氣象學(xué)與氣候?qū)W名詞解釋及公式

1、氣象學(xué)與氣候?qū)W第一章氣候：是指某一地區(qū)多年間的一般狀態(tài)及其變化特征，它既反映平均狀況，也反 映極端狀態(tài)，是多種天氣現(xiàn)象的多年綜合。大氣的結(jié)構(gòu)：根據(jù)溫度、成分、電荷等物理性質(zhì)，同時(shí)考慮到大氣的垂直運(yùn)動等 情況，將大氣分成五層：I對流層：氣溫隨著高度增加而降低，由于對流層主要從地面得到熱量， 因此氣溫隨著高度增加而降低垂直對流運(yùn)動：由于地表的不均勻加 熱，產(chǎn)生對流運(yùn)動的強(qiáng)度主要隨緯度和季節(jié)的變化而不同氣象要素 水平分布不均勻平流層：在平流層內(nèi)，隨著高度的增加，氣溫最初保持不變或微有上升 平流層中水汽含量極少，云也少沒有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動中間層：氣溫隨著高度增加而迅速下降有相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動中間 層內(nèi)水

2、汽含量極少，幾乎沒有云層出現(xiàn)在中間層60-90km的高度上， 有一個(gè)只有白天才出現(xiàn)的電離層，叫做D層熱層；氣溫隨著高度的增加而迅速增高處于高度電離狀態(tài)散逸層：溫度高，隨著高度的增加略有升高大氣粒子經(jīng)常散逸至星際 空間，本層是大氣圈與星際空間的過渡地帶氣溫：是表示空氣冷熱程度的物理量，是空氣分子平均動能大小的反映。氣壓：是大氣的壓強(qiáng)，從觀測高度到大氣上界單位面積上（1cm2）鉛直空氣的重 量，若以P代表氣壓，F(xiàn)代表面積A上所承受的力，則P=F/A。水汽壓：大氣中的水汽所產(chǎn)生的壓力成為水汽壓（e）。飽和空氣：在溫度一定情況下，單位體積空氣中的水汽量有一定的限度，如果水 汽含量達(dá)到次限度，空氣就呈飽

3、和狀態(tài)，這是的空氣，稱飽和空氣。飽和水汽壓：飽和空氣的水汽壓（E）成為飽和水汽壓。相對濕度（f）就是空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值（用百分?jǐn)?shù)表示），即f=e/EX100%。飽和差：在一定溫度下，飽和水汽壓與實(shí)際空氣中水氣壓之差稱飽和差0），即 d=E-e。比濕：在一團(tuán)空氣中，水汽的質(zhì)量mw與該團(tuán)空氣總質(zhì)量（水汽質(zhì)量加上干空 氣質(zhì)量md）的比值，稱比濕（q）。其單位是g/g，即表示每一克濕空氣中 含有多少克的水汽。q=mw/md+ mw。降水：是指從天空降落到地面的液態(tài)或固態(tài)水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夾雪、 霰、冰粒和冰雹等。降水量：是指降水落到地面后（固態(tài)降水則需經(jīng)融化后），未

4、經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流 失而在水平面上積聚的深度，降水量以毫米（mm）為單位。能見度：指視力正常的人在當(dāng)時(shí)的天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨出目 標(biāo)物的最大水平距離。單位用米（m）或千米（km）表示。干空氣狀態(tài)方程：P=pRdT濕空氣狀態(tài)方程與虛溫（Tv）： P=pRdT （1+0.378e/P） =P=pRTv。# 一*第早輻射：自然界中的一切物體都以電磁波的方式向四周放射能量，這種傳播能量的 方式稱為輻射。輻射能：通過輻射傳播的能量成為輻射能，也簡稱為輻射。輻射平衡：當(dāng)物體放出的輻射等于所接收的輻射能時(shí)，物體的溫度不會改變，便 稱之為輻射平衡。輻射強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)，通過垂直于選定方向上的單位

5、面積（對球面坐標(biāo)系，即 單位立體角）的輻射能稱為輻射強(qiáng)度（I）。其單位是W/m2或W/sr。輻射通量密度：單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的輻射能量稱為輻射通量密度（E）， 單位是W/m2。輻射強(qiáng)度于輻射通量密度有密切關(guān)系，在平行光輻射的特殊情況下，輻射強(qiáng)度于輻射通量密度的關(guān)系為I=E/cos0o有關(guān)輻射的基本定理：1.基爾荷夫定理：設(shè)有一真空恒溫器（T），放出黑體輻射I入Tb。在其中用絕熱線懸 掛一個(gè)非黑體物體，它的溫度與容器溫度一樣亦為T，它的輻射強(qiáng)度為I入T， 吸收率為K入T。這樣非黑體和器壁之間將要達(dá)到輻射平衡。器壁放射的輻射能、 非黑體放射的輻射能和未被吸收的非黑體反射輻射能，三者達(dá)到平衡，K

6、入T=e AT該式是基耳荷夫定律的基本形式，它表明：在一定波長、一定溫度下， 一個(gè)物體的吸收率等于該物體同溫度、同波長的放射率。即同一物體在溫度T 時(shí)它放射某一波長的輻射。那么，在同一溫度下也吸收這一波長的輻射2.斯蒂分（Stefan）-玻耳茲曼（Boltzman）定律由實(shí)驗(yàn)得知，物體的放射能力是隨圈口4黑體放射能力與波長和溫度的關(guān)系.溫度、波長而改變的。隨著溫度的升高，黑體對各波長的放射能力 都相應(yīng)地增強(qiáng)。因而物體放射的總能量 （即曲線與橫坐標(biāo)之間包圍的面積）也 會顯著增大。根據(jù)研究，黑體的總放射 能力與它本身的絕對溫度的四次方成正 比，即ETb=oT4上式稱斯蒂芬-波耳茲 曼定律。式中。=

7、5.67X10-8W/ （m2 - K4）為斯蒂芬-波耳茲曼常數(shù)。根據(jù)上式 可以計(jì)算黑體在溫度T時(shí)的輻射強(qiáng)度，也可以由黑體的輻射強(qiáng)度求得其表面溫 度。3.維恩（Wein）位移定律由圖還可看出，黑體單色輻射極大值所對應(yīng)的波長（入m）是隨溫度的升高而逐漸向 波長較短的方向移動的。根據(jù)研究，黑體單色輻射強(qiáng)度極大值所對應(yīng)的波長與其 絕對溫度成反比，即入mT=C該式稱維恩位移定律。如果波長以微米為單位， 則常數(shù)C=2 896 umK。于是上式為入mT=2 896um K太陽常數(shù)：就日地平均距離來說，在大氣上界，垂直于太陽光線的1 cm 2面積內(nèi)，1min 內(nèi)獲得的太陽輻射能量，稱為太陽常數(shù)，用I0表示。

8、太陽輻射在大氣中的減弱：1.大氣對太陽輻射的吸收：水汽主要吸收紅外線，臭氧主 要吸收紫外線，懸浮在大氣中的水滴、塵埃等雜雜質(zhì)，也能吸收一部分太陽輻射。 2.大氣對太陽輻射的散射：分子散射：a.散射能力于波長的四次方成反比，這種 散射是有選擇性的，波長較短的光被散射得較多，也叫蕾利散射；b.質(zhì)點(diǎn)散射對 于其光學(xué)特性來說是對稱的球形。粗粒散射：如果太陽輻射遇到的直徑比波長大 一些的質(zhì)點(diǎn)，輻射雖然也要被散射，但這種散射程度是沒有選擇性的，即輻射的 各種波長都同樣地被散射，也稱為米散射。3.大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反 射：大氣的云層和較大顆粒的塵埃能將太陽輻射中一部分能量反射到宇宙空間 去，反射對

9、各種波長沒有選擇性。假如云層厚達(dá)50-100m，太陽輻射幾乎全部被 反射。以全球而言，太陽輻射約有30%被漫射和散射回宇宙，20%被大氣和云層 直接吸收，50%到達(dá)地面被吸收。大氣逆輻射：指大氣輻射指向地面的部分。大氣的保溫效應(yīng)：大氣逆輻射使地面因放射輻射而損耗的能量得到一定的補(bǔ)償，由此 可看出大氣對地面有一種保暖作用，這種作用稱為大的保溫效應(yīng)。地面有效輻射：地面放射的輻射(Eg)于大氣逆輻射(5Ea)之差，稱為地面有效放 射。以F0表示，則F0=Eg-5Ea輻射差額：物體收入輻射能與支出輻射能的差值稱為凈輻射或輻射差額。即輻射差額 =收入輻射-支出輻射。非絕熱變化：空氣于外界有熱量交換，稱為

10、非絕熱變化。絕熱變化：空氣與外界沒有熱量交換，稱為絕熱變化。絕熱過程：在氣象學(xué)上，任一氣塊于外界之間無熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過程，叫做絕 熱過程。干絕熱過程：在大氣中，作垂直運(yùn)動的氣塊，其狀態(tài)變化通常接近于干絕熱過程。當(dāng) 升、降氣塊內(nèi)部既沒有發(fā)生水相變化，又沒有于外界交換熱量的過程，稱作干絕 熱過程。干絕熱直減率：氣塊絕熱上升單位距離時(shí)的溫度降低值，稱為絕熱垂直減溫率(簡稱 絕熱直減率)。對于干空氣和未飽和濕空氣來說，則稱為干絕熱直減率，以Yd， 即yd=-(dTi/dZ) d。其中i表示某一氣塊。濕絕熱直減率：飽和濕空氣絕熱上升的減溫率，稱為濕絕熱直減率，以ym表示。Y、Yd、ym的區(qū)別：Y是

11、實(shí)際大氣的氣溫直減率，表示周圍大氣的溫度隨著高度的 分布情況，是指某個(gè)局地空氣溫度隨高度的分布情況，因此也稱為高地溫度直減 率或者環(huán)境溫度減溫率。yd、Ym是對一個(gè)氣塊而言，在它做絕熱垂直運(yùn)動時(shí)， 氣塊溫度隨著高度的變化。yd是對于干空氣和未飽和濕空氣而言，ym針對的是 飽和濕空氣，yd沒有水相變化，是個(gè)常數(shù)，取值0.98/100m； ym有水相變化， 不是常數(shù)，而是氣壓和溫度的函數(shù)，ym總是小于yd大氣中隨著地一氣系統(tǒng)之 間熱量交換的變化，y有不同的數(shù)值，既可以大于yd，也可以小于yd，有時(shí)還 可以相等，并且還可以為負(fù)值，即是氣溫的逆溫現(xiàn)象。位溫：把各層中的氣塊循著干絕熱的程序訂正到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高度：1000Pa處，這時(shí)所 具有的溫度稱為位溫，以0表示。根據(jù)泊松方程，即可得到位溫的表達(dá)式0=T(1000/P ) R/Cp=T(1000/P)0.286。假絕熱過程：為了了解潛熱