氣象學課件章基本氣象要素

第二章基本氣象要素

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、云、降水等天氣現(xiàn)象也是氣象要素，它們都能表征大氣的狀況。第一節(jié)大氣溫度1、氣溫的概念與換算2、氣溫的變化方式3、局地氣溫的變化特點4、氣溫對飛行的影響氣溫的探測氣溫的探測1、氣溫的概念與換算氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量。它實際上是空氣分子平均動能大小的反映。（當空氣獲得熱量時，分子運動的平均速度增大，平均動能增加，氣溫也就升高；反之，當空氣失去熱量時，分子運動的平均速度減小，平均動能減小，氣溫也就降低）我國常用攝氏溫度，英美等國常用華氏溫度，而理論工作常用絕對溫度一般生活中所說的氣溫——氣象觀測所用的百葉箱中離地面1.5米高處的溫度。1、氣溫的概念與換算之溫標氣溫通常用三種溫標：（1）攝氏溫標（Celsius、centigrade）溫標（oC）：（2）華氏溫標（Fahrenheit）溫標（oF）：（3）開氏溫標（Kelvin）溫標（K）：三種溫度之間的換算關(guān)系為：t=5/9（F-32）T=t+273.15F=9/5t+32式中t、t'及T分別為攝氏溫度、華氏溫度及絕對溫度的數(shù)值。2、氣溫的變化方式氣溫的變化→分子動能的變化→空氣內(nèi)能的變化（1）非絕熱變化（2）絕熱變化2、氣溫的變化方式之非絕熱變化非絕熱變化的幾種形式：輻射：空氣塊之間、地氣之間、云之間

大氣層白天由于太陽輻射而增溫，夜間由于向外

放出輻射而降溫傳導：只要氣塊間有溫差，就有熱量傳導

由于空氣分子間隙大，這種方式比較少對流：對流層主要能量交換方式，就是空氣的升降運動（1）非絕熱變化(Non-adiabaticChange)指空氣塊通過與外界的熱量交換而產(chǎn)生的溫度變化2、氣溫的變化方式之非絕熱變化非絕熱變化的幾種形式：亂流：空氣無規(guī)則的小范圍渦旋

輕度亂流、中度亂流、強度亂流、極度亂流水相變化：

水通過相變釋放熱量或吸收熱量，引起氣溫變化。

即由于水相的變化而導致溫度的變化。絕熱變化（AdiabaticChange）：空氣塊與外界沒有熱量交換，僅由于外界環(huán)境壓強變化，使氣塊膨脹或壓縮而引起氣塊溫度變化。

這種方式是成云致雨的主要途徑。2、氣溫的變化方式之絕熱變化2、氣溫的變化方式之絕熱變化干絕熱過程：絕熱過程中，沒有水相的變化過程。濕絕熱過程：絕熱過程中，存在水相的變化過程。為了描述溫度變化的快慢，引入物理量“絕熱直減率”（1）干空氣溫度的絕熱變化：干空氣在絕熱過程中，溫度變化的直接原因是氣壓的變化。干絕熱直減率（）：干空氣在絕熱上升（下降）過程中，每上升（下降）單位距離的溫度變化。實際工作中，常取=1℃/100m（2）濕空氣溫度的絕熱變化：對于未飽和濕空氣：在絕熱變化過程中，沒有水相變化，可視為干絕熱過程當未飽和濕空氣上升達到飽和狀態(tài)開始凝結(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程，稱為濕絕熱過程。濕絕熱直減率（）：飽和濕空氣絕熱上升單位距離時的溫度變化。大小約為0.4~0.7℃/100m2、氣溫的變化方式之絕熱變化2、氣溫的變化方式之絕熱變化當氣塊作水平運動或靜止不動時，非絕熱變化是主要的。當氣塊作垂直運動時，絕熱變化是主要的。干、濕絕熱計算例題有一潮濕氣團在山的迎風坡上升時溫度為15℃，越過一座相對高度為4000米的山脈。如果水汽的凝結(jié)高度為1000米，假設(shè)在氣團到達山頂前水汽全部凝結(jié)成降水降下，求氣團過山后到達背風坡山腳時的溫度。（濕絕熱遞減為0.6/100m）。焚風3、局地氣溫的變化特點之周期變化周期變化

北京、廣州氣溫的年變化

由于大規(guī)模冷暖空氣運動和陰雨天氣的影響而產(chǎn)生的溫度變化，沒有周期性。倒春寒、秋老虎局地氣溫的變化3、局地氣溫的變化特點之非周期變化4、氣溫對飛行的影響本質(zhì)上是空氣密度對飛行的影響。由于飛機沿等壓面飛行，故首先研究溫度對飛行的影響。理想氣體狀態(tài)方程：4、氣溫對飛行的影響之巡航速度與最大平飛速度巡航速度：結(jié)論1：空氣密度越大、溫度越低，巡航速度越小?？諝饷芏仍叫　囟仍礁?，巡航速度越大。4、氣溫對飛行的影響之巡航速度與最大平飛速度最大平飛速度：結(jié)論2：溫度越低、飛機推力越大，最大平飛速度越大。溫度越高、飛機推力越小，最大平飛速度越小。發(fā)動機推力：代入4、氣溫對飛行的影響之燃料消耗、載荷與升限小時燃料消耗量：結(jié)論3：溫度越高，小時燃料消耗量越多。溫度越低，小時燃料消耗量越少。4、氣溫對飛行的影響之燃料消耗、載荷與升限千米燃料消耗量：結(jié)論4：千米燃料消耗量與溫度無關(guān)，與氣壓有關(guān)。飛機飛的越高，氣壓越低，Ckm越小。4、氣溫對飛行的影響之燃料消耗、載荷與升限飛機載荷受空氣密度影響：空氣密度小，飛機升力小，飛機載荷小。空氣密度大，飛機升力大，飛機載荷大。結(jié)論5：氣溫高，飛機載荷小。氣溫低，飛機載荷大。4、氣溫對飛行的影響之燃料消耗、載荷與升限飛機所能達到的最大飛行高度為飛機升限。小時燃料消耗：飛機發(fā)動機推力與氣壓成正比，與溫度成反比。4、氣溫對飛行的影響之燃料消耗、載荷與升限飛機由低溫區(qū)進入高溫區(qū)，假設(shè)氣壓不變，則推力減小，飛機如果已經(jīng)處于升限高度，不能再增大發(fā)動機轉(zhuǎn)速，則只能下降高度。結(jié)論6：氣溫升高，飛機升限降低。氣溫降低，飛機升限升高。4、氣溫對飛行的影響之起飛與著陸結(jié)論7：空氣密度越小，飛機離地速度越大?？諝饷芏仍酱?，飛機離地速度越小。飛機最小離地速度：4、氣溫對飛行的影響之起飛與著陸結(jié)論8：密度越小，起飛滑跑距離越大。密度越大，起飛滑跑距離越小。起飛滑跑運動方程：4、氣溫對飛行的影響之起飛與著陸結(jié)論9：空氣密度越小，著陸速度和著陸滑跑距離越大。空氣密度越大，著陸速度和著陸滑跑距離越小。飛行員對策：早放輪，早剎車，早減速。4、氣溫對飛行的影響之氣壓高度表與空速表氣壓高度表是參考標準大氣的氣壓標準來確定高度的，所以要針對實際和標準大氣的偏差進行修正。實際平均溫度標準大氣平均溫度表高真高4、氣溫對飛行的影響之氣壓高度表與空速表結(jié)論10：實際大氣溫度比標準大氣溫度?。ɡ淇諝庵校?，則真高＜表高。實際大氣溫度比標準大氣溫度大（暖空氣中），則真高＞表高。4、氣溫對飛行的影響之氣壓高度表與空速表空速：即飛機相對于空氣的速度?？账俦硎菂⒖紭藴蚀髿獾暮Ｆ矫鏆鈮好芏葋順硕ǖ?，所以要針對實際和標準大氣的偏差進行修正。標準大氣密度表速真空速實際大氣密度4、氣溫對飛行的影響之氣壓高度表與空速表結(jié)論11：實際大氣密度比標準大氣密度小，

則表速＜真空速。實際大氣密度比標準大氣密度大，

則表速＞真空速。第一節(jié)小結(jié)氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量，它實際上是空氣分子平均動能大小的反映。三種溫度之間的換算關(guān)系。氣溫的變化方式：絕熱與非絕熱。干絕熱直減率與濕絕熱直減率。局地氣溫的變化特點。結(jié)論1：空氣密度越大、溫度越低，巡航速度越小?？諝饷芏仍叫　囟仍礁?，巡航速度越大。結(jié)論2：溫度越低、飛機推力越大，最大平飛速度越大。溫度越高、飛機推力越小，最大平飛速度越小。第一節(jié)小結(jié)結(jié)論3：溫度越高，小時燃料消耗量越多。溫度越低，小時燃料消耗量越少。結(jié)論4：千米燃料消耗量與溫度無關(guān)，與氣壓有關(guān)。飛機飛的越高，氣壓越低，Ckm越小。結(jié)論5：氣溫高，飛機載荷小。氣溫低，飛機載荷大。結(jié)論6：氣溫升高，飛機升限降低。氣溫降低，飛機升限升高。第一節(jié)小結(jié)結(jié)論7：空氣密度越小，飛機離地速度越大?？諝饷芏仍酱?，飛機離地速度越小。結(jié)論8：空氣密度越小，起飛滑跑距離越大。空氣密度越大，起飛滑跑距離越小。結(jié)論9：氣溫越高或氣壓越小，著陸速度和滑跑距離越大。氣溫越低或氣壓越大，著陸速度和滑跑距離越小。第一節(jié)小結(jié)結(jié)論10：實際大氣溫度比標準大氣溫度?。ɡ淇諝庵校瑒t真高＜表高。實際大氣溫度比標準大氣溫度大（暖空氣中），則真高＞表高。結(jié)論11：實際大氣密度比標準大氣密度小，

則表速＜真空速。實際大氣密度比標準大氣密度大，

則表速＞真空速。第二節(jié)大氣壓強1、氣壓隨高度的變化2、航空常用的幾種氣壓3、氣壓與高度4、氣壓的水平分布特點5、氣壓與飛行的關(guān)系氣壓的概念、單位與換算氣壓即大氣壓強，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。氣壓可以用水銀柱的高度來測量。因此，氣壓的單位也可以直接用水銀柱的高度—毫米數(shù)來表示。這種單位稱為毫米水銀柱高（mmHg），簡稱毫米（mm）。氣壓的概念、單位與換算在國際單位制中，壓強的單位是“帕斯卡”（Pascal），簡稱“帕”，符號為Pa。為統(tǒng)一使用單位，1979年世界氣象組織（WMO）規(guī)定以“百帕”（Hectopascal）為基本單位?！鞍倥痢奔?00個“帕”，符號為hPa。空氣的壓強在氣象上習慣用hPa來表示。氣壓的概念、單位與換算一個標準大氣壓：規(guī)定氣溫在0℃及標準重力加速度g＝9.80665米/秒下760毫米水銀柱所具有的壓強。1Pa=1N/m21hPa=100Pa=1mb1013.25hPa=760mmHg=29.92inHg大氣壓力指單位面積上直至大氣上界整個空氣柱的重量，是氣象學中極其重要的一個物理量，它的分布和變化與大氣運動及天氣狀況有密切關(guān)系。觀測表明，隨著海拔高度的增加，氣壓值按指數(shù)減少，海拔10公里高處的氣壓值降到只有海平面氣壓的25%左右。我國青藏高原平均海拔4000多米，地面平均氣壓僅約600hPa。（一般海平面氣壓值在980~1040hPa之間變動）1、氣壓隨高度的變化種類對應(yīng)高度200hPa12000m300hPa9000m500hPa5500m700hPa3000m850hPa1500m空中等壓面圖的種類及所對應(yīng)高度1、氣壓隨高度的變化隨著高度的增加，上部的大氣柱越來越短，且氣柱中的空氣密度越來越小，所以氣壓也越來越小。1、氣壓隨高度的變化之大氣靜力學方程結(jié)論1：當dz>0時，dp<0，說明隨高度的增加氣壓是下降的。結(jié)論2：氣壓隨高度的增加而降低的快慢主要取決于空氣的密度。大氣靜力學方程：1、氣壓隨高度的變化之單位氣壓高度差單位氣壓高度差：2、壓高公式壓高公式：標準大氣條件下氣壓與高度間的換算，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)制作飛機上的氣壓高度表。3、航空上常用的幾種氣壓1、本站氣壓2、場面氣壓3、修正海平面氣壓4、標準海平面氣壓2、航空上常用的幾種氣壓之本站氣壓本站氣壓是指氣象臺、站氣壓表（或傳感器）所在高度處的氣壓。（《民用航空氣象地面觀測技術(shù)手冊》）本站氣壓：氣壓感應(yīng)部分所在位置的氣壓。（《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》）2、航空上常用的幾種氣壓之場面氣壓場面氣壓（QFE）是指飛機著陸地區(qū)（在跑道上）最高點的氣壓。（《民用航空氣象地面觀測技術(shù)手冊》、《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》）場面氣壓是由本站氣壓推算出來的。2、航空上常用的幾種氣壓之修正海平面氣壓修正海平面氣壓（QNH）是指場面氣壓按國際標準大氣條件訂正到海平面的氣壓。（《民用航空氣象地面觀測技術(shù)手冊》、《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》）運用修正海平面氣壓便于分析和研究氣壓水平分布情況。2、航空上常用的幾種氣壓之標準海平面氣壓標準海平面氣壓（QNE）是指在標準大氣條件下海平面的氣壓。其值為1013.25百帕。海平面氣壓是經(jīng)常變化的，而標準海平面氣壓是一個常數(shù)。4、氣壓與高度飛機在空中至某一基準水平面的垂直距離叫飛行高度。以米為單位。高度是氣象和飛行上常用的一詞，選用的基準面不同，表示的高度也不同。一種典型的無線電高度表無線電高度在飛機起飛和降落時用處很大，因為這是需要知道飛機與地面的實際距離。飛機近進過程中，會有高度提示:FiveHundred、FourHundred……Thirty、Twenty、Ten.這個數(shù)字就是無線電高度。一種典型的氣壓高度表3、氣壓與高度之場面氣壓高度即為飛機相對于起飛或著陸跑道的高度。為了使氣壓式高度表指示場面氣壓高度，飛行員需按照場壓來撥正氣壓式高度表，將氣壓式高度表的氣壓刻度波掙到場壓值上。民航目前不報場壓。3、氣壓與高度之標準海平面氣壓高度即為飛機相對于標準海平面的高度。飛機在航線上航行時，都要按標準海平面氣壓調(diào)整高度表。目的是使所有在航線上的飛機都有相同的“零點”高度，避免飛機在空中相撞。3、氣壓與高度之修正海平面氣壓高度如果按照修正海平面氣壓撥正氣壓式高度表，則高度表將顯示出修正海平面氣壓。飛機著陸時，將高度表指示高度減去機場標高就等于飛機距機場跑道面的高度。4、氣壓的水平分布特點氣壓在空間的分布稱為氣壓場。在一定時刻，我們要想了解氣壓的分布特征，就必須對氣壓場進行分析。4、氣壓的水平分布特點若等壓面簇與某一高度平面相交，就構(gòu)成等壓面的水平剖面圖。由水平剖面圖上等壓線的分布情況，可以看出氣壓在水平方向上的變化情況。如果這個平面是海平面，我們便得到了一張海平面等壓線圖，也就是地面天氣圖。4、氣壓的水平分布特點4、氣壓的水平分布特點之水平氣壓場形式低氣壓（簡稱低壓）低氣壓又稱為氣旋。它是由中心氣壓（或位勢）比四周低的一簇閉合等壓線（或等高線）所組成。其附近空間等壓面是向下凹的。高氣壓（簡稱高壓）高氣壓又稱為反氣旋，它是中心氣壓（或位勢）比四周高的一簇閉合的等壓線（或等高線）所組成。其附近空間等壓面向上凸起。4、氣壓的水平分布特點之水平氣壓場形式低壓槽（簡稱槽）低壓槽是低壓延伸出來的狹長區(qū)域，在槽中各等壓線曲率最大的點的連線稱為槽線。在槽附近的空間等壓面象地形中的山谷。高壓脊（簡稱脊）高壓脊是高壓延伸出來的狹長區(qū)域。在脊中等壓線曲率最大的點的連線稱為脊線。高壓脊附近的，空間等壓面象地形中的山脊。4、氣壓的水平分布特點之水平氣壓場形式鞍型氣壓區(qū)（簡稱鞍）鞍型氣壓區(qū)是由兩個高壓區(qū)和兩個低壓區(qū)相對組成的中間區(qū)域，其附近空間等壓面的形狀象馬鞍。4、氣壓的水平分布特點之水平氣壓梯度結(jié)論1：等壓線的疏密程度代表了氣壓在水平方向上變化快慢的程度。結(jié)論2：等壓線越密的地方，氣壓沿垂直等壓線的方向的變化就越快。水平氣壓梯度：5、氣壓與飛行的關(guān)系氣壓的變化導致空氣密度的變化，從而對航空器起飛和著陸滑跑距離產(chǎn)生影響。高度表撥正時由于修正海平面氣壓數(shù)值的錯誤，航空器著陸時高度表偏高造成復飛或高度表偏低造成場外接地。5、氣壓與飛行的關(guān)系之氣壓對航空器起飛和著陸的影響在其它因素不變的情況下，氣壓變小→空氣密度變小，航空器離地速度和起飛滑跑距離增大。因為空氣密度減小，要獲得同樣的升力應(yīng)當增大空速；另一方面，空氣密度減小，使發(fā)動機的功率減小，航空器增速減慢，因而使起飛滑跑距離增長。同樣在其它因素不變的情況下，當氣壓變?。諝饷芏葴p?。r，航空器接地速度和著陸滑跑距離增大。因為航空器接地時，升力接近于重力，當空氣密度減小時，所需的空速大，接地速度則大。另一方面，空氣密度減小時，空氣阻力也小，所以滑跑距離增長。5、氣壓與飛行的關(guān)系之氣壓對航空器起飛和著陸的影響航空器在起飛和著陸時都應(yīng)當使用修正海平面氣壓對高度表撥正。5、氣壓與飛行的關(guān)系之氣壓對航空器起飛和著陸的影響飛行人員在對氣壓高度表進行撥正時，由于各種原因，如果使用的修正海平面氣壓比實際數(shù)值大，就會造成航空器進場過低，可能造成航空器提前著陸或場外著陸。如果使用的修正海平面氣壓比實際數(shù)值小，就會造成航空器進場過高，可能造成航空器復飛。5、氣壓與飛行的關(guān)系之QNH和QNE適用區(qū)域確定航空器在空間的垂直位置需要二個要素：

測量基準面和自該基準面至航空器的垂直距離。5、氣壓與飛行的關(guān)系之QNH和QNE適用區(qū)域為了便于管制員和飛行員掌握航空器的超障余度，避免航空器在機場附近起飛、爬升、下降和著陸過程中與障礙物相撞，航空器和障礙物在垂直方向上應(yīng)使用同一測量基準，即平均海平面。因此，在機場地區(qū)應(yīng)使用修正海平面氣壓（QNH）作為航空器的高度表撥正值。修正海平面氣壓（QNH）和標準大氣壓（QNE）的適用區(qū)域:5、氣壓與飛行的關(guān)系之QNH和QNE適用區(qū)域在航路飛行階段，若統(tǒng)一使用QNE作為高度表修正值，則可以簡化飛行程序，易于保證航空器之間的安全間隔修正海平面氣壓（QNH）和標準大氣壓（QNE）的適用區(qū)域:5、氣壓與飛行的關(guān)系之QNH和QNE適用區(qū)域高度表撥正值適用范圍在垂直方向上用過渡高度和過渡高度層作為垂直分界。修正海平面氣壓（QNH）和標準大氣壓（QNE）的適用區(qū)域:5、氣壓與飛行的關(guān)系之QNH和QNE適用區(qū)域修正海平面氣壓（QNH）和標準大氣壓（QNE）的適用區(qū)域:5、氣壓與飛行的關(guān)系之QNH和QNE適用區(qū)域高度表撥正值適用范圍在水平方向上用修正海平面氣壓適用區(qū)域的側(cè)向界限作為水平邊界修正海平面氣壓（QNH）和標準大氣壓（QNE）的適用區(qū)域:5、氣壓與飛行的關(guān)系之QNH和QNE適用區(qū)域修正海平面氣壓（QNH）和標準大氣壓（QNE）的適用區(qū)域:第二節(jié)小結(jié)大氣壓力指單位面積上直至大氣上界整個空氣柱的重量。隨高度的增加氣壓是下降的。氣壓隨高度的增加而降低的快慢主要取決于空氣的密度。密度大的氣層，氣壓隨高度的增加而降低得快，密度小的氣層，氣壓隨高度的增加而降低得慢。本站氣壓、場面氣壓、修正海平面氣壓、標準海平面氣壓場面氣壓高度、標準海平面氣壓高度、修正海平面氣壓高度。氣壓場形式：低壓、高壓、槽、脊、鞍型場。注意氣壓與飛行之間的關(guān)系。第三節(jié)大氣濕度（一）常用的濕度表示方法（二）空氣濕度的變化大氣濕度的概念濕度是表示空氣潮濕程度的物理量。1、相對濕度（RelativeHumidity）空氣中的實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的百分比。相對濕度的大小直接反映了空氣距離飽和狀態(tài)的程度。（一）常用的濕度表示方法1、相對濕度（RelativeHumidity）空氣中的實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的百分比。相對濕度取決于：空氣中的水汽含量和溫度（一）常用的濕度表示方法之相對濕度2、露點（Td）和

溫度露點差（T-Td）當空氣中水汽含量不變且氣壓一定時，氣溫降低到使空氣達到飽和時的溫度，稱為露點溫度，簡稱露點（Td）。（一）常用的濕度表示方法之露點溫度2、露點（Td）和

溫度露點差（T-Td）溫度和露點的差，稱為溫度露點差T-Td溫度露點差越小，空氣越潮濕。（一）常用