《航空氣象學(xué)》課件第三章 基本氣象要素

1、溫、壓、濕三個(gè)基本氣象要素氣象要素表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象通稱為氣象要素。 氣溫、氣壓、濕度等物理量是氣象要素風(fēng)、云、降水等天氣現(xiàn)象也包含諸多氣象要素 一、大氣溫度（一）氣溫的概念 （二）氣溫的變化（三）氣溫的表示 （一）氣溫的概念表示空氣冷熱程度的物理量，實(shí)質(zhì)是空氣分子平均動(dòng)能大小的宏觀表現(xiàn)。 一般生活中所說(shuō)的氣溫氣象觀測(cè)所用的百葉箱中離地面1.5米高處的溫度。溫標(biāo) 氣溫通常用三種溫標(biāo)：（1）攝氏溫標(biāo)（Celsius、centigrade）溫標(biāo)（C）：（2）華氏溫標(biāo)（Fahrenheit）溫標(biāo)（ F）：（3）開(kāi)氏溫標(biāo)（Kelvin）溫標(biāo)（ K）：（二）氣溫變化1、非絕熱變化(Non-a

2、diabatic Change) 指空氣塊通過(guò)與外界的熱量交換而產(chǎn)生的溫度變化1、非絕熱變化輻射：空氣塊之間、地氣之間、云之間傳導(dǎo)：只要?dú)鈮K間有溫差，就有熱量傳導(dǎo)湍流：亂流使空氣微團(tuán)產(chǎn)生混合，氣塊間熱量也隨之得到交換。非絕熱變化的方式相變產(chǎn)生的熱量通過(guò)空氣運(yùn)動(dòng)使得熱量被傳送水相變化：水通過(guò)相變釋放熱量或吸收熱量，引起氣溫變化。 空氣塊與外界沒(méi)有熱量交換，僅由于外界環(huán)境壓強(qiáng)變化，使氣塊膨脹或壓縮而引起氣塊溫度變化。 是成云致雨的主要途徑（二）氣溫變化 2、絕熱變化（ Adiabatic Change ）： 2、絕熱變化1）干空氣溫度的絕熱變化：干空氣在絕熱過(guò)程中，溫度變化的直接原因是氣壓的變化。

3、干絕熱直減率（rd）：干空氣在絕熱上升（下降）過(guò)程中，每上升（下降）單位距離的溫度變化。實(shí)際工作中，常取rd=1oc/100m2）濕空氣溫度的絕熱變化：對(duì)于未飽和濕空氣：在絕熱變化過(guò)程中，沒(méi)有水相變化，可視為干絕熱過(guò)程當(dāng)未飽和濕空氣上升達(dá)到飽和狀態(tài)開(kāi)始凝結(jié)，就變?yōu)轱柡蜐窨諝?，始終保持飽和狀態(tài)的氣塊所作的絕熱過(guò)程，稱為濕絕熱過(guò)程。濕絕熱直減率（rm）：飽和濕空氣絕熱上升單位距離時(shí)的溫度變化。 2、絕熱變化當(dāng)飽和時(shí)空起從上升運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為下降運(yùn)動(dòng)時(shí)，有兩種情況上升時(shí)產(chǎn)生的凝結(jié)物全部留在氣塊中，氣塊絕熱上升的減溫率氣塊下降時(shí)的增溫率，過(guò)程可逆，稱為可逆濕絕熱過(guò)程。氣塊上升時(shí)產(chǎn)生的凝結(jié)物全部陸續(xù)脫離氣塊，氣

4、塊不攜帶凝結(jié)物下降，當(dāng)氣塊下降到原先的起始高度時(shí)，溫度將比原來(lái)的高。過(guò)程不可逆，稱為假絕熱過(guò)程。 2、絕熱變化 2、絕熱變化總結(jié)絕熱變化過(guò)程有兩種情況 （1）干絕熱過(guò)程 （2）濕絕熱過(guò)程（1）干絕熱過(guò)程在絕熱過(guò)程中，如果氣塊內(nèi)部沒(méi)有水相的變化，叫干絕熱過(guò)程（ 即干空氣或未飽和空氣的絕熱過(guò)程） 干絕熱直減率 d1/100m（2）濕絕熱過(guò)程在絕熱過(guò)程中，如果氣塊內(nèi)部存在水相變化，叫濕絕熱過(guò)程 濕絕熱直減率，用m表示 m= 0.40.7/100m當(dāng)氣塊作水平運(yùn)動(dòng)或靜止不動(dòng)時(shí)，非絕熱變化是主要的，當(dāng)氣塊作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，絕熱變化是主要的。實(shí)際大氣中的溫度變化局地氣溫的變化 氣溫的周期變化 日較差 年較差北

5、京十月份氣溫平均日變化 北京、廣州氣溫的年變化 氣溫的非周期變化由于大規(guī)模冷暖空氣運(yùn)動(dòng)和陰雨天氣的影響 而產(chǎn)生的溫度變化，沒(méi)有周期性。局地氣溫的變化三、氣溫的表示天氣圖上表示某臺(tái)站各物理量的符號(hào)。某時(shí)刻測(cè)到的該臺(tái)站的地面氣溫?cái)?shù)值（單位：攝氏溫標(biāo)）。 二、大氣壓強(qiáng)（一）氣壓概念（二）氣壓的單位（三） 氣壓隨高度的變化（四）航空上常用的幾種氣壓（五）氣壓與高度（六）氣壓隨時(shí)間的變化（七）水平氣壓場(chǎng)（一）氣壓概念 氣壓即大氣壓強(qiáng)，是指與大氣相接觸的面上，空氣分子作用在每單位面積上的力 。在氣象上，通常用測(cè)量高度到大氣上界的單位橫截面積上的垂直大氣柱的重量來(lái)表示。（二）氣壓的單位百帕：hPa毫米汞柱：

6、mmHg英寸汞柱：inHg 1個(gè)大氣壓 = 1013.25 hPa = 760 mmHg = 29.92 inHg 1mmHg 1.333hPa 1hPa 0.75mmHg規(guī)律：氣壓總是隨高度遞減隨高度遞減的快慢程度：低層較快，高層較慢。在近地面層中，高度每升高100米，氣壓約降低12.7hPa（9.5mmHg）。圖示 （三）氣壓隨高度的變化氣壓隨高度增加而降低：在大氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，某一高度上的氣壓值等于其單位水平面積上所承受的上部大氣柱的重量。隨著高度增加，其上部大氣柱越來(lái)越短，且氣柱中空氣密度越來(lái)越小。（三）氣壓隨高度的變化 1. 大氣靜力學(xué)基本方程（Equation of Static

7、 Equilibrium） 大氣靜力學(xué)基本方程（簡(jiǎn)稱靜力方程）表示：大氣在垂直方向上所受的作用力達(dá)到平衡時(shí)，氣壓隨高度變化的定量關(guān)系，即 dp = - gdz靜止大氣中氣壓隨高度的變化特點(diǎn)：Z不變的情況下，隨高度增加，空氣密度減小，P隨之減小。即隨高度增加，氣壓隨高度降低的越慢。同一高度處，氣溫高的地區(qū)氣壓降低得比氣溫低的地區(qū)慢。（三） 氣壓隨高度的變化方程1. 大氣靜力學(xué)基本方程 2. 壓高公式（Barometric height formula） 壓高公式壓力和高度間的定量關(guān)系： z2 -z1= 18400(1+ tm)lg(p1/p2) 其中 =1/273，tm為氣溫可用于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下

8、氣壓與高度間的換算，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)制作飛機(jī)上的氣壓高度表。三、 氣壓隨高度的變化方程單位氣壓高度差（h） 在鉛直氣柱中，氣壓變化1hpa時(shí)所對(duì)應(yīng)的高度差，稱為單位氣壓高度差。 dp = - gdz-dZ/dP：?jiǎn)挝粴鈮焊叨炔頷h= -dZ/dP=1/ gh的大小表示氣壓隨高度變化的快慢。高空的h比低空的h大。 低層、高層大氣密度不同在暖的地方，單位氣壓高度差h比冷地方要大。 溫度越高，空氣密度越小 近地面高度每增加30ft，氣壓約下降1hpa。（四）航空上常用的幾種氣壓1、本站氣壓2、修正海平面氣壓3、場(chǎng)面氣壓4、標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓1.本站氣壓（ station pressure ） 本站氣壓是指

9、氣象臺(tái)氣壓表直接測(cè)得的氣壓； 由于各測(cè)站所處地理位置及海撥高度不同，本站氣壓常有較大差異。每小時(shí)測(cè)定一次。2.（修正）海平面氣壓QNH sea-level pressure（修正）海平面氣壓是由本站氣壓按標(biāo)準(zhǔn)大氣條件推算到同一地點(diǎn)海平面高度上的氣壓值 。海撥高度大于1500米的測(cè)站不推算（修正）海平面氣壓 。海平面氣壓用于繪制地面天氣圖。3.場(chǎng)面氣壓QFE aerodrome/surface pressure場(chǎng)面氣壓一般是指離跑道面三米高(相當(dāng)于飛機(jī)重心高度)處的氣壓。國(guó)際民用航空公約附件三中，建議用著陸跑道入口端處的氣壓，通?？捎脵C(jī)場(chǎng)標(biāo)高處的氣壓代替。多在飛機(jī)起飛和著陸時(shí)使用。場(chǎng)面氣壓由本站

10、氣壓推算出來(lái)的。4.標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓QNE standard atmospheric pressure大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的海平面氣壓稱為標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓。值為1013.25hPa或760mmHg 用于飛機(jī)在航線上的飛行。(五)氣壓與高度1、飛機(jī)上常用的測(cè)高方法及特點(diǎn)2、飛行中常用的氣壓高度 1、飛機(jī)上常用的測(cè)高方法及特點(diǎn)無(wú)線電高度表測(cè)高 較精確地測(cè)得飛機(jī)距地表的距離。 飛機(jī)離地后無(wú)線電高度表就開(kāi)始連續(xù)工作一直到飛機(jī)接地。氣壓式高度表測(cè)高 根據(jù)氣壓隨高度 變化原理可以表 示飛機(jī)相對(duì)高度 的高低。2、飛行中常用的氣壓高度場(chǎng)面氣壓高度（QFE）標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓高度（QNE） 修正海平面氣壓高度（QNH）

11、場(chǎng)面氣壓高度（QFE）為使氣壓高度表指示場(chǎng)面氣壓高度，需將氣壓高度表的氣壓刻度撥正到場(chǎng)壓值上。民航目前不報(bào)場(chǎng)壓。標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓高度（QNE）飛機(jī)在航線上飛行時(shí)使用在航線飛行，按QNE撥正高度表，此時(shí)高度表指示的是氣壓海拔高度而并非實(shí)際的海拔高度（除非是在標(biāo)準(zhǔn)大氣中）。它使得所有在航線上飛行的飛機(jī)都有相同的“零點(diǎn)”高度,并按此保持航線規(guī)定的儀表高度飛行，避免飛機(jī)空中相撞。 修正海平面氣壓高度（QNH）若采用QNH撥正高度表，則表示同一點(diǎn)海平面高度的高度值；高度表指示高度減去機(jī)場(chǎng)標(biāo)高就等于飛機(jī)距機(jī)場(chǎng)跑道面的高度。假定零點(diǎn)高度當(dāng)QFE撥正值不在高度表的設(shè)計(jì)可調(diào)范圍之內(nèi)時(shí)，無(wú)法采用QFE撥正，就以QN

12、E作為撥正基準(zhǔn)，當(dāng)飛機(jī)停在道面上時(shí)，高度表指針讀數(shù)相當(dāng)于場(chǎng)壓高“0”。由于它與障礙物標(biāo)高的基準(zhǔn)面不同，給飛行員確定超障余度造成困難。（六）氣壓隨時(shí)間的變化任何地方的氣壓都在隨著時(shí)間的不同而改變。氣壓的周期性變化：日周期變化：最高值：上午910點(diǎn)最低值：下午1516點(diǎn)次高值：2122點(diǎn)次低值：次日凌晨34點(diǎn)年周期變化：隨海陸、地理緯度不同。（六）氣壓隨時(shí)間的變化氣壓的非周期性變化：氣壓變化不存在固定的周期。實(shí)際的氣壓變化是這兩種變化因素綜合作用的結(jié)果（主要作用，次要作用，不固定，有時(shí)雙方還會(huì)互相轉(zhuǎn)化）。熱帶地區(qū)，氣壓的周期性變化較明顯；中緯度地區(qū)，氣壓的非周期性變化較大。（七）水平氣壓場(chǎng)水平氣壓

13、場(chǎng)指某一水平面上的氣壓分布 將海拔高度在1500m以下的各氣象觀測(cè)站推算出的海平面氣壓填在一張圖上，繪出等壓線，則可顯示海平面上的氣壓分布 表示氣壓場(chǎng)的方法等壓線：氣壓相同各點(diǎn)的連線等壓面：曲面，氣壓比四周高的地方，等壓面上凸，氣壓比四周低的地方，則等壓面下凹。氣壓梯度方向：垂直于等壓面從高壓指向低壓大?。貉剡@個(gè)方向單位距離內(nèi)的氣壓差 用- P/ N表示水平氣壓梯度大?。篏n= - P/ n方向：垂直于等壓線，從高壓指向低壓。水平氣壓梯度在天氣圖上，等壓線的疏密程度，反映了水平氣壓梯度的大小。等壓線越密，水平氣壓梯度越大，等壓線越稀疏，水平氣壓梯度越小。氣壓場(chǎng)的基本形式低壓（Low Press

14、ure；Cyclone）高壓（High Pressure；Anticyclone ）低壓槽（Trough）高壓脊（Ridge）鞍形氣壓區(qū)（Col）氣壓場(chǎng)的基本形式天氣圖實(shí)例等壓面圖實(shí)例三、大氣濕度（一） 濕度表示法（二）濕度的變化大氣濕度空氣濕度就是用來(lái)量度空氣中水汽含量多少或空氣干燥潮濕程度的物理量。絕對(duì)濕度a水汽壓e飽和水汽壓E比濕q相對(duì)濕度f(wàn)露點(diǎn)td溫度露點(diǎn)差1. 水汽壓(water vapor pressure) （e） 大氣中的水汽所產(chǎn)生的那部分壓力。它是大氣壓力的一部分。水汽含量達(dá)到飽和限度時(shí)的水汽壓飽和水汽壓（E）。 飽和水汽壓的大小僅與氣溫有關(guān)。不同溫度下的飽和水汽壓（一）濕度

15、表示法2. 相對(duì)濕度(relative humidity) （f） 空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的百分比。 f = e/E100%相對(duì)濕度的大小直接反映了空氣距離飽和狀態(tài)的程度相對(duì)濕度取決于：空氣中的水汽含量和溫度（一）濕度表示法3. 露點(diǎn)溫度(Dew Point) 當(dāng)空氣中水汽含量不變且氣壓一定時(shí)，如氣溫不斷降低，使空氣達(dá)到飽和的溫度。在露點(diǎn)溫度下的飽和水汽壓就是原有的水汽壓，在氣壓不變的情況下，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， td越高 表示了空氣的干燥潮濕程度氣溫露點(diǎn)差越小，空氣越潮濕。4. 溫度露點(diǎn)差(dew-point deficit) ：t - td水

16、汽壓、露點(diǎn)溫度是表示空氣中水汽含量的多少相對(duì)濕度、溫度露點(diǎn)差則表示空氣距離飽和的程度。水汽壓蒸發(fā)的快慢主要受溫度控制白天水汽壓大；夜間相反。相對(duì)濕度水汽壓和溫度最大值清晨最低值午后（二）濕度的變化日變化（二）濕度的變化年變化水汽壓的年變化最高值出現(xiàn)在78月最低值出現(xiàn)在12月。相對(duì)濕度因?yàn)榕c水汽壓和溫度都有關(guān)系，年變化情況比較復(fù)雜。一般情況下，相對(duì)濕度夏季最小，冬季最大。在季風(fēng)氣候地區(qū)，冬季風(fēng)來(lái)自大陸，水汽特別少，夏季風(fēng)來(lái)自海洋，高溫而潮濕，所以相對(duì)濕度以冬季最小，而夏季最大。三、基本氣象要素與飛行飛機(jī)升力與成正比，假設(shè)P一定，在高溫下減小，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降。 飛機(jī)增速緩慢，起飛滑跑距離增長(zhǎng)

17、著陸也類似，接地速度VL0.95*(2G/Cy* *S)1/2 VL增大，著陸滑跑距離增長(zhǎng)。影響飛機(jī)爬升動(dòng)力減載相當(dāng)于高海拔機(jī)場(chǎng)，跑道長(zhǎng)如果高空溫度比正常值為高時(shí)，所需油料更多，才能維持正常的巡航動(dòng)力準(zhǔn)備飛行計(jì)劃時(shí)，需要高空溫度數(shù)據(jù)來(lái)決定所需油料。1、氣溫變化對(duì)飛行的影響三、基本氣象要素與飛行溫度誤差示意圖在比標(biāo)準(zhǔn)大氣暖的空氣中飛行時(shí)，高度表示度將低于實(shí)際飛行高度。在比標(biāo)準(zhǔn)大氣冷的空氣中飛行時(shí)，高度表示度將高于實(shí)際飛行高度。假設(shè)T不變，降低，P減小低氣壓保持飛行高度飛機(jī)更快的速度發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)力更多大耗油多高速飛行的噴氣飛機(jī)耗油高度換速度機(jī)場(chǎng)海拔高度越高平均P降低較長(zhǎng)的跑道，以應(yīng)起飛之需影響飛機(jī)爬升動(dòng)力減載2、氣壓變化對(duì)飛行的影響 氣壓