气象学与气候学教学课件1-大气的基本特征

1、大气的基本特征,干空气：除了固、液态微粒及水汽以外的空气,干空气的成分：氮 N2、氧 O2、 氩 Ar为主要成分，约占99.96%，二氧化碳CO2、臭氧O3等其他气体占不到0.1%,地球大气的成分:固、液、气,氧气O2在海拔3.54.5km高度的含量仅为海平面高度的一半,临界温度：临界温度就是能够使气体液化所需要的最高温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化,临界压力：临界压力就是在临界温度下，使气体液化所需要的最低压力,臭氧,吸收太阳短波辐射 滤去了70-90%太阳紫外线辐射,集中在1050km之间,二氧化碳,吸收地面长波辐射,集中在20km以下，占0.03%,定义：存在于大

2、气中的水的气化态。 大气中唯一能够发生相变的成分，是产生天气变化的重要因素，直接影响到地面和低层大气的温度,水汽来源于蒸发（江河湖海及潮湿物体表面）和蒸腾（植物）,水汽,定义：大气中悬浮的多种固态微粒和液态微粒,降低大气能见度、影响大气和地面温度、充当水汽凝结核,大气污染物：粉尘、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氢、碳氢化合物和氨,PM2.5，直径小于2.5微米的颗粒物。被吸入人体后会直接进入支气管，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。,气溶胶粒子,对流层：水汽，CO2等温室气体 1、温度随高度增加而降低 2、对流运动明显 3、气象要素水平分布不均,平流层：臭氧集中，温度随高度增加

3、，气流稳定，适合飞机飞行,中间层：温度急剧下降,暖层：温度急剧上升，氧、氮分子被分解，对无线电波有反射作用,散逸层：大气质点逃逸到太空,大气的垂直结构,大气的状态方程p、T、V、,一定质量气体的压强和体积的乘积除以其绝对温度等于常数，即,标准状态，p0=1013.25hPa,T0=273K, 1mol气体体积V0约为22.4L,普适气体常数,1mol气体质量为，那么标准状态下，质量M的气体体积是它的M/倍,R=R*/,比气体常数,理想气体状态方程,比气体常数,状态方程,状态方程,如果p表示湿空气的总压强，e表示其中水汽部分的压强，那么其中干空气的压强为p-e,根据状态方程公式得,其中，,干空气

4、,湿空气,湿空气密度,引进物理量虚温（Tv）,可以得到湿空气的状态方程,虚温可以理解为:与湿空气同气压同密度的干空气温度,假设：大气在垂直方向是静止状态，水平方向无压力差 那么，高度为z的气柱，单位面积受力情况如下：,向上：气压差形成的气压梯度力,向下：重力,空气处于垂直方向静力平衡时,结合状态方程，得到,大气静力学方程气压随高度的变化,单位压强高度差：减小一个单位压强所增加的高度,表明，单位压强高度差h与压强p成反比，与温度t成正比,气压随高度增加按指数减小,等温大气压高公式的应用： 1、根据不同高度的气压值和平均气温，可求得高度差 2、根据某高度的气压值和平均气温，可求得另一高度气压值 3

5、、由不同高度的气压值，可求得两高度之间的平均气温,对于z1和z2高度之间，平均虚温为Tv的气层,重力位势：设海平面的位势为0，把单位质量物体从平均海面上移到z高度处作的功,单位：J/kg,定义1个位势米（1gpm）等于9.80665J/kg,位势高度与几何高度的数值几乎相同，但意义不一样,重力位势高度,天气分析中的标准等压面图，其中的等高线就是位势高度,基本气象要素,气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量、能见度等,气温：表示空气冷热程度，是空气分子平均动能的表现 空气获得热量，分子平均动能增加，气温升高，反之依然,我国常用用摄氏度t，单位C 科学计算用绝对温度T，单位K 某些国家用华氏温

6、度tF，单位F,转换关系：,气温是在离地面1.5m高的百叶箱内用水银温度表测得,气压：大气的压强，单位面积上空气柱的重量,气压值一般用水银气压表测量,气压单位：曾用mmHg，现用hPa,1hPa=10-2N/cm2,温度为0C,纬度为45的海平面作为标准 1个标准大气压=1013.25hPa=760mmHg,等压面：空间各气压相等的点组成的面 向上突起的部分对应高压区，下凹的部分对应低压区,等高线：位势高度相等的点连成的线，等压面与水平面的交线,湿度：大气中水汽含量多少的物理量,饱和水汽压：水汽压达到某极大值时便产生凝结,绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量,即水汽密度,比湿：水汽的质量与气

7、团总质量的比值，单位g/g，g/kg,水汽压：大气中水汽所产生的压力（e）,混合比：水汽质量与干空气质量的比值,相对湿度：实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值,饱和比湿,饱和差：饱和水汽压与实际水汽压之差，一般用变量d=es-e表示 在研究水面蒸发的问题时，反映水分子的蒸发能力,露点：空气中气压和水汽含量不变的条件下降温，使水汽相对于水面达到饱和时的温度 霜点：同露点的过程使水汽相对于冰面达到饱和时的温度,计算露点：a=7.63,b=241.9 计算霜点：a=9.5,b=265.5,露点或者霜点td常常低于气温，露点越高，说明空气越接近饱和，水汽含量越高，反之亦然,降水：从天空降落到地面的液态或者固态水 降水量单位mm 雪深单位cm，雪压单位g/cm2,风：空气的水平运动，包括风速和风向,风力等级与风速,风向指风的来向风 地面风向用16方位表示 高空风向用方位度数表示,风速常用单位m/s、kn、km/h,换算关系： 1m/