基本气象理论-01详解课件

航空气象学航空气象学METEOROLOGYFORPILOTS飞行技术专业航空气象学航空气象学METEOROLOGY1水可载舟，亦可复舟。风云变幻气象万千趋利避害安全飞行风云变幻气象万千趋利避害安全飞行水可载舟，亦可复舟。风云变幻气象万千趋利避害安全2航空气象大气对飞行活动的影响:1.基本气象要素变化对飞行的影响:2.空气运动对飞行的影响:3.天气现象对飞行的影响.

随着航空事业的发展，飞机性能的提高，大型飞机的增多，气象对飞行的影响不但依然存在，而且对航空气象保障提出了更高的要求。

目前，飞行活动与气象条件之间的关系，正在从气象条件决定能否飞行，变为在复杂气象条件下如何飞行的问题。航空气象大气对飞行活动的影响:1.基本气象要素变化对3概述

本教程是根据飞行员培训大纲要求，参考多种相关教材编写而成的。主要介绍如下内容

基本气象原理；各种类型天气的发展过程及其预测；对飞行有严重影响的天气现象及如何避免它们的影响。航空气象概述本教程是根据飞行员培训大纲要4一大气二基本气象要素三大气的运动

第一章基本气象理论航空气象一大气二基本气象要素三大5航空气象

地球周围包围着一层深厚的空气圈，称为地球大气，简称大气(atmosphere)。大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样的天气(weather)现象。大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、能见度等基本气象要素(meteorologicalelement)表示。第一节大气

一、大气的成分1.干洁空气无水汽、无杂质的混合气体,氮(78%)、氧(21%)、氩、二氧化碳、臭氧占干空气总体积含量的99.97%；2.水汽

大气中唯一能发生相变的成分,来源于地面。含量不多,按容积计算,只占0-5%.但作用重要；3.气溶胶粒子

(大气杂质)水汽凝结物水滴和冰晶，悬浮的固体烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电离子等。第一章基本气象理论气态液态固态

相变航空气象地球周围包围着一层深厚的空气圈，6航空气象干洁空气的成分

氮气78%其他气体1%氧气21%·氩·氦·二氧化碳·氖第一章基本气象理论航空气象干洁空气的成分氮气78%其他7航空气象第一章基本气象理论*****海面陆地冻结融化蒸发升华凝结**蒸发凝华雨********雪水滴冰晶露凝结蒸发凝结雾霜凝华水汽相变与循环***航空气象第一章基本气象理论*****海面陆地8航空气象第一章基本气象理论对天气影响较大的大气成分：

•干洁空气

各种成分的气体（除臭氧外）不能直接吸收太阳辐射，大量的太阳辐射可穿过大气层到达地面，使地面增温。二氧化碳吸收地面受热后放出的长波辐射，而使热量不能大量向外层空间散发，对地球具有“温室效应”的作用。臭氧强烈吸收太阳紫外线辐射而使臭氧层增温，改变大气温度的垂直分布，同时也使地球生物免受了过多紫外线的照射。

航空气象第一章基本气象理论对天气影响较大的大气成分9航空气象第一章基本气象理论对天气影响较大的大气成分：

•水汽相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等天气现象；相变过程中放出或吸收热量，影响地面和空气的温度。在大气中运动的水汽，通过状态变化传输热量，而热量的传递又是大气中的一个重要物理过程，与气温及天气变化关系密切。•大气杂质在一定的天气条件下，大气杂质常聚集在一起，形成云、雾、雨、雪、风沙等天气现象，使大气透明度变差，并能吸收、散射和反射地面和太阳辐射，影响大气温度。此外，固体杂质还可充当水汽的凝结核，在云、雾、降水等的形成过程中起着重要的作用。航空气象第一章基本气象理论对天气影响较大的大气成分10大气垂直分层示意图二、大气的结构

大气表现为一定的层状结构。主要根据垂直方向上大气温度分布的特点，将大气由下至上分为对流层、平流层（同温层）、中间层、暖层（电离层）和散逸层等五个层次。Thegaseousmassorenvelopesurroundingacelestialbody,especiallytheonesurroundingEarth,andretainedbythecelestialbody'sgravitationalfield.大气层指环绕天体的气团或气层，尤指环绕地球的气团，被天体重力场所束缚12345大气垂直分层示意图二、大气的结构Thegaseousm11航空气象大气的分层平流层对流层中间层暖层对流层顶8090km5060km710km1720km第一章基本气象理论TroposphereStratosphereMesosphereThermosphereATMOSPHERICLEVELS散逸层ExosphereTropopause航空气象大气的分层平流层对流层中间层暖12

对流层(troposphere)大气热量的直接来源主要是空气吸收地面发出的长波辐射，靠近地面的空气受热后热量再向高处传递。

平流层(stratosphere)大气热量主要来自臭氧对太阳紫外线的吸收。航空气象第一章基本气象理论航空活动主要在对流层和平流层中进行对流层(troposphere)大气热量13对流层的三个主要特点：气温随高度的增高而降低；空气具有强烈的对流运动(垂直混合)；气象要素的水平分布不均匀。

厚度随纬度和季节而变低纬厚于高纬夏季厚于冬季对流层上界高度随纬度的变化纬度0-30°：17～18km;纬度30-60°：10～12km;纬度60°以上8～9km

在对流层中，水汽和二氧化碳对大气温度变化的影响最大。航空气象第一章基本气象理论

对流层集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽。

对流层的三个主要特点：对流层上界高度随纬度的变化14气温随高度增高而降低气温随高度增高而升高气温随高度不变逆温层(inversion)等温层(isothermal)航空气象第一章基本气象理论气温垂直递减率(LapseRateofAirTemperature)气温垂直递减率每上升单位高度时的气温降低值，用γ表示。γ=-ΔT/ΔZ

气温随高度增高而降低气温随高度增高而升高气温随高度不变逆温层15航空气象

已知某地的地面气温为T0(°C)，可大致推算该地Z(m)高度上的气温TZ(°C):

TZ=T0－γZTZ=T0–0.65×在对流层中，平均取γ=0.65°C/100m，则TZT0ZZ

或TZ=T0–0.0065×Z东X北Y天第一章基本气象理论Z100航空气象已知某地的地面气温为T0(°C)16航空气象第一章基本气象理论三、大气的基本性状1.

大气的基本物理性质

·连续性–宏观上把流体视为连续介质，大气亦然；

·流动性–大气流动形成风；

·

压缩性–流体皆可压缩，气体压缩性大于液体；气流速度很小时，其压缩性不甚显著；大范围空气近似地当作不可压缩流体；

·粘性–两层流体相对运动，其间有力相互牵制。相对速度很小时，粘性对流体的运动不起主导作用。

2.状态方程

用以描述理想气体状态的三个参量-压力、温度、体积（或密度）之间的关系式：

P=ρRT

R为比气体常数，因气体不同而异。干空气的R为287焦耳/千克•度(开)。

适用于通常大气温度和压强下的干空气和未饱和湿空气。航空气象第一章基本气象理论三、大气的基本性状17航空气象第一章基本气象理论第二节基本气象要素

表示大气状态的物理量和物理现象通称为气象要素。气温、气压、湿度、等物理量和风、云、降水、能见度等天气现象都是气象要素。

气温、气压、湿度是三大基本气象要素。一、气温(airtemperature)（一）气温的概念气温是表示空气冷暖程度的物理量，它实质上是空气分子平均动能（内能）大小的宏观表现。气温通常用三种温标来量度。航空气象第一章基本气象理论第二节基本气象要16

032273.16180等份100等份冰点沸点常用温标

ºC

ºFK0-273.16冰、水和水汽平衡共存分子热运动的动能为零一个大气压下的水TemperatureScales10021237319航空气象

1.

摄氏(Celsius)温标（°C）

C=5/9x(F-32)

2.

华氏(Fahrenheit)温标（°F）

F=9/5xC+32

3.

开氏(Kelvin)温标（K）

K=C+273.16（二）.气温的增热和冷却气温的变化实质上是空气内能的变化的反映

1.气温的非绝热变化空气块与外界交换热量而产生的温度变化方式有辐射、传导、对流、乱流、水相变化[蒸发（升华）和凝结（凝华）]等。

空气与地面之间交换热量，最主要是长波辐射；

气层之间交换热量，主要依靠对流和乱流。2.气温的绝热变化空气块由于自身内能增减而产生的温度变化：

一团空气绝热上升，体积膨胀，其一部分内能反抗外界压力而作功，温度下降；反之，外力作功，转变为空气的内能，温度升高。第一章基本气象理论

Everyphysicalprocessofweatherisaccompaniedbyaheatexchange.航空气象第一章基本气象理论E20气块作干绝热运动时温度的变化航空气象第一章基本气象理论空气块被压缩，外界对空气块做功转化为内能，其温度升高。空气块膨胀，空气块对外界做功消耗内能，其温度降低。气块作干绝热运动时航空气象第一章基本气象理论空气块21航空气象

引起空气温度变化的绝热因素和非绝热因素常常是同时存在的,但因条件不同而有主次之分,当气块作水平运动或静止不动时,非绝热变化是主要的,当气块作垂直运动时,绝热变化是主要的。

a.干空气温度的绝热变化(无水相变化)

γd=1ºC/100m

b.湿空气温度的绝热变化(有水相变化)

γm=0.4-0.7ºC/100m

第一章基本气象理论航空气象引起空气温度变化的22航空气象第一章基本气象理论二、气压(airpressure)（一）气压的概念及其单位由地球周围大气的重量而产生的压强，简称气压。在静止大气中任一高度上的气压值，等于其单位面积上垂直空气柱的重量。

气压的单位为帕斯卡*，简称帕（Pa）。气象部门以百帕（hPa）为单位,亦用毫巴（mb）表示。

一百帕=1000达因/厘米2=100牛顿/米2

气压的另一个单位为毫米水银柱高（mmHg）。两种气压单位的换算关系为

1mmHg≈1.333hPa1hPa≈0.75mmHg*Pascal(1623-1662)

法国数学家、物理学家、哲学家1643HghTorricelli

(1608-1647)航空气象第一章基本气象理论二、气压(airpr23航空气象（二）气压随高度的变化

气压总是随高度递减的,但递减的快慢程度却不一样。低层较快，高层较慢。在近地面层中，高度每升高100米，气压约降低9.5mmHg。

1.大气静力学基本方程

大气静力学基本方程（简称静力方程）表示的是：大气在垂直方向上所受的作用力达到平衡时，气压随高度变化的定量关系，即

dP=-ρgdz

2.压高公式及其应用压高公式较好地解决了压力和高度间的定量关系，应用它可进行标准大气条件下气压与高度间的换算，并根据这些数据制作飞机上的气压高度表。

z2-z1=18400(1+αt)lg(P1/P2)

α=1/273第一章基本气象理论航空气象（二）气压随高度的变化第一章基本气象理论24航空气象气压随高度的变化第一章基本气象理论

为什么气压总是随高度而降低？

在大气处于静止状态时，某一高度上的气压值等于其单位水平面积上所承受的上部大气柱的重量。随着高度增加，其上部大气柱越来越短，且气柱中空气密度越来越小。近地面层中,-9.5mmHg/100m航空气象气压随高度的变化第一章基本气25航空气象（三）常用的几种气压值

1.本站气压(stationpressure)

本站气压是指气象台气压表所在高度上的气压。它也是推算其它各种气压值的基础。每小时测定一次。

2.(修正)海平面气压(sea-levelpressure)

海平面气压是指把本站（海拔1500m以下）气压推算到同一地点海平面处的气压。用于绘制地面天气图。

3.标准海平面气压(standardatmosphericpressure)标准海平面气压是指标准状态下的海平面气压，为一固定数值：

760mmHg或1013.25百帕。亦用于飞机在航线上的飞行。4.场面气压(aerodromepressure)场面气压一般是指离跑道面三米高处的气压。《国际民用航空公约》附件三中，建议用着陆跑道入口端处的气压，通常可用机场标高处的气压代替。多在飞机起飞和着陆时使用。

第一章基本气象理论航空气象（三）常用的几种气压值第一章基本气象理论26常用的几种气压值760mmHg机场跑道面海平面3m气象台本站气压海平面气压标准海平面气压场面气压实测实测或推算推算规定常用的几种气压值760mmHg机场跑道面海平面3m气象台本站27航空气象第一章基本气象理论飞机的飞行高度QNEQFE*QNH*AGLMSLISASL*在标准大气条件下，场压高QFE=相对高度，海压高QNH=绝对高度。航空气象第一章基本气象理论飞机的飞行高28航空气象第一章基本气象理论飞行中常用的几种气压高度：1.场面气压高度(QFE)飞机相对于起飞或着陆机场跑道的高度。为使气压式高度表指示场面气压高度，飞行员需按场压来拨正气压式高度表，将气压式高度表的刻度拨正到场压值上。2.标准海平面气压高度(QNE)飞机相对于标准海平面的高度。飞机在航线上飞行时，都要按标准海平面气压调整高度表，目的是使所有在航线上飞行的飞机都有相同的“零点”高度，并按此保持规定的航线仪表高度飞行，以避免飞机在空中相撞。3.修正海平面气压高度(QNH)如果按修正海平面气压拨正气压式高度表，则高度表将显示出修正海平面气压高度。在飞机着陆时，将高度表指示高度减去机场标高就等于飞机距机场跑道面的高度。航空气象第一章基本气象理论飞行中常用的几种气压高度29航空气象第一章基本气象理论（四）气压的水平分布的基本型式气压场—气压的空间分布。

水平气压场—某一平面（通常取为海平面）上的气压分布。气压系统—低压、低压槽、高压、高压脊、鞍型气压区等压线一isobar脊一ridge槽一trough

高压一high低压一low鞍形区一col航空气象第一章基本气象理论（四）气压的水平分布的基30航空气象第一章基本气象理论低压与低压槽的空间等压面低压与低压槽的空间等压面高压与高压脊的空间等压面鞍形气压场的空间等压面航空气象第一章基本气象理论低压与低压槽的空间等压面31航空气象第一章基本气象理论水平气压梯度(horizontalgradientofpressure)

表现为等压线的疏密程度，反映出气压在水平方向上变化的快慢。

水平气压梯度是一个向量，它的方向垂直于等压线，从高压指向低压，它的大小等于沿这个方向上单位距离内的气压差，即

Gn=-

为沿气压梯度方向上两点间的距离，为这两点间的气压差。规定气压梯度方向与方向（从高压指向低压）一致时取正。水平气压梯度的单位通常用百帕/赤道度来表示。一赤道度是指赤道上经度相差一度的纬圈长度,其值约为111km。ΔPΔNΔPΔNΔN高ΔNP-1P-2P-3P航空气象第一章基本气象理论ΔPΔNΔPΔNΔN高Δ32航空气象

度量空气中水汽含量多少或空气干湿程度的物理量，称为湿度。它有两方面的含义，即水汽含量和饱和程度。（一）常用的湿度表示方法1.绝对湿度(absolutehumidity)（a）

由单位体积空气中所含的水汽质量。它的单位是克/米3。2.水汽压(watervaporpressure)（e）

大气中的水汽所产生的那部分压力。它是大气压力的一部分。水汽含量达到饱和限度时的水汽压，叫饱和水汽压（E）。饱和水汽压的大小仅与气温有关。第一章基本气象理论三、湿度(airhumidity)不同温度下的饱和水汽压航空气象度量空气中水汽含量多少或空气干湿程33航空气象

3.相对湿度(relativehumidity)（f）

空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。

f=e/E×100%

通常，气温变化对相对湿度的影响，比水汽变化影响要大。4.露点温度(dew-point)（td）

当空气中水汽含量不变且气压一定时，如气温不断降低，使空气达到饱和的温度。5.温度露点差(dew-pointdeficit)（t-td）

气温–露点温度

绝对湿度、水汽压、露点温度是表示空气中水汽含量的多少；而相对湿度、温度露点差则表示空气距离饱和的程度。第一章基本气象理论航空气象第一章基本气象理论34航空气象第一章基本气象理论空气团的相对湿度、温度和露点的关系航空气象第一章基本气象理论空气团的相对湿度、温度和35航空气象

实际大气中作上升运动的空气块，一方面由于体积膨胀而绝热降温，另一方面由于气压的减小其露点温度也有所降低。但气温的降低速度远远大于露点温度的降低速度，因而空气块只要能上升到足够的高度就能达到饱和（气温和露点趋于一致）。一般而言，未饱和空气每上升100m,温度下降约1°C，而露点温度下降约0.2°C，因此气温露点差的减小速度约为0.8°C/100m。

（二）空气湿度的变化

1.空气中水汽含量的变化

水汽含量与地表和气温有关，地表潮湿、气温高，水汽含量多。2.空气饱和程度的变化

空气饱和程度与气温和水汽含量有关，气温低、水汽含量多，离饱和程度近。

第一章基本气象理论航空气象第一章基本气象理论36航空气象-56.5℃第一章基本气象理论四、标准大气(ISA)

比较飞机性能和设计大气数据仪表的需要

目前由国际民航组织(ICAO)统一采用的30公里以下标准大气的主要数据是：（1）

干洁大气，垂直方向上成份（各种气体的比例）不改变，平均分子量为28.9644（以12C为标准）；（2）

具有理想气体的性质；（3）

标准海平面的重力加速度为g0=9.80665m/s2；（4）

在平均海平面上，气温为T0=15ºC=288.16ºK，气压为P0=1013.25hPa(mb)或760mmHg或29.92inHg或1个大气压，空气密度为ρ0=1.225kg/m3；（5）

处于流体静力平衡状态；（6）

气温的垂直递减率，在海拔11公里以下为0.65℃/100m，11—20公里为零(即气温随高度不变)，20—30公里为-0.1℃/百米。航空气象-56.5℃第一章基本气象理论四、标准37航空气象一、风的形成和风压定理（一）风的表示和测量风是指空气相对于地面的水平运动。方向：在气象上，风向是指风的来向。以方位或方位角表示。

风速：单位时间内空气运动的水平距离。速度单位。

空气时刻都在运动，

水平–风(wind)

升降–对流(convection)不规则的小范围涡旋运动–乱流(turbulence)

（或湍流）较有规律的大范围空气运动第一章基本气象理论第三节大气的运动

由于空气的运动，使得各地区和各高度之间的热量、水汽、杂质等得以输送和交换，从而使大气始终保持一种平衡状态。航空气象一、风的形成和风压定理空气时刻都在运动，较有38航空气象第一章基本气象理论风速单位的换算关系是：1米/秒=3.6公里/小时1海里/小时≈1.852公里/小时≈0.5米/秒风的方位和方位角航空气象第一章基本气象理论风速单位的换算关系是：风39航空气象第一章基本气象理论风力等级–风速对照表风力等级与风速（米/秒）之间有如下近似关系：1—4级风速≈1.5×风力等级5—12级风速≈3.8×风力等级–10航空气象第一章基本气象理论风力等级40航空气象风的测量仪器探测：

风向风速仪近地面风

测风气球高空风风袋飞行员观测跑道区风向风速多普勒测风雷达机场区域内一定高度风的分布

目视估计：

按《风力等级表》第一章基本气象理论

航空气象风的测量第一章基本气象理论41航空气象第一章基本气象理论1.水平气压梯度力G(pressuregradientforce)

水平气压梯度引起的作用在单位质量空气上的压力差。水平气压梯度力的方向与水平气压梯度方向一致，垂直于等压线，从高压指向低压，它的大小与水平气压梯度成正比，与空气密度成反比。即

G=-

ΔPΔN（二）风的形成ρ1同一水平面上空气密度通常变化不大，因此，一般水平气压梯度越大的地方，水平气压梯度力也越大。航空气象第一章基本气象理论ΔPΔN（二）风的形成ρ42航空气象2.科氏力

CoriolisForce(地球自转偏向力)

A——由于地球自转所引起的、使相对于地球运动的物体偏离原来运动方向的力。科氏力是一种惯性力，它不改变运动物体速度的大小，而只改变其方向。它是虚力，但具有实力的作用。第一章基本气象理论（二）风的形成地球自转对空气运动的作用转动的圆盘显示地球自转效应航空气象2.科氏力CoriolisForce(43航空气象科氏力的大小为

A=2Vωsinφ

即A的大小与风速及纬度的正弦成正比。科氏力的方向垂直于物体运动的方向，在北半球指向右，在南半球指向左。第一章基本气象理论（二）风的形成转动角速度ωsinφ北半球风与科氏力的关系航空气象科氏力的大小为A=2Vωsinφ即A的44航空气象3.摩擦力R(

friction)——当空气在近地面运动时，地表对空气运动要产生阻碍作用，即产生摩擦力。

R=-kVk为摩擦系数，V为空气运动速度。

摩擦力的作用可通过空气分子、微团的运动向上传递，一直到摩擦层顶部。第一章基本气象理论（二）风的形成4.惯性离心力C(

inertialcentrifugalforce)—当空气在水平方向上相对于地球表面作曲线运动时，还要受到惯性离心力的作用。惯性离心力的方向与速度V垂直，由曲率中心指向外缘，其大小为

C=mV2/r

V为空气运动的线速度，r为曲率半径，m为空气块质量。航空气象3.摩擦力R(friction)——45航空气象

气压梯度力使空气由高压区流向低压区。一旦空气开始运动，就要受到科氏力的作用，在北半球，科氏力使空气向右偏转，在高压区形成了顺时针旋转的气流，在低压周围气流的方向是逆时针的。这种偏转一直进行到气压梯度力和地转偏向力达到平衡（两者大小相等、方向相反），这时风（地转风geostrophicwind）的流向大约与等压线平行。第一章基本气象理论

作用于空气上的水平力有：水平气压梯度力、地转偏向力（科氏力）、摩擦力和惯性离心力。这些水平力使空气产生水平运动，形成风。（二）风的形成地转风的形成航空气象46航空气象气流逆时针旋转气流顺时针旋转第一章基本气象理论低压区高压区航空气象第一章基本气象理论低压区高压区47航空气象

摩擦层

对流层下层（离地1500m高度以下）的空气受地形扰动和地表摩擦作用最大，气流混乱，称为摩擦层。

自由大气

在1500m高度以上，大气几乎不受地表摩擦的影响，称为自由大气。

第一章基本气象理论航空气象摩擦层第一章基本气象理论48航空气象

自由大气中的风压定理

风沿着等压线吹，在北半球背风而立，高压在右，低压在左。等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相反。自由大气中风与气压场的关系第一章基本气象理论（三）风压定理航空气象自49航空气象

摩擦层中的风压定理

风斜穿等压线吹*，在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方。等压线越密，风速越大。南半球风的运动方向与北半球相反。摩擦层中风与气压场的关系

*斜穿角度取决于摩擦力大小，地面越粗糙，风与等压线的交角越大。陆地大于（约30～450）水面（约15～200）。第一章基本气象理论（三）风压定理航空气象摩50航空气象

第一章基本气象理论（四）风的变化

1.摩擦层中在北半球随高度增加，风速增大，风向右偏；风的阵性：由乱流涡旋运动迭加引起2.自由大气中热成风:风沿着等温线吹,在北半球热成风而立,高温在右手,低温在左手,等温线越密,风速越大.

3.地方性风

•海陆风(发生在海边的水、陆间)•山谷风(发生在山区的坡、谷间)•峡谷风(产生于山口、河谷)•焚风(出现在山脉的背风坡)BA阵风的形成气温水平差异产生的风航空气象第51航空气象第一章基本气象理论海陆风山谷风海风陆风山风谷风航空气象第一章基本气象理论海陆风山谷风海52航空气象第一章基本气象理论焚风峡谷风航空气象第一章基本气象理论焚风峡谷风53航空气象二、空气的垂直运动起因于空气块所受的垂直气压梯度力与重力不平衡

对流是由于空气块与周围大气有温度差异而产生的、强烈而比较有规则的升降运动。局地空气的热升冷降运动，就是空气的对流运动。对流能否发展取决于大气稳定度。

大气稳定度是指大气对垂直运动的阻碍程度。大气是否稳定，通常用周围空气的温度直减率（γ）与上升空气块的绝热直减率（γd或γm）对比来判断。对于干空气和未饱和湿空气而言，当γ

<γd时，大气是稳定的；

当γ>γd时，大气是不稳定的；当γ=γd时，大气是中性稳定的。

对于饱和湿空气而言，当γ

<γm时，大气是稳定的；

当γ

>γm时，大气是不稳定的；当γ

=γm时，大气是中性稳定的。

γd=1°C/100mγ

m=0.4～0.7°C/100m第一章基本气象理论(一)对流运动和大气稳定度(atmosphericstability)航空气象二、空气的垂直运动起因于空气块所受54静力平衡的三种状态

稳定平衡中性平衡不稳定平衡

安之若素随遇而安危如累卵

静力平衡的三种状态稳定平衡中性平衡55高度

(米)10020030013ºC12ºC11ºC12.8ºC12.0ºC11.2ºCd

dd

11ºC11ºC11ºC12ºC12ºC13ºC13ºC12.0ºC13.0ºC11.0ºC12.0ºC13.2ºC10.8ºC某空气块未饱和时大气的稳定度01.0>0.81.0=1.01.0<1.2高度(米)10020030013ºC12ºC11ºC12.56航空气象第一章基本气象理论ZTTTZZγ<γm(<γd)γm<γ

<γdγ>γd>(γm)绝对稳定绝对不稳定条件性不稳定γγγγmγmγmγdγdγd用层结曲线和状态曲线表示的大气稳定度层结曲线---气层气温随高度变化的曲线状态曲线---气块温度随高度变化的曲线航空气象第一章基本气象理论ZTTTZZγ<γm(57航空气象

在逆温层（γ<0）和等温层（γ=0）中，大气是非常稳定的，因此又将它们称为稳定层和阻挡层。它们能阻碍空气垂直运动的发展，在稳定层下面常聚集大量的杂质和水汽，使稳定层上下飞行气象条件有明显差异。逆温层等温层稳定层第一章基本气象理论航空气象在逆温层（γ<0）和等温层（γ58航空气象第一章基本气象理论大气稳定度（γ）的日变化和年变化规律：日变化

日出后，γ值增大，午后达到最大，大气变得不稳定；入夜后，γ值减小，清晨达到最小，大气变得很稳定，甚至可在近地面附近形成等温层（γ=0）或逆温层（γ<0）；天气越晴朗，大气稳定度的日变化越明显。年变化夏季大气最不稳定，冬季大气最稳定。航空气象第一章基本气象理论大气稳定度（γ）的日变化59航空气象暖而湿的空气不稳定，冷而干的空气稳定。第一章基本气象理论空气块的稳定度取决于它的密度温度湿度密度密度水汽轻于干空气。航空气象暖而湿的空气不稳定，冷而干的空气稳定。第一章60航空气象第一章基本气象理论形成对流的基本条件：

1.对流冲击力触发原来静止的空气产生垂直运动的作用力。

热力对流冲击力：由地面热力性质差异引起的。动力对流冲击力：由于空气运动时受到机械抬升作用引起的。2.大气不稳定

对流冲击力触发空气产生垂直运动，能否继续发展和加强，并最终形成强烈的对流运动，则取决与大气的稳定度。航空气象第一章基本气象理论形成对流的基本条件：61航空气象第一章基本气象理论热力对流冲击力的形成航空气象第一章基本气象理论热力对流冲击力的形成62航空气象第一章基本气象理论动力对流冲击力的形成航空气象第一章基本气象理论动力对流冲击力的形成63航空气象第一章基本气象理论(二)系统性垂直运动

一般产生于大范围空气的水平气流辐合、辐散区以及冷暖空气交锋区，或山的迎风面气流辐合。运动范围广阔、持续时间长。地形引起的系统性上升运动航空气象第一章基本气象理论(二)系统性垂直运动64航空气象第一章基本气象理论低层气流辐合引起其上空气产生上升运动摩擦层中低压区和高压区的水平气流和垂直运动航空气象第一章基本气象理论低层气流辐合引起摩擦层中65航空气象第一章基本气象理论(三)大气波动

大气在重力作用下产生的波动（重力波），由于界面上下空气密度和风向、风速较大差异引起，或在山的背风面形成。空气在波峰处作上升运动，在波谷处作下降运动。逆温层下形成的重力波山地背风波航空气象第一章基本气象理论(三)大气波动逆温层66航空气象第一章基本气象理论(四)大气乱流

空气不规则的涡旋运动，由大气中的气流切变引起，与热力、动力因素及大气稳定度有关。涡旋可绕水平轴、垂直轴或其他方向的轴旋转，因而乱流涡旋中存在尺度和速度都不等的垂直运动。气流切变形成乱流涡旋热力乱流的形成航空气象第一章基本气象理论(四)大气乱流气流切变67航空气象第一章基本气象理论近地面动力乱流航空气象第一章基本气象理论近地面动力乱流68航空气象本章小结123456716章内容条定理（风压）种气压种气压系统型式项数据（标准大气）种大气稳定度第一章基本气象理论个基本气象要素（本章4个）个风向方位航空气象本章小结1章内容条定理（风压）种气压种气69航空气象学航空气象学METEOROLOGYFORPILOTS飞行技术专业航空气象学航空气象学METEOROLOGY70水可载舟，亦可复舟。风云变幻气象万千趋利避害安全飞行风云变幻气象万千趋利避害安全飞行水可载舟，亦可复舟。风云变幻气象万千趋利避害安全71航空气象大气对飞行活动的影响:1.基本气象要素变化对飞行的影响:2.空气运动对飞行的影响:3.天气现象对飞行的影响.

随着航空事业的发展，飞机性能的提高，大型飞机的增多，气象对飞行的影响不但依然存在，而且对航空气象保障提出了更高的要求。

目前，飞行活动与气象条件之间的关系，正在从气象条件决定能否飞行，变为在复杂气象条件下如何飞行的问题。航空气象大气对飞行活动的影响:1.基本气象要素变化对72概述

本教程是根据飞行员培训大纲要求，参考多种相关教材编写而成的。主要介绍如下内容

基本气象原理；各种类型天气的发展过程及其预测；对飞行有严重影响的天气现象及如何避免它们的影响。航空气象概述本教程是根据飞行员培训大纲要73一大气二基本气象要素三大气的运动

第一章基本气象理论航空气象一大气二基本气象要素三大74航空气象

地球周围包围着一层深厚的空气圈，称为地球大气，简称大气(atmosphere)。大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样的天气(weather)现象。大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、能见度等基本气象要素(meteorologicalelement)表示。第一节大气

一、大气的成分1.干洁空气无水汽、无杂质的混合气体,氮(78%)、氧(21%)、氩、二氧化碳、臭氧占干空气总体积含量的99.97%；2.水汽

大气中唯一能发生相变的成分,来源于地面。含量不多,按容积计算,只占0-5%.但作用重要；3.气溶胶粒子

(大气杂质)水汽凝结物水滴和冰晶，悬浮的固体烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电离子等。第一章基本气象理论气态液态固态

相变航空气象地球周围包围着一层深厚的空气圈，75航空气象干洁空气的成分

氮气78%其他气体1%氧气21%·氩·氦·二氧化碳·氖第一章基本气象理论航空气象干洁空气的成分氮气78%其他76航空气象第一章基本气象理论*****海面陆地冻结融化蒸发升华凝结**蒸发凝华雨********雪水滴冰晶露凝结蒸发凝结雾霜凝华水汽相变与循环***航空气象第一章基本气象理论*****海面陆地77航空气象第一章基本气象理论对天气影响较大的大气成分：

•干洁空气

各种成分的气体（除臭氧外）不能直接吸收太阳辐射，大量的太阳辐射可穿过大气层到达地面，使地面增温。二氧化碳吸收地面受热后放出的长波辐射，而使热量不能大量向外层空间散发，对地球具有“温室效应”的作用。臭氧强烈吸收太阳紫外线辐射而使臭氧层增温，改变大气温度的垂直分布，同时也使地球生物免受了过多紫外线的照射。

航空气象第一章基本气象理论对天气影响较大的大气成分78航空气象第一章基本气象理论对天气影响较大的大气成分：

•水汽相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等天气现象；相变过程中放出或吸收热量，影响地面和空气的温度。在大气中运动的水汽，通过状态变化传输热量，而热量的传递又是大气中的一个重要物理过程，与气温及天气变化关系密切。•大气杂质在一定的天气条件下，大气杂质常聚集在一起，形成云、雾、雨、雪、风沙等天气现象，使大气透明度变差，并能吸收、散射和反射地面和太阳辐射，影响大气温度。此外，固体杂质还可充当水汽的凝结核，在云、雾、降水等的形成过程中起着重要的作用。航空气象第一章基本气象理论对天气影响较大的大气成分79大气垂直分层示意图二、大气的结构

大气表现为一定的层状结构。主要根据垂直方向上大气温度分布的特点，将大气由下至上分为对流层、平流层（同温层）、中间层、暖层（电离层）和散逸层等五个层次。Thegaseousmassorenvelopesurroundingacelestialbody,especiallytheonesurroundingEarth,andretainedbythecelestialbody'sgravitationalfield.大气层指环绕天体的气团或气层，尤指环绕地球的气团，被天体重力场所束缚12345大气垂直分层示意图二、大气的结构Thegaseousm80航空气象大气的分层平流层对流层中间层暖层对流层顶8090km5060km710km1720km第一章基本气象理论TroposphereStratosphereMesosphereThermosphereATMOSPHERICLEVELS散逸层ExosphereTropopause航空气象大气的分层平流层对流层中间层暖81

对流层(troposphere)大气热量的直接来源主要是空气吸收地面发出的长波辐射，靠近地面的空气受热后热量再向高处传递。

平流层(stratosphere)大气热量主要来自臭氧对太阳紫外线的吸收。航空气象第一章基本气象理论航空活动主要在对流层和平流层中进行对流层(troposphere)大气热量82对流层的三个主要特点：气温随高度的增高而降低；空气具有强烈的对流运动(垂直混合)；气象要素的水平分布不均匀。

厚度随纬度和季节而变低纬厚于高纬夏季厚于冬季对流层上界高度随纬度的变化纬度0-30°：17～18km;纬度30-60°：10～12km;纬度60°以上8～9km

在对流层中，水汽和二氧化碳对大气温度变化的影响最大。航空气象第一章基本气象理论

对流层集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽。

对流层的三个主要特点：对流层上界高度随纬度的变化83气温随高度增高而降低气温随高度增高而升高气温随高度不变逆温层(inversion)等温层(isothermal)航空气象第一章基本气象理论气温垂直递减率(LapseRateofAirTemperature)气温垂直递减率每上升单位高度时的气温降低值，用γ表示。γ=-ΔT/ΔZ

气温随高度增高而降低气温随高度增高而升高气温随高度不变逆温层84航空气象

已知某地的地面气温为T0(°C)，可大致推算该地Z(m)高度上的气温TZ(°C):

TZ=T0－γZTZ=T0–0.65×在对流层中，平均取γ=0.65°C/100m，则TZT0ZZ

或TZ=T0–0.0065×Z东X北Y天第一章基本气象理论Z100航空气象已知某地的地面气温为T0(°C)85航空气象第一章基本气象理论三、大气的基本性状1.

大气的基本物理性质

·连续性–宏观上把流体视为连续介质，大气亦然；

·流动性–大气流动形成风；

·

压缩性–流体皆可压缩，气体压缩性大于液体；气流速度很小时，其压缩性不甚显著；大范围空气近似地当作不可压缩流体；

·粘性–两层流体相对运动，其间有力相互牵制。相对速度很小时，粘性对流体的运动不起主导作用。

2.状态方程

用以描述理想气体状态的三个参量-压力、温度、体积（或密度）之间的关系式：

P=ρRT

R为比气体常数，因气体不同而异。干空气的R为287焦耳/千克•度(开)。

适用于通常大气温度和压强下的干空气和未饱和湿空气。航空气象第一章基本气象理论三、大气的基本性状86航空气象第一章基本气象理论第二节基本气象要素

表示大气状态的物理量和物理现象通称为气象要素。气温、气压、湿度、等物理量和风、云、降水、能见度等天气现象都是气象要素。

气温、气压、湿度是三大基本气象要素。一、气温(airtemperature)（一）气温的概念气温是表示空气冷暖程度的物理量，它实质上是空气分子平均动能（内能）大小的宏观表现。气温通常用三种温标来量度。航空气象第一章基本气象理论第二节基本气象要素87100212373.16

032273.16180等份100等份冰点沸点常用温标

ºC

ºFK0-273.16冰、水和水汽平衡共存分子热运动的动能为零一个大气压下的水TemperatureScales10021237388航空气象

1.

摄氏(Celsius)温标（°C）

C=5/9x(F-32)

2.

华氏(Fahrenheit)温标（°F）

F=9/5xC+32

3.

开氏(Kelvin)温标（K）

K=C+273.16（二）.气温的增热和冷却气温的变化实质上是空气内能的变化的反映

1.气温的非绝热变化空气块与外界交换热量而产生的温度变化方式有辐射、传导、对流、乱流、水相变化[蒸发（升华）和凝结（凝华）]等。

空气与地面之间交换热量，最主要是长波辐射；

气层之间交换热量，主要依靠对流和乱流。2.气温的绝热变化空气块由于自身内能增减而产生的温度变化：

一团空气绝热上升，体积膨胀，其一部分内能反抗外界压力而作功，温度下降；反之，外力作功，转变为空气的内能，温度升高。第一章基本气象理论

Everyphysicalprocessofweatherisaccompaniedbyaheatexchange.航空气象第一章基本气象理论E89气块作干绝热运动时温度的变化航空气象第一章基本气象理论空气块被压缩，外界对空气块做功转化为内能，其温度升高。空气块膨胀，空气块对外界做功消耗内能，其温度降低。气块作干绝热运动时航空气象第一章基本气象理论空气块90航空气象

引起空气温度变化的绝热因素和非绝热因素常常是同时存在的,但因条件不同而有主次之分,当气块作水平运动或静止不动时,非绝热变化是主要的,当气块作垂直运动时,绝热变化是主要的。

a.干空气温度的绝热变化(无水相变化)

γd=1ºC/100m

b.湿空气温度的绝热变化(有水相变化)

γm=0.4-0.7ºC/100m

第一章基本气象理论航空气象引起空气温度变化的91航空气象第一章基本气象理论二、气压(airpressure)（一）气压的概念及其单位由地球周围大气的重量而产生的压强，简称气压。在静止大气中任一高度上的气压值，等于其单位面积上垂直空气柱的重量。

气压的单位为帕斯卡*，简称帕（Pa）。气象部门以百帕（hPa）为单位,亦用毫巴（mb）表示。

一百帕=1000达因/厘米2=100牛顿/米2

气压的另一个单位为毫米水银柱高（mmHg）。两种气压单位的换算关系为

1mmHg≈1.333hPa1hPa≈0.75mmHg*Pascal(1623-1662)

法国数学家、物理学家、哲学家1643HghTorricelli

(1608-1647)航空气象第一章基本气象理论二、气压(airpr92航空气象（二）气压随高度的变化

气压总是随高度递减的,但递减的快慢程度却不一样。低层较快，高层较慢。在近地面层中，高度每升高100米，气压约降低9.5mmHg。

1.大气静力学基本方程

大气静力学基本方程（简称静力方程）表示的是：大气在垂直方向上所受的作用力达到平衡时，气压随高度变化的定量关系，即

dP=-ρgdz

2.压高公式及其应用压高公式较好地解决了压力和高度间的定量关系，应用它可进行标准大气条件下气压与高度间的换算，并根据这些数据制作飞机上的气压高度表。

z2-z1=18400(1+αt)lg(P1/P2)

α=1/273第一章基本气象理论航空气象（二）气压随高度的变化第一章基本气象理论93航空气象气压随高度的变化第一章基本气象理论

为什么气压总是随高度而降低？

在大气处于静止状态时，某一高度上的气压值等于其单位水平面积上所承受的上部大气柱的重量。随着高度增加，其上部大气柱越来越短，且气柱中空气密度越来越小。近地面层中,-9.5mmHg/100m航空气象气压随高度的变化第一章基本气94航空气象（三）常用的几种气压值

1.本站气压(stationpressure)

本站气压是指气象台气压表所在高度上的气压。它也是推算其它各种气压值的基础。每小时测定一次。

2.(修正)海平面气压(sea-levelpressure)

海平面气压是指把本站（海拔1500m以下）气压推算到同一地点海平面处的气压。用于绘制地面天气图。

3.标准海平面气压(standardatmosphericpressure)标准海平面气压是指标准状态下的海平面气压，为一固定数值：

760mmHg或1013.25百帕。亦用于飞机在航线上的飞行。4.场面气压(aerodromepressure)场面气压一般是指离跑道面三米高处的气压。《国际民用航空公约》附件三中，建议用着陆跑道入口端处的气压，通常可用机场标高处的气压代替。多在飞机起飞和着陆时使用。

第一章基本气象理论航空气象（三）常用的几种气压值第一章基本气象理论95常用的几种气压值760mmHg机场跑道面海平面3m气象台本站气压海平面气压标准海平面气压场面气压实测实测或推算推算规定常用的几种气压值760mmHg机场跑道面海平面3m气象台本站96航空气象第一章基本气象理论飞机的飞行高度QNEQFE*QNH*AGLMSLISASL*在标准大气条件下，场压高QFE=相对高度，海压高QNH=绝对高度。航空气象第一章基本气象理论飞机的飞行高97航空气象第一章基本气象理论飞行中常用的几种气压高度：1.场面气压高度(QFE)飞机相对于起飞或着陆机场跑道的高度。为使气压式高度表指示场面气压高度，飞行员需按场压来拨正气压式高度表，将气压式高度表的刻度拨正到场压值上。2.标准海平面气压高度(QNE)飞机相对于标准海平面的高度。飞机在航线上飞行时，都要按标准海平面气压调整高度表，目的是使所有在航线上飞行的飞机都有相同的“零点”高度，并按此保持规定的航线仪表高度飞行，以避免飞机在空中相撞。3.修正海平面气压高度(QNH)如果按修正海平面气压拨正气压式高度表，则高度表将显示出修正海平面气压高度。在飞机着陆时，将高度表指示高度减去机场标高就等于飞机距机场跑道面的高度。航空气象第一章基本气象理论飞行中常用的几种气压高度98航空气象第一章基本气象理论（四）气压的水平分布的基本型式气压场—气压的空间分布。

水平气压场—某一平面（通常取为海平面）上的气压分布。气压系统—低压、低压槽、高压、高压脊、鞍型气压区等压线一isobar脊一ridge槽一trough

高压一high低压一low鞍形区一col航空气象第一章基本气象理论（四）气压的水平分布的基99航空气象第一章基本气象理论低压与低压槽的空间等压面低压与低压槽的空间等压面高压与高压脊的空间等压面鞍形气压场的空间等压面航空气象第一章基本气象理论低压与低压槽的空间等压面100航空气象第一章基本气象理论水平气压梯度(horizontalgradientofpressure)

表现为等压线的疏密程度，反映出气压在水平方向上变化的快慢。

水平气压梯度是一个向量，它的方向垂直于等压线，从高压指向低压，它的大小等于沿这个方向上单位距离内的气压差，即

Gn=-

为沿气压梯度方向上两点间的距离，为这两点间的气压差。规定气压梯度方向与方向（从高压指向低压）一致时取正。水平气压梯度的单位通常用百帕/赤道度来表示。一赤道度是指赤道上经度相差一度的纬圈长度,其值约为111km。ΔPΔNΔPΔNΔN高ΔNP-1P-2P-3P航空气象第一章基本气象理论ΔPΔNΔPΔNΔN高Δ101航空气象

度量空气中水汽含量多少或空气干湿程度的物理量，称为湿度。它有两方面的含义，即水汽含量和饱和程度。（一）常用的湿度表示方法1.绝对湿度(absolutehumidity)（a）

由单位体积空气中所含的水汽质量。它的单位是克/米3。2.水汽压(watervaporpressure)（e）

大气中的水汽所产生的那部分压力。它是大气压力的一部分。水汽含量达到饱和限度时的水汽压，叫饱和水汽压（E）。饱和水汽压的大小仅与气温有关。第一章基本气象理论三、湿度(airhumidity)不同温度下的饱和水汽压航空气象度量空气中水汽含量多少或空气干湿程102航空气象