2022年《气象学与气候学》教案

1、学习必备 欢迎下载气象学与气候学教案第一章绪论气候学历经经典、 天气气候到现代气候学的进展过程是科学观念的革命,它包括熟悉和讨论方法的根本变革,了更好的熟悉这个地球表层系统；一、现代自然地理学与气象气候学启示我们从系统中学习气候, 学习气候又是为 1、人类赖以生存的地球地球表层系统个相互作用的整体任何子系统的变化都会影响其他子系统 2、气候系统与地球表层系统几乎相互掩盖的讨论客体,但重点不尽相同； 3、气候系统也包括了地球表层系统中的几个子系统4、其中,大气圈与自然地理系统其他圈层相互作用中,大气圈最为活跃,是联系各子系统相互作用的重要纽带,是形成自然地理要素地带性与非地带性分布特点的主要背景

2、之一,也是构成地球表层系统重要圈层二、大气圈是处于特定条件下及具有特定成分的气圈 1、气候系统如何起动与运动,其中的热力、动力过程 2、气候系统中各部分的联系,相互作用与耦合的整体过程以及对气候的影响 3、气候的综合性与地域的差异性,以及气候系统的稳固性与敏锐性等三、特定成分及其影响： 1、主要及微量成分温室气体 2、微量成分及其特别作用：平流层与臭氧层 - 生命爱护层,第 1 页,共 17 页学习必备 欢迎下载三态共存,参加能量,辐射,及天气 过程 四、重力场对大气层的约束及影响：在重力的作用下,以地面为下边界,绕地球旋转的圈层；影响之一：垂直层结的形成大气分层：水平尺度 垂直尺度；五、对流

3、层：80的大气质量,是深受下边界 热力及动力 影响的大气最底层,集中了 也是大气圈层与其它圈层相互作用的主要场所；六、水汽对大气状态影响之湿空气状态方程 七、微量气体：在气候系统中存在着短周期的微循环,成分可变； 含量虽少, 但对热辐射非常敏锐,因而对大气热状态影响很大, 人类活动参加了微循环一可造成对大气行 为有意或无意的干扰；影响举例：臭氧层问题： 地面条件如何影响大气活动 热力及动力 相互作用其次章 大气的热能和温度气候系统物理过程之一太阳能启动气候系统的物理过程形成全球温度差异的地带性与非地带性分布以及周期和非周期变化； 地气间的热能交换过程是地表系统中最基本的相 互作用和影响过程,它

4、从能量上把几个圈层连接在一起；一、太阳能进入气候系统 1、主要途径：太阳辐射能地面大气太阳短波辐射经大气减弱到达地面,吸取成为地面热能第 2 页,共 17 页学习必备 欢迎下载地面与大气热交换要过程：长波辐射热交换地面有效辐射一感热输送 传导；对流乱流 潜热输送意义：地气热交换气圈和其它圈层相互耦合的重 2、热交换过程不同,掌握因子也不同 天文条件、地面性质、干湿条件 ,地面对大气的供热状况,物理过程差异也就很大；有：地带性纬度差异非地带性海陆等差异 3、模型化：辐射差额方程及热量平稳方程4、大气中几种微量成分的又一影响大气的温室效应二、大气中“ 气块的温度变化受制于热力学第肯定律 能量守恒

5、在大气中表现为： 1、外界 地面 供热可引起气块温度非绝热变化变化率为或 2、气块垂直运动中气压变化可引起气块温度的绝热变化, 水气参加时 3、个别气块变温过程三、 “ 局地” 气温变化由气块水平及垂直运动中引起的气块置换引起 1、包含有水平平流,垂直运动及气块非绝热变化三部分,各部分掌握因子及作用各不相同 2、模型化局地变温方程 四、气层温度的垂直分布 与气块垂直运动时的温度变化第 3 页,共 17 页学习必备 欢迎下载 1、气温垂直分布与气层静力稳固度重力场对大气行为的又一影响 2、大气静力稳固度对大气垂直运动、垂直热输送及污染物扩散的影响 3、整层气层抬升时,可能发生变化气层的位势稳固度

6、五、平均气温的水平分布深受地面条件影响具有 地带性及非地带性周期性与非周期性六、结论由太阳地面大气的供热过程,大气最终获得的加热, 加热率各处各时各不相同,具有地带性、非地带性及周期性、非周期性差异；问题：大气圈中各处受热不同形成了气温分布不均,影响的物理过程；气中的水分它对气候系统的进一步第三章 大气候系统中水圈与大气圈水交换的实现与影响的物理过 程 水是地球上唯独能在自然条件下三态并存的物体,在相变中相伴有能量、天气、水循环等过程 一、水出入大气的物理过程 1、基本判据 E e0 2、地面蒸发快慢与气象条件 温度与水汽扩散的快慢 风及稳固度 3、凝聚 地表与大气中凝聚的基本条件：降温 大气

7、中：绝热上升冷却过程云 地表层：非绝热冷却过程雾等 二、由水汽云降水第 4 页,共 17 页学习必备 欢迎下载 1、水滴凝聚与增大过程人工干预的可能性 2、上升运动形式云形降水性质 3、全球降水分布与垂直运动地带性分布非地带性分布第四章 大气的运动气候系统物理过程之二加热不均及地球旋转对大气运动状态的影响一、大气中气压分布不均并随时间而变化气压差是推动空气块运动的基本动力 1、分布不均的量度 气压梯度,因大气层结性又可分为：垂直气压梯度 很大 ：意义：在重力场下形成,因此与重力有关,基本上与重力相平稳模式化：静力方程应用：压高公式气压随高度降低快慢与温度关系最亲密；水平气压梯度 很小 ：形成水

8、平气压梯度力成为气块水平运动基本动力 2、分布不均的总体效应形成了空间气压系统气压系统的直观表示等压面或等高面 基本等效 气压系统的垂直结构各处均需满意静力学条件,因此气压系统随高度的变化主要与温度分布有关；分析结构的要点是系统的温度场配置可分成对称 对称 大多数 系统 浅薄、深厚 ：不二、大气中气压不断变化 大气质量的重安排大气运动不息第 5 页,共 17 页学习必备 欢迎下载垂直气压差异的形成重力 水平气压差异的形成大气加热率不同以及空气的运动 1、因子分析为什么会重新安排 热力因子：大气水平局地受热不均水平密度差水平气压差 动力因子：空气运动中形成质量辐合辐散：密度平流 冷暖平流 ；垂直

9、运动； 仅影响空中气压变化 2、过程：三、大气水平运动的形成旋转地球对运动特点的影响 1、基本规律：牛顿定律但描述运动与坐标选取有关旋转坐标系 地球上的观看者 中的惯性力正确熟悉地转偏向力、离 心力 扩展的牛顿定律 2、旋转坐标系中的几个平稳运动气压场与运动场关系的建立第 6 页,共 17 页学习必备 欢迎下载自由大气中：地转风关系 两力平稳时 摩擦层中：修正的风压律 三力平稳时 在大多数情形下与实际大气非常接近大气运动处于准动态平稳中 3、在静力平稳条件下,水平气压场结构随高度因温度分布不均而变 地转风关系也随之变化热成风 四、大气环流 1、大气环流的平均状态处于气候系统的动态平稳之中经受各

10、种时 空尺度 2、综合的平均状态和瞬时状态气候与天气 3、瞬时状态处于各种时空尺度 层次 的高度扰动中由非线性的气候系 统所打算 具有稳态与突变,敏锐于初始条件等特点 ；五、结论 l 、大气整体性的表现温压场与风场的统一摩擦层中风的变化 2、问题：大气整体性的表现形式第五章 天气系统第 7 页,共 17 页学习必备 欢迎下载气候系统的短期过程一、大气运动的内在过程与统一 下的表现形式大气环流旋转地球大气在非匀称加热地表特点作用 1、观测事实从各个角度看大气环流用二维图表现三维运动2、进一步熟悉大气环流的形成与特点二、大气环流与大气圈中热量及水分平稳 1、大气地带性与非地带性加热率的差异驱动了环

11、流,环流又以各种形式输送差异热量与水分等；大气环流处于不断变化运动中准动态平稳例：高低指数的循环 2、环流形成了大气水分分布的地带及非地带性分布、及水分循环三、大气环流系统天气系统与过程 1、瞬时大气环流变化的扰动与涡旋结构大中小尺度与中长期天气过程2、气团与锋扰动热力特点的非匀称性扰动特点之一热力分布的不匀称性气团与锋 1）大气的热力属性直接从下垫面获得；热力过程： Fo、P、LE 第 8 页,共 17 页学习必备 欢迎下载主要掌握因子：稳固度 2）在合适的环流以及地表条件下,形成均一或非均一大气；气团的定义、迟盛和变性 3）气团间低压辐合区形成温度对比明显、上升运动猛烈的向冷区倾斜狭长界面

12、锋面,锋面特点 不连续、上升运动等 4）形成特殊的锋面天气 5）两种分类观点：气候的 宏观、战略的 注意源天气的 战术的 注意后果 分别适合于不同的讨论场合扰动特点之二流场分布的不匀称性波动与涡旋气旋、反气 旋,槽脊 1）以环流的纬度地带性环流为背景： 地球旋转与高低纬热交换产物 地面辐合与辐散带以PP及 ITC2 为背景的低压与其间的高压带,分为不同类型高空西风带与东风带西风与东风扰动 2 ）热力结构：对称性与不对称性系统 3）均为 GC的成员,扰动进展中相伴有输送动量、热量 3、中高纬天气系统与过程流场非匀称性扰动特点之一西风带上的扰动以西风带为背景锋面气旋 温带气旋 1 ）极锋活动区上扰

13、动的进展锋面上冷暖空气相对扰动而形成相伴不对称结构的低压涡旋的形成与进展 2 ）锋面气旋的进展与西风槽 作用 槽前垂直环流 进展相关联 热力、动力 3 ）锋面气旋 =天气二槽前上升 +冷暖锋 +低压辐合上升 +大风表现 为逗点云系的进展为涡旋云系 4 ）温带气旋过程也是能量释放及南北交换过程第 9 页,共 17 页学习必备 欢迎下载 5 ）我国锋面气旋活动特点与锋面活动一样；如春夏多,两个活动带 移动性冷性反气旋与寒潮 l）地面移动性反气旋与高空槽后环流相结合 形成于槽后 冷平流；辐散；辐射冷却 天气为高压前部冷锋后部暖锋 活动也与槽相联系 2 ）常与锋面气旋成对活动：槽前 高空辐散、暖平流、

14、上升运动 、槽后 相反 ；移向东北、东南；冷锋上、冷锋后；也是极锋区南北热交换的基本成员 3 ）寒潮天气过程极端的冷性反气旋活动过程引起大规模冷空气南侵的天气过程 东亚大型过程 前提有冷空气的积存 酝酿 期,高指数期实现爆发期 突变 ,向低指数转换,形成寒潮天气：降温、大风、霜冻等换结果环流大调整,建立东亚大槽 长波 ,完成冷暖南北大交路径与活动受引导气流支配高空天气系统槽脊与涡旋 1 ）西风带上的大型扰动 行星尺度 a大气长波：大、长、慢 比较短波 是短波活动背景 与大型天气过程联系 如南北交换 长波与气旋族长波槽前 PF上首尾相联的一系 列气旋第 10 页,共 17 页 b 统学习必备欢迎

15、下载堵塞高压与切断低压长波进展变形而形成的大型闭合涡旋系冷暖交换中向北突出的孤立的暖气团堵塞高 压 对称 向南突出的孤立的冷气团切断低压 建立与崩溃多与环流大调整联系 维护时是 GC的稳固因子 影响到不是直接掌握的 地区 c极涡与极区冷中心对应,位置、强度影响GC 2 ）西风带中型扰动 中下层 a短波槽小、短、快移动性,不对称槽前逗点云系,是直接影响我国天 气变化的主要西风带系统 进展经常诱导地面锋面气旋及冷性反气旋进展 b 切变线 气旋性风场不连续线,形成于不同性质对持的高压 间,表现为东西向稳固的云雨带 c 冷涡 中尺度低值系统,与上下层联结经常沿切变线移动发 展暴雨团 小结：西风带是扰动

16、活动带,天气变化多,地面以极锋上的锋面气旋,活动性 高压为主,高空以槽脊波动为主；扰动性质多与冷暖空气交汇位能释放有关,所以多为不对称结 构；扰动形式：波、涡、切变； 4 、低纬天气系统与过程流场非匀称性流场扰动特点之二,热带辐 合带上的扰动 热带天气系统的环流背景 与中纬比较 1）大气水热源 面积、海洋大,显热、潜热输出大 2）地转参数小,非周期不明显第 11 页,共 17 页 3学习必备欢迎下载）温度差异小,潜热能为主 4）以副热带高压及热带辐合带为背景副热带高压副热带地区行星尺度大型动力性高压 1）形成于 Hadley&Ferrel cell的下沉区：带状性质动力性分布与脊线位置副热带地

17、区多中心、结构暖性,深厚、稳固天气与东西风带相作用形成晴一片,雨一线的天气分布表现为副高卫星云系 2）西太平洋副热带高压夏半年影响我国天气的重要成员季节性进退 强度位置 形成我国雨带和各地雨季,及盛夏干旱多年变化气候振动与反常,如旱一片,涝一线短期变化与四周系统相作用,形成天气过程及反常热带天气系统 1）ITCZ两半球间 Hadley cell 低压上升区内的气流辐合带 a,依距赤远近表现为：赤道邻近信风槽；远离赤道季风槽 b,湿热、不稳固对流天气为主 c,季节性摇摆与非周期活动天气热带云团、热带扰动源地气候水、热源,形成热带雨林、干湿季气候 2）热带气旋形成于热带洋面的强低气压涡旋 天气尺度

18、 a,形成有明显的季节性和地域性特点 b,结构特殊具有暖心的排气管式涡旋热机形成影响沿海灾难性天气 c,形成取决当地条件；基本条件能量；启动：旋转：通风第 12 页,共 17 页 d,移动受四周气流牵引学习必备欢迎下载 e,消亡断能 北上、登陆 3）热带云团卫星云图上表现的密集的对流扰动云群 活动在 ITCZ：季风低压：暖季高原上 4）其他：季风槽北进时形成的季风低压：东风上的波动等 5、中小尺度系统流场扰动特点之三 中、小尺度天气系统一般特点 1）尺度小,但水平梯度大,垂直速度大,所以天气变化突然 2）时间短,但加速度大,所以变化猛烈,能量集中,强度大3）多为不稳固对流天气,非静力、非地转,

19、易形成灾难 4）多依附于肯定大尺度环境,释放能量 对流天气系统l ）雷暴与积雨云联系的天气 放电、阵雨、大风 a,在不稳固气层中突发增展的强对流具有自我消散机制 生命短 b,水汽充分的不稳固气层中 能+ 冲击启动 动力、热力 季节、地域2）强雷暴超级积雨云 a,强风暴超级对流单体云体倾斜形成自我维护机制范畴大、生命长、天气猛烈 b,雹线多个超级单体组成的强对流活动线 旋衡风 c,龙卷风强风暴云体中孕育的小尺度漏斗状强涡旋暴雨 天气过程 夏季风时期灾难之一 1）我国大暴雨特点第 13 页,共 17 页学习必备 欢迎下载强度大；连续长：在肯定的天气背景下,可由多种中小尺度系统引起：2）形成大尺度背

20、景各尺度相互作用由中小系统直接形成暴雨物理条件与对流系统不完全相同其他：灾难性天气天气系统第六章 气候的形成影响与气候过程一、气候系统的完全描述 1、组成特点：敏锐性与稳固性 2、能量守恒：太阳辐射能分布基本格局天文气候 3、气候过程及其时间谱：天气气候气候系统二、海气相互作用 热交换过程为主 气候系统基本过程之一 1、海陆热力性质差异：海洋是气候系统的热量储存器及稳固因子 2、海陆对大气加热的周期变化季风 3、海陆对大气影响的综合表现海洋性与大陆性气候 4、海洋中热力非匀称分布冷暖洋流对气候特点的进一步影响三、冰雪圈与冰雪掩盖过程气候系统基本过程之二 1、冰雪掩盖区特点及其重要性第 14 页,共 17 页 2学习必备欢迎下载、海冰、大气与海水的相互耦合四、地势起伏对大气圈层的影响：陆面过程气候系统基本过程之三