温度与气温 详细版课件

1、 第二章 气温和湿度1 几个重要的专业术语 GO2 气温 GO 3 湿度 GO 1 几个重要的专业术语 气象要素（MeteorologicalElements)： 反映大气状态的物理量或物理现象，主要有：气温、气压、风、湿度、云、能见度和天气现象。 天气 (Weather)： 指一定区域在较短时间内各种气象要素的综合表现。天气表示大气运动的瞬时状态。2 气温（Air Temperature） 气温是大气的重要状态参数之一，是天气预报的直接对象。气温的分布和变化与气压场、风场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现象密切相关。 一、气温的定义和单位 ： 1.定义 气温是表示空气冷热程度的物理量。可以

2、通过温度表或温度计直接测得。Outdoor Thermometer A red-dyed alcohol thermometer measures an outside air temperature of about 6 (about 43F). In a thermometer, an expanding fluid such as alcohol or mercury is trapped within a closed glass rod. As the fluid expands or contracts, it is measured by marks calibrated for

3、 given temperatures. The scale may be marked for either the Celsius or Fahrenheit temperature scales or both.Boiling Points of Air Gases Air is a mixture of gases, each with a different boiling point. Companies utilize a process known as fractional distillation to separate air gases by using the dif

4、ferent boiling points of the gases. Isolated air gases are used for a variety of industrial and commercial applications.2.单位温标：温度的数值表示法称温标。常用的温标有三种。 摄氏温标 ：把水的冰点温度定为0，沸点为100，多数非英语国家使用。 华氏温标 ：水的冰点温度定为32F，沸点212F。一些英语国家多使用。 摄氏与华氏的关系： 绝对温标(K氏温标) K：水的冰点温度定为273K，沸点为373K（由英国物理学家Kelvin提出）。多用于理论计算。 关系： K273C二

5、、太阳、地面和大气辐射 1辐射的基本特性 在自然界中凡高于绝对零度的物体均发出电磁波，电磁波按其波长分为射线、X射线、可见光、红外线和无线电波。温度高，辐射强，多为短波；温度低，辐射弱，多为长波。不同波长的辐射具有不同的吸收，反射和透射特性。物体因放射辐射消耗内能而使本身的温度降低，同时又因吸收其它物体放射的辐射能并转变为内能而使本身的温度增高。 太阳（表面温度约为6000K）放出短波辐射（0.154m)。地面和大气（温度约为300K）放出长波辐射(3120m)。太阳辐射是地球和大气的唯一能量来源。 若将太阳对地球大气系统辐射作为100份，其中地球大气系统反射和散射占30份，大气吸收占19份，

6、地球表面吸收51份。地球表面通过长波辐射（21份）、热传导（7份）和水汽相变（23份）等过程释放能量，大气在吸收太阳短波辐射和地面长波辐射的同时又放出长波辐射（19份），最终向外层空间的辐射总量也为100份，使地球大气系统的温度保持恒定。对流层中气温的垂直分布 2.对流层中气温的垂直分布 在对流层中气温随高度上升而降低。气温随高度递减的快慢可用气温的直递减率表示 ： 式中： 表示高度增加 时，相应的气温变化量。 的单位通常取100m.负号表示气温随高度增加而减小。通常0。当=0时表示等温。当0时表示逆温，既在某一气层中，气温随高度增加而增加。 = 0.65/100m3.地球表面净辐射收支随纬度

7、变化 地球表面接收到的太阳辐射随纬度是不均匀的，而地球表面放出的长波辐射随纬度变化不大，因此，全年平均而言，赤道热带地区得到热量，极地高纬地区失去热量（如图）。大气和海洋中热量的经向交换，使各纬度带的年平均气温变化保持恒定。三、空气增热和冷却方式 空气的增热和冷却主要是非绝热过程引起的，受下垫面的影响很大。下垫面是泛指不同性质的地球表面。下垫面与空气之间的热量交换途径有以下几种： 1.热传导（Conduction）： 空气与下垫面之间，通过分子热传导过程交换热量，又称感热。空气是热的不良导体。仅在贴近地面几厘米以内明显，故通常不予考虑。2.辐射（Radiation）： 地气系统热量交换的主要方

8、式。地面吸收太阳短波辐射，放射出长波辐射加热大气。如白天辐射增温，夜间辐射冷却。3.水相变化： 水有液态、气态和固态之间的变化。液体水蒸发，吸收热量；水汽凝结放出热量。一般下垫面水蒸发，吸收热量；上空水凝结放出热量。从而通过水相变化将下垫面的热量传给上层大气。4.对流（Convection) ： 一般将垂直运动称对流，对流又分热力对流和动力对流。由于空气受热不均引起有规则的热空气上升冷空气下沉称热力对流。由于动力作用造成的对流运动称动力对流，如空气遇山爬升等。5.平流（Advection)：水平运动称平流。平流是大气中最重要的热量传输方式，范围大，持续时间长。如南风暖、北风寒、东风湿、西风干。

9、平流是指某种物理量的水平输送，如温度平流、湿度平流等。6.乱流：又称湍流（Turbulence），是空气不规则的运动。乱流是摩擦层中热量、能量和水汽交换的主要方式。 综上所知，空气与下垫面之间的热量交换是通过多种途径进行的。 通常，地面与大气之间的热量交换以辐射为主，乱流和水相变化次之；各地空气之间的热量交换以平流为主；上下层空气之间的热量交换以对流和乱流为主。 在非绝热过程中，当空气上升时，膨胀降温；下降时，压缩增温。1. 热力学第一定律： 气体作功或传递热量都能改变系统的内能。 空气块在垂直运动过程中可以看作是绝热过程，即 dQ02. 干绝热过程: 干空气或未饱和湿空气作垂直升降运动时与周

10、围环境不发生热量交换的变化过程，称干绝热过程。3.干绝热直减率: 在干绝热直过程中,气块温度随高度的变化率称干绝热直减率。即： 因此,在干绝热上升过程中,气块每升高100米温度下降1度,每下降100米温度升高1度。即垂直运动中气温的绝热变化垂直运动中气温的绝热变化4.湿绝热直减率: 在湿绝热直过程中,气块温度随高度的变化率称湿绝热直减率。即： 可以证明，m d ，因为在湿绝热过程中，水汽凝结释放潜热使冷却作用变的缓慢。m不是常数，而是随气压和温度变化,其中主要随气温的降低而增大。通常取 m0.6 /100m5.干绝热线：在干绝热过程中气体状态的变化曲线。 湿绝热线：在湿绝热过程中气体状态的变化

11、曲线。6.焚风：是一种干热风，是干湿绝热过程中，在迎风坡和背风坡作用的结果。0m1000m3000m四、气温的日、年变化 大气的热量主要来自下垫面，气温具有与下垫面温度类似的周期性变化。如冬寒夏暖、午热晨凉反映了气温日、年变化的一般规律。1.气温的日变化(Diurnal Variation of Temperature) 日变化: 一天中气温昼高夜低，有一个最高温度和最低温度。陆地上最高气温夏季出现在1415点，冬季出现在1314点。海洋上最高出现在12:30。陆地上最低气温出现在日出前，海洋上迟后12小时。 气温的日较差： 一日中最高气温与最低气温之差。其大小与纬度、季节、下垫面性质、海拨高

12、度及天气状况有关。一般有：低纬高纬；陆上海上；夏季冬季；晴天阴天；低海拨高海拨。（吐鲁番海拔-154m，日较差大）2.气温的年变化(Annual Variation of Temperature) 年变化：一年中月平均气温有一个最高值和一个最低值。 陆地： 北半球:最高在七月份,最低在一月份。 南半球:最高在一月份,最低在七月份。 海洋: 比陆地迟后一个月,即最高在八月,最低在二月。 年较差：一年中月平均最高气温与月平均最低气温之差。 它与下垫面的性质、纬度和海拔等有关。 高纬低纬； 陆上海上； 海拔低海拔高五、海平面平均气温的分布 海平面平均气温的分布特点 海平面平均气温从赤道向高纬递减，南

13、半球等温线大约与纬圈平行，北半球由于海陆分布不均匀，等温线不与纬圈平行。 夏半球的等温线比较稀疏，冬半球较密集。 夏季大陆为热源，海洋为冷源。冬季相反。 冬季北大西洋的等温线向北突出十分显著，这是由墨西哥湾流造成的。 在南半球不论冬夏，最低气温均出现在南极地区，而在北半球只有夏季在北极，冬季在西伯利亚东北部（佛科扬斯克）和格陵兰，称为“寒极”。 近赤道存在一个高温带1月和7月的平均气温均高于25 ，称为“热赤道”（10N左右）。它随季节偏向夏半球。 全球平均气温为14.3 ，极端最高气温63 （索马里），极端最低气温-94 （南极附近）。冬季海平面平均气温分布夏季海平面平均气温分布厄尔尼诺现象

14、和拉尼娜现象 厄尔尼诺（El Nino）是指赤道太平洋东部和中部海域大范围海水出现异常增温的现象。这种现象的出现可造成全球天气异常。厄尔尼诺现象可能是海洋和大气之间不稳定的相互作用引起的。 拉尼娜（Lanina）是指赤道附近东太平洋水温反常变化的一种现象。拉尼娜现象与厄尔尼诺现象正好相反,指的是洋流水温反常下降。 厄尔尼诺和拉尼娜现象都成为预报全球气候异常的最强信号气温对人体的影响 研究指出，人体对周围的感觉与介质是大气还是水有关。在大气中，气温为2829 时，人体皮肤不感温，这个温度称为生理零度。人体皮肤对气温的感觉是：低于25 有冷感，2528 时有温感，高于29 时有热感。 人体的感温还

15、与风速有关，风速越大，感温越低，风速约在33kn时人体感温达最低值。当气温5 时，3级风时感温在0 左右；6级风时，对裸露的肌肤的作用相当于-12 时的温度；同样风速，当气温为-5 时，对裸露的肌肤的作用相当于静风条件下-23.3 ，这时只需1min即可造成冻伤。 湿度也影响人体感温，湿度大感觉温度偏高、闷热。水温对人体的影响 在水中，人体生理零度比在大气中高的多。当水温低于29 时，人体皮肤有冷感；2937 时有温感；高于37 时有热感。在大洋中平均水温高于28 的区域只占海洋总面积的6%，热带某些海域水温最高只有29-30 。可以说几乎整个大洋海水的温度对人体来说都有冷感。 落水者当体温从

16、37 降到32 的过程中，人体出现剧烈颤抖，体温从32 降到30 的过程中进入昏迷状态而不省人事；当体温降到30 以下时，因心脏衰竭而导致死亡。 水温对落水者存活时间有明显的影响，水温越高，存活时间越长。水温为0 时，落水者只能坚持15min；水温为10 时，存活的时间为2.5-3.0h；水温为15-20 时，存活时间可达10余小时。3 湿 度 (Humidity) 湿度是表示大气中水汽含量多少或空气潮湿程度的物理量。大气中的水汽是形成云、雾和降水等天气现象的主要因子，同时对船运货物是否受潮变质有很大的影响。通常表示大气湿度的物理量有下列几种。一、表示湿度的物理量1绝对湿度 a (Absolu

17、te Humidity) ： 单位体积空气中所含水汽的质量（实际上就是水汽密度）。单位为 g/cm3，g/m3。 它直接表示空气中含水汽的多少，绝对湿度大，水汽含量多，绝对湿度小，水汽含量少。绝对湿度不能直接测量，一般通过干湿球温度表查算。2水汽压 e （vapour pressure） ： 指大气中水汽所引起的那部分压强称水汽压。单位与气压相同。 它表示空气中水汽含量的多少，水汽压大，水汽含量多，水汽压小，水汽含量少。水汽压也不能直接测得，通过干湿球温度表查算获得。3饱和水汽压 E （Saturation Vapour Pressure）: 指空气达到饱和时的水汽压。饱和空气中的水汽压是温度

18、的函数，即 E=E(T)，随着温度的升高而增大。 它表示空气“吞食”水汽的能力，不反映空气中水汽含量的多少。4相对湿度 f （Relative Humidity） ： 指空气中的实际水汽压(e)与同温度下的饱和水汽压的百分比，即：f=e/E100。 当 f100 未饱和；当 f=100饱和；当f100过饱和。 因此它表示空气距离饱和的程度，不直接反映空气中水汽含量的多少。目前，我国有些城市把相对湿度作为日常天气预报的一个指标。5露点(Dew Point) Td ： 指空气中水汽含量不变且气压一定时,降低温度使其空气达到饱和时的温度，称为露点温度。单位与气温相同。 它表示空气中水汽含量的多少，露点高，水汽含量多，露点低，水汽含量少。6温度露点差 T-Td ： 它的大小反映空气距离饱和的程度。T-Td=0 饱和；T-Td0 未饱和； T-Td愈大，f愈小。另外，若湿球温度趋于干球温度，说明相对湿度大，一般有雾或降水。7. e和a的关系 若e的单位为hPa时，则 a = 217e/T 若e的单位为mmHg时，则 a = 289e/T a e 大气中的水汽主要来自下垫面的蒸发，水汽的凝结或a凝华改变水汽的含量，其分布是不均匀的。 垂直分布：绝对湿度随高度的增加而迅速减小。在2公里高度处不足地面的1/2，5公里