《氣象學(xué)與氣候?qū)W教學(xué)課件》1大氣的基本特征

1、大氣的基本特征第1頁(yè)，共28頁(yè)。干空氣：除了固、液態(tài)微粒及水汽以外的空氣干空氣的成分：氮 N2、氧 O2、 氬 Ar為主要成分，約占99.96%，二氧化碳CO2、臭氧O3等其他氣體占不到0.1%地球大氣的成分:固、液、氣氧氣O2在海拔3.54.5km高度的含量?jī)H為海平面高度的一半臨界溫度：臨界溫度就是能夠使氣體液化所需要的最高溫度，在這個(gè)溫度以上，無(wú)論怎樣增大壓強(qiáng)，氣態(tài)物質(zhì)不會(huì)液化臨界壓力：臨界壓力就是在臨界溫度下，使氣體液化所需要的最低壓力第2頁(yè)，共28頁(yè)。臭氧吸收太陽(yáng)短波輻射濾去了70-90%太陽(yáng)紫外線(xiàn)輻射集中在1050km之間二氧化碳吸收地面長(zhǎng)波輻射集中在20km以下，占0.03%第3頁(yè)

2、，共28頁(yè)。定義：存在于大氣中的水的氣化態(tài)。大氣中唯一能夠發(fā)生相變的成分，是產(chǎn)生天氣變化的重要因素，直接影響到地面和低層大氣的溫度水汽來(lái)源于蒸發(fā)（江河湖海及潮濕物體表面）和蒸騰（植物）水汽第4頁(yè)，共28頁(yè)。定義：大氣中懸浮的多種固態(tài)微粒和液態(tài)微粒降低大氣能見(jiàn)度、影響大氣和地面溫度、充當(dāng)水汽凝結(jié)核大氣污染物：粉塵、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氫、碳?xì)浠衔锖桶盤(pán)M2.5，直徑小于2.5微米的顆粒物。被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。氣溶膠粒子第5頁(yè)，共28頁(yè)。對(duì)流層：水汽，CO2等溫室氣體1、溫度隨高度增加而降低2、對(duì)流運(yùn)動(dòng)明顯3、氣象要素水平分布

3、不均平流層：臭氧集中，溫度隨高度增加，氣流穩(wěn)定，適合飛機(jī)飛行中間層：溫度急劇下降暖層：溫度急劇上升，氧、氮分子被分解，對(duì)無(wú)線(xiàn)電波有反射作用散逸層：大氣質(zhì)點(diǎn)逃逸到太空大氣的垂直結(jié)構(gòu)第6頁(yè)，共28頁(yè)。大氣的狀態(tài)方程p、T、V、一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)和體積的乘積除以其絕對(duì)溫度等于常數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，p0=1013.25hPa,T0=273K, 1mol氣體體積V0約為22.4L普適氣體常數(shù)1mol氣體質(zhì)量為，那么標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，質(zhì)量M的氣體體積是它的M/倍R=R*/,比氣體常數(shù)理想氣體狀態(tài)方程第7頁(yè)，共28頁(yè)。比氣體常數(shù)狀態(tài)方程狀態(tài)方程如果p表示濕空氣的總壓強(qiáng)，e表示其中水汽部分的壓強(qiáng)，那么其中干空氣的壓強(qiáng)為

4、p-e根據(jù)狀態(tài)方程公式得其中，干空氣濕空氣第8頁(yè)，共28頁(yè)。濕空氣密度引進(jìn)物理量虛溫（Tv）可以得到濕空氣的狀態(tài)方程虛溫可以理解為:與濕空氣同氣壓同密度的干空氣溫度第9頁(yè)，共28頁(yè)。假設(shè)：大氣在垂直方向是靜止?fàn)顟B(tài)，水平方向無(wú)壓力差那么，高度為z的氣柱，單位面積受力情況如下：向上：氣壓差形成的氣壓梯度力向下：重力空氣處于垂直方向靜力平衡時(shí)結(jié)合狀態(tài)方程，得到大氣靜力學(xué)方程氣壓隨高度的變化第10頁(yè)，共28頁(yè)。單位壓強(qiáng)高度差：減小一個(gè)單位壓強(qiáng)所增加的高度表明，單位壓強(qiáng)高度差h與壓強(qiáng)p成反比，與溫度t成正比氣壓隨高度增加按指數(shù)減小第11頁(yè)，共28頁(yè)。等溫大氣壓高公式的應(yīng)用：1、根據(jù)不同高度的氣壓值和平均

5、氣溫，可求得高度差2、根據(jù)某高度的氣壓值和平均氣溫，可求得另一高度氣壓值3、由不同高度的氣壓值，可求得兩高度之間的平均氣溫對(duì)于z1和z2高度之間，平均虛溫為T(mén)v的氣層第12頁(yè)，共28頁(yè)。重力位勢(shì)：設(shè)海平面的位勢(shì)為0，把單位質(zhì)量物體從平均海面上移到z高度處作的功單位：J/kg定義1個(gè)位勢(shì)米（1gpm）等于9.80665J/kg位勢(shì)高度與幾何高度的數(shù)值幾乎相同，但意義不一樣重力位勢(shì)高度第13頁(yè)，共28頁(yè)。天氣分析中的標(biāo)準(zhǔn)等壓面圖，其中的等高線(xiàn)就是位勢(shì)高度第14頁(yè)，共28頁(yè)?；練庀笠貧鉁?、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量、降水量、能見(jiàn)度等氣溫：表示空氣冷熱程度，是空氣分子平均動(dòng)能的表現(xiàn)空氣獲得熱量，

6、分子平均動(dòng)能增加，氣溫升高，反之依然我國(guó)常用用攝氏度t，單位C科學(xué)計(jì)算用絕對(duì)溫度T，單位K某些國(guó)家用華氏溫度tF，單位F轉(zhuǎn)換關(guān)系：氣溫是在離地面1.5m高的百葉箱內(nèi)用水銀溫度表測(cè)得第15頁(yè)，共28頁(yè)。氣壓：大氣的壓強(qiáng)，單位面積上空氣柱的重量氣壓值一般用水銀氣壓表測(cè)量氣壓?jiǎn)挝唬涸胢mHg，現(xiàn)用hPa1hPa=10-2N/cm2溫度為0C,緯度為45的海平面作為標(biāo)準(zhǔn)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1013.25hPa=760mmHg等壓面：空間各氣壓相等的點(diǎn)組成的面向上突起的部分對(duì)應(yīng)高壓區(qū)，下凹的部分對(duì)應(yīng)低壓區(qū)第16頁(yè)，共28頁(yè)。等高線(xiàn)：位勢(shì)高度相等的點(diǎn)連成的線(xiàn)，等壓面與水平面的交線(xiàn)第17頁(yè)，共28頁(yè)。第18頁(yè)

7、，共28頁(yè)。濕度：大氣中水汽含量多少的物理量飽和水汽壓：水汽壓達(dá)到某極大值時(shí)便產(chǎn)生凝結(jié)絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝惑w積空氣中所含的水汽質(zhì)量,即水汽密度比濕：水汽的質(zhì)量與氣團(tuán)總質(zhì)量的比值，單位g/g，g/kg水汽壓：大氣中水汽所產(chǎn)生的壓力（e）第19頁(yè)，共28頁(yè)?；旌媳龋核|(zhì)量與干空氣質(zhì)量的比值相對(duì)濕度：實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值飽和比濕第20頁(yè)，共28頁(yè)。飽和差：飽和水汽壓與實(shí)際水汽壓之差，一般用變量d=es-e表示在研究水面蒸發(fā)的問(wèn)題時(shí)，反映水分子的蒸發(fā)能力露點(diǎn)：空氣中氣壓和水汽含量不變的條件下降溫，使水汽相對(duì)于水面達(dá)到飽和時(shí)的溫度霜點(diǎn)：同露點(diǎn)的過(guò)程使水汽相對(duì)于冰面達(dá)到飽和時(shí)的溫度計(jì)算露點(diǎn)：

8、a=7.63,b=241.9計(jì)算霜點(diǎn)：a=9.5,b=265.5露點(diǎn)或者霜點(diǎn)td常常低于氣溫，露點(diǎn)越高，說(shuō)明空氣越接近飽和，水汽含量越高，反之亦然第21頁(yè)，共28頁(yè)。降水：從天空降落到地面的液態(tài)或者固態(tài)水降水量單位mm雪深單位cm，雪壓?jiǎn)挝籫/cm2小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨1h雨量2.52.68.08.115.91624h雨量1010.125.025.150.050.1100100.1200200第22頁(yè)，共28頁(yè)。風(fēng)：空氣的水平運(yùn)動(dòng)，包括風(fēng)速和風(fēng)向風(fēng)力等級(jí)與風(fēng)速風(fēng)向指風(fēng)的來(lái)向風(fēng)地面風(fēng)向用16方位表示高空風(fēng)向用方位度數(shù)表示風(fēng)速常用單位m/s、kn、km/h換算關(guān)系：1m/s=3.6km/h 1kn=1.852km/h1km/h=0.28m/s 1kn