氣候系統(tǒng)與大氣性質(zhì)

氣象學(xué)與氣候?qū)W

第一章緒論氣候系統(tǒng)大氣的物理性狀2

第二節(jié)氣候系統(tǒng)概述地理學(xué)研究的對(duì)象是巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈及其相互關(guān)系，具有明顯的綜合性和地域性特點(diǎn)。簡(jiǎn)言之，地理學(xué)研究的對(duì)象就是人類賴以生存的地球表面的地理環(huán)境。它既具有對(duì)自然條件的研究，又具有對(duì)社會(huì)生產(chǎn)及其相互關(guān)系的研究。在地貌、水文、土壤、氣候、生物等眾多的自然條件中，氣候是最基本、最活躍的要素，地理系統(tǒng)中復(fù)雜的物質(zhì)與能量交換過(guò)程，例如熱量交換與水分交換等，都與氣候條件密切相關(guān)。因此，氣候?qū)W不僅僅是氣象學(xué)的一門分支學(xué)科，也是地理學(xué)的部門學(xué)科。3一氣候系統(tǒng)1974年在斯德哥爾摩召開(kāi)的WMO-ICSU聯(lián)席會(huì)上，明確提出了這一概念：氣候系統(tǒng)——指的是大氣圈同水圈、冰雪圈、巖石圈、生物圈之間相互作用的、能決定氣候形成、分布和變化的物理系統(tǒng)。4二氣候形成的三大因素太陽(yáng)輻射——大氣活動(dòng)的能量之源，大氣過(guò)程的主宰力量。（外部因素）大氣環(huán)流——輸送熱量和水分的機(jī)制，是直接控制氣候過(guò)程的因素。（本身）地理環(huán)境——下墊面的影響、人類活動(dòng)的影響。只有地理?xiàng)l件才是氣候特征的決定因素。5氣候系統(tǒng)示意圖6一大氣圈概述

1大氣組成成分與分布

90公里以下百分比較穩(wěn)定，分子量=∑各氣體所占體積×分子量90公里以上，成份仍以氮?dú)?、氧氣為主，但有一定的離解，氫氦增加100公里以上，氧氣基本離解250公里以上，氮?dú)饣倦x解7大氣的氣體組成成份8

2大氣中的主要成分氮?dú)饣境煞?，沖淡氧氣氧氣呼吸、氧化作用二氧化碳光和原料、溫室效應(yīng)臭氧保護(hù)作用、增溫作用93臭氧層及其問(wèn)題南極臭氧空洞形成原理

人類所排放的氟氯烴主要在北半球，其中歐洲、俄羅斯、日本和北美洲約占總排放量90%。南極是一個(gè)非常廣闊的陸地板塊，周圍又完全被海洋包圍，這種自然條件下產(chǎn)生了非常低的平流層溫度。在南極酷冷的季節(jié)（6-9月），下沉的空氣在南極洲的山地受阻，停止環(huán)流而就地旋轉(zhuǎn)，吸入周圍的冷空氣，形成“極地風(fēng)暴旋渦”。這股旋渦上升到20公里的高空的臭氧層，由于這里的溫度非常低，形成了滯留的“冰云”?！氨啤敝械谋⒘０芽諝鈳?lái)的氟氯烴和哈龍吸收在其表面，并不斷積累其中。當(dāng)南極的春季來(lái)臨（9月下旬），陽(yáng)光照向“冰云”時(shí)，冰晶融化，釋放出吸附的氟氯烴和哈龍。它們受到紫外線UV-C照射，分解出CL和BR并與臭氧反應(yīng)生成CLO和BRO，消耗臭氧。由于冰晶的吸附作用，積累的氟氯烴和哈龍?jiān)谝欢螘r(shí)間內(nèi)集中分解出CL和BR，在加上形成冰晶會(huì)發(fā)生各種各樣的化學(xué)反應(yīng)，促成了每年9-11月臭氧快速耗減，在特定高度臭氧幾乎完全消失，導(dǎo)致臭氧空洞形成。104臭氧層破壞造成的危害陽(yáng)光紫外線輻射能量很高的部分稱EUV，從EUV到波長(zhǎng)等于290納米之間的稱為UV-C段，波長(zhǎng)等于290～320納米的輻射段稱為UV-B段（即B類紫外線）也有90％能被臭氧分子吸收，如果臭氧層的臭氧含量減少，則地面受到UV-B的輻射量增大。UV-B類紫外線灼傷稱為B類灼傷，這是紫外輻射最明顯的影響之一，學(xué)名為紅斑病。B類紫外線也能損耗皮膚細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)，導(dǎo)致皮膚癌。B類輻射增加還可對(duì)眼睛造成損壞，導(dǎo)致白內(nèi)障發(fā)病率增加。B類紫外線輻射也會(huì)抑制人類和動(dòng)物的免疫力。因此B類紫外線輻射的增加，可以降低人類對(duì)一些疾病包括癌癥、過(guò)敏癥和一些傳染病的抵抗力。B類輻射的增加，會(huì)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和作物造成直接或間接的影響。例如B類紫外輻射對(duì)20米深度以內(nèi)的海洋生物造成危害，會(huì)使浮游生物、幼魚、幼蟹、蝦和貝類大量死亡，會(huì)造成某些生物減少或滅絕，由于海洋中的任何生物都是海洋食物鏈中重要的組成部分，因此某些種類的減少或滅絕，會(huì)引起海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞。11B類輻射的增加也會(huì)損害浮游植物，由于浮游植物可吸收大量二氧化碳，其產(chǎn)量減少，使得大氣中存留更多的二氧化碳，使溫室效應(yīng)加劇。B類輻射還將引起用于建筑物、繪畫、包裝的聚合材料的老化，使其變硬變脆，縮短使用壽命等等。另外，臭氧層臭氧濃度降低紫外輻射增強(qiáng)，反而會(huì)使近地面對(duì)流層中的臭氧濃度增加，尤其是在人口和機(jī)動(dòng)車量最密集的城市中心，使光化學(xué)煙霧污染的機(jī)率增加。有人甚至認(rèn)為，當(dāng)臭氧層中的臭氧量減少到正常量的1/5時(shí)，將是地球生物死亡的臨界點(diǎn)。這一論點(diǎn)雖尚未經(jīng)科學(xué)研究所證實(shí)，但至少也表明了情況的嚴(yán)重性和緊急性。121985年3月，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署理事會(huì)在奧地利首都維也納通過(guò)了保護(hù)臭氧層的國(guó)際公約——《保護(hù)臭氧層維也納公約》。為使《公約》進(jìn)一步落實(shí)，1987年9月16日在加拿大的蒙特利爾會(huì)議上，又通過(guò)了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》。為紀(jì)念《議定書》簽署，表明國(guó)際社會(huì)對(duì)臭氧層耗損問(wèn)題的關(guān)注和保護(hù)臭氧層的共識(shí)，1995年1月23日，聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過(guò)決議，確定從1995年開(kāi)始，每年的9月16日為“國(guó)際保護(hù)臭氧層日”，要求所有締約國(guó)根據(jù)《議定書》及其修正案的目標(biāo)，采取具體行動(dòng)紀(jì)念這一特殊的日子。13國(guó)際組織《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》及其該《議定書修正》規(guī)定了15種氯氟烷烴（CFCs）、3種哈龍、40種含氫氯氟烷烴（HCFCs）、34種含氫溴氟烷烴（HBFCs）、四氯化碳（CCl4）、甲基氯仿（CH3CCl3）和甲基溴（CH3Br）為控制使用的消耗臭氧層物質(zhì)，也稱受控物質(zhì)。14二大氣的結(jié)構(gòu)

大氣質(zhì)量

M=5.3×100013t，其中有50％集中在離地5.5km以下的層次內(nèi)，在離地36～1000km余的大氣層只占大氣總質(zhì)量的1％。大氣上界根據(jù)觀測(cè)資料，在大氣中極光是出現(xiàn)高度最高的現(xiàn)象，上界定為1200km。稱為大氣的物理上界。大氣分層據(jù)物理狀況，分為五層15（二）、大氣的結(jié)構(gòu)1、大氣的上界

A:極光是大氣中出現(xiàn)的最高的物理現(xiàn)象，1200kmB:人造衛(wèi)星探測(cè)資料，按大氣密度定為2000~3000km2、大氣的垂直分層（大氣溫度、成分、垂直運(yùn)動(dòng)、電離）對(duì)流層平流層中間層熱層散逸層五層16對(duì)流層平流層對(duì)流旺盛近地面，緯度不同厚度變；高度增來(lái)溫度減，只因熱源是地面；天氣復(fù)雜且多變，風(fēng)云雨雪較常見(jiàn)氣溫初穩(wěn)后升熱只因?qū)又谐粞醵嗨搅鲃?dòng)天氣好高空飛行很適合上冷下熱高空對(duì)流電離層電離層能反射無(wú)線電波，對(duì)無(wú)線電通訊有重要作用中間層熱層171對(duì)流層及其特點(diǎn)

氣溫隨高度升高而降低垂直對(duì)流旺盛；氣象要素復(fù)雜；對(duì)流層頂和行星邊界層

18

在對(duì)流層的最下層稱為行星邊界層或摩擦層。其范圍一般是自地面到1～2km高度。邊界層的范圍夏季高于冬季，白晝高于夜晚，大風(fēng)和擾動(dòng)強(qiáng)烈的天氣高于平穩(wěn)天氣。行星邊界層以上的大氣層稱為自由大氣。在對(duì)流層的最上層，介于對(duì)流層和平流層之間，還有一個(gè)厚度為數(shù)百米到1～2km的過(guò)度層，稱為對(duì)流層頂。19

2.平流層高度對(duì)流層頂?shù)?5km左右溫度隨著高度的增高，氣溫最初保持不變或微有上升。大約到30km以上，氣溫隨高度增加而顯著升高，在55km高度上可達(dá)-3℃。平流層這種氣溫分布特征是和它受地面溫度影響減少，特別是存在著大量臭氧能夠直接吸收太陽(yáng)輻射有關(guān)。平流層內(nèi)氣流比較平穩(wěn)，空氣的垂直混合作用顯著減弱。其它平流層中水汽含量極少，大多數(shù)時(shí)間天空是晴朗的。20氣流水平運(yùn)動(dòng)為主，適于飛行能見(jiàn)度高：地球大氣的平流層水汽、懸浮固體顆粒、雜質(zhì)等極少，天氣比較晴朗，光線比較好，能見(jiàn)度很高，便于高空飛行。受力穩(wěn)定：平流層的大氣上暖下涼，大氣不對(duì)流，以平流運(yùn)動(dòng)為主，飛機(jī)在其中受力比較穩(wěn)定，便于飛行員操縱架駛噪聲污染?。浩搅鲗泳嗟孛孑^高，飛機(jī)絕大部分時(shí)間在其中飛行，對(duì)地面的噪聲污染相對(duì)較小。安全系數(shù)高：飛鳥飛行的高度一般達(dá)不到平流層，飛機(jī)在平流層中飛行就比較安全。當(dāng)然，在起飛和著陸時(shí)，要想方設(shè)法驅(qū)趕開(kāi)飛鳥才更為安全．21民航飛機(jī)的飛行高度層

中型以上的民航飛機(jī)都在高空飛行，此處的高空是指海拔7000——12000米的空間。在這個(gè)空間以1千米為1個(gè)高度層，共分為6個(gè)高度層：7千米、8千米、9千米、1萬(wàn)米、1萬(wàn)1千米和1萬(wàn)2千米。高空飛行的飛機(jī)只允許飛以上給定高空。

另外，民航飛機(jī)在飛行時(shí)，以正南正北方向?yàn)榱愣冉缦?，凡航向偏右（偏東）的飛機(jī)飛雙數(shù)高層，即8千米、1萬(wàn)米、1萬(wàn)2千米高度層；凡航向偏左（偏西）的飛機(jī)飛單數(shù)高度層，即7千米、9千米、1萬(wàn)1千米高度層。不同飛機(jī)的最大飛行高度

短航線的飛機(jī)一般在6000米至9600米飛行，長(zhǎng)航線的飛機(jī)一般在8000米至12600米飛行，現(xiàn)在的普通民航客機(jī)最高飛行高度不會(huì)超過(guò)12600米，有一些公務(wù)機(jī)的飛行高度可以達(dá)到15000米。

2223

24軍用飛機(jī)的最大飛行高度（稱升限）變化也不大。殲擊機(jī)的實(shí)用升限在20000米左右,高空偵察機(jī)如美國(guó)的SR-71和蘇聯(lián)的米格-25P，實(shí)用升限約25000米。用急躍升的方法所能達(dá)到的最大飛行高度（稱動(dòng)升限），有的軍用飛機(jī)已達(dá)35000米或更高一些。轟炸機(jī)和殲擊轟炸機(jī)的實(shí)用升限,多數(shù)不超過(guò)16000米?，F(xiàn)代直接用于戰(zhàn)斗的飛機(jī)，為避免被對(duì)方雷達(dá)早期發(fā)現(xiàn)，常從低空或超低空突防,某些起飛重量超過(guò)100噸的轟炸機(jī)，突防高度可低至150米左右，強(qiáng)擊機(jī)的突防高度為50～100米。25

3.中間層（平流層頂?shù)?5km）氣溫隨高度增加而迅速下降，頂部氣溫降到-113°～83℃，其原因是由于這一層中幾乎沒(méi)有臭氧，而氮和氧等氣體所能直接吸收的那些波長(zhǎng)更短的太陽(yáng)輻射又大部分被上層大氣吸收掉了。有相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)（高空對(duì)流層），水汽含量更極少，幾乎沒(méi)有云層出現(xiàn)。在中間層的60～90km高度上，有一個(gè)只有白天才出現(xiàn)的電離層，叫做D層。26

4.熱層（熱成層和暖層）氣溫隨高度的增加而迅速增高。增溫程度與太陽(yáng)活動(dòng)有關(guān)，當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)加強(qiáng)時(shí)，溫度隨高度增加很快升高，這時(shí)500km處的氣溫可增至2000k；當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)減弱時(shí)，溫度隨高度的增加增溫較慢，500km處的溫度也只有500k。熱層沒(méi)有明顯的頂部。通常認(rèn)為在垂直方向上，氣溫從向上增溫至轉(zhuǎn)為等溫時(shí)，為其上限?？諝馓幱诟叨入婋x狀態(tài)，其電離的程度是不均勻的。其中最強(qiáng)的有兩區(qū)，即E層（約位于90～130km）和F層（約位于160～350km）。F層在白天還分為F1和F2兩區(qū)。電離層迫使氣體原子電離，產(chǎn)生帶電離子和自由電子，使高層大氣中能夠產(chǎn)生電流和磁場(chǎng)，并可反射無(wú)線電波，

27

在高緯度地區(qū)的晴夜，在熱層中可以出現(xiàn)彩色的極光。這可能是由于太陽(yáng)發(fā)出的高速帶電粒子使高層稀薄的空氣分子或原子激發(fā)后發(fā)出的光。這些高速帶電粒子在地球磁場(chǎng)的作用下，向南北兩極移動(dòng)，所以極光常出現(xiàn)在高緯度地區(qū)上空。

2011-12-6作家畢淑敏撰于加拿大艾伯塔省北部麥克莫瑞堡印地安人傳說(shuō)極光是人類的祖先回來(lái)與后代對(duì)話。茵紐特人說(shuō)是指引人類上天堂的火把。極光的聲音，猶如銀鏈抖動(dòng)。

2829

5.離散層

這是大氣的最高層，又稱外層。這一層中氣溫隨高度增加很少變化。由于溫度高，空氣粒子運(yùn)動(dòng)速度很大，又因距地心較遠(yuǎn)，地心引力較小，所以這一層的主要特點(diǎn)是大氣粒子經(jīng)常散逸至星際空間，本層是大氣圈與星際空間的過(guò)度地帶。

3031氣候子系統(tǒng)——水圈、陸面、冰雪圈和生物圈地球上七大洲面積和四大洋面積比較（單位：百萬(wàn)平方公里）32水圈：海洋是由世界大洋和鄰近海域的含鹽海水所組成。其總面積為3.6億km2，約占地球表面的71％，相當(dāng)于陸地面積的2.5倍。無(wú)論從力學(xué)和熱力學(xué)效應(yīng)來(lái)看，海洋在氣候系統(tǒng)中具有最大的慣性，是一個(gè)巨大的能量貯存庫(kù)。陸面：巖石圈。在近代氣候變化的時(shí)間尺度內(nèi)，除火山爆發(fā)外，對(duì)大氣的作用主要還是發(fā)生在陸地表面。冰雪圈：冰川和冰原的體積變化與海平面高度的變化有很大關(guān)系。由于冰雪具有很大的反射率，在冰雪覆蓋下，地表（包括海洋和陸地）與大氣間的熱量交換被阻止，因此冰雪對(duì)地表熱量平衡有很大影響。它是氣候系統(tǒng)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)。生物圈：生物對(duì)于大氣和海洋的二氧化碳平衡，氣溶膠粒子的產(chǎn)生，以及其它與氣體成分和鹽類有關(guān)的化學(xué)平衡等都有很重要的作用。333氣候系統(tǒng)的基本特性氣候系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，各子系統(tǒng)雖能彼此獨(dú)立地客觀存在著，而其相互作用卻又決定著各子系統(tǒng)的演化行為。一般從以下幾個(gè)方面來(lái)描述氣候系統(tǒng)的基本特性：氣候過(guò)程、氣候態(tài)及時(shí)間尺度、反饋過(guò)程、外源強(qiáng)迫、敏感性、可預(yù)報(bào)性、參數(shù)化。天氣往往是由地氣決定的。例如降水形態(tài)：到底是下雨、下雪，還是凍雨、冰粒、雨夾雪，多取決于近地面的溫度狀況。也就是說(shuō)：謀事在高層，成事在基層。3435基本物理性質(zhì)第三節(jié)有關(guān)大氣的物理性狀主要?dú)庀笠乜諝鉅顟B(tài)方程36流動(dòng)性可壓縮性粘著性連續(xù)性結(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(lái)對(duì)它進(jìn)行補(bǔ)充，從而形成一種環(huán)流?？諝馕锢硇再|(zhì)37氣溫氣壓濕度降水風(fēng)云量能見(jiàn)度主要?dú)庀笠?8第三節(jié)有關(guān)大氣的物理性壯

一、主要?dú)夂蛞?/p>

㈠氣溫

氣溫的單位：目前我國(guó)規(guī)定用攝氏度（℃）溫標(biāo)，以氣壓為1013.3hPa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℃。在理論研究上常用絕對(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，但其零度稱為“絕對(duì)溫度”，規(guī)定為攝氏-273.15℃。因此水的冰點(diǎn)為273.15K，沸點(diǎn)為373.15K。兩種溫度標(biāo)之間的換算關(guān)系如下

T=t+273.15≈t+273······（1.2）大氣中的溫度一般以百葉箱中干球溫度為代表。39

所謂氣溫，是指近地面的大氣溫度，是百葉箱中觀測(cè)到的溫度，離地1.5米，通風(fēng)、草坪上、避免地面陽(yáng)光直射。這樣觀測(cè)，才能剔除地表（下墊面）差異對(duì)溫度造成的巨大影響，比較真實(shí)體現(xiàn)大氣的溫度狀況。

這是全球統(tǒng)一的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，具有地域代表性、觀測(cè)連續(xù)性和全球可比對(duì)，是國(guó)際慣例，而非中國(guó)特色。而且氣溫觀測(cè)是全球信息共享并且目前大多已在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)和上傳。

盡管氣溫值是三十幾度，但該地的地面溫度卻千差萬(wàn)別，樹蔭下、草坪上、水面、水泥路面溫度可以相差幾十度40㈡氣壓

氣壓指大氣的壓強(qiáng)。它是空氣的分子運(yùn)動(dòng)與地球重力場(chǎng)綜合作用的結(jié)果。若以P代表氣壓，F(xiàn)代表面積A上所承受的力，則

P=F/A······（1.3

若M為任何面積A上的大氣質(zhì)量，在地球重力場(chǎng)中，g為重力加速度，則這個(gè)面積A上大氣柱的重量為

F=Mg······（1.4）41

在靜止大氣中，面積A上大氣柱的重量就是該面上承受的力。將（1.3）式代入（1.4）式得

P=Mg/A

······(1.5)

即靜止大氣中任意高度上的氣壓值等于其單位面積上所承受的大氣柱的重量。一般情況下氣壓值是用水銀氣壓表測(cè)量的。設(shè)水銀柱的高度為h，水銀密度為ρ，水銀柱截面積為S，則水銀柱的重量W=

ρgh·S。

42由于水銀柱底面積的壓強(qiáng)和外界大氣壓強(qiáng)是一致的，從而所測(cè)大氣壓強(qiáng)為

P=W/S=ρgh·S/S=ρgh

······（1.6）

所以氣壓?jiǎn)挝辉?jīng)用毫米水銀柱高度（mmHg)表示，現(xiàn)在通常用百帕表示。1hPa等于1cm2面積上受到102牛頓（N）的壓力時(shí)的壓強(qiáng)值，即

1hPa=102N/cm2······（1.7）

當(dāng)選定溫度為0℃，緯度為45°的海平面作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，海平面氣壓為1013.25hPa，相當(dāng)于760mm的水銀柱高度，曾經(jīng)稱此壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓。43㈢濕度

表示大氣中水汽量多少的物理量稱大氣濕度。大氣濕度狀況與云、霧、降水等關(guān)系密切。大氣濕度常用下述物理量表示：

⒈水汽壓和飽和水汽壓水氣壓（e）大氣中的水汽所產(chǎn)生的那部分壓力。單位和氣壓一樣，也用hPa表示飽和水汽壓（E）在溫度一定情況下，單位體積空氣中的水汽量有一定限度，如果水汽含量達(dá)到此限度，空氣就呈飽和狀態(tài)，這時(shí)的空氣稱飽和空氣。飽和空氣的水汽壓，也叫最大水汽壓，因?yàn)槌^(guò)這個(gè)限度，水汽就要開(kāi)始凝結(jié)。飽和水汽壓隨溫度的升高而增大。在不同的溫度條件下，飽和水汽壓的數(shù)值不同。44

⒉相對(duì)濕度

相對(duì)濕度（f）空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值（用百分?jǐn)?shù)表示），即

f=e/E×100％······（1.8）

相對(duì)濕度直接反映空氣距離飽和的程度

物理意義

當(dāng)其接近100％時(shí)，表明當(dāng)時(shí)空氣接近于飽和。當(dāng)水汽壓不變時(shí)，氣溫升高，飽和水汽壓增大，相對(duì)濕度會(huì)減少。45

⒊飽和差

在一定溫度下，飽和水汽壓與實(shí)際空氣中水汽壓之差稱飽和差（d）。即d=E-e,表示實(shí)際空氣距離飽和的程度。在研究水面蒸發(fā)時(shí)常用到d，它能反映水分子的蒸發(fā)能力。

46

⒋比濕（q）。

在一團(tuán)濕空氣中，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=mw/md+mw······（1.9）式中，mw

為該團(tuán)濕空氣中水汽的質(zhì)量；md為該團(tuán)濕空氣中干空氣的質(zhì)量。據(jù)此公式和氣體狀態(tài)方程可導(dǎo)出

q=0.622e/p······（1.10）

注意式中氣壓（P）和水汽壓（e）須采用相同單位（hPa），q的單位是g/g。對(duì)于某一團(tuán)空氣而言，只要其中水汽質(zhì)量和干空氣質(zhì)量保持不變，不論發(fā)生膨脹或壓縮，體積如何變化，其比濕都保持不變。因此在討論空氣的垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常用比濕來(lái)表示空氣的濕度。47

⒌水汽混合比

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(r)即(單位：g/g)

r=mw/md······（1.11）

據(jù)其定義和氣體狀態(tài)方程可導(dǎo)出

r=0.622e/P–e······（1.12）48⒍露點(diǎn)

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)。其單位與氣溫相同。在氣壓一定時(shí)，露點(diǎn)的高低只與空氣中的水汽含量有關(guān)，水汽含量愈多，露點(diǎn)愈高，所以露點(diǎn)也是反映空氣中水汽含量的物理量。在實(shí)際大氣中，空氣經(jīng)常處于未飽和狀態(tài)，露點(diǎn)溫度常比氣溫低(Td<T)。因此，根據(jù)T和Td的差值，可以大致判斷空氣距離飽和的程度。上述各種表示濕度的物理量：水汽壓、比濕、水汽混合比、露點(diǎn)基本上表示空氣中水汽含量的多寡。而相對(duì)濕度、飽和差、溫度露點(diǎn)差則表示空氣距離飽和的程度。49

(四)降水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xiàn、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聚的深度，降水量以毫米（mm）為單位霰（xiàn）：亦稱“軟雹”，白色不透明和形狀圓錐形的固體降水物，常在要落前具有一定對(duì)流厚度的云中降落，往往著地反彈且強(qiáng)烈。50㈤風(fēng)

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。它不僅有數(shù)值的大?。L(fēng)速），還具有方向（風(fēng)向）。因此風(fēng)是向量風(fēng)速的表示有時(shí)采用壓力，稱為風(fēng)壓。如果以V表示風(fēng)速（m/s），P為垂直于風(fēng)的來(lái)向，1㎡面積上所受風(fēng)的壓力㎏/㎡，其關(guān)系式

P=0.125V2······（1.13）風(fēng)向八方位圖、十六方位圖NWNSWESESWNE地面風(fēng)向表示方法在地面天氣圖上，用下列圖示來(lái)表示風(fēng)，風(fēng)尾長(zhǎng)劃風(fēng)速為4米/秒，即風(fēng)力為2級(jí)，短劃風(fēng)速為2米/秒。一個(gè)風(fēng)旗，表示風(fēng)力為8級(jí)。風(fēng)尾和風(fēng)旗均放在風(fēng)桿的左側(cè)。西南風(fēng)5級(jí)東南風(fēng)12級(jí)天氣圖上風(fēng)的表示方法53地面氣象要素填圖格式（手工填寫）54

㈥云量

云是懸浮在大氣中的小水滴、冰晶微?；蚨呋旌衔锏目梢?jiàn)聚合群體，底部不接觸地面（如接觸地面則為霧），且具有一定的厚度。云量是指云遮蔽天空視野的成數(shù)。將地平以上全部天空劃分為10份，為云所遮蔽的份數(shù)即為云量。例如，碧空無(wú)云，云量為0，天空一半為云所覆蓋，則云量為5。

㈦能見(jiàn)度

能見(jiàn)度指視力正常的人在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨出目標(biāo)物的最大水平距離。單位用米（m）或千米（㎞）表示。55

二、空氣狀態(tài)方程

空氣狀態(tài)常用密度（ρ）、體積（V）、壓強(qiáng)（P）、溫度（t或T）表示。對(duì)一定質(zhì)量的空氣，其P、V、T之間存在函數(shù)關(guān)系。

㈠干空氣狀態(tài)方程

1理想氣體的狀態(tài)方程

P1V1/T1=P2V2/T2=P3V3/T3=···PnVn/TnPV/T=常數(shù)······（1.14）凡嚴(yán)格符合該方程的氣體，稱理想氣體。實(shí)際上，理想氣體并不存在，但在通常大氣溫度和壓強(qiáng)條件下，干空氣和未飽和的濕空氣都十分接近于理想氣體。5621mol的氣體的狀態(tài)方程在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（P0=1013.25hPa,T0=273k），，體積約等于22.41，即V0=22.4L/mol。因此

PV/T=P0V0/T0=R*

即PV=R*T······（1.15）

R*=1.01325×2.24×10ˉ2m3/mol÷273K=8.31441Pam3/(mol·K)≈8.31J/(mol·K)該值對(duì)1mol任何氣體都適用，所以叫普適氣體常數(shù)。573質(zhì)量對(duì)于質(zhì)量為M克

1摩爾氣體的質(zhì)量是μ的理想氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其體積V等于1摩爾氣體體積的M/μ倍，即

V=M/μ×R*T/P

或PV=M/μ×R*T······（1.16）

這是通用的質(zhì)量為M的理想氣體狀態(tài)方程，又稱做門捷列夫–克拉珀瓏方程。它表明氣體在任何狀態(tài)下，壓強(qiáng)、體積、溫度和質(zhì)量4個(gè)量之間的關(guān)系（計(jì)算時(shí)要注意單位的統(tǒng)一）。

58

在氣象學(xué)中，常用單位體積的空氣塊作為研究對(duì)象，為此，常將（1·16）式中4個(gè)量的關(guān)系變?yōu)閴簭?qiáng)、溫度和密度3個(gè)量間的關(guān)系，即

式中R稱比氣體常數(shù)，是對(duì)質(zhì)量為1克