北林气象学课件

第一章大气概述第一章大气概述1本章要点大气的组成成分大气的垂直结构大气的物理性状大气与森林植被本章要点大气的组成成分21大气的组成干洁空气气溶胶粒子水汽1大气的组成干洁空气气溶胶粒子水汽31.1干洁空气

干洁空气以氮、氧、氩最多，其容积含量约占全部干空气的99.97%，其余气体如二氧化碳、氖、氙、氪和臭氧等的总含量约占0.03%。干空气的分子量为28.966，与大气氮的分子量28.016相近。1.1干洁空气干洁空气以氮、氧、氩最多，其容积含4

1.1.1二氧化碳(carbondioxide,CO2)（1）来源：燃烧、有机物分解、生物的呼吸作用（2）空间分布：大气中的CO2主要分布在大气层20km以下，20km以上显著减少。地表CO2浓度：北半球>南半球，城市>农村。在大工业城市，大气中CO2的含量可达0.05%，甚至0.07%。

（3）时间分布：冬季>夏季，夜晚>白天，阴天>晴天。

1.1.1二氧化碳(carbondioxide,CO5（4）循环过程：（4）循环过程：6（5）气候效应CO2对太阳短波辐射吸收很少，但能吸收来自地面的长波辐射（特别是13~17µm波谱区），使得地表辐射的热量大部分被截留在大气层内，因而对地表有保温效应。在所有温室气体中，CO2对大气温室效应的贡献占到63%。（IPCC4）（5）气候效应7北林气象学课件8现今大气中CO2的浓度已升至367ppmv，比前工业时代以前提高了25%。目前以每年1.5ppmv的速度增加。现今大气中CO2的浓度已升至367ppmv，比前工业时代以91.1.2臭氧(ozone,O3)（1）来源主要是太阳紫外辐射作用形成有机物的氧化和雷雨闪电（2）形成：

O2+hυO+OO+O2+MO3+M1.1.2臭氧(ozone,O3)（1）来源10（3）O3的垂直分布在低层大气中，O3含量很小，而且很不固定；5~10km开始，含量增加;浓度最大在20~30km，称为臭氧层;到60km附近O3含量已趋于零。（3）O3的垂直分布11（4）空间分布同一季节，臭氧总量随纬度增加而增加。（春季最明显）（5）时间分布冬末春初最大，秋季最小。

随着纬度增加，臭氧总量的季节波动越明显。

（4）空间分布12（5）气候效应平流层中，臭氧吸收太阳紫外辐射，最强吸收带在0.22~0.32微米区，是平流层大气的主要热源，使平流层大气温度随高度增加而上升。此种温度结构抑制大气垂直运动，使平流层只有水平方向运动。不利于生命存在的短波紫外辐射（<0.29微米）基本被吸收。同时存在一个9.6微米的红外吸收带，引起温室效应。（5）气候效应13（6）臭氧空洞(8-12月)（6）臭氧空洞(8-12月)14每年的9月16日为国际保护臭氧层日北林气象学课件151.2水汽(watervapor)（1）时空分布

低纬>高纬，沿海>内陆，夏季>冬季。空气中的水汽含量随高度的增高而减少。在1.5~2km高度上空气中水汽含量减为地面的一半，在5km高度上，减少为地面的1/10。1.2水汽(watervapor)（1）时空分布16（2）水汽对天气变化的影响含量虽少，但可在大气温度范围内进行相变，是天气变化的主要角色。水汽在相变中吸收和放出潜热；易吸收和放射长波辐射。

所以大气中水汽含量的多少能直接影响地面和空气的温度，影响天气及天气系统的变化和发展。

（2）水汽对天气变化的影响含量虽少，但可在大气温度范围内进171.3气溶胶大气中悬浮的多种固体和液体微粒，0.001～100微米固体微粒：是悬浮在大气中的烟粒、盐粒、花粉、微生物、细菌、病菌、孢子和尘埃等。液体微粒：是悬浮在大气中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结物。1.3气溶胶大气中悬浮的多种固体和液体微粒，0.001～18（1）时空分布

城市>农村，内陆>沿海，冬季>夏季。

（2）气候效应水汽凝结核，成云制雨重要条件

吸收和散射太阳、大气和地面辐射，改变地球辐射平衡改变大气能见度和空气质量（1）时空分布191.4大气污染物（1）分类尘粒以固体或液体微小颗粒形式，存在于气体介质中的分散体。包括：飘尘、降尘。气体污染物主要有SO2、NO2、

CO、CO2

和O3等。1.4大气污染物（1）分类20（2）环境问题温室效应与气候变化臭氧层的破坏酸雨（PH<5.6）城市空气污染：光化学烟雾、煤烟型烟雾、可吸入颗粒物（pm10、pm5、pm2.5）（2）环境问题21北林气象学课件222大气的垂直结构高层大气平流层对流层云团或悬浮微粒印度洋2大气的垂直结构高层大气平流层对流层云团或悬浮微粒印度洋23北林气象学课件242.1对流层其底界为地面，上界为对流层顶，随纬度和季节而变化。低纬平均为17-18km;

中纬为10-12km;

高纬为8-9km。2.1对流层其底界为地面，上界为对流层顶，随纬度和季节而251.气温随高度的升高而降低。

气温垂直递减率(γ)：在垂直方向每变化100m气温的变化值。以温度随高度的升高而降低为正值，即：

γ>0:表示气温随高度升高而降低；

γ<0:表示气温随高度升高而升高，种气层称为逆温层

γ=0:表示气温随高度不变，这种气层称为等温层

1.气温随高度的升高而降低。262.空气具有强烈的对流运动。3.温度湿度水平分布不均匀。按照气流和天气的特点，还可把对流层分为下层、中层、上层和对流层顶等。2.空气具有强烈的对流运动。272.2平流层

从对流层顶到55km左右的大气层，称为平流层，由于臭氧浓度高又称为臭氧层。

1.气温随高度的升高而升高；

2.气流比较稳定；

3.空气中水汽含量很少，天空晴朗，很少有

云出现。2.2平流层从对流层顶到55km左右的大气层，称为平流282.3中间层

平流层顶到85km

1.气温随高度的升高而迅速下降，顶部温度可达-83℃—-113℃。

2.空气垂直运动再次出现。3.几乎没有臭氧，二氧化碳、水汽稀少，无云层。

2.3中间层292.4热层

从中间层顶到800km1.随高度的增高，气温迅速升高

2.空气处于高度电离状态

2.5散逸层最高层，大气圈与星际空间过渡带1.气温升高

2.受地球引力小2.4热层303大气的物理性状气象要素：表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。空气状态方程：3大气的物理性状气象要素：313.1气象要素气象要素：表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。

1.气温(t)定义：表示空气冷热程度的物理量。摄氏温标（℃）华氏温标（℉）：℉=9/5t(℃)+32绝对温标（K）：T=273+t(℃)3.1气象要素气象要素：322.气压（p）定义：地球表面单位面积上所受到的大气压力，称为气压。单位：帕斯卡(Pa)，毫巴(mb),毫米水银柱(mmHg)1mb=100Pa=1hPa=3/4mmHg2.气压（p）333.湿度定义：表示大气中水汽含量多少的物理量。大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。

1)水汽压

（e）：指大气中所含水分的分压力。p=pd+e3.湿度342）饱和水气汽压（E）定义：在一定温度和气压下,空气中水汽达到饱和时的水汽压力称为饱和水汽压。饱和水汽压与温度的关系可用马格奴斯（Magnus）公式表示：

水面：a=7.45b=235

冰面:a=9.5b=265E0是0℃时的饱和水汽压6.1hp。t为蒸发面的温度（℃）。2）饱和水气汽压（E）35

(1)饱和水汽压随温度升高而很快增大。(2)饱和水汽压除与温度有关外，还与蒸发面的物态、形状以及蒸发面的溶液浓度等有关。

a、同一温度下，饱和水汽压；冰面<水面；凹面<平面<凸面。

b、凸面曲率增加，饱和水汽压增大；

c、随着溶液浓度增大，饱和水汽压减小。纯水面>溶液

(1)饱和水汽压随温度升高而很快增大。(2)饱和水363）饱和差(d)定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差称为饱和差。d=E-ed表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸发时常用到。当空气饱和时，d=0；

当未饱和时，d>0；当过饱和时，d<0。3）饱和差(d)定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空374）相对湿度定义：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值。用百分数表示，即：U=e/E*100U的大小直接反映空气距离饱和的程度。

当空气饱和时：U=100%当未饱和时：U<100%当过饱和时：U>100%4）相对湿度定义：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压385）绝对湿度

5）绝对湿度

396）比湿(q)

定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量（水汽质量加干空气质量）的比值，称为比湿。g/gq=mw/(mw+md)mw为该团湿空气中水汽的质量；md为该团湿空气中干空气的质量。由此公式和状态方程可得：q=0.622e/p注意：上式中气压（P）和水汽压（e）必须采用相同的单位）。6）比湿(q)

定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空407）露点(td)定义：在空气中水汽含量不变，在一定的气压条件下使空气冷却达到饱和时的温度，称为露点温度,简称露点。单位与气温相同。7）露点(td)定义：在空气中水汽含量不41实际气温（t）与露点（td）之差表示空气距离饱和的程度。值越大说明相对湿度越小。当t>td时，空气未饱和；

t<td时，空气过饱和；

t=td时，空气饱和实际气温（t）与露点（td）之差表示空气距离饱42干球温度表

湿球温度表

最高温度表

最低温度表

E=Ew-AP(t-tw)干球温度表

湿球温度表

最高温度表

最低温度表

E=Ew-A43双金属片温度计双金属片温度计444.风风：空气的水平运动就叫风。风向：指风的来向。地面风向用16个方位表示；高空风向用方位度数（共分360º）表示，以0º（或360º）表示正北，90º表示正东，180º表示正南，270º表示正西。风速：单位时间内空气移动过的距离（m/s、km/h）4.风风：空气的水平运动就叫风。45北林气象学课件46例如：南风4级

八级西南风例如：南风4级475.云

云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。底部不接触地面，并有一定的厚度。云的观测包括：云状、云量和云高5.云云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。底部不48方法：将地平以上全部天空划分为10份，被云遮蔽的份数即为云量。（欧美将天空划为8份，以云占天空八分之几的面积计作云量）例：碧空无云：云量为0

天空一半为云：云量为5

遮空蔽日：云量为10云量：云遮蔽天空视野的成数。方法：将地平以上全部天空划分为10份，被云遮蔽的份数即为云量496.蒸发蒸发：气象学中把液态水变为水汽称为蒸发。蒸发量：指在一定时段内，水分经蒸发而逸入空中的量，称为蒸发量。mm蒸发量用小型和E60