氣象氣候學第一章引論.ppt

1、氣象學與氣候學,氣象學與氣候學,甘肅民族師范學院,3月1日下午，全國政協(xié)十屆五次會議在人民大會堂新聞發(fā)布廳舉行首場新聞發(fā)布會。會上，媒體記者反映熱烈，暖冬對中國經(jīng)濟社會發(fā)展會帶來那些影響的問題成為問答之間的熱點話題。新聞發(fā)言人吳建民表示，“暖冬”問題很重要，氣候變化問題已經(jīng)不是科學家在爭論的問題，這是個不爭的事實，現(xiàn)在全世界都在關注氣候變化問題。氣候變化是全球的重大問題，也是人類所面臨的共同挑戰(zhàn)。,2006年12月26日，科技部、國家發(fā)改委、外交部、中國氣象局、國家環(huán)保總局和中國科學院六部委聯(lián)合在京舉行新聞發(fā)布會，正式對外發(fā)布氣候變化國家評估報告。 氣候變化國家評估報告共分3個部分，即“氣候變

2、化的歷史和未來趨勢”、“氣候變化的影響與適應”和“減緩氣候變化的社會經(jīng)濟評價”。這份報告系統(tǒng)總結了我國在氣候變化方面的科學研究成果，全面評估了在全球氣候變化背景下中國近百年來的氣候變化觀測事實及其影響，觀測了21世紀的氣候變化趨勢，綜合分析、評價了氣候變化及相關國際公約對我國生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟和社會發(fā)展可能帶來的影響，提出了我國應對全球氣候變化的立場和原則主張以及相關政策。,3月4日晚：前后，記者在離海岸大約米處的煙臺山醫(yī)院門口發(fā)現(xiàn)，煙臺市解放路北段已經(jīng)是“水漫金山”，大部分路燈已經(jīng)熄滅，車輛無法通行，風暴潮帶來的狂風幾乎令人無法站立。記者從醫(yī)院的高處向北向東望去，濱海廣場淹沒在一片汪洋之中，隱

3、約可以看到巨大的海潮洶涌澎湃，海潮不時掀起約米高的海浪，排山倒海一般壓過來。,第一章 引 論,第一節(jié) 研究對象、任務和簡史 第二節(jié) 氣候系統(tǒng)概述 第三節(jié) 有關大氣的物理性狀,第一節(jié) 研究對象、任務和簡史,一、研究對象和任務 圖1 二、氣象學與氣候學的發(fā)展簡史 三、氣象學與氣候學和自然地理學的關系 四、氣象學與氣候學在四化建設中的作用,一、研究對象和任務,氣象學：研究大氣中各種物理過程和物理現(xiàn)象的科學 氣候學：在氣象學研究的基礎上所形成的研究氣候的形成 過程、分布和變化規(guī)律的科學,基本概念,（1）大氣物理學 （2）天氣學 （3）動力氣象學 （4）氣候學,研究對象,研究任務,（一）通過實踐，掌握氣

4、象觀測、氣候統(tǒng)計分析和氣候調(diào)查的方法，來記述所觀測到的氣候現(xiàn)象，從定性和定量兩方面說明他們的特性。 （二）探討它們的正確解釋和研究它們的發(fā)展規(guī)律，特別要掌握天氣演變和氣候形成的規(guī)律性，了解和解釋各不同地區(qū)的氣候特征，弄清氣候資源及其地理分布，進行氣候分類和氣候區(qū)劃，研究氣候變遷的原因及其規(guī)律。 （三）應用已發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，采取有效措施，充分利用氣候資源，減少人類活動對氣候的不利影響，防御或減少氣候災害，為有關的生產(chǎn)建設服務。 （四）氣象學、氣候學與自然地理學、環(huán)境生態(tài)學和區(qū)域地理等有密切的依存關系，在教學中還應注意為這些有關后續(xù)課程奠定必要的基礎。,二、氣象學與氣候學的發(fā)展簡 史,（一）萌芽時期（

5、準備階段） （二）發(fā)展初期 （三）發(fā)展時期,（一）萌芽時期（準備階段）,萌芽時期主要指16 世紀中葉以前。 這時期的特點是由于人類生活和生產(chǎn)的需要，進行一些零星的、局部的氣象觀測，積累了一些感性認識和經(jīng)驗，對某些天氣現(xiàn)象做出一定的解釋。, 發(fā)展初期包括16 世紀中葉到19 世紀末。 1593 年意大利學者伽利略（Galileo）發(fā)明溫度表，1643 年意大利學者托里拆利（Torricelli）發(fā)明氣壓表。 這一時期氣象學與氣候學的主要研究成果有： 海平面上風壓關系律、氣旋模式和結構、大氣中光電現(xiàn)象和云雨形成的初步解釋、大氣環(huán)流的若干現(xiàn)象解釋。世界年平均氣溫分布圖、世界月平均氣壓分布圖、世界年降

6、水量分布圖等。德國學者漢恩（Hann）于1883 年開始陸續(xù)出版了氣候學手冊三大卷。,（二）發(fā)展初期,（三）發(fā)展時期,1.早期20 世紀的前50 年,在此期間氣象學的發(fā)展中有三大重要進展 ： （1）鋒面學說 （2）長波理論 （3）降雨學說,在氣候學方面也有長足的進展,（三）發(fā)展時期,2.近期20世紀50 年代以后,由于電子計算機和新技術如雷達、激光、遙感及人造衛(wèi)星等的使用，大大地促進了氣象學與氣候學的發(fā)展。其主要表現(xiàn)如下：,（1）開展大規(guī)模的觀測試驗,（2）對大氣物理現(xiàn)象進行數(shù)值模擬試驗,（3）把大氣作為一個整體進行研究,（4）氣候學領域中的科學革命,三、氣象學與氣候學和自然地理學的關系,1、

7、氣象學與氣候學和陸地水文學 2、與生物學的關系 3、與地貌學的關系 4、與土壤地理學的關系,四、氣象學與氣候學在現(xiàn)代化 建設中的作用,1、農(nóng)業(yè) 2、交通運輸業(yè) 3、城建 4、國防與軍隊,復習與思考,1、氣象學與氣候學研究的對象是什么？ 2、氣象學與氣候學發(fā)展的各個階段的成果有那些？ 3、舉例說明氣象學與氣候學在四化建設中的應用 4、常識： 世界上第一個氣象站于1653年在意大利建立； 世界上第一顆氣象衛(wèi)星是美國與1960.4.1發(fā)射的； 世界上第一張?zhí)鞖鈭D于1820年由白朗弟繪制成； 最早編制云圖的國家是中國，編制與14世紀，名稱為白猿獻三老圖，載有云圖132幅； 世界氣象日為每年的3月23日

8、； 中國氣象學會于1924年10月10日在青島成立。,第二節(jié) 氣候系統(tǒng)概述,氣候系統(tǒng)概念： 氣候系統(tǒng)是一個包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈在內(nèi)的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的統(tǒng)一的物理系統(tǒng)。太陽輻射是這個系統(tǒng)的能源。在太陽輻射的作用下，氣候系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生一系列的復雜過程，這些過程在不同時間和不同空間尺度上有著密切的相互作用，各個組成部分之間，通過物質(zhì)交換和能量交換，緊密地結合成一個復雜的、有機聯(lián)系的氣候系統(tǒng)。,氣候系統(tǒng)的五大子系統(tǒng)： 大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈,一、大氣圈概述,（一）大氣的組成,（二）大氣的結構,（一）大氣的組成,干潔空氣,水汽,大氣氣溶膠粒子（固

9、體和液體微粒）,干潔空氣,（1）定義 （2）成分 N2最多氣體 ；生命體重要成分 ；不活躍氣體 ；豆科植物養(yǎng)料 O2次多氣體 ；呼吸必需氣體 ；化學性質(zhì)活潑 CO2 含量甚微 ；來源：生命呼吸、土壤有機體腐化、分解、化石燃料燃燒；作用：光合作用的原料，強烈吸收地面輻射，溫室氣體。 O3形成過程；垂直分布；原因；作用；臭氧層問題,水 汽,來源： 分布：垂直 水平 性質(zhì)與作用：,思考題： 為何雨前悶熱，雨后涼爽？ 為何有云的夜晚比無云夜晚暖和？,成分 作用,大氣氣溶膠粒子,概念 兩種煙霧類型 防治措施,大氣污染,洛杉磯光化學煙霧,光化學煙霧污染,倫敦煙霧污染事件,（二）大氣的結構,大氣層高度（大氣

10、的上界）的確定,密度上界2000-3000千米,物理上界極光-1200千米,（二）大氣的結構,氣溫濕度在垂直方向上的分布；,大氣的垂直分層的依據(jù),大氣中的擾動程度；,不同程度上的電離現(xiàn)象。,大氣的垂直分層,對流層,對流層特點,對流層是大氣的最下層，它的下界為地面，集中3/4大氣，90%水汽，日常所見的大氣現(xiàn)象均發(fā)生在此層，也是對人類生活、產(chǎn)生最有影響的層次。,氣溫隨著高度而降低,空氣具有強烈的對流、亂流運動,氣象要素水平分布不均勻：,在對流層內(nèi)，按氣流和天氣現(xiàn)象分布特點又可分為三層。 下層：又稱摩擦層或擾動層。它的范圍自地面到2km高度。下層受地面強烈影響摩擦作用、湍流交換十分明顯，各氣象要素

11、具有明顯的日變化。由于本層的水汽、塵粒含量多，因而低云、霧、霾、浮塵等出現(xiàn)頻繁。 中層：從摩擦層頂?shù)?km左右高度。這一層受地表影響較小，氣流的狀況基本上可以表征整個對流層空氣運動的趨勢。大氣中的云和降水現(xiàn)象大都產(chǎn)生在這一層。 上層：從6km高度到對流層頂。由于這一層離地面更遠，受地表影響更小，水汽含量極少，氣溫常在0以下，各種云多由冰晶和過冷水滴組成。在中、低緯度地區(qū)上層，常有風速30m/s的強風帶出現(xiàn)。 此外，在對流層和平流層之間有一個厚度為數(shù)百米至1-2km的過渡層，稱為對流層頂。此層主要特征是：氣溫隨高度增加變化很小，甚至無變化。這種溫度的垂直分布抑制了對流作用的發(fā)展，上升的水汽、塵粒

12、多聚集其下，能見度變壞。對流層頂?shù)臏囟仍诘途暥鹊貐^(qū)平均為-83，在高緯度地區(qū)約為-53。,溫度隨高度升高而增加 在平流層內(nèi)，隨著高度的增高，氣溫最初保持不變或微有上升，自25km以上氣溫隨高度增加而明顯上升，到平流層頂可達-3左右，平流層這種氣溫分布的特征，主要是臭氧對太陽紫外線的強烈吸收。雖然25km以上臭氧的含量已逐漸減少，但紫外輻射的強度隨高度逐漸增強，而空氣密度隨高度升高又迅速減小，致使高層吸收的有限輻射可以產(chǎn)生較大的溫度增量。 沒有強烈的對流運動 平流層溫度隨高度升高而增加，不利于空氣對流運動發(fā)展。所以叫平流層。飛機在此層飛行不易顛簸。 水汽、塵埃含量很少 平流層遠離地面，加之有逆溫

13、層存在，空氣無對流運動，水汽、塵埃很少，使得平流層天氣晴朗，大氣透明程度好。但有時在20-30km處可看到貝母云，它常出現(xiàn)在冬季極區(qū)。,平流層（對流層頂?shù)?5km）,在25千米高度上，有一個臭氧含量相對較高的層次，為臭氧層。由此向上、向下臭氧逐漸減少。,氣溫隨高度增加迅速降低： 頂界溫度可降至-83 -113，幾乎成為大氣層中的最低溫。其原因是這里沒有臭氧吸收太陽紫外輻射，而氮和氧等氣體所能吸收的波長更短的太陽輻射又大部分被更上層的大氣吸收了。因此，這里的氣溫隨高度是遞減的。 有相當強烈的垂直運動： 這種下暖上涼的氣溫垂直分布，有利于導致空氣的垂直運動，又稱“高空對流層”。 該層的80-90k

14、m高度上有一個只在白天出現(xiàn)的電離層，叫做D層。,中間層（平流層頂?shù)?5km）,溫度隨高度增加迅速上升： 據(jù)探測，在300km高度上，氣溫可達1000以上，這是因為所有波長0.175m的紫外線輻射，都被該層中的大氣物質(zhì)所吸收的緣故。 空氣處于高度電離狀態(tài)： 因而這層也稱為電離層。由于空氣密度極少，暖層中的N2、O2、O等氣體成分在強烈的太陽紫外線和宇宙射線的作用下，處于高度電離狀態(tài)。即E層和F層。它們都能反射無線電波，對無線電通訊具有重要意義。,暖層（中間層頂?shù)?00km）,整個大氣層的最外一層，是大氣圈與星際空間的過渡地帶，沒有明顯的邊界。這一層的氣溫也隨高度的增加而升高。由于氣溫高，且距地較

15、遠，受地球引力作用很小，所以大氣質(zhì)點中某些高速運動的分子不斷地向星際空間散逸，散逸層也由此而得名。,散逸層(外層)（800km高度以上的大氣層）,水圈、陸面、冰雪圈、生物圈部分（自學 ）,基本物理性質(zhì),第三節(jié) 有關大氣的物理性狀,主要氣象要素,空氣狀態(tài)方程,流動性,可壓縮性,粘著性,連續(xù)性,結論：因為空氣存在流動性、粘著性、連續(xù)性等特點，所以當一個地區(qū)上空的空氣上升時，必然有另一個地區(qū)的空氣的下降來對它進行補充，從而形成一種環(huán)流。,空氣物理性質(zhì),氣溫,氣壓,濕度,降水,風,云量,能見度,主要氣象要素,1、定義：表示大氣冷熱程度的物理量。 2、單位： 攝氏度（）溫標，以氣壓為1013.3hPa

16、或相當于760mmHg時純水的冰點為零度（0），沸點為100 度（100），其間等分100 等份中的1 份即為1。 絕對溫標，以K 表示，這種溫標中一度的間隔和攝氏度相同，但其零度稱為“絕對零度”,規(guī)定為等于攝氏-273.15 。因此水的冰點為273.15K，沸點為373.15K。 3、單位換算：T=t+273.15t+273 （12） 大氣中的溫度一般以百葉箱中干球溫度為代表,氣溫,1、定義：單位面積上所承受到的整個空氣柱的質(zhì)量，即大氣的壓力。實質(zhì)：氣壓的大小決定于整個空氣柱質(zhì)量的多少 2、單位：mmHg 、mb、 hpa 3、標準大氣壓：在緯度為45的海平面上，溫度為0時，所測得的水銀柱高

17、高為760mm的大氣壓強，為一個標準大氣壓（1013.25mb）。 4、測量儀器：定槽式水銀氣壓表、動槽式水銀氣壓表、自記氣壓計、空盒水銀氣壓表。 精確的氣壓值是用水銀氣壓表來測量的。,氣 壓,定義：表示大氣中水汽量多少的物理量稱大氣濕度。 意義：大氣濕度狀況直接影響了云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的 形成。,水汽壓(e)及飽和水汽壓(E),相對溫度（f）,飽和差（d）,比濕（q）,水汽混合比（）,露點（Td）,濕度表示方法,濕 度,水汽壓（e）：大氣中水汽產(chǎn)生的那部分壓力。單位：hap,水汽壓及飽和水汽壓,飽和水汽壓（E）：溫度一定，單位體積空氣中的水汽含量是有一定限度，空氣達到此限度時為飽和濕空氣

18、，飽和濕空氣中的水汽所產(chǎn)生的那部分壓力，即最大水汽壓。,表示方法：空氣中的實有水氣壓e與同溫度下飽和水氣壓E的百分比，用f表示。 f=e/ E *100%,相對濕度（f）,意 義：相對濕度直接反映了空氣距離飽和的程度。 相對濕度越大，越接近飽和，當達到100%時，空氣就達飽和狀態(tài)，此時水汽就要開始凝結。,定 義 在一定溫度下，飽和水汽壓E與實際空氣中水汽壓e之差稱飽和差（d）。即d=E-e。,飽和差（d）,意 義 d 表示實際空氣距離飽和的程度。d越大，越不飽和；d=0，空氣達飽和狀態(tài)；d0，說明不飽和；d0，過飽和。,定 義 在一團濕空氣中，水汽的質(zhì)量與該團空氣總質(zhì)量（水汽質(zhì)量加上干空氣質(zhì)量

19、）的比值，稱比濕（q）。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=m水/（m水+m干） 或 q=e/p*0.622,比 濕（q）,意 義（見課本P17 ）,定 義 一團濕空氣中，水汽質(zhì)量與干空氣質(zhì) 量的比值稱水汽混合比（） （單位：g/g）,水汽混合比（）,定 義 在空氣中水汽含量不變，氣壓一定下，使空氣冷卻達到飽和時的溫度， 稱露點溫度，簡稱露點（Td）。單位：或K,露 點（Td）,結 論 氣壓一定時，露點的高低只與空氣中的水汽含量有關，水汽含量越多，露點越高，所以露點也是反映空氣中水汽含量多少的物理量。 在實際大

20、氣中，空氣經(jīng)常處于不飽和狀態(tài)，此時的露點要比氣溫要低，也即TdT。當Td=T時，空氣飽和；當Td-T0時，空氣不飽和；當Td-T0，空氣過飽和。,上述大氣濕度的表示方法中，水汽壓（e）、比濕（q）、水汽混合比（）、露點等基本上表示了空氣中水汽含量的多少。 而相對濕度、飽和差、溫度露點差則表示了空氣距離飽和的程度。,總 結,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、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。 在高緯度地區(qū)冬季降雪多，還需測量雪深和雪壓。雪深是從積雪表面到地面

21、的垂直深度，以厘米（cm）為單位。當雪深超過5cm 時，則需觀測雪壓。雪壓是單位面積上的積雪重量，以g/cm2 為單位。降水量是表征某地氣候干濕狀態(tài)的重要要素，雪深和雪壓還反映當?shù)氐暮涑潭取?降 水,空氣的水平運動稱為風。風是一個表示氣流運動的物理量。它有大小（風速），又有方向（風向），是一個向量。風向是指風的來向。地面風向用16 方位表示；高空風向常用方位度數(shù)表示，即以0（或360）表示正北，90表示正東，180表示正南，270表示正西。在16方位中，每相鄰方位間的角差為22.5。風速單位常用m/s、knot（海里/小時，又稱“節(jié)”，）和 km/h 表示， 其換算關系如下 1m/s=3.6km/h 1knot=1.852km/h 1km/h=0.28m/s 1knot=1/2m/s,風,地面風向表示方法,在地面天氣圖上，用下列圖示來表示風，風尾長劃風速為4米/秒，即風力為2級，短劃風速為2米/秒。一個風旗，表示風力為8級。風尾和風旗均放在風桿的左側。,西南風5級,東南風12級,天氣圖上風的表示方法,云是懸浮在大氣中的小水滴、冰晶微?；蚨呋旌衔锏目梢娋酆先后w，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，