溫度與氣溫 詳細(xì)版課件

1、 第二章 氣溫和濕度1 幾個重要的專業(yè)術(shù)語 GO2 氣溫 GO 3 濕度 GO 1 幾個重要的專業(yè)術(shù)語 氣象要素（MeteorologicalElements)： 反映大氣狀態(tài)的物理量或物理現(xiàn)象，主要有：氣溫、氣壓、風(fēng)、濕度、云、能見度和天氣現(xiàn)象。 天氣 (Weather)： 指一定區(qū)域在較短時間內(nèi)各種氣象要素的綜合表現(xiàn)。天氣表示大氣運動的瞬時狀態(tài)。2 氣溫（Air Temperature） 氣溫是大氣的重要狀態(tài)參數(shù)之一，是天氣預(yù)報的直接對象。氣溫的分布和變化與氣壓場、風(fēng)場、大氣穩(wěn)定度以及云、霧、降水等天氣現(xiàn)象密切相關(guān)。 一、氣溫的定義和單位 ： 1.定義 氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量?？梢?/p>

2、通過溫度表或溫度計直接測得。Outdoor Thermometer A red-dyed alcohol thermometer measures an outside air temperature of about 6 (about 43F). In a thermometer, an expanding fluid such as alcohol or mercury is trapped within a closed glass rod. As the fluid expands or contracts, it is measured by marks calibrated for

3、 given temperatures. The scale may be marked for either the Celsius or Fahrenheit temperature scales or both.Boiling Points of Air Gases Air is a mixture of gases, each with a different boiling point. Companies utilize a process known as fractional distillation to separate air gases by using the dif

4、ferent boiling points of the gases. Isolated air gases are used for a variety of industrial and commercial applications.2.單位溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法稱溫標(biāo)。常用的溫標(biāo)有三種。 攝氏溫標(biāo) ：把水的冰點溫度定為0，沸點為100，多數(shù)非英語國家使用。 華氏溫標(biāo) ：水的冰點溫度定為32F，沸點212F。一些英語國家多使用。 攝氏與華氏的關(guān)系： 絕對溫標(biāo)(K氏溫標(biāo)) K：水的冰點溫度定為273K，沸點為373K（由英國物理學(xué)家Kelvin提出）。多用于理論計算。 關(guān)系： K273C二

5、、太陽、地面和大氣輻射 1輻射的基本特性 在自然界中凡高于絕對零度的物體均發(fā)出電磁波，電磁波按其波長分為射線、X射線、可見光、紅外線和無線電波。溫度高，輻射強(qiáng)，多為短波；溫度低，輻射弱，多為長波。不同波長的輻射具有不同的吸收，反射和透射特性。物體因放射輻射消耗內(nèi)能而使本身的溫度降低，同時又因吸收其它物體放射的輻射能并轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能而使本身的溫度增高。 太陽（表面溫度約為6000K）放出短波輻射（0.154m)。地面和大氣（溫度約為300K）放出長波輻射(3120m)。太陽輻射是地球和大氣的唯一能量來源。 若將太陽對地球大氣系統(tǒng)輻射作為100份，其中地球大氣系統(tǒng)反射和散射占30份，大氣吸收占19份，

6、地球表面吸收51份。地球表面通過長波輻射（21份）、熱傳導(dǎo)（7份）和水汽相變（23份）等過程釋放能量，大氣在吸收太陽短波輻射和地面長波輻射的同時又放出長波輻射（19份），最終向外層空間的輻射總量也為100份，使地球大氣系統(tǒng)的溫度保持恒定。對流層中氣溫的垂直分布 2.對流層中氣溫的垂直分布 在對流層中氣溫隨高度上升而降低。氣溫隨高度遞減的快慢可用氣溫的直遞減率表示 ： 式中： 表示高度增加 時，相應(yīng)的氣溫變化量。 的單位通常取100m.負(fù)號表示氣溫隨高度增加而減小。通常0。當(dāng)=0時表示等溫。當(dāng)0時表示逆溫，既在某一氣層中，氣溫隨高度增加而增加。 = 0.65/100m3.地球表面凈輻射收支隨緯度

7、變化 地球表面接收到的太陽輻射隨緯度是不均勻的，而地球表面放出的長波輻射隨緯度變化不大，因此，全年平均而言，赤道熱帶地區(qū)得到熱量，極地高緯地區(qū)失去熱量（如圖）。大氣和海洋中熱量的經(jīng)向交換，使各緯度帶的年平均氣溫變化保持恒定。三、空氣增熱和冷卻方式 空氣的增熱和冷卻主要是非絕熱過程引起的，受下墊面的影響很大。下墊面是泛指不同性質(zhì)的地球表面。下墊面與空氣之間的熱量交換途徑有以下幾種： 1.熱傳導(dǎo)（Conduction）： 空氣與下墊面之間，通過分子熱傳導(dǎo)過程交換熱量，又稱感熱?？諝馐菬岬牟涣紝?dǎo)體。僅在貼近地面幾厘米以內(nèi)明顯，故通常不予考慮。2.輻射（Radiation）： 地氣系統(tǒng)熱量交換的主要方

8、式。地面吸收太陽短波輻射，放射出長波輻射加熱大氣。如白天輻射增溫，夜間輻射冷卻。3.水相變化： 水有液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)之間的變化。液體水蒸發(fā)，吸收熱量；水汽凝結(jié)放出熱量。一般下墊面水蒸發(fā)，吸收熱量；上空水凝結(jié)放出熱量。從而通過水相變化將下墊面的熱量傳給上層大氣。4.對流（Convection) ： 一般將垂直運動稱對流，對流又分熱力對流和動力對流。由于空氣受熱不均引起有規(guī)則的熱空氣上升冷空氣下沉稱熱力對流。由于動力作用造成的對流運動稱動力對流，如空氣遇山爬升等。5.平流（Advection)：水平運動稱平流。平流是大氣中最重要的熱量傳輸方式，范圍大，持續(xù)時間長。如南風(fēng)暖、北風(fēng)寒、東風(fēng)濕、西風(fēng)干。

9、平流是指某種物理量的水平輸送，如溫度平流、濕度平流等。6.亂流：又稱湍流（Turbulence），是空氣不規(guī)則的運動。亂流是摩擦層中熱量、能量和水汽交換的主要方式。 綜上所知，空氣與下墊面之間的熱量交換是通過多種途徑進(jìn)行的。 通常，地面與大氣之間的熱量交換以輻射為主，亂流和水相變化次之；各地空氣之間的熱量交換以平流為主；上下層空氣之間的熱量交換以對流和亂流為主。 在非絕熱過程中，當(dāng)空氣上升時，膨脹降溫；下降時，壓縮增溫。1. 熱力學(xué)第一定律： 氣體作功或傳遞熱量都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能。 空氣塊在垂直運動過程中可以看作是絕熱過程，即 dQ02. 干絕熱過程: 干空氣或未飽和濕空氣作垂直升降運動時與周

10、圍環(huán)境不發(fā)生熱量交換的變化過程，稱干絕熱過程。3.干絕熱直減率: 在干絕熱直過程中,氣塊溫度隨高度的變化率稱干絕熱直減率。即： 因此,在干絕熱上升過程中,氣塊每升高100米溫度下降1度,每下降100米溫度升高1度。即垂直運動中氣溫的絕熱變化垂直運動中氣溫的絕熱變化4.濕絕熱直減率: 在濕絕熱直過程中,氣塊溫度隨高度的變化率稱濕絕熱直減率。即： 可以證明，m d ，因為在濕絕熱過程中，水汽凝結(jié)釋放潛熱使冷卻作用變的緩慢。m不是常數(shù)，而是隨氣壓和溫度變化,其中主要隨氣溫的降低而增大。通常取 m0.6 /100m5.干絕熱線：在干絕熱過程中氣體狀態(tài)的變化曲線。 濕絕熱線：在濕絕熱過程中氣體狀態(tài)的變化

11、曲線。6.焚風(fēng)：是一種干熱風(fēng)，是干濕絕熱過程中，在迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡作用的結(jié)果。0m1000m3000m四、氣溫的日、年變化 大氣的熱量主要來自下墊面，氣溫具有與下墊面溫度類似的周期性變化。如冬寒夏暖、午熱晨涼反映了氣溫日、年變化的一般規(guī)律。1.氣溫的日變化(Diurnal Variation of Temperature) 日變化: 一天中氣溫晝高夜低，有一個最高溫度和最低溫度。陸地上最高氣溫夏季出現(xiàn)在1415點，冬季出現(xiàn)在1314點。海洋上最高出現(xiàn)在12:30。陸地上最低氣溫出現(xiàn)在日出前，海洋上遲后12小時。 氣溫的日較差： 一日中最高氣溫與最低氣溫之差。其大小與緯度、季節(jié)、下墊面性質(zhì)、海撥高

12、度及天氣狀況有關(guān)。一般有：低緯高緯；陸上海上；夏季冬季；晴天陰天；低海撥高海撥。（吐魯番海拔-154m，日較差大）2.氣溫的年變化(Annual Variation of Temperature) 年變化：一年中月平均氣溫有一個最高值和一個最低值。 陸地： 北半球:最高在七月份,最低在一月份。 南半球:最高在一月份,最低在七月份。 海洋: 比陸地遲后一個月,即最高在八月,最低在二月。 年較差：一年中月平均最高氣溫與月平均最低氣溫之差。 它與下墊面的性質(zhì)、緯度和海拔等有關(guān)。 高緯低緯； 陸上海上； 海拔低海拔高五、海平面平均氣溫的分布 海平面平均氣溫的分布特點 海平面平均氣溫從赤道向高緯遞減，南

13、半球等溫線大約與緯圈平行，北半球由于海陸分布不均勻，等溫線不與緯圈平行。 夏半球的等溫線比較稀疏，冬半球較密集。 夏季大陸為熱源，海洋為冷源。冬季相反。 冬季北大西洋的等溫線向北突出十分顯著，這是由墨西哥灣流造成的。 在南半球不論冬夏，最低氣溫均出現(xiàn)在南極地區(qū)，而在北半球只有夏季在北極，冬季在西伯利亞東北部（佛科揚斯克）和格陵蘭，稱為“寒極”。 近赤道存在一個高溫帶1月和7月的平均氣溫均高于25 ，稱為“熱赤道”（10N左右）。它隨季節(jié)偏向夏半球。 全球平均氣溫為14.3 ，極端最高氣溫63 （索馬里），極端最低氣溫-94 （南極附近）。冬季海平面平均氣溫分布夏季海平面平均氣溫分布厄爾尼諾現(xiàn)象

14、和拉尼娜現(xiàn)象 厄爾尼諾（El Nino）是指赤道太平洋東部和中部海域大范圍海水出現(xiàn)異常增溫的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可造成全球天氣異常。厄爾尼諾現(xiàn)象可能是海洋和大氣之間不穩(wěn)定的相互作用引起的。 拉尼娜（Lanina）是指赤道附近東太平洋水溫反常變化的一種現(xiàn)象。拉尼娜現(xiàn)象與厄爾尼諾現(xiàn)象正好相反,指的是洋流水溫反常下降。 厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象都成為預(yù)報全球氣候異常的最強(qiáng)信號氣溫對人體的影響 研究指出，人體對周圍的感覺與介質(zhì)是大氣還是水有關(guān)。在大氣中，氣溫為2829 時，人體皮膚不感溫，這個溫度稱為生理零度。人體皮膚對氣溫的感覺是：低于25 有冷感，2528 時有溫感，高于29 時有熱感。 人體的感溫還

15、與風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越大，感溫越低，風(fēng)速約在33kn時人體感溫達(dá)最低值。當(dāng)氣溫5 時，3級風(fēng)時感溫在0 左右；6級風(fēng)時，對裸露的肌膚的作用相當(dāng)于-12 時的溫度；同樣風(fēng)速，當(dāng)氣溫為-5 時，對裸露的肌膚的作用相當(dāng)于靜風(fēng)條件下-23.3 ，這時只需1min即可造成凍傷。 濕度也影響人體感溫，濕度大感覺溫度偏高、悶熱。水溫對人體的影響 在水中，人體生理零度比在大氣中高的多。當(dāng)水溫低于29 時，人體皮膚有冷感；2937 時有溫感；高于37 時有熱感。在大洋中平均水溫高于28 的區(qū)域只占海洋總面積的6%，熱帶某些海域水溫最高只有29-30 ?？梢哉f幾乎整個大洋海水的溫度對人體來說都有冷感。 落水者當(dāng)體溫從

16、37 降到32 的過程中，人體出現(xiàn)劇烈顫抖，體溫從32 降到30 的過程中進(jìn)入昏迷狀態(tài)而不省人事；當(dāng)體溫降到30 以下時，因心臟衰竭而導(dǎo)致死亡。 水溫對落水者存活時間有明顯的影響，水溫越高，存活時間越長。水溫為0 時，落水者只能堅持15min；水溫為10 時，存活的時間為2.5-3.0h；水溫為15-20 時，存活時間可達(dá)10余小時。3 濕 度 (Humidity) 濕度是表示大氣中水汽含量多少或空氣潮濕程度的物理量。大氣中的水汽是形成云、霧和降水等天氣現(xiàn)象的主要因子，同時對船運貨物是否受潮變質(zhì)有很大的影響。通常表示大氣濕度的物理量有下列幾種。一、表示濕度的物理量1絕對濕度 a (Absolu

17、te Humidity) ： 單位體積空氣中所含水汽的質(zhì)量（實際上就是水汽密度）。單位為 g/cm3，g/m3。 它直接表示空氣中含水汽的多少，絕對濕度大，水汽含量多，絕對濕度小，水汽含量少。絕對濕度不能直接測量，一般通過干濕球溫度表查算。2水汽壓 e （vapour pressure） ： 指大氣中水汽所引起的那部分壓強(qiáng)稱水汽壓。單位與氣壓相同。 它表示空氣中水汽含量的多少，水汽壓大，水汽含量多，水汽壓小，水汽含量少。水汽壓也不能直接測得，通過干濕球溫度表查算獲得。3飽和水汽壓 E （Saturation Vapour Pressure）: 指空氣達(dá)到飽和時的水汽壓。飽和空氣中的水汽壓是溫度

18、的函數(shù)，即 E=E(T)，隨著溫度的升高而增大。 它表示空氣“吞食”水汽的能力，不反映空氣中水汽含量的多少。4相對濕度 f （Relative Humidity） ： 指空氣中的實際水汽壓(e)與同溫度下的飽和水汽壓的百分比，即：f=e/E100。 當(dāng) f100 未飽和；當(dāng) f=100飽和；當(dāng)f100過飽和。 因此它表示空氣距離飽和的程度，不直接反映空氣中水汽含量的多少。目前，我國有些城市把相對濕度作為日常天氣預(yù)報的一個指標(biāo)。5露點(Dew Point) Td ： 指空氣中水汽含量不變且氣壓一定時,降低溫度使其空氣達(dá)到飽和時的溫度，稱為露點溫度。單位與氣溫相同。 它表示空氣中水汽含量的多少，露點高，水汽含量多，露點低，水汽含量少。6溫度露點差 T-Td ： 它的大小反映空氣距離飽和的程度。T-Td=0 飽和；T-Td0 未飽和； T-Td愈大，f愈小。另外，若濕球溫度趨于干球溫度，說明相對濕度大，一般有霧或降水。7. e和a的關(guān)系 若e的單位為hPa時，則 a = 217e/T 若e的單位為mmHg時，則 a = 289e/T a e 大氣中的水汽主要來自下墊面的蒸發(fā)，水汽的凝結(jié)或a凝華改變水汽的含量，其分布是不均勻的。 垂直分布：絕對濕度隨高度的增加而迅速減小。在2公里高度處不足地面的1/2，5公里