《大氣與天氣氣候》課件

大氣與天氣氣候探討大氣及其如何影響著我們周圍的天氣與氣候。從大氣的組成、溫度、濕度、風(fēng)、降水等多個(gè)角度全面了解大氣系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制。什么是大氣?定義大氣是包裹著地球表面的一層氣體層,由氮、氧等氣體組成。重要性大氣為地球上的生命提供氧氣、調(diào)節(jié)溫度、阻擋有害輻射等關(guān)鍵支撐。特點(diǎn)大氣層隨高度變化呈現(xiàn)不同的物理和化學(xué)特性,共分為5個(gè)主要層次。大氣的組成78%氮?dú)獯髿庵凶钪饕某煞?1%氧氣維持生命的關(guān)鍵元素1%其他氣體包括二氧化碳、水蒸氣等0.03%二氧化碳溫室氣體,溫室效應(yīng)的主要成因大氣的作用環(huán)境保護(hù)大氣層是地球生命得以存在的關(guān)鍵,它通過(guò)吸收和反射太陽(yáng)輻射,調(diào)節(jié)地球的溫度,并防護(hù)地球免受宇宙射線的侵害。維持生命大氣中的氧氣是生物呼吸的必需品,二氧化碳則為植物光合作用提供碳源,維持著生態(tài)系統(tǒng)的平衡。氣候調(diào)節(jié)大氣中水汽的循環(huán)過(guò)程調(diào)節(jié)著地球的水循環(huán),影響著降水、氣溫、風(fēng)向等氣候要素,為人類提供宜居的生存環(huán)境。太陽(yáng)輻射與地球表面地球表面接受來(lái)自太陽(yáng)的各種形式的能量輻射,包括可見(jiàn)光、紅外光和紫外線。這些輻射通過(guò)各種過(guò)程傳播與吸收,最終轉(zhuǎn)化為地球環(huán)境中的熱量能量。這一過(guò)程決定了地球表面溫度分布的特點(diǎn),并影響大氣環(huán)流和天氣氣候的形成。地球熱量收支平衡地球接受來(lái)自太陽(yáng)的輻射,并通過(guò)反照和熱量輻射及對(duì)流等過(guò)程維持熱量收支平衡。太陽(yáng)輻射到達(dá)地表后,一部分被地表吸收并轉(zhuǎn)化為熱量,另一部分被大氣層反射回太空。熱量吸收太陽(yáng)輻射、地表吸收、大氣層吸收熱量損失熱量輻射到太空、大氣對(duì)流傳輸、地表反射保持這種熱量收支平衡是地球氣候維持穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。任何導(dǎo)致熱量收支失衡的變化都會(huì)引起氣候異常。溫度的空間分布特征緯度變化受太陽(yáng)輻射角度的影響,溫度隨緯度升高而降低,極地地區(qū)比熱帶地區(qū)更冷。海陸差異陸地一般比海洋溫度變化大,夏季更熱,冬季更冷。這會(huì)影響沿海地區(qū)的溫度。高度變化溫度隨高度升高而降低,每上升100米,溫度平均下降0.6攝氏度。這導(dǎo)致山區(qū)氣候明顯較平原涼爽。大氣壓力與風(fēng)的成因1大氣壓力大氣壓力是指由空氣分子的重量對(duì)地球表面的壓力。它隨高度的變化而不同,較低高度處的壓力較高。2壓力差引起的氣流當(dāng)不同地方的氣壓存在差異時(shí),就會(huì)形成氣壓梯度力,推動(dòng)空氣從高壓區(qū)流向低壓區(qū),形成風(fēng)。3科氏效應(yīng)在地球自轉(zhuǎn)的影響下,氣流偏離原來(lái)的方向,這就是科氏效應(yīng),是導(dǎo)致風(fēng)向改變的重要原因。4熱力對(duì)流引起的風(fēng)如果地表溫度與周圍不同,會(huì)產(chǎn)生對(duì)流氣流,從而形成熱風(fēng)或冷風(fēng)。這也是局地風(fēng)產(chǎn)生的重要原因。風(fēng)的類型與特點(diǎn)常見(jiàn)風(fēng)的類型主要包括季風(fēng)、氣旋、地風(fēng)、海陸風(fēng)等。它們都具有不同的氣流運(yùn)動(dòng)方式和特點(diǎn)。季風(fēng)季節(jié)性變化的風(fēng)向和強(qiáng)度,是由于氣溫和氣壓的差異導(dǎo)致的。中國(guó)有著名的亞洲季風(fēng)氣候。氣旋以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的氣流系統(tǒng),中心氣壓較低。熱帶氣旋如臺(tái)風(fēng)是一種強(qiáng)大的氣旋。局地風(fēng)由于地理因素造成的局部性強(qiáng)風(fēng),如山谷風(fēng)、海陸風(fēng)等。它們對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛴兄匾绊?。水汽在大氣中的循環(huán)1蒸發(fā)水體通過(guò)太陽(yáng)輻射,不斷向大氣中釋放水汽。這是水汽循環(huán)的開(kāi)始。2凝結(jié)當(dāng)水汽在上升過(guò)程中遇到冷空氣,水汽會(huì)發(fā)生凝結(jié),形成云雨。3降水云中的水汽在重力作用下,最終以降雨、降雪或其他形式落回地表。云的形成與分類水汽凝結(jié)空氣中的水汽在冷卻過(guò)程中會(huì)凝結(jié)成云droplets,形成了云層。云的分類根據(jù)云的高度、厚度和形狀可分為高云、中云和低云。降水形成云droplets繼續(xù)聚合長(zhǎng)大,最終形成降水如雨、雪、冰雹等。降水的形成過(guò)程1水汽匯聚大氣中的水汽在上升氣流的作用下不斷匯聚2云的形成水汽凝結(jié)成小水滴或冰晶,形成云層3冷卻作用云內(nèi)部的溫度進(jìn)一步下降,水滴或冰晶加大4降水發(fā)生水滴或冰晶達(dá)到一定大小后脫離云層,形成降水從水汽匯聚到降水發(fā)生,是一個(gè)多步驟的過(guò)程。大氣中的水汽在上升氣流推動(dòng)下不斷集聚,凝結(jié)成小水滴或冰晶形成云層。隨著云內(nèi)溫度的進(jìn)一步降低,水滴或冰晶不斷增大,最終達(dá)到一定質(zhì)量而從云層釋放出來(lái),形成各種類型的降水現(xiàn)象。降水的類型與特點(diǎn)1降水的形式降水主要有雨、雪、冰雹等多種形式,這些形式受到氣溫、水汽含量等因素的影響。2降水的強(qiáng)度降水強(qiáng)度的高低決定了降水的類型,如微小的水滴會(huì)形成毛毛雨,大顆的水滴則會(huì)形成傾盆大雨。3降水的時(shí)間分布降水可以是持續(xù)性的,也可以是間歇性的,這種差異會(huì)導(dǎo)致地區(qū)氣候的不同。4降水的地理分布受地理位置、地形等因素的影響,不同地區(qū)的降水類型和數(shù)量會(huì)有很大差異。氣團(tuán)與鋒面氣團(tuán)氣團(tuán)是具有相似溫度、濕度和氣壓特征的大氣塊體。不同氣團(tuán)之間存在明顯溫度和濕度差異。鋒面鋒面是兩個(gè)不同性質(zhì)氣團(tuán)的交界面。當(dāng)一個(gè)溫暖的氣團(tuán)與一個(gè)冷空氣塊體相遇時(shí),會(huì)形成前鋒、冷鋒或暖鋒。鋒面天氣鋒面通過(guò)引發(fā)上升運(yùn)動(dòng),可以導(dǎo)致降水、云層形成以及劇烈天氣變化。鋒面是重要的天氣系統(tǒng)。鋒面預(yù)報(bào)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鋒面位置和強(qiáng)度對(duì)天氣預(yù)報(bào)至關(guān)重要,這需要依靠先進(jìn)的觀測(cè)和數(shù)值模擬技術(shù)。天氣系統(tǒng)的成因1熱量分布不均由于太陽(yáng)輻射在地球表面的不均勻分布2溫度差異引起大氣中的溫度差異和壓力差異3氣流流向造成不同方向的氣流流動(dòng),形成天氣系統(tǒng)熱量分布的不均勻性是造成天氣系統(tǒng)形成的根本原因。地表由于太陽(yáng)輻射的差異,會(huì)產(chǎn)生溫度和壓力的差異,進(jìn)而導(dǎo)致氣流產(chǎn)生流動(dòng)和交匯,最終形成各種天氣系統(tǒng),如冷鋒、暖鋒、氣旋等。這些天氣系統(tǒng)的形成和變化直接影響著我們的日常生活。氣旋與反氣旋氣旋氣旋是一種逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的大氣環(huán)流系統(tǒng),通常伴有強(qiáng)風(fēng)和降水。它們?cè)跍貛У貐^(qū)形成,常引發(fā)暴風(fēng)雨和臺(tái)風(fēng)。反氣旋反氣旋是一種順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的大氣環(huán)流系統(tǒng),通常伴有穩(wěn)定的天氣和較少降水。它們?cè)趤啛釒Ц邏簬纬?往往帶來(lái)晴朗干燥的天氣。影響氣旋和反氣旋的形成和發(fā)展會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐奶鞖鈿夂虍a(chǎn)生重大影響,決定了區(qū)域性的溫度、降水和風(fēng)力分布。預(yù)報(bào)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)氣旋和反氣旋的變化是氣象預(yù)報(bào)的重要內(nèi)容,對(duì)防災(zāi)減災(zāi)和人們的日常生活都有重要意義。季風(fēng)與局地風(fēng)季風(fēng)季風(fēng)是由于陸地和海洋的不同加熱所引起的周期性風(fēng)向變化。它在亞洲地區(qū)尤為典型,如東亞季風(fēng)。山谷風(fēng)白天山地和谷地的不同加熱會(huì)引起山谷風(fēng),夜晚則相反。這種局地風(fēng)可影響當(dāng)?shù)氐臍鉁睾徒邓?。海陸風(fēng)海陸溫差引起的局地環(huán)流,白天由海向陸,夜晚由陸向海,對(duì)沿海地區(qū)的氣候有重要影響。干旱與沙塵暴干旱的形成干旱是指一定時(shí)期內(nèi)降水量明顯偏少,導(dǎo)致植被和地表水體嚴(yán)重不足的氣候條件。這種干燥環(huán)境往往出現(xiàn)在內(nèi)陸地區(qū)或熱帶地區(qū)。沙塵暴的來(lái)臨沙塵暴是由強(qiáng)勁的風(fēng)力掀起沙塵,形成大規(guī)模的沙礫移動(dòng)。它們會(huì)造成視野模糊、呼吸困難,并對(duì)農(nóng)作物和基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重?fù)p害。沙漠化的威脅氣候變化加劇了干旱和沙漠化的趨勢(shì)。不合理的土地利用和人為活動(dòng)也加速了沙漠化的過(guò)程。沙漠化不僅破壞生態(tài)環(huán)境,也給當(dāng)?shù)鼐用竦纳顜?lái)嚴(yán)重影響。熱帶氣旋與臺(tái)風(fēng)熱帶氣旋的形成熱帶氣旋是由熱帶海洋上空的熱量和水汽形成的強(qiáng)大氣旋系統(tǒng),具有中心低壓、強(qiáng)風(fēng)和暴雨等特點(diǎn)。臺(tái)風(fēng)的特征臺(tái)風(fēng)是一種強(qiáng)烈的熱帶氣旋,中心附近氣壓極低,風(fēng)力強(qiáng)勁,通常伴有暴風(fēng)雨和高潮。熱帶氣旋的危害強(qiáng)大的熱帶氣旋和臺(tái)風(fēng)可造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害,包括大風(fēng)、暴雨、洪澇、滑坡等,給人類和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。氣候要素與氣候型氣候要素氣候要素包括溫度、降水、風(fēng)、濕度等,這些要素通過(guò)相互影響和制約,決定了不同地區(qū)的氣候特征。氣候型根據(jù)溫度和降水的特點(diǎn),可以將氣候劃分為熱帶、溫帶、寒帶等不同的氣候型,每種氣候型都有其獨(dú)特的植被和生活方式。不同的氣候型分布在地球的不同地理位置,形成了豐富多樣的地球生態(tài)系統(tǒng)。氣候的水平分布特征全球氣候存在顯著的水平分布特征。熱帶、溫帶、寒帶是主要的氣候帶類型,分別占地球總面積的30%、25%和20%。此外,高原和沙漠氣候帶也分別占一定面積。這些不同的氣候帶分布特征,決定了各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和人類生活狀態(tài)的差異。氣候變化的原因1人類活動(dòng)大量排放溫室氣體,如二氧化碳和甲烷,造成溫室效應(yīng)加劇。2自然因素太陽(yáng)活動(dòng)、火山噴發(fā)等自然現(xiàn)象會(huì)影響地球輻射熱平衡。3地球軌道變化地球軌道和自轉(zhuǎn)傾角的長(zhǎng)期周期性變化會(huì)引起氣候的長(zhǎng)期變遷。4反饋效應(yīng)氣候變化會(huì)引發(fā)一些自我強(qiáng)化的反饋效應(yīng),進(jìn)一步放大氣候變化。全球變暖對(duì)環(huán)境的影響北極冰川消融全球變暖導(dǎo)致北極地區(qū)冰川加速融化,威脅了北極生態(tài)系統(tǒng)。海平面上升溫室氣體排放導(dǎo)致海平面上升,給沿海地區(qū)的居民和基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)嚴(yán)重威脅。極端天氣頻發(fā)氣候變化引發(fā)干旱、暴雨、熱浪等極端天氣事件,造成嚴(yán)重災(zāi)害。生物多樣性下降氣溫升高和生態(tài)系統(tǒng)遭破壞,使許多動(dòng)植物瀕臨滅絕。應(yīng)對(duì)氣候變化的措施減少溫室氣體排放通過(guò)提高能源效率、發(fā)展可再生能源、限制化石燃料使用等措施,減少溫室氣體排放是應(yīng)對(duì)氣候變化的關(guān)鍵策略。提高能源利用效率采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和管理措施,提高能源利用效率,減少能源消耗是一項(xiàng)重要的舉措。發(fā)展可再生能源大力發(fā)展太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等可再生能源,減少化石燃料的使用,能夠有效降低碳排放。加強(qiáng)碳吸收與固碳通過(guò)植樹(shù)造林、濕地保護(hù)等方式,增強(qiáng)陸地和海洋的碳吸收能力,有助于緩解氣候變化。氣象觀測(cè)與預(yù)報(bào)1氣象觀測(cè)通過(guò)各類儀器設(shè)備采集溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓等數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)分析利用先進(jìn)的數(shù)值模式對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理3天氣預(yù)報(bào)根據(jù)分析結(jié)果預(yù)測(cè)未來(lái)天氣狀況4預(yù)警信息發(fā)布及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息,為公眾提供氣象服務(wù)氣象觀測(cè)是科學(xué)預(yù)報(bào)天氣的基礎(chǔ),需要利用各種先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)對(duì)大氣狀況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)的收集分析,氣象部門能夠及時(shí)預(yù)測(cè)未來(lái)天氣變化,為公眾提供準(zhǔn)確可靠的天氣預(yù)報(bào)和預(yù)警信息,為社會(huì)發(fā)展提供重要保障。氣象災(zāi)害的預(yù)警與防御及時(shí)預(yù)警先進(jìn)的氣象監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警各類氣象災(zāi)害,如臺(tái)風(fēng)、暴雨、寒潮等,為應(yīng)對(duì)預(yù)留足夠的準(zhǔn)備時(shí)間。系統(tǒng)防御政府部門、社區(qū)組織和公眾應(yīng)密切配合,制定全面的預(yù)防方案,包括疏散避險(xiǎn)、應(yīng)急物資儲(chǔ)備、基礎(chǔ)設(shè)施加固等措施。減少損失及時(shí)有效的預(yù)警和防御措施可大幅降低氣象災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,保護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。社會(huì)動(dòng)員強(qiáng)化公眾防災(zāi)減災(zāi)意識(shí),鼓勵(lì)全社會(huì)參與應(yīng)急演練和宣傳教育,共同應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害的挑戰(zhàn)。氣象與人類生活的關(guān)系氣象預(yù)報(bào)及時(shí)準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)對(duì)人類日常生活有重要影響,可幫助人們做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)農(nóng)民可利用氣象信息指導(dǎo)種植時(shí)間、灌溉等,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。交通出行氣象信息對(duì)飛機(jī)、船舶、公路等交通工具的安全調(diào)度非常重要。防災(zāi)減災(zāi)氣象部門提供的預(yù)警信息有助于人們及時(shí)采取防范措施,減少自然災(zāi)害損失?？稍偕茉磁c氣象風(fēng)能發(fā)電氣象數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)力資源,對(duì)風(fēng)電站的選址和運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。太陽(yáng)能發(fā)電氣象預(yù)報(bào)可幫助優(yōu)化太陽(yáng)能電站的建設(shè)和調(diào)度,提高發(fā)電效率。水力發(fā)電水文氣象數(shù)據(jù)是水電規(guī)劃和調(diào)度的基礎(chǔ),可提高水電的可靠性。氣象在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用科學(xué)監(jiān)測(cè)利用先進(jìn)的氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備,收集各類氣象數(shù)據(jù),為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供及時(shí)準(zhǔn)確的天氣信息。天氣預(yù)報(bào)根據(jù)收集的氣象數(shù)據(jù),提供準(zhǔn)確的短期和長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào),幫助農(nóng)民合理安排生產(chǎn)活動(dòng)。災(zāi)害預(yù)警識(shí)別可能發(fā)生的干旱、暴雨、冰雹等氣象災(zāi)害,及時(shí)發(fā)出預(yù)警,最大限度減少損失。未來(lái)氣象學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)1數(shù)據(jù)收集與分析借助衛(wèi)星遙感、雷達(dá)和物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù),氣象學(xué)將實(shí)現(xiàn)更全面、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)收集,并利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能等方法進(jìn)行深度分析。2預(yù)報(bào)模型革新新一代數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型