《气象学与气候学教学课件》qxx.ppt

上节课重点回顾： 1、大气的垂直结构，温度随高度的变化情况 2、理想气体状态方程 3、大气静力学方程 物理意义：气体的压强与密度和温度成正比 4、压高公式的应用 本节课重点： 1、位势高度的含义 2、气象的基本要素 理解等压面和等高线，风速风向，露点温度 3、太阳辐射、地面和大气辐射、地面热量收支 重力位势：设海平面的位势为0，把单位质量物体从平均海面 上移到z高度处作的功 单位：J/kg 1个位势米（1gpm）：当g=9.80665m/s2时，使单位 质量物体抬升1米，克服重力所做的功（9.80665J/kg ） 位势高度与几何高度的数值几乎相同，但意义不一样 ，位势高度是能量单位 重力位势高度 等位势面 0 z,H 当上下等压面一定 冷暖 p2 p1 H1 H2 平均厚度的大小反映了两等压面之 间的平均温度的高低 位势代入静力学方程 基本气象要素 气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量、能见度等 气温：表示空气冷热程度 是空气分子平均动能的表现，空气获得热量，分子平均动能 增加，气温升高，反之依然 我国常用用摄氏度t，单位C 科学计算用绝对温度T，单位K 某些国家用华氏温度tF，单位F 转换关系： 气温是在离地面1.5m高的百叶箱内用水银温度表测得 气压：大气的压强，单位面积上空气柱的重量 气压值一般用水银气压表测量 气压单位：曾用mmHg，现用hPa 1hPa=10-2N/cm2 1个标准大气压：温度为0C,纬度为45的海平面作为标准时 的海平面气压 = 1013.25hPa = 760mmHg 等高线：位势高度相等的点连成的线，等压面与水平面的交线 等压面：空间各气压相等的点组成的面 向上突起的部分对应高压区，下凹的部分对应低压区 等高面：高度相等的点组成的面 等高线：位势高度相等的点连成的线，等压面与水平面的交线 等压面：空间各气压相等的点组成的面 等压线：气压相等的点连成的线 气象部门所用的高空图就是等压面图 气象部门所用的地面图就是等高面（海平面高度）图 高空图上的等高线或者地面图上的等压线都可以反映气压的 分布状况 850hPa位势高度场，图中的线为等高线 湿度：表示大气中水汽含量多少的物理量 饱和水汽压：水汽压达到某极大值，空气呈饱和状态 绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量,即水汽密度 ，单位g/m3 水汽压：大气中水汽所产生的压力（e） 水汽压随高度增加而迅速减少；由赤道向两极逐渐减少 未达到饱和的空气称为湿空气 混合比：水汽的质量与干空气质量的比值 相对湿度：实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值， 反映了湿空气距离饱和的程度 饱和比湿 比湿：水汽的质量与气团总质量的比值，单位g/g，g/kg 饱和差：饱和水汽压与实际水汽压之差，用变量d表示, d=es-e 反映了空气距离饱和的程度 露点：在空气中气压和水汽含量不变的条件下降温，使水汽相对 于水面达到饱和时的温度 霜点：同露点的过程使水汽相对于冰面达到饱和时的温度 计算露点：a=7.63,b=241.9 计算霜点：a=9.5,b=265.5 物理意义：露点或者霜点td常常低于气温(td0.76m, 43% 0.475m 太阳高度角：太阳光线入射的方向与地平面的夹角 为所在地纬度，为太阳赤纬，为时角 单位时间落到大气上界任一地点的单位水平面上的辐 射能量为 白昼长度20 到达水平面的太阳辐射强度 一天辐射总量 与季节和纬度 有关 太阳辐射在大气中的减弱吸收、散射、反射 大气吸收：紫外线大部分由臭氧吸收，可见光几乎不 吸收，红外线主要由水汽和二氧化碳吸收。 太阳辐射由于大气吸收损失的量约为19% 太阳辐射散射：散射分子或者散射质点将入射的辐射重新向 各方向辐射出去的一种现象。 50 , 光学散射，对太阳辐射损耗最大 太阳辐射经过大气有30%因反射和散射作用回到太空 19%被大气吸收 51%到达地面 散射的性质：能量不损失，只是部分改变了电磁波的方向 散射的特性依赖于粒子尺度与入射辐射波长的相对大小 到达地表的太阳辐射包括直接辐射Q和散射辐射D 直接辐射主要受太阳高度角和大气透明度影响 总辐射Q总=直接辐射Q+散射辐射D 散射辐射随太阳高度角增大而增强，随云量增加而增 强，随高度增加而减小 中国地区的太阳总辐射最大值出现在青藏高原西南部， 最小值出现在四川盆地西南部和贵州北部 反射率：地面各方向上总的反射辐射通量密度R与到达 地面的总辐射通量密度Q总的比值 吸收率 地面反射率与地面性质和状态有关 地面和大气辐射的波长在3120m之间，属于红外或者远 红外辐射 地面和大气辐射 大气辐射：大气吸收绝大部分的地面辐射，同时也放射辐射能 大气辐射一部分向上外逸到太空，另一部分向下到达地面（称 之为大气逆辐射） 大气吸收地面长波辐射 地面辐射：地面以自己的温度向外放射辐射能 为地面对长波的比辐射率，与地表性质有关 成分水汽、液态水二氧化碳臭氧 吸收波段5-7m和18m13.516.5m8.310.6m 地面有效辐射：地面所放射的辐射量与被地面所吸收的大气 逆辐射量之差 影响因子：地面温度、地面性质、空气温度、湿度及垂直 分布和云况等 地面及地气系统的辐射差额(收入-支出) 地面辐射差额：地面吸收的太阳辐射与地面有效辐射之差 地气系统：把地面和对流层大气看成一个整体 高低纬地区之间的热量不均，靠洋流和气流，从低纬 输送热量到高纬，同时输送水汽 日变化、年变化、随纬度变化、随天空状况变化P47-48 地面热量平衡方程：R+LE+P+A=0 R为地面辐射差额 LE为潜热：L蒸发潜热，E蒸发量 P为感热：湍流显热交换 A为地表面与下层间的热传输量B和平流输送量C之和 陆地， R+LE+P=0 沙漠， R+P=0 海洋， R+LE+P+C=0 年平均热量平衡方程 R、LE、P、A的日变化和年变化，P49-51 地气系统的热量收支 地面温度和气温的变化 地面温度：由于地表性质（主要是水陆差异）不同，（1 ）吸收的辐射能不同；（2）热量转换不同 1水陆比热不同：吸收同样的能量，水体的增温迟缓，陆 地的增温剧烈 2水陆透射性能不同：陆地吸收太阳辐射仅限于表层，而 较大一部分辐射透过水体表层深入水体内部 3水陆导热方式不同：陆地导热性能差，热量多集中在表 层，水体具有流动性，水平和垂直运动可以使热量迅速交 换 4水陆蒸发差异：水面水汽较多，大气逆辐射使得水面温 度降温较缓和 给予同样的热量Q，陆地表面升温剧烈，而水面升温缓和 失去同样的热量Q，陆地表面降温剧烈，而水面降温缓和 水温日变化：海洋日变化较小，0.5C以下，湖面或者大河 25C 海温日变化：最高点发生在15:0016:00，最低点在日出后 不久 年变化：最高在8月，最低在23月，变幅比陆地要小得多 陆地表面温度变化取决于热量差额 Q=R+LE+P+A 陆地表面日变化：最高点通常在13:00前后，最低点发生在 日出时 年变化：与太阳辐射年变化曲线几乎平行，最高在7月，最 低在1月 气温 大气主要靠地面热量向上传输而获得热量 传导：依靠分子运动将能量从一个分子传递给另一个分子 辐射：地面与大气、气团与气团之间的长波辐射 对流：暖空气上升，冷空气下沉 湍流：由于空气黏滞力而产生的不规则运动，近地面发生较多 蒸发和凝结：蒸发吸收热量，凝结释放热量 气温是指气象观测所用的百叶箱离地面1.5m高处的温度 气温日变化：最高值一般在14:00左右，最低值一般在日出前后 气温日较差：气温最高值与最低值之差，受纬度、季节 、下垫面性质、海拔高度、天气状况 气温年较差：一年中月平均气温的最高值与最低值之