初期包括16 16 世紀(jì)中葉到世紀(jì)中葉到19 19 世紀(jì)末。世紀(jì)末。 1593 1593 年意大利學(xué)者伽利略（年意大利學(xué)者伽利略（GalileoGalileo）發(fā)明溫

2、）發(fā)明溫 度表度表，1643 1643 年意大利學(xué)者托里拆利（年意大利學(xué)者托里拆利（TorricelliTorricelli ）發(fā)明氣壓表）發(fā)明氣壓表。 這一時(shí)期氣象學(xué)與氣候?qū)W的主要研究成果有這一時(shí)期氣象學(xué)與氣候?qū)W的主要研究成果有： 海平面上風(fēng)壓關(guān)系律海平面上風(fēng)壓關(guān)系律、氣旋模式和結(jié)構(gòu)氣旋模式和結(jié)構(gòu)、大大 氣中光電現(xiàn)象和云雨形成的初步解釋氣中光電現(xiàn)象和云雨形成的初步解釋、大氣環(huán)流大氣環(huán)流 的若干現(xiàn)象解釋的若干現(xiàn)象解釋。世界年平均氣溫分布圖、世界世界年平均氣溫分布圖、世界 月平均氣壓分布圖、世界年降水量分布圖月平均氣壓分布圖、世界年降水量分布圖等。德德 國(guó)學(xué)者漢恩（國(guó)學(xué)者漢恩（HannHann）

3、于）于1883 1883 年開始陸續(xù)出版了年開始陸續(xù)出版了 氣候?qū)W手冊(cè)氣候?qū)W手冊(cè)三大卷。三大卷。 氣象氣候?qū)W第一章引論 在此期間氣象學(xué)的發(fā)展中有三大重要進(jìn)展 ： （1）鋒面學(xué)說 （2）長(zhǎng)波理論 （3）降雨學(xué)說 在氣候?qū)W方面也有長(zhǎng)足的進(jìn)展 氣象氣候?qū)W第一章引論 2.近期近期20世紀(jì)世紀(jì)50 年代以后年代以后 由于電子計(jì)算機(jī)和新技術(shù)如雷達(dá)、激光、遙感及人造衛(wèi)星 等的使用，大大地促進(jìn)了氣象學(xué)與氣候?qū)W的發(fā)展。其主要 表現(xiàn)如下： （1）開展大規(guī)模的觀測(cè)試驗(yàn) （2）對(duì)大氣物理現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn) （3）把大氣作為一個(gè)整體進(jìn)行研究 （4）氣候?qū)W領(lǐng)域中的科學(xué)革命 氣象氣候?qū)W第一章引論 1、氣象學(xué)與氣候?qū)W和陸地

4、水文學(xué) 2、與生物學(xué)的關(guān)系 3、與地貌學(xué)的關(guān)系 4、與土壤地理學(xué)的關(guān)系 氣象氣候?qū)W第一章引論 1、農(nóng)業(yè) 2、交通運(yùn)輸業(yè) 3、城建 4、國(guó)防與軍隊(duì) 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣候系統(tǒng)概念氣候系統(tǒng)概念： 氣候系統(tǒng)是一個(gè)包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和氣候系統(tǒng)是一個(gè)包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和 生物圈在內(nèi)的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的生物圈在內(nèi)的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的 統(tǒng)一的物理系統(tǒng)統(tǒng)一的物理系統(tǒng)。太陽輻射是這個(gè)系統(tǒng)的能源。在太陽輻射 的作用下，氣候系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生一系列的復(fù)雜過程，這些過程 在不同時(shí)間和不同空間尺度上有著

5、密切的相互作用，各個(gè)組 成部分之間，通過物質(zhì)交換和能量交換，緊密地結(jié)合成一個(gè) 復(fù)雜的、有機(jī)聯(lián)系的氣候系統(tǒng)。 氣候系統(tǒng)的五大子系統(tǒng)氣候系統(tǒng)的五大子系統(tǒng)： 大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 成分 作用 氣象氣候?qū)W第一章引論 概念 兩種煙霧類型 防治措施 氣象氣候?qū)W第一章引論 洛杉磯光化學(xué)煙霧 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 大氣層高度（大氣的上界）的確定大氣層高度（大氣的上界）的確定 密度上界2000-3000千米 物理上界極光

6、-1200千米 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣溫濕度在垂直方向上的分布； 大氣中的擾動(dòng)程度； 不同程度上的電離現(xiàn)象。 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣象氣候?qū)W第一章引論 對(duì)流層特點(diǎn) 對(duì)流層是大氣的最下層，它的下界為地面，集 中3/4大氣，90%水汽，日常所見的大氣現(xiàn)象均發(fā)生 在此層，也是對(duì)人類生活、產(chǎn)生最有影響的層次。 氣溫隨著高度而降低 空氣具有強(qiáng)烈的對(duì)流、亂流運(yùn)動(dòng) 氣象要素水平分布不均勻： 氣象氣候?qū)W第一章引論 在對(duì)流層內(nèi)，按氣流和天氣現(xiàn)象分布特點(diǎn)又可分為三層。在對(duì)流層內(nèi)，按氣流和天氣現(xiàn)象分布特點(diǎn)又可分為三層。 下層下層：又稱摩擦層或擾動(dòng)層。它的范圍自地面到：又稱摩擦層或擾動(dòng)層。它的范圍自地面到2km高

7、度。下層高度。下層 受地面強(qiáng)烈影響摩擦作用、湍流交換十分明顯，各氣象要素具有明受地面強(qiáng)烈影響摩擦作用、湍流交換十分明顯，各氣象要素具有明 顯的日變化。由于本層的水汽、塵粒含量多，因而低云、霧、霾、顯的日變化。由于本層的水汽、塵粒含量多，因而低云、霧、霾、 浮塵等出現(xiàn)頻繁。浮塵等出現(xiàn)頻繁。 中層中層：從摩擦層頂?shù)剑簭哪Σ翆禹數(shù)?km左右高度。這一層受地表影響較小，氣左右高度。這一層受地表影響較小，氣 流的狀況基本上可以表征整個(gè)對(duì)流層空氣運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。大氣中的云流的狀況基本上可以表征整個(gè)對(duì)流層空氣運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。大氣中的云 和降水現(xiàn)象大都產(chǎn)生在這一層。和降水現(xiàn)象大都產(chǎn)生在這一層。 上層上層：從：從6km

8、高度到對(duì)流層頂。由于這一層離地面更遠(yuǎn)，受地表高度到對(duì)流層頂。由于這一層離地面更遠(yuǎn)，受地表 影響更小，水汽含量極少，氣溫常在影響更小，水汽含量極少，氣溫常在0以下，各種云多由冰晶和以下，各種云多由冰晶和 過冷水滴組成。在中、低緯度地區(qū)上層，常有風(fēng)速過冷水滴組成。在中、低緯度地區(qū)上層，常有風(fēng)速30m/s的強(qiáng)風(fēng)的強(qiáng)風(fēng) 帶出現(xiàn)。帶出現(xiàn)。 此外，在對(duì)流層和平流層之間有一個(gè)厚度為數(shù)百米至此外，在對(duì)流層和平流層之間有一個(gè)厚度為數(shù)百米至1-2km的過的過 渡層，稱為對(duì)流層頂。此層主要特征是：氣溫隨高度增加變化很小，渡層，稱為對(duì)流層頂。此層主要特征是：氣溫隨高度增加變化很小， 甚至無變化。這種溫度的垂直分布抑制

9、了對(duì)流作用的發(fā)展，上升的甚至無變化。這種溫度的垂直分布抑制了對(duì)流作用的發(fā)展，上升的 水汽、塵粒多聚集其下，能見度變壞。對(duì)流層頂?shù)臏囟仍诘途暥鹊厮m粒多聚集其下，能見度變壞。對(duì)流層頂?shù)臏囟仍诘途暥鹊?區(qū)平均為區(qū)平均為-83，在高緯度地區(qū)約為，在高緯度地區(qū)約為-53。 氣象氣候?qū)W第一章引論 溫度隨高度升高而增加 在平流層內(nèi)，隨著高度的增高，氣溫最初保持不變或微有上升，自25km以 上氣溫隨高度增加而明顯上升，到平流層頂可達(dá)-3左右，平流層這種氣溫分布 的特征，主要是臭氧對(duì)太陽紫外線的強(qiáng)烈吸收。雖然25km以上臭氧的含量已逐漸 減少，但紫外輻射的強(qiáng)度隨高度逐漸增強(qiáng)，而空氣密度隨高度升高又迅速減小

10、， 致使高層吸收的有限輻射可以產(chǎn)生較大的溫度增量。 沒有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng) 平流層溫度隨高度升高而增加，不利于空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)發(fā)展。所以叫平流層。 飛機(jī)在此層飛行不易顛簸。 水汽、塵埃含量很少 平流層遠(yuǎn)離地面，加之有逆溫層存在，空氣無對(duì)流運(yùn)動(dòng)，水汽、塵埃很少， 使得平流層天氣晴朗，大氣透明程度好。但有時(shí)在20-30km處可看到貝母云，它 常出現(xiàn)在冬季極區(qū)。 氣象氣候?qū)W第一章引論 在在25千米高度上，有一個(gè)臭氧千米高度上，有一個(gè)臭氧 含量相對(duì)較高的層次，為臭氧含量相對(duì)較高的層次，為臭氧 層。由此向上、向下臭氧逐漸層。由此向上、向下臭氧逐漸 減少。減少。 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣溫隨高度增加迅速降低： 頂

11、界溫度可降至-83 -113，幾乎成為大氣層中的最低溫。 其原因是這里沒有臭氧吸收太陽紫外輻射，而氮和氧等氣體 所能吸收的波長(zhǎng)更短的太陽輻射又大部分被更上層的大氣吸 收了。因此，這里的氣溫隨高度是遞減的。 有相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)： 這種下暖上涼的氣溫垂直分布，有利于導(dǎo)致空氣的垂直運(yùn)動(dòng)， 又稱“高空對(duì)流層”。 該層的80-90km高度上有一個(gè)只在白天出現(xiàn)的電離層，叫做D 層。 氣象氣候?qū)W第一章引論 溫度隨高度增加迅速上升： 據(jù)探測(cè)，在300km高度上，氣溫可達(dá)1000以上，這是因 為所有波長(zhǎng)的紫外線輻射，都被該層中的大氣物質(zhì)所吸 收的緣故。 空氣處于高度電離狀態(tài)： 因而這層也稱為電離層。由于空氣密

12、度極少，暖層中的 N2、O2、O等氣體成分在強(qiáng)烈的太陽紫外線和宇宙射線的 作用下，處于高度電離狀態(tài)。即E層和F層。它們都能反射 無線電波，對(duì)無線電通訊具有重要意義。 氣象氣候?qū)W第一章引論 整個(gè)大氣層的最外一層，是大氣圈與星際空間的 過渡地帶，沒有明顯的邊界。這一層的氣溫也隨高度 的增加而升高。由于氣溫高，且距地較遠(yuǎn)，受地球引 力作用很小，所以大氣質(zhì)點(diǎn)中某些高速運(yùn)動(dòng)的分子不 斷地向星際空間散逸，散逸層也由此而得名。 氣象氣候?qū)W第一章引論 水圈、陸面、冰雪圈、生物圈部水圈、陸面、冰雪圈、生物圈部 分（自學(xué)分（自學(xué) ） 氣象氣候?qū)W第一章引論 基本物理性質(zhì)基本物理性質(zhì) 主要?dú)庀笠刂饕獨(dú)庀笠?空氣狀

13、態(tài)方程空氣狀態(tài)方程 氣象氣候?qū)W第一章引論 流動(dòng)性 可壓縮性 粘著性 連續(xù)性 結(jié)論：結(jié)論：因?yàn)榭諝獯嬖诹鲃?dòng)性、粘著性、連續(xù)性等特 點(diǎn)，所以當(dāng)一個(gè)地區(qū)上空的空氣上升時(shí)，必然有另一 個(gè)地區(qū)的空氣的下降來對(duì)它進(jìn)行補(bǔ)充，從而形成一種 環(huán)流。 氣象氣候?qū)W第一章引論 氣溫 氣壓 濕度 降水 風(fēng) 云量 能見度 氣象氣候?qū)W第一章引論 1、定義：表示大氣冷熱程度的物理量。 2、單位： 攝氏度（）溫標(biāo)，以氣壓為1013.3hPa 或相當(dāng)于 760mmHg時(shí)純水的冰點(diǎn)為零度（0），沸點(diǎn)為100 度 （100），其間等分100 等份中的1 份即為1。 絕對(duì)溫標(biāo)，以K 表示，這種溫標(biāo)中一度的間隔和攝氏 度相同，但其零度稱

14、為“絕對(duì)零度”,規(guī)定為等于攝氏- 273.15 。因此水的冰點(diǎn)為，沸點(diǎn)為。 3、單位換算：T=t+273.15t+273 （12） 大氣中的溫度一般以百葉箱中干球溫度為代表大氣中的溫度一般以百葉箱中干球溫度為代表 氣象氣候?qū)W第一章引論 1、定義：?jiǎn)挝幻娣e上所承受到的整個(gè)空氣柱的質(zhì) 量，即大氣的壓力。實(shí)質(zhì)：氣壓的大小決定于整個(gè) 空氣柱質(zhì)量的多少 2、單位：mmHg 、mb、 hpa 3、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：在緯度為45的海平面上，溫度 為0時(shí)，所測(cè)得的水銀柱高高為760mm的大氣壓 強(qiáng)，為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（）。 4、測(cè)量?jī)x器：定槽式水銀氣壓表、動(dòng)槽式水定槽式水銀氣壓表、動(dòng)槽式水 銀氣壓表、自記氣壓計(jì)、空盒

15、水銀氣壓表。銀氣壓表、自記氣壓計(jì)、空盒水銀氣壓表。 精確的氣壓值是用水銀氣壓表來測(cè)量的。精確的氣壓值是用水銀氣壓表來測(cè)量的。 氣象氣候?qū)W第一章引論 定義：表示大氣中水汽量多少的物理量稱大氣濕度。 意義：大氣濕度狀況直接影響了云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的 形成。 水汽壓(e)及飽和水汽壓(E) 相對(duì)溫度（f） 飽和差（d） 比濕（q） 水汽混合比（） 露點(diǎn)（Td） 濕度表示方法 氣象氣候?qū)W第一章引論 水汽壓（水汽壓（e）：大氣中水汽產(chǎn)生的那部分壓力。單位： hap 飽和水汽壓（飽和水汽壓（E）：溫度一定，單位體積空氣中的水汽 含量是有一定限度，空氣達(dá)到此限度時(shí)為飽和濕空氣，飽 和濕空氣中的水汽所產(chǎn)生

16、的那部分壓力，即最大水汽壓。 氣象氣候?qū)W第一章引論 表示方法表示方法：空氣中的實(shí)有水氣壓e與同溫度下同溫度下飽 和水氣壓E的百分比，用f表示。 f=e/ E *100% 意意 義：義：相對(duì)濕度直接反映了空氣距離飽和的程 度。 相對(duì)濕度越大，越接近飽和，當(dāng)達(dá)到100%時(shí)， 空氣就達(dá)飽和狀態(tài)，此時(shí)水汽就要開始凝結(jié)。 氣象氣候?qū)W第一章引論 定定 義義 在一定溫度下，飽和水汽壓E與實(shí)際空 氣中水汽壓e之差稱飽和差（d）。即d=E-e。 意意 義義 d 表示實(shí)際空氣距離飽和的程度。d越 大，越不飽和；d=0，空氣達(dá)飽和狀態(tài)；d0， 說明不飽和；d0，過飽和。 氣象氣候?qū)W第一章引論 定定 義義 在一團(tuán)濕空

17、氣中，水汽的質(zhì)量與該團(tuán)空氣總 質(zhì)量（水汽質(zhì)量加上干空氣質(zhì)量）的比值，稱比濕 （q）。其單位是g/g，即表示每一克濕空氣中含有 多少克的水汽。也有用每千克質(zhì)量濕空氣中所含水 汽質(zhì)量的克數(shù)表示的即g/kg。 q=m水/（m水+m干） 或 意 義（見課本P17 ） 氣象氣候?qū)W第一章引論 定定 義義 一團(tuán)濕空氣中，水汽質(zhì)量與干空氣質(zhì) 量的比值稱水汽混合比（） （單位：g/g） 氣象氣候?qū)W第一章引論 定定 義義 在空氣中水汽含量不變，氣壓一定下，使空氣冷卻達(dá) 到飽和時(shí)的溫度， 稱露點(diǎn)溫度，簡(jiǎn)稱露點(diǎn)（Td）。單位：或K 結(jié)結(jié) 論論 氣壓一定時(shí)，露點(diǎn)的高低只與空氣中的水汽含量有關(guān)， 水汽含量越多，露點(diǎn)越高，

18、所以露點(diǎn)也是反映空氣中水汽含量多 少的物理量。 在實(shí)際大氣中，空氣經(jīng)常處于不飽和狀態(tài)，此時(shí)的露點(diǎn)要比氣 溫要低，也即TdT。當(dāng)Td=T時(shí)，空氣飽和；當(dāng)Td-T0時(shí)，空氣 不飽和；當(dāng)Td-T0，空氣過飽和。 氣象氣候?qū)W第一章引論 上述大氣濕度的表示方法中，水汽壓（e）、 比濕（q）、水汽混合比（）、露點(diǎn)等基本 上表示了空氣中水汽含量的多少。 而相對(duì)濕度、飽和差、溫度露點(diǎn)差則表示 了空氣距離飽和的程度。 氣象氣候?qū)W第一章引論 降水是指從天空降落到地面的液態(tài)或固態(tài)水，包括 雨、毛毛雨、雪、雨夾雪、霰、冰粒和冰雹等。降水 量指降水落至地面后（固態(tài)降水則需經(jīng)融化后），未 經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水平面上積

19、聚的深度，降水 量以毫米（mm） 為單位。 在高緯度地區(qū)冬季降雪多，還需測(cè)量雪深和雪壓。 雪深是從積雪表面到地面的垂直深度，以厘米（cm） 為單位。當(dāng)雪深超過5cm 時(shí)，則需觀測(cè)雪壓。雪壓是 單位面積上的積雪重量，以g/cm2 為單位。降水量是表 征某地氣候干濕狀態(tài)的重要要素，雪深和雪壓還反映 當(dāng)?shù)氐暮涑潭取?氣象氣候?qū)W第一章引論 空氣的水平運(yùn)動(dòng)稱為風(fēng)。風(fēng)是一個(gè)表示氣流運(yùn)動(dòng)的物理量。 它有大?。L(fēng)速），又有方向（風(fēng)向），是一個(gè)向量。風(fēng)向 是指風(fēng)的來向。地面風(fēng)向用地面風(fēng)向用16 方位表示方位表示；高空風(fēng)向常用方高空風(fēng)向常用方 位度數(shù)表示位度數(shù)表示，即以0（或360）表示正北，90表示正東， 180表示正南，270表示正西。在16方位中，每相鄰方位 間的角差為22.5。風(fēng)速單位常用風(fēng)速單位常用m/s、knot（海里/小時(shí)， 又稱“節(jié)”，）和 km/h 表示表示， 其換算關(guān)系