《大气与天气气候》课件

大气与天气气候探讨大气及其如何影响着我们周围的天气与气候。从大气的组成、温度、湿度、风、降水等多个角度全面了解大气系统的运行机制。什么是大气?定义大气是包裹着地球表面的一层气体层,由氮、氧等气体组成。重要性大气为地球上的生命提供氧气、调节温度、阻挡有害辐射等关键支撑。特点大气层随高度变化呈现不同的物理和化学特性,共分为5个主要层次。大气的组成78%氮气大气中最主要的成分21%氧气维持生命的关键元素1%其他气体包括二氧化碳、水蒸气等0.03%二氧化碳温室气体,温室效应的主要成因大气的作用环境保护大气层是地球生命得以存在的关键,它通过吸收和反射太阳辐射,调节地球的温度,并防护地球免受宇宙射线的侵害。维持生命大气中的氧气是生物呼吸的必需品,二氧化碳则为植物光合作用提供碳源,维持着生态系统的平衡。气候调节大气中水汽的循环过程调节着地球的水循环,影响着降水、气温、风向等气候要素,为人类提供宜居的生存环境。太阳辐射与地球表面地球表面接受来自太阳的各种形式的能量辐射,包括可见光、红外光和紫外线。这些辐射通过各种过程传播与吸收,最终转化为地球环境中的热量能量。这一过程决定了地球表面温度分布的特点,并影响大气环流和天气气候的形成。地球热量收支平衡地球接受来自太阳的辐射,并通过反照和热量辐射及对流等过程维持热量收支平衡。太阳辐射到达地表后,一部分被地表吸收并转化为热量,另一部分被大气层反射回太空。热量吸收太阳辐射、地表吸收、大气层吸收热量损失热量辐射到太空、大气对流传输、地表反射保持这种热量收支平衡是地球气候维持稳定的关键因素。任何导致热量收支失衡的变化都会引起气候异常。温度的空间分布特征纬度变化受太阳辐射角度的影响,温度随纬度升高而降低,极地地区比热带地区更冷。海陆差异陆地一般比海洋温度变化大,夏季更热,冬季更冷。这会影响沿海地区的温度。高度变化温度随高度升高而降低,每上升100米,温度平均下降0.6摄氏度。这导致山区气候明显较平原凉爽。大气压力与风的成因1大气压力大气压力是指由空气分子的重量对地球表面的压力。它随高度的变化而不同,较低高度处的压力较高。2压力差引起的气流当不同地方的气压存在差异时,就会形成气压梯度力,推动空气从高压区流向低压区,形成风。3科氏效应在地球自转的影响下,气流偏离原来的方向,这就是科氏效应,是导致风向改变的重要原因。4热力对流引起的风如果地表温度与周围不同,会产生对流气流,从而形成热风或冷风。这也是局地风产生的重要原因。风的类型与特点常见风的类型主要包括季风、气旋、地风、海陆风等。它们都具有不同的气流运动方式和特点。季风季节性变化的风向和强度,是由于气温和气压的差异导致的。中国有著名的亚洲季风气候。气旋以逆时针方向旋转的气流系统,中心气压较低。热带气旋如台风是一种强大的气旋。局地风由于地理因素造成的局部性强风,如山谷风、海陆风等。它们对当地气候有重要影响。水汽在大气中的循环1蒸发水体通过太阳辐射,不断向大气中释放水汽。这是水汽循环的开始。2凝结当水汽在上升过程中遇到冷空气,水汽会发生凝结,形成云雨。3降水云中的水汽在重力作用下,最终以降雨、降雪或其他形式落回地表。云的形成与分类水汽凝结空气中的水汽在冷却过程中会凝结成云droplets,形成了云层。云的分类根据云的高度、厚度和形状可分为高云、中云和低云。降水形成云droplets继续聚合长大,最终形成降水如雨、雪、冰雹等。降水的形成过程1水汽汇聚大气中的水汽在上升气流的作用下不断汇聚2云的形成水汽凝结成小水滴或冰晶,形成云层3冷却作用云内部的温度进一步下降,水滴或冰晶加大4降水发生水滴或冰晶达到一定大小后脱离云层,形成降水从水汽汇聚到降水发生,是一个多步骤的过程。大气中的水汽在上升气流推动下不断集聚,凝结成小水滴或冰晶形成云层。随着云内温度的进一步降低,水滴或冰晶不断增大,最终达到一定质量而从云层释放出来,形成各种类型的降水现象。降水的类型与特点1降水的形式降水主要有雨、雪、冰雹等多种形式,这些形式受到气温、水汽含量等因素的影响。2降水的强度降水强度的高低决定了降水的类型,如微小的水滴会形成毛毛雨,大颗的水滴则会形成倾盆大雨。3降水的时间分布降水可以是持续性的,也可以是间歇性的,这种差异会导致地区气候的不同。4降水的地理分布受地理位置、地形等因素的影响,不同地区的降水类型和数量会有很大差异。气团与锋面气团气团是具有相似温度、湿度和气压特征的大气块体。不同气团之间存在明显温度和湿度差异。锋面锋面是两个不同性质气团的交界面。当一个温暖的气团与一个冷空气块体相遇时,会形成前锋、冷锋或暖锋。锋面天气锋面通过引发上升运动,可以导致降水、云层形成以及剧烈天气变化。锋面是重要的天气系统。锋面预报准确预测锋面位置和强度对天气预报至关重要,这需要依靠先进的观测和数值模拟技术。天气系统的成因1热量分布不均由于太阳辐射在地球表面的不均匀分布2温度差异引起大气中的温度差异和压力差异3气流流向造成不同方向的气流流动,形成天气系统热量分布的不均匀性是造成天气系统形成的根本原因。地表由于太阳辐射的差异,会产生温度和压力的差异,进而导致气流产生流动和交汇,最终形成各种天气系统,如冷锋、暖锋、气旋等。这些天气系统的形成和变化直接影响着我们的日常生活。气旋与反气旋气旋气旋是一种逆时针旋转的大气环流系统,通常伴有强风和降水。它们在温带地区形成,常引发暴风雨和台风。反气旋反气旋是一种顺时针旋转的大气环流系统,通常伴有稳定的天气和较少降水。它们在亚热带高压带形成,往往带来晴朗干燥的天气。影响气旋和反气旋的形成和发展会对当地的天气气候产生重大影响,决定了区域性的温度、降水和风力分布。预报准确预测气旋和反气旋的变化是气象预报的重要内容,对防灾减灾和人们的日常生活都有重要意义。季风与局地风季风季风是由于陆地和海洋的不同加热所引起的周期性风向变化。它在亚洲地区尤为典型,如东亚季风。山谷风白天山地和谷地的不同加热会引起山谷风,夜晚则相反。这种局地风可影响当地的气温和降水。海陆风海陆温差引起的局地环流,白天由海向陆,夜晚由陆向海,对沿海地区的气候有重要影响。干旱与沙尘暴干旱的形成干旱是指一定时期内降水量明显偏少,导致植被和地表水体严重不足的气候条件。这种干燥环境往往出现在内陆地区或热带地区。沙尘暴的来临沙尘暴是由强劲的风力掀起沙尘,形成大规模的沙砾移动。它们会造成视野模糊、呼吸困难,并对农作物和基础设施造成严重损害。沙漠化的威胁气候变化加剧了干旱和沙漠化的趋势。不合理的土地利用和人为活动也加速了沙漠化的过程。沙漠化不仅破坏生态环境,也给当地居民的生活带来严重影响。热带气旋与台风热带气旋的形成热带气旋是由热带海洋上空的热量和水汽形成的强大气旋系统,具有中心低压、强风和暴雨等特点。台风的特征台风是一种强烈的热带气旋,中心附近气压极低,风力强劲,通常伴有暴风雨和高潮。热带气旋的危害强大的热带气旋和台风可造成严重的自然灾害,包括大风、暴雨、洪涝、滑坡等,给人类和财产带来巨大损失。气候要素与气候型气候要素气候要素包括温度、降水、风、湿度等,这些要素通过相互影响和制约,决定了不同地区的气候特征。气候型根据温度和降水的特点,可以将气候划分为热带、温带、寒带等不同的气候型,每种气候型都有其独特的植被和生活方式。不同的气候型分布在地球的不同地理位置,形成了丰富多样的地球生态系统。气候的水平分布特征全球气候存在显著的水平分布特征。热带、温带、寒带是主要的气候带类型,分别占地球总面积的30%、25%和20%。此外,高原和沙漠气候带也分别占一定面积。这些不同的气候带分布特征,决定了各地区的生态环境和人类生活状态的差异。气候变化的原因1人类活动大量排放温室气体,如二氧化碳和甲烷,造成温室效应加剧。2自然因素太阳活动、火山喷发等自然现象会影响地球辐射热平衡。3地球轨道变化地球轨道和自转倾角的长期周期性变化会引起气候的长期变迁。4反馈效应气候变化会引发一些自我强化的反馈效应,进一步放大气候变化。全球变暖对环境的影响北极冰川消融全球变暖导致北极地区冰川加速融化,威胁了北极生态系统。海平面上升温室气体排放导致海平面上升,给沿海地区的居民和基础设施带来严重威胁。极端天气频发气候变化引发干旱、暴雨、热浪等极端天气事件,造成严重灾害。生物多样性下降气温升高和生态系统遭破坏,使许多动植物濒临灭绝。应对气候变化的措施减少温室气体排放通过提高能源效率、发展可再生能源、限制化石燃料使用等措施,减少温室气体排放是应对气候变化的关键策略。提高能源利用效率采用先进的节能技术和管理措施,提高能源利用效率,减少能源消耗是一项重要的举措。发展可再生能源大力发展太阳能、风能、水能等可再生能源,减少化石燃料的使用,能够有效降低碳排放。加强碳吸收与固碳通过植树造林、湿地保护等方式,增强陆地和海洋的碳吸收能力,有助于缓解气候变化。气象观测与预报1气象观测通过各类仪器设备采集温度、湿度、风速、气压等数据2数据分析利用先进的数值模式对观测数据进行分析和处理3天气预报根据分析结果预测未来天气状况4预警信息发布及时发布预警信息,为公众提供气象服务气象观测是科学预报天气的基础,需要利用各种先进的设备和技术对大气状况进行全面监测。通过数据的收集分析,气象部门能够及时预测未来天气变化,为公众提供准确可靠的天气预报和预警信息,为社会发展提供重要保障。气象灾害的预警与防御及时预警先进的气象监测和预报技术能够及时发现并预警各类气象灾害,如台风、暴雨、寒潮等,为应对预留足够的准备时间。系统防御政府部门、社区组织和公众应密切配合,制定全面的预防方案,包括疏散避险、应急物资储备、基础设施加固等措施。减少损失及时有效的预警和防御措施可大幅降低气象灾害造成的人员伤亡和财产损失,保护人民群众的生命财产安全。社会动员强化公众防灾减灾意识,鼓励全社会参与应急演练和宣传教育,共同应对气象灾害的挑战。气象与人类生活的关系气象预报及时准确的天气预报对人类日常生活有重要影响,可帮助人们做好应对准备。农业生产农民可利用气象信息指导种植时间、灌溉等,提高农业生产效率和产量。交通出行气象信息对飞机、船舶、公路等交通工具的安全调度非常重要。防灾减灾气象部门提供的预警信息有助于人们及时采取防范措施,减少自然灾害损失。可再生能源与气象风能发电气象数据可准确预测风力资源,对风电站的选址和运营至关重要。太阳能发电气象预报可帮助优化太阳能电站的建设和调度,提高发电效率。水力发电水文气象数据是水电规划和调度的基础,可提高水电的可靠性。气象在农业中的应用科学监测利用先进的气象监测设备,收集各类气象数据,为农业生产提供及时准确的天气信息。天气预报根据收集的气象数据,提供准确的短期和长期天气预报,帮助农民合理安排生产活动。灾害预警识别可能发生的干旱、暴雨、冰雹等气象灾害,及时发出预警,最大限度减少损失。未来气象学的发展趋势1数据收集与分析借助卫星遥感、雷达和物联网等先进技术,气象学将实现更全面、精准的数据收集,并利用大数据分析和人工智能等方法进行深度分析。2预报模型革新新一代数值天气预报模型