大气科学概论-第二讲大气的基本知识

1、大气科学导论第1讲概述第2讲大气的基本知识第3讲大气运动的基本规律第4讲气团和锋的介绍第5讲气旋和反气旋(热带气旋)第6讲厄尔尼诺第7讲天气预报第8讲气候变化和全球变暖课程内容第2讲大气科学的基本知识第2.1讲大气的组成第2.2讲大气的基本物理性质第2.3讲大气的垂直结构， 第1节大气的组成，悬浮在大气中的固体和液体杂质的临近，地球大气由三部分组成：低层大气的主要成分，干燥大气，干燥大气的定义：除水蒸气和悬浮在大气中的其它固体和液体质粒以外的全部混合气体。 干爽大气成分变化：0.090km :的主要成分和含量比例基本保持不变。在90公里以上的：氮略有减少，氧略有增加，氩和二氧化碳明显减少，氧分

2、子和氮分子开始解离。各种成分的介绍：氮(N2):存在方式：它以蛋白质的形式存在于生物体中。功能：它是生物体的基本成分，也是合成氮肥的基本原料。氧气(O2):是人类、动物和植物维持生命活动的极其重要的气体；积极参与大气中的许多化学过程；它在有机物质的燃烧、衰变和分解中起着重要作用。臭氧(O3):时空变化：时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。空间变化：从赤道到两极的水平增加。垂直：0，5560公里，几乎没有内容。2025公里，达到最大值，形成臭氧层；在1215公里以上，含量显著增加；从10公里以上，它逐渐增加；在地面附近，含量很小；这张照片显示了臭氧洞。1986年，南极洲的臭氧量只有30

3、年前的一半。1988年，人们发现北半球的臭氧层比20年前薄了3%。这一变化足以增加皮肤癌的病例。臭氧可以吸收紫外线，减少生物对紫外线的直接暴露，这样陆地上的生物就可以在这把伞下顺利生长繁殖。臭氧的功能：它在调节和控制紫外线方面起着极其重要的作用。它对高层大气有明显的增温效应。来源：生物呼吸、化石燃料燃烧、有机物质燃烧和分解、火山爆发等。时间和空间变化：时间变化：a)白天、晴天和夏季的浓度小于夜间、阴天和冬季的浓度。b)工业革命前比工业革命后少。空间变化：横向：城市大于农村，纵向：020公里，含量最高；20公里以上，含量明显下降。CO2的作用：绿色植物光合作用不可或缺的原料。强烈吸收长波辐射(地

4、面辐射、大气辐射)，保持地面处于较高温度，产生“温室效应”。温室效应模式图，温室效应，14，2，水汽水分，来源：主要来自河流，湖泊，海洋，湿地表面水分蒸发和植物表面蒸腾。时间：夏天比冬天多，空间：一般来说，低纬度比高纬度多，低纬度比高纬度多。时空变化：它在天气和气候变化中扮演着重要角色。它能强烈吸收地面辐射的长波辐射，并向地面和周围大气发射长波辐射，对大气起到“温室效应”。功能：水蒸气，悬浮在大气中的各种固体和液体颗粒(包括气溶胶颗粒和空气污染物)。第三章。大气中的杂质，气溶胶粒子，定义为固体和液体粒子，在大气中的沉降速率极小，范围在10-4米和100米之间。分类：液体质粒、固体质粒来源：有机

5、物量少，多为植物花粉、微生物和细菌；有许多无机物，主要来自尘埃粒子、烟雾粒子、被海水飞溅的盐粒子、流星留下的灰烬、火山尘埃等等。吸收太阳辐射，提高空气温度，但也削弱到达地面的太阳辐射；缓冲地面辐射冷却，部分补偿长波有效辐射损失的热量；降低大气透明度并影响大气能见度；作为水汽的凝结核，对云、雾和降水的形成具有重要意义。气溶胶的作用，大气中的污染物：污染物，定义：由于人类活动或自然过程，局部甚至全球大气成分发生了变化，对生物世界有害。分布：空间、垂直：主要集中在3公里以下的低层大气中。等级：城市多，农村少；陆地越来越多，海洋越来越少；时间：冬季多，夏季少；早晚多，下午少。火山爆发、风沙和沙尘暴、雷

6、击森林火灾等。来源：自然过程的形成，人为过程造成的，工业和运输中使用煤、油和天然气，农业中喷洒化肥和农药，生活中制冷和制热的排放和泄漏等。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒，也称为可进入肺部的颗粒。它的直径小于人类头发厚度的1/20。虽然PM2.5只是地球大气中的一小部分，但它对空气质量和能见度有重要影响。与大气粗颗粒相比，PM2.5粒径较小，富含有毒有害物质，在大气中停留时间长，运输距离长，对人体健康和大气环境质量影响较大。在第二部分，大气的基本物理性质。在气象学中，大气的物理性质主要由气象要素和空气状态方程来表征。一、主要气象要素气象要素是指代表大气属性和现象的物理量，如气

7、温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水、能见度等。温度，气压，湿度，降水，风，云量，能见度，主要气象要素，1。定义：代表大气冷热程度的物理量，反映特定条件下空气分子的平均动能。通常指距离地面1.5m的百叶窗内的空气温度。2.单位：摄氏度()温标；绝对温度标度，用k表示；华氏温标：水的沸点是212 3，单位换算：1。百叶窗的温度、设置条件：1。全白2。在百叶窗3的周围。距离地面1.5米4。窗扇朝北(因为太阳从东方升起，从西方落下，这样可以避免打开窗户时温度计被阳光直接照射，使温度计读数失真)，1。定义：本质：气压取决于整个气柱的质量。2.标准大气压力：当纬度45的海平面温度为0时，测得的汞柱高度

8、为760毫米，这是一个标准大气压力(1atm1013.25Pa帕)。单位：1Pa=1N/m2，mb毫巴，Pa帕斯卡1mb=100Pa=1hPa(百帕斯卡)；1atm101325Pa1013.25mb=760mmHg，2。气压，水银气压计，气压的垂直分布随着海拔高度的增加而变薄，而空气密度也随着海拔高度的增加而迅速降低，所以气压随着海拔高度的增加而急剧下降。1.定义：表示大气中水蒸气含量的物理量称为大气湿度。意义：大气湿度直接影响天气现象的形成，如云、雾和降水。3。湿度、水汽压(E)和饱和水汽压(E)、相对温度(F)、饱和亏(D)、比湿度(Q)、水汽混合比(D)、露点(Td)、湿度表示法和水汽压

9、(E):水汽和其他气体一样有压力，大气中的水汽就产生了水汽含量，水汽压(E)。单位：百帕，水汽压和饱和水汽压，饱和水汽压(E):当温度不变时， 单位体积空气中的水蒸气含量有一定的限度，当空气达到这个限度时，就是饱和湿空气，饱和湿空气中水蒸气产生的那部分压力就是最大水蒸气压力。 反映空气最大水蒸气容量的饱和蒸气压取决于温度(马格努斯半经验公式)，其定义为p影响因素：温度T E、饱和亏空、饱和亏空(d):在一定温度下，饱和水汽压(E)与实际空气水汽压(E)之差称为饱和亏空(d)。也就是说，d=E-e，意思是：饱和度不足(d)表示实际空气距离的饱和度。d越大，越不饱和。D=0，空气饱和；D 0，表示

10、不饱和；D0，过饱和。饱和赤字(d)饱和赤字，定义为在相同温度下饱和水蒸气压力和实际水蒸气压力之间的差值。d=E-e，反映空气的湿度。影响因素：恒定温度，恒定E:恒定水蒸气含量e d:恒定水蒸气含量，恒定E:温度E d，温度，水蒸气含量，相对湿度，相对湿度(f):表示在相同温度下空气中实际水蒸气压力(E)和饱和水压(E)的百分比。也就是说，f=e/E 100%，意思是：相对湿度(f)直接反映空气距离饱和度。f越大，就越接近饱和。当f=100%时，空气将饱和，水蒸气将开始凝结。相对湿度(f)，定义：相同温度下空气实际水汽压和饱和水汽压的百分比值。含义：反映空气的湿度，恒温，恒E:水蒸气含量，恒E

11、，恒F:水蒸气含量，恒E:温度，恒E，恒F，比湿度和水蒸气混合比，比湿度(Q):在一团湿空气中水蒸气质量与总空气质量(水蒸气质量加上干燥空气质量)的比率，称为比湿度。即q=m水/(m干m水)，其单位为克/克.水-蒸汽混合比：湿空气中的水-蒸汽质量与干燥空气的比例称为水-蒸汽混合比。S=m水/m干，单位为g/g.比湿度(Q)、混合比(S)、绝对湿度(A)和比湿度(Q):湿空气中水蒸气的质量与湿空气总质量的比率。混合比：湿空气中水蒸气的质量与湿空气中干燥空气的质量之比。绝对湿度：单位体积湿空气中水蒸气的质量。露点，露点(Td):在恒定的水蒸气含量和恒定的空气压力下，空气冷却至饱和的温度，称为露点温

12、度。意思是：当气压恒定时，露点仅与空气中的水蒸气含量有关。水蒸气含量越多，露点越高，因此露点也是反映空气中水蒸气含量的物理量。在实际大气中，空气往往处于不饱和状态，此时露点低于空气温度，即露点温差为0。当Td=T时，空气饱和；当Td-T0时，空气不饱和；在Td-T0，空气是过饱和的。露点温度(Td)露点温度，定义为含水蒸气的湿空气在不改变气压和水蒸气含量的情况下通过降低温度达到饱和的温度。反映空气中水蒸气含量的量，水蒸气含量的露点温度Td，以及上述表示湿度的物理量：水蒸气压力、比湿度、水蒸气混合比和露点基本上表示空气中水蒸气含量的量。相对湿度、饱和亏和温度露点的差异表示空气距离的饱和度。代表湿

13、度的各种物理量的汇总；4.降水，意思是：降水是指从天空落到地面的液体或固体水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等。降水是指降水落到地面后(固体降水需要融化)，在水平面上没有蒸发、渗透和损失的堆积深度，降水单位为毫米(mm)。在高纬度地区，冬天有很多雪，所以有必要测量雪的深度(雪表面到地面的垂直深度，厘米)和雪压。(单位面积积雪重量，克/平方厘米)。降水是表征某一气候干湿状态的重要因素，积雪深度和积雪压力也反映了当地的寒冷程度。定义：空气的水平运动叫做风。风是代表气流运动的物理量。它不仅有数值(风速)，还有方向(风向)。因此，风是一个矢量。风向是指风向。地面风向由16个方向表示。在1风

14、速计和风速计：左边是杯形风速计，右边是螺旋桨风速计，可以同时测量风向和风速。地面风向表达法，5。风，高空风向通常用方位角来表示；也就是说，0(或360)表示正北，90表示正东，180表示正南，270表示正西。风速单位通常用米/秒、节(节)和千米/小时表示，换算关系如下：米/秒=3.6千米/小时；1公里=1.852公里/小时1公里/小时=0.28米/秒；1knot=1/2m/s .在地面天气图上，风由下图表示。尾部长冲程风速为4米/秒，即风力为2级，短冲程风速为2米/秒。一个风标，表示风力为8级。风尾巴和旗帜放在风杆的左侧。西南风5级，东南风12级，天气图中迎风面表示，风力0级，风平浪静，风平浪

15、静，烟往上冲。一级柔风，烟指示方向，斜指天空。二级微风，让人感觉，树叶微微动了一下。三级风，树叶晃动，旗帜迎风飘扬。四级风，到处都是灰尘，纸是风送来的。五级微风，池塘水波，小树摇动。六级大风，提伞困难，电线嗡嗡作响。7级大风，在风中行走困难，大树弯腰。强风、树枝折断、河流和湖泊中的巨浪。9级大风，损坏屋顶，摧毁烟囱。风力等级：英国博福特；6.云量。云是悬浮在大气中的水滴、冰晶颗粒或它们的混合物的可见集合体，其底部不接触地面(如果接触地面，则是雾)，并且具有一定的厚度。云量是指覆盖天空地平线的云量。地平线以上的整个天空被分成10个部分，被云覆盖的部分就是云量。例如，如果天空无云，云量为0，并且天

16、空的一半被云覆盖，那么云量为5。高云(5000米以上)，中云(2500-5000米)，低云(2500米以下)，第七层。能见度，是指在当前的天气条件下，正常视力的人能够从天空背景中看到并分辨出物体的最大水平距离。单位以米(米)或公里(公里)表示。空气的状态方程，对于一定质量的空气，p、v和t之间有一个函数关系。例如，当一小团空气从地面上升时，随着高度的增加，它的压力降低，然后它的体积膨胀和增加。因为在膨胀过程中做功，它消耗内部能量，空气温度降低。这表明一个量在这个过程中发生了变化，其他量也必须随之变化，也就是说，空气状态发生了变化。如果这三个量都不变，就说空气处于某种状态。因此，通过研究这些量之间的关系，可以得到空气状态变化的基本规律。空气状态通常用密度、体积、压力和温度来表示。气象学中常用的状态方程是：P=RT，其中P是压力，空气密度，R是特定气体常数，T是空气温度。对于一定质量的干燥空气，Rd是干燥空气的特定气体常数，即rd=0.287 j/g.k。湿空气的状态方程为：P=RdT(1 0.3e/p)，P为湿空气压力，e为水蒸气压力。在第三部分，大气的垂直结构中，观测表明大气的物理性质在垂直