《气象学与气候学教学课件》1大气的基本特征

1、大气的基本特征第1页，共28页。干空气：除了固、液态微粒及水汽以外的空气干空气的成分：氮 N2、氧 O2、 氩 Ar为主要成分，约占99.96%，二氧化碳CO2、臭氧O3等其他气体占不到0.1%地球大气的成分:固、液、气氧气O2在海拔3.54.5km高度的含量仅为海平面高度的一半临界温度：临界温度就是能够使气体液化所需要的最高温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化临界压力：临界压力就是在临界温度下，使气体液化所需要的最低压力第2页，共28页。臭氧吸收太阳短波辐射滤去了70-90%太阳紫外线辐射集中在1050km之间二氧化碳吸收地面长波辐射集中在20km以下，占0.03%第3页

2、，共28页。定义：存在于大气中的水的气化态。大气中唯一能够发生相变的成分，是产生天气变化的重要因素，直接影响到地面和低层大气的温度水汽来源于蒸发（江河湖海及潮湿物体表面）和蒸腾（植物）水汽第4页，共28页。定义：大气中悬浮的多种固态微粒和液态微粒降低大气能见度、影响大气和地面温度、充当水汽凝结核大气污染物：粉尘、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氢、碳氢化合物和氨PM2.5，直径小于2.5微米的颗粒物。被吸入人体后会直接进入支气管，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。气溶胶粒子第5页，共28页。对流层：水汽，CO2等温室气体1、温度随高度增加而降低2、对流运动明显3、气象要素水平分布

3、不均平流层：臭氧集中，温度随高度增加，气流稳定，适合飞机飞行中间层：温度急剧下降暖层：温度急剧上升，氧、氮分子被分解，对无线电波有反射作用散逸层：大气质点逃逸到太空大气的垂直结构第6页，共28页。大气的状态方程p、T、V、一定质量气体的压强和体积的乘积除以其绝对温度等于常数，即标准状态，p0=1013.25hPa,T0=273K, 1mol气体体积V0约为22.4L普适气体常数1mol气体质量为，那么标准状态下，质量M的气体体积是它的M/倍R=R*/,比气体常数理想气体状态方程第7页，共28页。比气体常数状态方程状态方程如果p表示湿空气的总压强，e表示其中水汽部分的压强，那么其中干空气的压强为

4、p-e根据状态方程公式得其中，干空气湿空气第8页，共28页。湿空气密度引进物理量虚温（Tv）可以得到湿空气的状态方程虚温可以理解为:与湿空气同气压同密度的干空气温度第9页，共28页。假设：大气在垂直方向是静止状态，水平方向无压力差那么，高度为z的气柱，单位面积受力情况如下：向上：气压差形成的气压梯度力向下：重力空气处于垂直方向静力平衡时结合状态方程，得到大气静力学方程气压随高度的变化第10页，共28页。单位压强高度差：减小一个单位压强所增加的高度表明，单位压强高度差h与压强p成反比，与温度t成正比气压随高度增加按指数减小第11页，共28页。等温大气压高公式的应用：1、根据不同高度的气压值和平均

5、气温，可求得高度差2、根据某高度的气压值和平均气温，可求得另一高度气压值3、由不同高度的气压值，可求得两高度之间的平均气温对于z1和z2高度之间，平均虚温为Tv的气层第12页，共28页。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定义1个位势米（1gpm）等于9.80665J/kg位势高度与几何高度的数值几乎相同，但意义不一样重力位势高度第13页，共28页。天气分析中的标准等压面图，其中的等高线就是位势高度第14页，共28页。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，

6、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第15页，共28页。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hPa1hPa=10-2N/cm2温度为0C,纬度为45的海平面作为标准1个标准大气压=1013.25hPa=760mmHg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第16页，共28页。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第17页，共28页。第18页

7、，共28页。湿度：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时便产生凝结绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量,即水汽密度比湿：水汽的质量与气团总质量的比值，单位g/g，g/kg水汽压：大气中水汽所产生的压力（e）第19页，共28页。混合比：水汽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饱和比湿第20页，共28页。饱和差：饱和水汽压与实际水汽压之差，一般用变量d=es-e表示在研究水面蒸发的问题时，反映水分子的蒸发能力露点：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：

8、a=7.63,b=241.9计算霜点：a=9.5,b=265.5露点或者霜点td常常低于气温，露点越高，说明空气越接近饱和，水汽含量越高，反之亦然第21页，共28页。降水：从天空降落到地面的液态或者固态水降水量单位mm雪深单位cm，雪压单位g/cm2小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨1h雨量2.52.68.08.115.91624h雨量1010.125.025.150.050.1100100.1200200第22页，共28页。风：空气的水平运动，包括风速和风向风力等级与风速风向指风的来向风地面风向用16方位表示高空风向用方位度数表示风速常用单位m/s、kn、km/h换算关系：1m/s=3.6km/h 1kn=1.852km/h1km/h=0.28m/s 1kn