气象学复习提纲与资料.doc

绪论：气象学划分：主要有天气学，气候学，大气物理学，动力气象学，应用气象学，大气探测学以及人工影响气象学等。农业气象学概论：农业气象学是研究气象条件和农业生产相互关系及相互作用规律的一门学科。 主要任务有：农业气象基础理论的研究农业气象情报和预报农业气候资源的开发利用与保护农业小气候的利用与调节农业气象灾害规律的掌握及灾害防御农业气象检测大气的组成：干空气（氮气，氧气，氩气等），水分和固体杂质（气溶胶粒子） 大气垂直结构：对流层（集中了3/4的大气质量和几乎所有的水汽），平流层，中间层，暖层，散逸层 对流层特点：温度随高度的升高而降低有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动气象要素水平分布不均匀大气污染概念：由于自然过程和人类活动的结果，直接或间接地把大气正常成分之外的一些物质和能量输入大气中，其数量和强度超出了大气的净化能力，以致造成伤害生物，影响人类健康的现象称为大气污染。 其分类： 固体或液体的微粒 痛称为气溶胶粒子。 气态化合物 通称为化学污染物。 其三个环节：即空气污染物由污染源排出；经过大气运送；到污染对象第一章太阳高度角：太阳平行光线与水平面的交角称为太阳高度角。简称太阳高度 。 赤纬：是太阳光线垂直照射地球的位置。用阳光直射点的地理纬度表示 方位角：太阳光线在水平面上的投影与当地子午线间的夹角称为太阳方位角可照实数：在天文学上，其地的昼长是指从日出到日没太阳可能照射的时间间隔，也可称为可照实数 。 全天可照实数：t=2W/15 （W为时角） 实照实数：将日中太阳直接照射地面的实际实数称为实照实数。 太阳直接照射的实际实数会短于可照实数 为了区别于可照时间，把包括曙暮光在内的日长时间称为光照时间 光照时间=可照时间+曙暮光时间太阳辐射通过大气后减弱的规律 太阳辐射在通过大气层到达地面的过程中，由于大气对太阳辐射有吸收，散射，反射的作用，使得投射到大气上界的太阳辐射不能完全到达地面 、大气对太阳辐射的吸收： 氧气对波长小于0.2nm的紫外线有较为明显的吸收作用 臭氧能强烈吸收短波辐射 二氧化碳和水汽的吸收带主要是在红外线区 悬浮在大气中的水滴，杂质等也能吸收部分太阳辐射 (二) 大气对太阳辐射的散射 大气的散射作用主要减弱了太阳可见光区的辐射 (三) 云层和尘埃对太阳辐射的反射 大气对太阳辐射的减弱 以反射和散射作用大于吸收作用 (四) 影响太阳辐射在大气中减弱的因素 主要取决于太阳辐射在大气中经过的路径长短和大气透明程度1 大气光学质量m(太阳辐射穿过大气层的路程) 2 大气透明程度P(表明太阳辐射通过大气后的削弱程度) 3 减弱定律（Beer吸收定律）太阳直接辐射，散射辐射的变化 太阳直接辐射辐照度的强弱与许多因子有关系，最主要的是太阳高度角和大气透明程度，其次直接辐射辐照度还随纬度而改变 散射辐照度主要取决于太阳高度和大气透明程度。另外，云状云量，海拔高度和下垫面性质都能影响散射辐射的强弱下垫面对太阳辐射反射的影响下垫面对太阳辐射的反射率大小决定于下垫面的性质和状态：颜色；不同颜色的各种下垫面对太阳辐射可见光部分有选择反射作用土壤；土壤湿度的增加，可使地面反射率减小粗糙度；随粗糙度增加，反射率很快减小太阳高度角；其较小时，光线入射角大，无论何种表面，对于入射角大的光线的反射率也大光照时间与作物引种（注意方面）纬度相近的地区，因光照时间相近，引种成功可能性大对短日性植物而言，南种北引时，宜用早熟或感光性弱品种，反之亦然第二章热量交换的方式，土壤的热特性 热量交换的方式可归纳为四种：1）辐射热交换2）分子传导3）流体流动热交换4）潜热交换（一）对流（二）乱流（三）平流 土壤热特性包括土壤热容量，导热率和导热率 热容量：单位体积的土壤温度变化1C时所吸收或放出的热量 导热率 B=T B为土壤热通量，即单位时间内通过单位面积的热量，T为土壤温度垂直梯度，负号表示热量传导的方向由高温指向低温， 为导热率 导温率 :单位体积的土壤，由垂直方向流入或流出焦耳的热量时，温度升高或降低的数值，又称扩散率 单位是mS(米S) k=Cv k为导温率，为导热率，Cv为容积热容量 地表面与地表层的热量收支规律热量收支情况，可以用下式表示，R=P+B+LE,称为热量平衡方程式，其中R为地面净辐射，P为地表面与大气之间的乱流交换热通量，B为地表面与下层土壤间的分子传导热通量，LE为地表面水分蒸发或水凝结时消耗或放出的热量，其中E为蒸发或凝结量，L为汽化潜热（25kJ/g-1）单位均为Wm-2 土层温度日变化，年变化规律日变化：土壤温度在一昼夜间随时间的连续变化，称为土壤温度日变化，一般土壤表面的最高温度出现在13时左右，最低温度出现在将近日出时，正午之后，太阳辐射层虽然逐渐减弱，但土壤表现净辐射值仍大于其乱流交换、分子传导、蒸发等方式所支出的热量，即土壤表面的热量收支差额仍为正值，直到13时左右，热量收支达到平衡，呈现最高温度。此后，土表得热少于失热，温度逐渐下降，至次日将近日出时，热量收支达到平衡，出现一日中最低温度。年变化：主要决定于太阳辐射能的变化，在北半球中，高纬度地区，土壤表面平均最高温度，一般出现在78月份，月平均最低温度出现在12月份，它们分别落后于太阳辐射最强的夏至和最弱的冬至月份。 影响土层温度变化的因子 太阳高度角，是影响土表温度日变化最主要和最基本的因子 土壤热特性 土壤颜色 地形 大气 空气温度的日变化和年变化日变化：空气温度的日变化和土壤一样，一天中有一个最高值和最低值，两者之差为气温日较差。通常最高温度出现在1415时，最低温度出现在日出前，当然，由于，季节和天气的影响，可能提前或落后。年变化：气温的变化与地面温度年变化十分相似，在北半球中高纬度大陆上，一年中最热月和最冷月分别出现在7月和1月，海洋上和海岸地区较大陆落后1个月左右，分别出现在8月和2月。 大气静力稳定度及其判断大气静力稳定度时表征大气层稳定度的物理量，又称大气层结稳定度。大气层结是指大气中温度、湿度的垂直分布，气块受到垂直方向扰动后，大气层结使它具有返回或远离原来平衡位置的趋势和程度，即为大气静力稳定度。大气是否稳定取决于r（周围空气的温度垂直梯度）和Rd、Rm（本身的绝热直减率）的对比关系，即： RRd时，必然是RRdRm，对饱和或未饱和空气都不是稳定的，故称RRd的气层是绝对不稳定的。 RRm，必然RRd，因此不论气块是否饱和，大气都是稳定的，故称RRd时气层时绝对稳定的 R=Rd的气层，对于作干绝热升降运动的气块而言时中性的，而对于做湿绝热升降运动的气块而言，大气是不稳定的 R=Rm，RRd的气层，对于做湿绝热升降运动的气块而言，大气是中性的，但对未饱和空气或干空气而言，大气时稳定的 RmRRd的气层，对于干空气与未饱和湿空气而言，大气时稳定的，但对于饱和空气而言则是不稳定的，故称这种气层为条件性不稳定三基点温度及受害致死温度 三基点温度：植物生命、生长和发育的生理过程中的最适温度、最低温度和最高温度 植物遇低温而导致的受害或致死，称冷害和冻害，在冻结温度以上低温危害称冷害或寒害，冻结温度以下的危害称为冻害，植物由温度过高而造成的危害称为热害农业上常用的界限温度及其意义 对农业生产具有普遍意义，标志某些重要物候现象或农事活动的开始，终止或转折的温度叫农业界限温度，简称界限温度，常用的界限温度有：0，5，10，15，20。 意义：1 分析与对比年代间与地区间稳定通过相邻两界限温度日期的早晚，以比较其回暖，变冷的早晚及对作物的影响2 分析对比年代间与地区间稳定通过相邻两界限温度日期之间的间隔日数，以比较升温与降温的快慢，分析其对作物的“利”与“弊”3 分析与对比时间与地区春季到秋季稳定通过某界限温度日期之间的持续日数积温在农业上的作用 积温是作物与品种特性的重要指标之一，分析引进或推广地区的温度条件能否满足作物生育所要求的积温 作为物候期预报，收获期预报，病虫害发生时期预报等的重要依据 作为农业气候专题与区划的重要依据之一 负积温可用来表示作物越冬的温度条件 土温对于植物的影响 土温影响植物根系对水分和养分的吸收 土温影响植物块根、块茎的形成 土温影响种子发芽、出苗 土温影响昆虫的发生第三章 空气温度表示方法 绝对温度：单位体积空气中所含的水汽质量，称为绝对温度，又称水汽密度，单位是gm-3（克米-3） 水汽压与饱和水气压水汽压：大气中水汽所产生的分压强称为水汽压，单位为hpa或mmHg表示 e=wRwT e为水汽压，为水汽密度，T为绝对温度表示的气温，Rw为水汽气体常数饱和水汽压：在一定条件下，单位体积的空气所能容纳的水汽数量有一定的限数，如果水汽含量达到该限度，空气呈饱和状态，此时空气中的水汽压称饱和水汽压相对湿度：空气的实际水汽压（e）与同温度下的饱和水汽压（E）的百分比，称为相对湿度，其表达式为：r=e/E*100%饱和差：某一温度下的饱和水汽压与实际水汽压之差，称饱和差，单位为hpa，d=Ee露点温度：当空气中水汽含量不变且气压一定时，通过降低温度，事未饱和空气达到饱和时所具有的温度称露点温度，简称露点比湿：单位质量空气中所含的水汽质量称为比湿 绝对温度的日变化和年变化 日变化：两种类型：单波型：一天中出现一个最高值和最低值，在乱流，对流不强，或水分供应不足的地区，一天中随温度的升高，蒸发蒸腾加强，近地层空气中水汽含量增多，绝对湿度变大，反之，绝对湿度变小，这种大致与气温日变化相似的单波型，多发生在海洋，海岸，寒冷季节的大陆和暖季的潮湿地区，最大值出现在午后，最小值出现在日出之前。双波型：在乱流，对流较强的季节或地区，当一天温度最高时，乱流与对流运动最强，低层空气中的水汽容易被带至高空，从而使低层大气中水汽含量减少，这样一天中绝对湿度就有两个最大值，分别在89时和2021时，两个最小值为日出之间和1415时，双波型一般出现在暖季的大陆或沙漠等地区。 年变化：绝对湿度年变化一般与气温年变化一致，在陆地上最大值出现在蒸发最旺盛的7月，最小值出现在蒸发最弱的1月，海洋则在8月和2月出现。 受气象条件影响的睡眠蒸发速率 水温越高，蒸发越快 蒸发面温度下的饱和水汽压和蒸发面上方的水汽压差值越大，蒸发越快 蒸发速率随风速的增大而增大 蒸发速率还与气压称反比 静态实验室稳定空气条件下的水面蒸发速率表达式，即w=EeP 土壤蒸发及水分保持 土壤蒸发是指土壤水分汽化并向大气扩散的过程： 土壤蒸发速率的决定因素： 辐射、温度、湿度和风等气象因子，即大气蒸发力 土壤含水量的大小和分布即土壤性质，结构等因子，即土壤的供水能力，土壤水分蒸发归纳为两种不同过程来完成：一种蒸发直接发生在土壤表面，发生在土层中充满水分或者下层土壤通过毛管向土表输送水分的速度等于蒸发时，另一种时水分在土壤中汽化后，水汽通过土壤的孔隙达到表层后溢出土表 为保持土壤的水分，可采取某些措施以减少土壤中水分的蒸发，例如：在土壤未变干之前，可采取疏松表土，切断毛细管，然后把表土压碎拍实。再如目前采用的地膜覆盖以及抑制蒸发剂等技术。 植物蒸腾 蒸散 植物体内的水分通过体表（主要是叶片表面）汽化进入大气的过程称蒸腾。 植物蒸腾耗水量和植被下土壤表面蒸发耗水量的总和称为农田总蒸发量，亦称蒸散量。水汽凝结条件，凝结物种类 空气中水汽达到过饱和状态，空气中水汽达到过饱和状态有两种途径：一是增加大气中的水汽含量，使水汽压超过当时温度下的饱和水汽压，二是降低空气温度，使饱和水汽压减小到小于当时的实际水汽压。空气中有凝结核或凝结华（可溶性核或非可溶性核）PS：凝结核促使水汽凝结的主要原理：一方面时凝结核对水汽分子的吸引力大于水汽分子之间的合并力，同时，凝结核的存在使胚胎半径增大，曲率变小，其表面饱和气压减小，使水汽分子容易在其上凝结。凝结物种类：地面上的凝结物：是近地层中的水汽，水滴或冰晶，直接在地面或地物上凝结或凝华而成（雾，霜，雾凇和雨凇） 近地气层中的凝结物（雾）（辐射雾，平流雾，平流辐射雾） 自由大气中的凝结物（云）（低族云，中族云，高族云）云存在，发展的条件 自由大气中水汽的凝结必具水汽过饱和及有凝结核存在，而云的存在和发展还必须有水汽的不断输送，因此，空气的上升运动时云形成和发展的主要原因，在上升过程中，空气即发生绝热冷却，把大量水汽和杂质（凝结核）源源不断地带至高空，这样才有利于云的形成，发展和维持。降水种类，形成过程，表示方法 降水种类：雨（从云降落到地面的液态雨滴）、雪（从云降落到地面的各种类型冰晶的集合物）、霰（白色不透明而松脆的冰球直径约为1）、冰雹（从积雨云中降落的冰球或冰块 表示方法：从云降落到地面的液态水或固态水，未经蒸发、渗透和流失，在水平面上所积聚的水层深度为降水量，以mm为单位，取一位小数 降水强度：单位时间的降水量成为降水强度 降水变率：用来表示降水量年际间变动程度的统计量分绝对变率和相对变率两种 形成过程：关键是云滴能否继续增长及其增长过程有两种：凝结增长过程和碰并增长过程，一般来说，在云滴增长初期凝结过程是主要的，当云滴增长到一定程度后，则以碰并增长为主 提高水分利用率途径 在农业生产上常用的提高水分利用率的措施有灌溉、种植方式、屏障、覆盖、染色、作物及品种配置等。 灌溉：滴灌、暗灌、沟灌、灌溉时间以水分临界期效益最高 种植方式：土壤水分充足时，适当密植与缩小行距水分 土壤缺水时，窄行距用水 行向：大风情况下，防风林带，风障可提高水分有效利用率，再者用地膜，麦草等措施也可提高水分有效利用率 此外，合理施肥，应用抗蒸腾化学剂，搞好农田基本建设第四章气压概念，垂直变化概念：大气作用于单位面积上的力称为大气压强，一般的气压等于单位面积上大气柱的重量垂直变化：在同一地点同一时刻，随着高度的增加，气压急剧减小静力学方程：dPdZ=g，静止大气中，气压只是随高度发生变化。压高公式：z=18400（1+a t）lgP1P2（m）气压场的表示方法、基本形式（等压线，等压面）风，空气质点所受的力 空气相对于地面的水平运动称为风，矢量 空气质点所受的力： 水平气压梯度力：水平方向上气压分布不均匀时，单位质量的空气快受到水平方向上的净压力称为水平气压梯度力 水平地转偏向力：因地球的自转使气块运动方向发生偏离的现象，这个假象的力称为水平地转偏向力 惯性离心力：时在转动系统内的观察者所察觉到的力 摩擦力：两层速度不同的空气之间的摩擦力称为内摩擦力，空气运动时，与地面之间的摩擦力称为外摩擦力地转风，偏向风 在自由大气平直等压线的气压场中，当水平气压梯度力和水平地转偏向力相平衡时，空气做匀速直线运动在自由大气中，当空气做曲线运动时，作用于空气上的路除了水平气压梯度力和水平地转偏向力之外，还有惯性离心力，这三个力达到平衡时形成的风，叫做梯度风三圈环流形成 从赤道流出的空气在纬度30附近堆积起来，使该纬度附近地面气压升高形成高压带，称副热带高压带，赤道上有空气流出，所以赤道地区低空形成赤道低压带，空气在副热带高压带中下沉，低空的空气向两测气压较低的方向，即向赤道和极地分别流去，流向赤道的气流在水平地转偏向力的作用下逐渐偏转，形成东北信风和东南信风，两股信风在赤道附近辐合上升，补偿了赤道高空空气的流出，于是形成了低纬地区的热带环流圈季风环流，地方性环流 大范围地区冬季和夏季的盛行风向几乎相反，且主导气流的冷暖干湿等性质也迥然不同，这种现象称为季风（东亚季风，南亚季风） 由于小范围内下垫面性质不同，常常形成局地环流：有海陆风，山谷风，焚风海路风：白天吹海风，晚上吹陆风山谷风：白天的山风称为谷风，夜间的下山称为山风焚风：气流越过高山大脉后，在山的背后所形成的炎热而干燥的风，称为焚风峡谷风风对农业的作用风可调节农田小气候状况，能影响农田乱流交换强度，增强地面和空气的热量交换，增加土壤蒸发和植物蒸腾。风能传播花粉，种子（其传播能力随种子的大小和重量不同而不同）风害：使作物倒伏，折断，遭受机械损伤，吹走表土，使根系暴露，间接影响植物病虫的侵害，直接影响害虫的地理分布，能传播病原体，造成作物病害蔓延第五章天气系统，气团天气是指一定地区内，短时间的冷暖，干湿，阴晴，风云，雨雪等天气的状况和现象，也就是短时间内的各种气象要素的总和表现在水平方向上空气物理比较均匀的大块空气称为气团。锋，锋的分类及天气特征当天气冷暖气团相对运动时，在其交界面上有一个过渡带，通常称为锋锋的分类：暖风：暖气团向冷空气一方推移的锋称为暖锋，暖锋移来时气压下降，地面锋线过境之后，气温会普遍升高，主要云系和天气常发生在锋面上 第一型冷锋：冷锋指冷气团向暖气团一方推移的锋，冷锋过境后，气温普遍下降，气压升高，推移速度慢的为第一型冷锋，也称为第一型冷锋，降水区出现在锋后，多为连续性降水。 第二型冷锋：下半年这种冷锋过境时，往往狂风暴雨，雷电交加，但时间短暂，锋线一过天气转晴，冬半年，冷锋空气都很干燥，锋前只出现一些中高云，甚至无云，锋面过境后伴有大风，沙暴天气 静止锋：指移动很缓慢呈准静止状态的锋，其天气特征和第一型冷锋相似，但坡度比较小，即云雨范围比较宽广，降水强度小，持续时间长 锢囚锋：其天气仍保留原来两条锋面天气的特征，并且锋面锢囚时暖空气进一步抬升，云层增厚，降水增强，显著特点：锋两侧都是雨，降水区扩大气旋，反气旋气旋是中心气压比四周低的大尺度水平空气涡旋，在气压场上，又称低压反气旋是中心气压比四周高的大尺度水平空气涡旋，在气压场上，又称高压高空槽（脊），切变线在自由大气中，西风带气流在水平方向上主要是呈波状运行的，其波谷和波峰对应低压槽和高压脊，分别称为高空槽和高空脊切变线是指1500m高空上（即850hpa或700hpa等压面上）风向，风速发生气旋性（逆时针）变化的不连续线第六章寒潮，霜冻，冷害及其防御寒潮是指冬半年，由于强冷空气活动引起的大范围剧烈降温的天气过程霜冻是指在短时间内作物遭受的低温危害，它是一种灾害性天气防霜措施：农业技术措施：合理配置各种作物的比例，并选择好作物的事宜播种期和大田移栽期 人工防霜：霜冻发生前，用熏烟，灌溉，覆盖，加热等方法直接