2010大气科学基础第一章.ppt

第一章大气概述 1地球系统 2地球大气的成分 3大气的重要性 4主要气象要素 5空气状态方程 6大气垂直结构 7 气压场分布特征 5主要气象要素 4 1气温 4 2气压 4 3空气湿度 4 4风 4 5云 4 6降水 4 7水平能见度 4 1气温 1 概念 表示空气冷热程度的物理量 1 温标 单位符号冰点沸点 t0100KT273 15373 15 F32212 4 1气温 2 2 换算关系 4 2气压 1 单位 Pa hPa mmHg atm mb2 换算关系 标准大气压 在温度为0 纬度为45 时 晴天海平面上的大气压为一个标准大气压 其数值等于1013 25hPa 1标准大气压 1013 25hPa 760mmHg1hPa 1mb 3 4mmHg 问题 一般来说 地面上高气压的地区往往是晴天 低气压的地区往往是阴雨天 为什么 1005 0 1002 5 5 1000 0 高 地面上高气压的地区往往以晴朗天气为主 3 气压与天气的关系 1 压强增大体积减小温度升高凝结物消散 低 1005 0 1002 5 1000 3 气压与天气的关系 2 地面上低气压的地区往往以阴雨天气为主 压强减小体积膨胀温度降低水汽凝结 问题 为何冬春季空气干燥 夏季天气闷热 大气湿度 表示大气中水汽含量多少的物理量 湿度参量 1 混合比2 比湿3 水汽压4 水汽密度5 相对湿度6 露点温度难点是各个湿度参量之间的关系 4 3空气湿度 1 1 混合比r混合比r 湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比 单位为g g g kg 饱和混合比rs 4 3空气湿度 1 1 混合比r混合比r 湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比 单位为g g g kg v vapor 1 d drys saturated 饱和混合比rs 饱和湿空气的混合比 4 3空气湿度 2 2 比湿q比湿q 湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比 单位为g g g kg 2 4 3空气湿度 2 2 比湿q比湿q 湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比 单位为g g g kg 3 饱和比湿qs 上下同除md 4 3空气湿度 3 3 水汽压e水汽压e 空气中所含水汽的分压强 单位为Pa hPa 4 水汽摩尔分数 湿空气压强 换算关系 换算关系 e和P同时取Pa或hPa 则r取g g 换算关系 e和P同时取Pa或hPa 则q取g g 4 3空气湿度 3 饱和水汽压es 某一温度下 空气中的水汽达到饱和时所具有的水汽压 它表示了空气中水汽的最大容量 也叫最大水汽压 单位为hPa Magnus经验公式 0 时的饱和水汽压 大小为6 1078hPa 4 3空气湿度 4 4 绝对湿度a 单位容积空气中所含的水汽的质量 即水汽的密度 v 单位为g m 3 kg m 3 水汽比气体常数 e PaT K v kg m3 4 3空气湿度 5 5 相对湿度Uw 一定温度和压强下 水汽与饱和水汽的摩尔分数之比 常用百分比表示 4 3空气湿度 7 6 露点温度td 在湿空气中水汽含量和气压不变的条件下 当气温降低到对水面而言空气达到饱和时的那个温度 简称露点 4 3习题 1 试列出表示空气湿度的六种参量 并简述其含义 2 比较e和es q和qs t和td的区别 3 试说明露点温度为什么可以表示空气中湿度的大小 4 某湿空气的气压为1026 8百帕 混合比为5 5克 千克 试求它的水汽压 4 3习题 5 已知某气块的温度为25 气压为1080百帕 相对湿度为65 求该气块的水汽压 饱和水汽压 绝对湿度 比湿和露点温度的大小 100 7148 5 1860 lg3 3709 0 5277 4 4风 风指空气相对于地面的水平运动1 风向 16方位 地面 360 方位 高空 4 4风 2 风速 m s 1 km h 1 mile h 11m s 1 3 6km h 1 1mile h 1 1 85km h 1风力等级表 0 12级 桑美为自1949年我国建国以来登陆中国大陆最强的台风 其登陆时近中心最大风速达到了60m s 严重影响了中国东部沿岸地区 造成了25亿美元的损失 4 4风 3 问题 台风是如何命名的 2010年生成的部分台风 1001号7 13Omais奥麦斯美国漫游 Palauan语 1002号7 14Conson康森越南古迹1003号8 1Chanthu灿都柬埔寨一种花1004号8 2Dianmu电母中国神话中的雷电之神1005号8 3Mindule蒲公英朝鲜一种小黄花1006号8 4Shizishan狮子山中国香港香港山名1007号8 5Kompasu圆规日本圆规星座1008号8 6Namtheun南川老挝河1009号8 7Malouy玛瑙澳门一种宝石1010号8 8Meranti莫兰蒂马来西亚一种树 4 4习题 1 风向 风速如何表示 4 5云 1 悬浮在大气中的小水滴或冰晶微粒 或两者混合的可见聚合体 有时也包含一些较大的雨滴 冰晶或雪粒 它底部不接触地面 有一定的厚度 云的观测包括云状 云量 云高 4 5云 2 大气上升运动形式和规模不同 形成的云也有所差异 可分为积状云 层状云 波状云等 4 5云 3 云的分类 三族十属二十九类高云 6000米 卷云 卷层云 卷积云中云 2000 6000米 高层云 高积云低云 2000米 积云 积雨云 层积云 层云 雨层云 游丝天外飞 久睛便可期 日晕三更雨 月晕午时风 鱼鳞天 不雨也风颠 天上灰布悬 雨丝定连绵 4 4复习题 1 云如何分类 4 6降水 指从云中降落到地面的液态或固态水 降水通常用降水的形态 降水的性质 降水量 降水强度来表示 按外形可分为 雨 毛毛雨 雪 霰 米雪 冰粒 冰雹 冰针等 降水量是指从天空降落到地面上的液态或固态 经融化后 的降水 未经蒸发 渗透 流失而积聚到水平面上的水层深度 它以mm为单位 冰针 4 7水平能见度 指视力正常的人 在当时的天气条件下 能从天空背景中看到和辨认出目标物 黑色 大小适度 的最大水平距离 单位为km 是判断大气浑浊程度的物理量 雾 沙尘和气溶胶粒子均可使能见度降低 2010年11月19日早上7时 四川省气象台发布大雾橙色预警 成都双流机场路附近重雾弥漫 据目测能见度 20米 受持续沙尘污染的影响 北京的空气质量从 日开始轻度污染 9日攀升到最严重的五级重度污染 导致北京市进入 月以来 还只有两个 蓝天 4 7复习题 1 什么是水平能见度 第一章大气概述 1地球系统 2地球大气的成分 3大气的重要性 4主要气象要素 5空气状态方程 6大气垂直结构 7 气压场分布特征 5空气状态方程 一 理想气体状态方程二 干空气状态方程三 水汽状态方程四 湿空气状态方程 四 湿空气状态方程 虚温的目的和意义 引入虚温的目的是将大气中所含水汽对比气体常数的影响包含到温度中去 其意义在于同一压强下干空气密度等于湿空气密度时干空气所应具有的温度 5习题 1 某湿空气的气压为1000百帕 温度为27 0 水汽压为20百帕 试求此气块的干空气密度和水汽密度 2 如果一块30 的空气的比湿为19 6克 千克 求它的虚温 如果湿空气的总压强是1014百帕 求它的密度是多少 第一章大气概述 1地球系统 2地球大气的成分 3大气的重要性 4主要气象要素 5空气状态方程 6大气垂直结构 7 气压场分布特征 认识大气层 天有多高 严格地说 大气层的上部是没有明显上界的 通常可根据某些物理现象出现的最大高度来确定大气的上界 如把极光出现的最大的高度定为大气上界 也就是1200KM左右 若把大气密度接近于星际气体密度的地方定为大气上界 这时大气上界约在2000 3000KM之间 加拿大育空地区的极光 6大气垂直结构 6 1成分结构 均匀层 非均匀层 6 2压力结构 气压层 外大气层 逸散层 6 3电离结构 电离层 D E F 磁层 6 4温度结构 对流层 平流层 中层 热层 外层 6 1成分结构 地面 湍流混合为主均匀层 100km 地面 湍流混合为主均匀层 100km 分子扩散与湍流混合相当湍流层顶 6 1成分结构 地面 湍流混合为主均匀层 100km 分子扩散与湍流混合相当湍流层顶 高空 以分子扩散为主非均匀层 6 1成分结构 地面 湍流混合为主均匀层 100km 分子扩散与湍流混合相当湍流层顶 高空 以分子扩散为主非均匀层 干洁大气 水汽 气溶胶 6 1成分结构 地面 湍流混合为主均匀层 100km 分子扩散与湍流混合相当湍流层顶 高空 以分子扩散为主非均匀层 干洁大气 水汽 气溶胶 H轻HeON2重 6 1成分结构 6 2压力结构 气压层 500km 6 3电离结构 a 电离层 高层大气中被电离的区域 约为地表60km到500 1000km 可分为D E F层 白天D E F层同时存在 F层可分为F1 F2层 夜间D E层消失 而F层减弱 但仍存在 b 磁层 500 1000km以上问题 为什么有时夜间能收到的广播电台 白天却消失了 60 90 100 300 无线电波的远距离传输是借助地面和电离层之间的多次反射而实现的 电离层对电磁波有吸收 反射和折射作用 D层反射能力弱 吸收能力较强 F2层对电波的反射能力最强 6 4温度结构 1 气温垂直递减率 在垂直方向上每变化100米 气温的变化值 并以温度随高度的升高而降低为正值 100m 0表示气温随高度的升高而降低 0表示气温随高度的升高而升高 这种气层称为逆温层 0表示气温随高度不变 这种气层称为等温层 问题 在温 高图上如何表示上述三种情况 6 4温度结构 0表示气温随高度的升高而降低 0表示气温随高度的升高而升高 这种气层称为逆温层 0表示气温随高度不变 这种气层称为等温层 0 0 0 Z T 6 4温度结构 2 温度垂直分层 对流层 平流层 中层 热层 外层 外层 85 50 30 外层 85 50 30 0 0 0 0 6 4温度结构 2 温度垂直分层 对流层 平流层 中层 热层 外层 3 各层特征 地面 对流层 1 夏季对流层的厚度大于冬季 层内对流旺盛 垂直混合强烈 2 0 65 100m 高纬8 9km中纬10 12km低纬17 18km 223K 地面 对流层 1 夏季对流层的厚度大于冬季 层内对流旺盛 垂直混合强烈 2 0 65 100m 3 垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化 热带对流层顶高比极地要高得多 冷得多 温度随纬度增高而递减 但递减的梯度冬半球比夏半球陡 约为夏半球的两倍 高纬8 9km中纬10 12km低纬17 18km 223K 地面 对流层 1 夏季对流层的厚度大于冬季 层内对流旺盛 垂直混合强烈 2 0 65 100m 3 垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化 热带对流层顶高比极地要高得多 冷得多 温度随纬度增高而递减 但递减的梯度冬半球比夏半球陡 约为夏半球的两倍 高纬8 9km中纬10 12km低纬17 18km 平流层 1 0 2 垂直混合显著减少 3 水汽 尘埃少 透明度较高 50km 270 290K 223K 地面 对流层 1 夏季对流层的厚度大于冬季 层内对流旺盛 垂直混合强烈 2 0 65 100m 3 垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化 热带对流层顶高比极地要高得多 冷得多 温度随纬度增高而递减 但递减的梯度冬半球比夏半球陡 约为夏半球的两倍 高纬8 9km中纬10 12km低纬17 18km 平流层 1 0 2 垂直混合显著减少 3 水汽 尘埃少 透明度较高 中层 1 0且值大 2 垂直混合强烈 3 水汽极少 50km 85km 270 290K 223K 173 183K 地面 对流层 1 夏季对流层的厚度大于冬季 层内对流旺盛 垂直混合强烈 2 0 65 100m 3 垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化 热带对流层顶高比极地要高得多 冷得多 温度随纬度增高而递减 但递减的梯度冬半球比夏半球陡 约为夏半球的两倍 高纬8 9km中纬10 12km低纬17 18km 平流层 1 0 2 垂直混合显著减少 3 水汽 尘埃少 透明度较高 中层 1 0且值大 2 垂直混合强烈 3 水汽极少 热层 1 0 2 温度受紫外辐射影响 与太阳活动有关 50km 85km 250 500km 270 290K 223K 173 183K 500 2000K 地面 对流层 1 夏季对流层的厚度大于冬季 层内对流旺盛 垂直混合强烈 2 0 65 100m 3 垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化 热带对流层顶高比极地要高得多 冷得多 温度随纬度增高而递减 但递减的梯度冬半球比夏半球陡 约为夏半球的两倍 高纬8 9km中纬10 12km低纬17 18km 平流层 1 0 2 垂直混合显著减少 3 水汽 尘埃少 透明度较高 星际空间 中层 1 0且值大 2 垂直混合强烈 3 水汽极少 外层 1 空气极度稀薄 2 温度高且随高度很少变化 大气大部分处于电离状态 热层 1 0 2 温度受紫外辐射影响 与太阳活动有关 50km 85km 250 500km 270 290K 223K 173 183K 500 2000K 6复习题 1 大气按温度结构如何垂直分层 试给出每层上下限的高度 2 什么是气温垂直递减率 试写出它的表达式 并分别指出当 0 0和 0时 气温随高度的分布情况 在温度 高度图上画出示意图 若某地海平面上的气温是25 位于16公里高度处的对流层顶的气温是 65 求此对流层内的平均气温垂直递减率 第一章大气概述 1地球系统 2地球大气的成分 3大气的重要性 4空气状态方程 5主要气象要素 6大气垂直结构 7 气压场分布特征 7气压场分布特征 7 1气压垂直分布 H P 7 2气压空间分布 7 3气压场的基本型式 7 2气压空间分布 1 等高面图等高面 海拔高度相同的各点组成的曲面 2 等压面图等压面 指空间气压相等各点组成的曲面 目前地面天气图 就是高度为零的等高面图 在地图上填上海平面气压值 绘制等压线 此外 地面天气图上还标有其他天气符号和等值线 1 等高面图 气压 hPa 亚洲 10月11日北京时间08 00 1 等高面图 2 等压面图 位势