气象学课件章基本气象要素

第二章基本气象要素

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、湿度等物理量是气象要素风、云、降水等天气现象也是气象要素，它们都能表征大气的状况。第一节大气温度1、气温的概念与换算2、气温的变化方式3、局地气温的变化特点4、气温对飞行的影响气温的探测气温的探测1、气温的概念与换算气温是表示空气冷热程度的物理量。它实际上是空气分子平均动能大小的反映。（当空气获得热量时，分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温也就升高；反之，当空气失去热量时，分子运动的平均速度减小，平均动能减小，气温也就降低）我国常用摄氏温度，英美等国常用华氏温度，而理论工作常用绝对温度一般生活中所说的气温——气象观测所用的百叶箱中离地面1.5米高处的温度。1、气温的概念与换算之温标气温通常用三种温标：（1）摄氏温标（Celsius、centigrade）温标（ºC）：（2）华氏温标（Fahrenheit）温标（ºF）：（3）开氏温标（Kelvin）温标（K）：三种温度之间的换算关系为：t=5/9（F-32）T=t+273.15F=9/5t+32式中t、t'及T分别为摄氏温度、华氏温度及绝对温度的数值。2、气温的变化方式气温的变化→分子动能的变化→空气内能的变化（1）非绝热变化（2）绝热变化2、气温的变化方式之非绝热变化非绝热变化的几种形式：辐射：空气块之间、地气之间、云之间

大气层白天由于太阳辐射而增温，夜间由于向外

放出辐射而降温传导：只要气块间有温差，就有热量传导

由于空气分子间隙大，这种方式比较少对流：对流层主要能量交换方式，就是空气的升降运动（1）非绝热变化(Non-adiabaticChange)指空气块通过与外界的热量交换而产生的温度变化2、气温的变化方式之非绝热变化非绝热变化的几种形式：乱流：空气无规则的小范围涡旋

轻度乱流、中度乱流、强度乱流、极度乱流水相变化：

水通过相变释放热量或吸收热量，引起气温变化。

即由于水相的变化而导致温度的变化。绝热变化（AdiabaticChange）：空气块与外界没有热量交换，仅由于外界环境压强变化，使气块膨胀或压缩而引起气块温度变化。

这种方式是成云致雨的主要途径。2、气温的变化方式之绝热变化2、气温的变化方式之绝热变化干绝热过程：绝热过程中，没有水相的变化过程。湿绝热过程：绝热过程中，存在水相的变化过程。为了描述温度变化的快慢，引入物理量“绝热直减率”（1）干空气温度的绝热变化：干空气在绝热过程中，温度变化的直接原因是气压的变化。干绝热直减率（）：干空气在绝热上升（下降）过程中，每上升（下降）单位距离的温度变化。实际工作中，常取=1℃/100m（2）湿空气温度的绝热变化：对于未饱和湿空气：在绝热变化过程中，没有水相变化，可视为干绝热过程当未饱和湿空气上升达到饱和状态开始凝结，就变为饱和湿空气，始终保持饱和状态的气块所作的绝热过程，称为湿绝热过程。湿绝热直减率（）：饱和湿空气绝热上升单位距离时的温度变化。大小约为0.4~0.7℃/100m2、气温的变化方式之绝热变化2、气温的变化方式之绝热变化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。干、湿绝热计算例题有一潮湿气团在山的迎风坡上升时温度为15℃，越过一座相对高度为4000米的山脉。如果水汽的凝结高度为1000米，假设在气团到达山顶前水汽全部凝结成降水降下，求气团过山后到达背风坡山脚时的温度。（湿绝热递减为0.6/100m）。焚风3、局地气温的变化特点之周期变化周期变化

北京、广州气温的年变化

由于大规模冷暖空气运动和阴雨天气的影响而产生的温度变化，没有周期性。倒春寒、秋老虎局地气温的变化3、局地气温的变化特点之非周期变化4、气温对飞行的影响本质上是空气密度对飞行的影响。由于飞机沿等压面飞行，故首先研究温度对飞行的影响。理想气体状态方程：4、气温对飞行的影响之巡航速度与最大平飞速度巡航速度：结论1：空气密度越大、温度越低，巡航速度越小。空气密度越小、温度越高，巡航速度越大。4、气温对飞行的影响之巡航速度与最大平飞速度最大平飞速度：结论2：温度越低、飞机推力越大，最大平飞速度越大。温度越高、飞机推力越小，最大平飞速度越小。发动机推力：代入4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限小时燃料消耗量：结论3：温度越高，小时燃料消耗量越多。温度越低，小时燃料消耗量越少。4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限千米燃料消耗量：结论4：千米燃料消耗量与温度无关，与气压有关。飞机飞的越高，气压越低，Ckm越小。4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限飞机载荷受空气密度影响：空气密度小，飞机升力小，飞机载荷小。空气密度大，飞机升力大，飞机载荷大。结论5：气温高，飞机载荷小。气温低，飞机载荷大。4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限飞机所能达到的最大飞行高度为飞机升限。小时燃料消耗：飞机发动机推力与气压成正比，与温度成反比。4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限飞机由低温区进入高温区，假设气压不变，则推力减小，飞机如果已经处于升限高度，不能再增大发动机转速，则只能下降高度。结论6：气温升高，飞机升限降低。气温降低，飞机升限升高。4、气温对飞行的影响之起飞与着陆结论7：空气密度越小，飞机离地速度越大。空气密度越大，飞机离地速度越小。飞机最小离地速度：4、气温对飞行的影响之起飞与着陆结论8：密度越小，起飞滑跑距离越大。密度越大，起飞滑跑距离越小。起飞滑跑运动方程：4、气温对飞行的影响之起飞与着陆结论9：空气密度越小，着陆速度和着陆滑跑距离越大。空气密度越大，着陆速度和着陆滑跑距离越小。飞行员对策：早放轮，早刹车，早减速。4、气温对飞行的影响之气压高度表与空速表气压高度表是参考标准大气的气压标准来确定高度的，所以要针对实际和标准大气的偏差进行修正。实际平均温度标准大气平均温度表高真高4、气温对飞行的影响之气压高度表与空速表结论10：实际大气温度比标准大气温度小（冷空气中），则真高＜表高。实际大气温度比标准大气温度大（暖空气中），则真高＞表高。4、气温对飞行的影响之气压高度表与空速表空速：即飞机相对于空气的速度。空速表是参考标准大气的海平面气压密度来标定的，所以要针对实际和标准大气的偏差进行修正。标准大气密度表速真空速实际大气密度4、气温对飞行的影响之气压高度表与空速表结论11：实际大气密度比标准大气密度小，

则表速＜真空速。实际大气密度比标准大气密度大，

则表速＞真空速。第一节小结气温是表示空气冷热程度的物理量，它实际上是空气分子平均动能大小的反映。三种温度之间的换算关系。气温的变化方式：绝热与非绝热。干绝热直减率与湿绝热直减率。局地气温的变化特点。结论1：空气密度越大、温度越低，巡航速度越小。空气密度越小、温度越高，巡航速度越大。结论2：温度越低、飞机推力越大，最大平飞速度越大。温度越高、飞机推力越小，最大平飞速度越小。第一节小结结论3：温度越高，小时燃料消耗量越多。温度越低，小时燃料消耗量越少。结论4：千米燃料消耗量与温度无关，与气压有关。飞机飞的越高，气压越低，Ckm越小。结论5：气温高，飞机载荷小。气温低，飞机载荷大。结论6：气温升高，飞机升限降低。气温降低，飞机升限升高。第一节小结结论7：空气密度越小，飞机离地速度越大。空气密度越大，飞机离地速度越小。结论8：空气密度越小，起飞滑跑距离越大。空气密度越大，起飞滑跑距离越小。结论9：气温越高或气压越小，着陆速度和滑跑距离越大。气温越低或气压越大，着陆速度和滑跑距离越小。第一节小结结论10：实际大气温度比标准大气温度小（冷空气中），则真高＜表高。实际大气温度比标准大气温度大（暖空气中），则真高＞表高。结论11：实际大气密度比标准大气密度小，

则表速＜真空速。实际大气密度比标准大气密度大，

则表速＞真空速。第二节大气压强1、气压随高度的变化2、航空常用的几种气压3、气压与高度4、气压的水平分布特点5、气压与飞行的关系气压的概念、单位与换算气压即大气压强，是指与大气相接触的面上，空气分子作用在每单位面积上的力。气压可以用水银柱的高度来测量。因此，气压的单位也可以直接用水银柱的高度—毫米数来表示。这种单位称为毫米水银柱高（mmHg），简称毫米（mm）。气压的概念、单位与换算在国际单位制中，压强的单位是“帕斯卡”（Pascal），简称“帕”，符号为Pa。为统一使用单位，1979年世界气象组织（WMO）规定以“百帕”（Hectopascal）为基本单位。“百帕”即100个“帕”，符号为hPa。空气的压强在气象上习惯用hPa来表示。气压的概念、单位与换算一个标准大气压：规定气温在0℃及标准重力加速度g＝9.80665米/秒下760毫米水银柱所具有的压强。1Pa=1N/m21hPa=100Pa=1mb1013.25hPa=760mmHg=29.92inHg大气压力指单位面积上直至大气上界整个空气柱的重量，是气象学中极其重要的一个物理量，它的分布和变化与大气运动及天气状况有密切关系。观测表明，随着海拔高度的增加，气压值按指数减少，海拔10公里高处的气压值降到只有海平面气压的25%左右。我国青藏高原平均海拔4000多米，地面平均气压仅约600hPa。（一般海平面气压值在980~1040hPa之间变动）1、气压随高度的变化种类对应高度200hPa12000m300hPa9000m500hPa5500m700hPa3000m850hPa1500m空中等压面图的种类及所对应高度1、气压随高度的变化随着高度的增加，上部的大气柱越来越短，且气柱中的空气密度越来越小，所以气压也越来越小。1、气压随高度的变化之大气静力学方程结论1：当dz>0时，dp<0，说明随高度的增加气压是下降的。结论2：气压随高度的增加而降低的快慢主要取决于空气的密度。大气静力学方程：1、气压随高度的变化之单位气压高度差单位气压高度差：2、压高公式压高公式：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。3、航空上常用的几种气压1、本站气压2、场面气压3、修正海平面气压4、标准海平面气压2、航空上常用的几种气压之本站气压本站气压是指气象台、站气压表（或传感器）所在高度处的气压。（《民用航空气象地面观测技术手册》）本站气压：气压感应部分所在位置的气压。（《民用航空气象地面观测规范》）2、航空上常用的几种气压之场面气压场面气压（QFE）是指飞机着陆地区（在跑道上）最高点的气压。（《民用航空气象地面观测技术手册》、《民用航空气象地面观测规范》）场面气压是由本站气压推算出来的。2、航空上常用的几种气压之修正海平面气压修正海平面气压（QNH）是指场面气压按国际标准大气条件订正到海平面的气压。（《民用航空气象地面观测技术手册》、《民用航空气象地面观测规范》）运用修正海平面气压便于分析和研究气压水平分布情况。2、航空上常用的几种气压之标准海平面气压标准海平面气压（QNE）是指在标准大气条件下海平面的气压。其值为1013.25百帕。海平面气压是经常变化的，而标准海平面气压是一个常数。4、气压与高度飞机在空中至某一基准水平面的垂直距离叫飞行高度。以米为单位。高度是气象和飞行上常用的一词，选用的基准面不同，表示的高度也不同。一种典型的无线电高度表无线电高度在飞机起飞和降落时用处很大，因为这是需要知道飞机与地面的实际距离。飞机近进过程中，会有高度提示:FiveHundred、FourHundred……Thirty、Twenty、Ten.这个数字就是无线电高度。一种典型的气压高度表3、气压与高度之场面气压高度即为飞机相对于起飞或着陆跑道的高度。为了使气压式高度表指示场面气压高度，飞行员需按照场压来拨正气压式高度表，将气压式高度表的气压刻度波挣到场压值上。民航目前不报场压。3、气压与高度之标准海平面气压高度即为飞机相对于标准海平面的高度。飞机在航线上航行时，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的飞机都有相同的“零点”高度，避免飞机在空中相撞。3、气压与高度之修正海平面气压高度如果按照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。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。4、气压的水平分布特点气压在空间的分布称为气压场。在一定时刻，我们要想了解气压的分布特征，就必须对气压场进行分析。4、气压的水平分布特点若等压面簇与某一高度平面相交，就构成等压面的水平剖面图。由水平剖面图上等压线的分布情况，可以看出气压在水平方向上的变化情况。如果这个平面是海平面，我们便得到了一张海平面等压线图，也就是地面天气图。4、气压的水平分布特点4、气压的水平分布特点之水平气压场形式低气压（简称低压）低气压又称为气旋。它是由中心气压（或位势）比四周低的一簇闭合等压线（或等高线）所组成。其附近空间等压面是向下凹的。高气压（简称高压）高气压又称为反气旋，它是中心气压（或位势）比四周高的一簇闭合的等压线（或等高线）所组成。其附近空间等压面向上凸起。4、气压的水平分布特点之水平气压场形式低压槽（简称槽）低压槽是低压延伸出来的狭长区域，在槽中各等压线曲率最大的点的连线称为槽线。在槽附近的空间等压面象地形中的山谷。高压脊（简称脊）高压脊是高压延伸出来的狭长区域。在脊中等压线曲率最大的点的连线称为脊线。高压脊附近的，空间等压面象地形中的山脊。4、气压的水平分布特点之水平气压场形式鞍型气压区（简称鞍）鞍型气压区是由两个高压区和两个低压区相对组成的中间区域，其附近空间等压面的形状象马鞍。4、气压的水平分布特点之水平气压梯度结论1：等压线的疏密程度代表了气压在水平方向上变化快慢的程度。结论2：等压线越密的地方，气压沿垂直等压线的方向的变化就越快。水平气压梯度：5、气压与飞行的关系气压的变化导致空气密度的变化，从而对航空器起飞和着陆滑跑距离产生影响。高度表拨正时由于修正海平面气压数值的错误，航空器着陆时高度表偏高造成复飞或高度表偏低造成场外接地。5、气压与飞行的关系之气压对航空器起飞和着陆的影响在其它因素不变的情况下，气压变小→空气密度变小，航空器离地速度和起飞滑跑距离增大。因为空气密度减小，要获得同样的升力应当增大空速；另一方面，空气密度减小，使发动机的功率减小，航空器增速减慢，因而使起飞滑跑距离增长。同样在其它因素不变的情况下，当气压变小（空气密度减小）时，航空器接地速度和着陆滑跑距离增大。因为航空器接地时，升力接近于重力，当空气密度减小时，所需的空速大，接地速度则大。另一方面，空气密度减小时，空气阻力也小，所以滑跑距离增长。5、气压与飞行的关系之气压对航空器起飞和着陆的影响航空器在起飞和着陆时都应当使用修正海平面气压对高度表拨正。5、气压与飞行的关系之气压对航空器起飞和着陆的影响飞行人员在对气压高度表进行拨正时，由于各种原因，如果使用的修正海平面气压比实际数值大，就会造成航空器进场过低，可能造成航空器提前着陆或场外着陆。如果使用的修正海平面气压比实际数值小，就会造成航空器进场过高，可能造成航空器复飞。5、气压与飞行的关系之QNH和QNE适用区域确定航空器在空间的垂直位置需要二个要素：

测量基准面和自该基准面至航空器的垂直距离。5、气压与飞行的关系之QNH和QNE适用区域为了便于管制员和飞行员掌握航空器的超障余度，避免航空器在机场附近起飞、爬升、下降和着陆过程中与障碍物相撞，航空器和障碍物在垂直方向上应使用同一测量基准，即平均海平面。因此，在机场地区应使用修正海平面气压（QNH）作为航空器的高度表拨正值。修正海平面气压（QNH）和标准大气压（QNE）的适用区域:5、气压与飞行的关系之QNH和QNE适用区域在航路飞行阶段，若统一使用QNE作为高度表修正值，则可以简化飞行程序，易于保证航空器之间的安全间隔修正海平面气压（QNH）和标准大气压（QNE）的适用区域:5、气压与飞行的关系之QNH和QNE适用区域高度表拨正值适用范围在垂直方向上用过渡高度和过渡高度层作为垂直分界。修正海平面气压（QNH）和标准大气压（QNE）的适用区域:5、气压与飞行的关系之QNH和QNE适用区域修正海平面气压（QNH）和标准大气压（QNE）的适用区域:5、气压与飞行的关系之QNH和QNE适用区域高度表拨正值适用范围在水平方向上用修正海平面气压适用区域的侧向界限作为水平边界修正海平面气压（QNH）和标准大气压（QNE）的适用区域:5、气压与飞行的关系之QNH和QNE适用区域修正海平面气压（QNH）和标准大气压（QNE）的适用区域:第二节小结大气压力指单位面积上直至大气上界整个空气柱的重量。随高度的增加气压是下降的。气压随高度的增加而降低的快慢主要取决于空气的密度。密度大的气层，气压随高度的增加而降低得快，密度小的气层，气压随高度的增加而降低得慢。本站气压、场面气压、修正海平面气压、标准海平面气压场面气压高度、标准海平面气压高度、修正海平面气压高度。气压场形式：低压、高压、槽、脊、鞍型场。注意气压与飞行之间的关系。第三节大气湿度（一）常用的湿度表示方法（二）空气湿度的变化大气湿度的概念湿度是表示空气潮湿程度的物理量。1、相对湿度（RelativeHumidity）空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。相对湿度的大小直接反映了空气距离饱和状态的程度。（一）常用的湿度表示方法1、相对湿度（RelativeHumidity）空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。相对湿度取决于：空气中的水汽含量和温度（一）常用的湿度表示方法之相对湿度2、露点（Td）和

温度露点差（T-Td）当空气中水汽含量不变且气压一定时，气温降低到使空气达到饱和时的温度，称为露点温度，简称露点（Td）。（一）常用的湿度表示方法之露点温度2、露点（Td）和

温度露点差（T-Td）温度和露点的差，称为温度露点差T-Td温度露点差越小，空气越潮湿。（一）常用