2010气象学与气候学-chp1-02气候系统及大气圈

第一章概述1.1气象学与气候学简介1.1.1研究对象1.1.2发展历史

1.1.3气象学/气候学及其与地理学的关系1.2气候与环境1.3气候系统1/5/20251MeteorologyandClimatology1.3气候系统1.3.1气候系统概述1.3.2大气圈

1.3.1.1大气组成

1.3.1.2大气分层

1.3.1.3大气物理性状1/5/20252MeteorologyandClimatology1.3.1气候系统概述（1）大气圈 质量（气压、密度），温度、水汽（2）水圈（Hydrosphere）全球水量：1.35×109km3海洋：覆盖全球71%面积，平均水深3729m，盐度33-38g/kg（海水密度的重要影响因素）1/5/20253MeteorologyandClimatology1.3.1气候系统概述（3）水圈（Hydrosphere）水体铺满全球表面水深（m）占总体积％海洋265097冰盖602.2地下水200.7河流湖泊0.350.013土壤0.120.013大气0.0250.0009全球水圈2730100D.L.Hartman.Globalphysicalclimatology,1994,pp121/5/20254MeteorologyandClimatology全球淡水量水体种类体积（km3）%淡水36.0100冰川、冰盖27.877.2至800m深地下水3.59.8800-4000m深地下水4.412.3土壤水分6.10.17淡水湖泊12.60.35河流0.10.003矿物结晶水0.0360.001植物、动物、人类0.10.003大气1.40.04D.L.Hartman.Globalphysicalclimatology,1994,pp121/5/20255MeteorologyandClimatology1.3.1气候系统概述（3）冰雪圈（Cryosphere

）地球上的水，2%为冰冻状态，集中了全球淡水的80%。强烈反射太阳辐射1/5/20256MeteorologyandClimatology类型面积（km2）占总质量％陆地冰圈南极冰盖13.9×10689.3格陵兰冰盖1.7×1068.6山地冰川0.5×1060.76连续冻土带8×1060.95非连续冻土带17×106欧亚雪盖30×106北美雪盖17×106海冰南半球3-18×106北冰洋8-15×106全球冰雪圈概况D.L.Hartman.Globalphysicalclimatology,1994,pp151/5/20257MeteorologyandClimatology1.3.1气候系统概述（4）陆地表面与生物圈（LandsurfaceandBiosphere）陆面占地球表面的30%，北半球占陆面70%人类生存依赖于陆地（80%动物蛋白，100％植物营养）土地利用与土地覆盖（LUCC)1/5/20258MeteorologyandClimatology土地利用类型占全球陆地面积％农地与人类居住区10-13放牧地20-25热带以外的林地（主要为针叶林）10-15热带森林与灌木林13-18沙漠25-30苔原6-9沼泽、湿地、湖泊、河流2-3全球土地利用概况D.L.Hartman.Globalphysicalclimatology,1994,pp171/5/20259MeteorologyandClimatology1.3.1气候系统概述质量(t)比热(J/kgoC)内能(MJ/oC)大气圈5.3*10151035.3*1015水圈8.7*10164.19*10336.45*1016陆地表面3*10150.79*1032.38*1015质量比:1:16.4:0.55能量比:1:68.8:0.45黄建平.动力气候学,北京，气象出版社，1994,pp61/5/202510MeteorologyandClimatology1.3.1气候系统概述状态：各组成成分有不同的描述的变量 主体：大气（气温、湿度、气压、降水、风等）热力过程：辐射能、内能动力过程：速度、动能、势能物质转化：水的三态转化、化学元素（碳、氮等）循环相互作用——反馈1/5/202511MeteorologyandClimatology1.3.2大气圈大气组成与分层大气物理性状1/5/202512MeteorologyandClimatology阅读：教材p8-10问题：大气主要成份及其随高度分布稳定成份与可变成份及其来源大气组成与分层1/5/202513MeteorologyandClimatology大气组成主要成分体积百分比主要分布高度稳定/可变主要来源是否温室气体1/5/202514MeteorologyandClimatology大气组成（1）各成分体积百分比：氮气:78.08％（Nitrogen）氧气:20.95％（Oxygen）氩气:0.93％（Argon）二氧化碳:0.03％（Carbondioxide）臭氧（Ozone）甲烷（Methane）氮氧化物（Nitrousoxide）1/5/202515MeteorologyandClimatology大气组成（2）大气质量与水汽含量随高度变化<90km，空气成分基本不变；20-30km，O3集中层；<30km，大气质量的99%；<10km，大气质量的90%，几乎全部水汽；<5.6km，大气质量的50%。1/5/202516MeteorologyandClimatology大气压力与密度随高度的变化1/5/202517MeteorologyandClimatology大气组成（3）人类活动与大气成分变化臭氧空洞二氧化碳增多气溶胶人为气体排放：CFCs1/5/202518MeteorologyandClimatology阅读：教材p10-13问题：大气依据什么分层？各层特征大气组成与分层1/5/202519MeteorologyandClimatology大气分层（结构）分层高度温度变化主要特征1/5/202520MeteorologyandClimatology大气分层（1）大气温度随高度变化大气厚度（大气上界）极光出现高度：1200km卫星探测（星际气体密度）：2000-3000km1/5/202521MeteorologyandClimatology大气分层（1）大气温度随高度变化－大气结构对流层（troposphere）8-18km，t下降平流层（stratosphere）50km，t上升中间层（mesosphere）80km，t下降热层（thermosphere），t上升散逸层（exosphere）1/5/202522MeteorologyandClimatology对流层特征温度气温直减率：0.65°C/100m大气垂直对流运动气象要素水平分布不均匀天气现象1/5/202523MeteorologyandClimatology大气物理性状气象要素：构成和反映大气状态和大气现象的基本因素大气状态方程：反映大气温度(T)、气压(P)、密度（

）三个变量之间的关系。1/5/202524MeteorologyandClimatology气象要素温度：摄氏温度（oC）/华氏温度（oF）/绝对温标（K）气压：百帕（hPa），1Pa=1N/m2风:米/秒（m/s）云量：0-10成可见度：水平距离降水：mm湿度：6个指标1/5/202525MeteorologyandClimatology气象要素湿度水气压和饱和水气压：hPa相对湿度：％饱和差：hPa比湿（绝对湿度）：g/kg水汽混合比：g/g露点：oC/温度露点差哪些反映绝对含量，哪些反映距离饱和程度1/5/202526MeteorologyandClimatology大气状态方程干空气状态方程: P=

RTd湿空气状态方程: P=

RTv

Tv

(虚温)=(1+0.378e/P)T

1/5/202527MeteorologyandClimatology小结

1.天气与气候

2.发展史：现代气候学

3.气候系统：定义、组成

4.大气圈—成份、分层（结构）、气象要素、状态方程1/5/202528MeteorologyandClimatology问题1.天气、气候区别？2.地球大气圈的形成?干洁大气与实际大气成分的差异？3.人类如何改变自然的大气成分？这一改变导致何种结果？4.气象要素？5.大气状态的定量描述？6.通过气象学气候学发展历史，论述气象学与气候学是观测的科学？

1/5/202529MeteorologyandClimatology家庭作业

1一、以下描述哪些是指“天气”？哪些是指“气候”？1.今天的足球比赛因下雨停赛。2.北京的1月最冷。3.今天下午最高气温15°C。4.昨晚台风从广东省登陆。5.昆明是个旅游胜地，因为那四季如春。6.昨晚最低气温－20°C，是这个地方记录到的最低气温。7.今天多云。1/5/202530MeteorologyandClimatology家庭作业

1二、某地区海平面气温23°C，估计其2km上空大气温度多少？三、某地区春季海平面气温10°C，假设气温直减率为0.65°C，对流层