北林氣象學(xué)課件

第一章大氣概述第一章大氣概述1本章要點(diǎn)大氣的組成成分大氣的垂直結(jié)構(gòu)大氣的物理性狀大氣與森林植被本章要點(diǎn)大氣的組成成分21大氣的組成干潔空氣氣溶膠粒子水汽1大氣的組成干潔空氣氣溶膠粒子水汽31.1干潔空氣

干潔空氣以氮、氧、氬最多，其容積含量約占全部干空氣的99.97%，其余氣體如二氧化碳、氖、氙、氪和臭氧等的總含量約占0.03%。干空氣的分子量為28.966，與大氣氮的分子量28.016相近。1.1干潔空氣干潔空氣以氮、氧、氬最多，其容積含4

1.1.1二氧化碳(carbondioxide,CO2)（1）來源：燃燒、有機(jī)物分解、生物的呼吸作用（2）空間分布：大氣中的CO2主要分布在大氣層20km以下，20km以上顯著減少。地表CO2濃度：北半球>南半球，城市>農(nóng)村。在大工業(yè)城市，大氣中CO2的含量可達(dá)0.05%，甚至0.07%。

（3）時(shí)間分布：冬季>夏季，夜晚>白天，陰天>晴天。

1.1.1二氧化碳(carbondioxide,CO5（4）循環(huán)過程：（4）循環(huán)過程：6（5）氣候效應(yīng)CO2對(duì)太陽短波輻射吸收很少，但能吸收來自地面的長(zhǎng)波輻射（特別是13~17μm波譜區(qū)），使得地表輻射的熱量大部分被截留在大氣層內(nèi)，因而對(duì)地表有保溫效應(yīng)。在所有溫室氣體中，CO2對(duì)大氣溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)占到63%。（IPCC4）（5）氣候效應(yīng)7北林氣象學(xué)課件8現(xiàn)今大氣中CO2的濃度已升至367ppmv，比前工業(yè)時(shí)代以前提高了25%。目前以每年1.5ppmv的速度增加?，F(xiàn)今大氣中CO2的濃度已升至367ppmv，比前工業(yè)時(shí)代以91.1.2臭氧(ozone,O3)（1）來源主要是太陽紫外輻射作用形成有機(jī)物的氧化和雷雨閃電（2）形成：

O2+hυO(shè)+OO+O2+MO3+M1.1.2臭氧(ozone,O3)（1）來源10（3）O3的垂直分布在低層大氣中，O3含量很小，而且很不固定；5~10km開始，含量增加;濃度最大在20~30km，稱為臭氧層;到60km附近O3含量已趨于零。（3）O3的垂直分布11（4）空間分布同一季節(jié)，臭氧總量隨緯度增加而增加。（春季最明顯）（5）時(shí)間分布冬末春初最大，秋季最小。

隨著緯度增加，臭氧總量的季節(jié)波動(dòng)越明顯。

（4）空間分布12（5）氣候效應(yīng)平流層中，臭氧吸收太陽紫外輻射，最強(qiáng)吸收帶在0.22~0.32微米區(qū)，是平流層大氣的主要熱源，使平流層大氣溫度隨高度增加而上升。此種溫度結(jié)構(gòu)抑制大氣垂直運(yùn)動(dòng)，使平流層只有水平方向運(yùn)動(dòng)。不利于生命存在的短波紫外輻射（<0.29微米）基本被吸收。同時(shí)存在一個(gè)9.6微米的紅外吸收帶，引起溫室效應(yīng)。（5）氣候效應(yīng)13（6）臭氧空洞(8-12月)（6）臭氧空洞(8-12月)14每年的9月16日為國際保護(hù)臭氧層日北林氣象學(xué)課件151.2水汽(watervapor)（1）時(shí)空分布

低緯>高緯，沿海>內(nèi)陸，夏季>冬季。空氣中的水汽含量隨高度的增高而減少。在1.5~2km高度上空氣中水汽含量減為地面的一半，在5km高度上，減少為地面的1/10。1.2水汽(watervapor)（1）時(shí)空分布16（2）水汽對(duì)天氣變化的影響含量雖少，但可在大氣溫度范圍內(nèi)進(jìn)行相變，是天氣變化的主要角色。水汽在相變中吸收和放出潛熱；易吸收和放射長(zhǎng)波輻射。

所以大氣中水汽含量的多少能直接影響地面和空氣的溫度，影響天氣及天氣系統(tǒng)的變化和發(fā)展。

（2）水汽對(duì)天氣變化的影響含量雖少，但可在大氣溫度范圍內(nèi)進(jìn)171.3氣溶膠大氣中懸浮的多種固體和液體微粒，0.001～100微米固體微粒：是懸浮在大氣中的煙粒、鹽粒、花粉、微生物、細(xì)菌、病菌、孢子和塵埃等。液體微粒：是懸浮在大氣中的水滴、過冷水滴和冰晶等水汽凝結(jié)物。1.3氣溶膠大氣中懸浮的多種固體和液體微粒，0.001～18（1）時(shí)空分布

城市>農(nóng)村，內(nèi)陸>沿海，冬季>夏季。

（2）氣候效應(yīng)水汽凝結(jié)核，成云制雨重要條件

吸收和散射太陽、大氣和地面輻射，改變地球輻射平衡改變大氣能見度和空氣質(zhì)量（1）時(shí)空分布191.4大氣污染物（1）分類塵粒以固體或液體微小顆粒形式，存在于氣體介質(zhì)中的分散體。包括：飄塵、降塵。氣體污染物主要有SO2、NO2、

CO、CO2

和O3等。1.4大氣污染物（1）分類20（2）環(huán)境問題溫室效應(yīng)與氣候變化臭氧層的破壞酸雨（PH<5.6）城市空氣污染：光化學(xué)煙霧、煤煙型煙霧、可吸入顆粒物（pm10、pm5、pm2.5）（2）環(huán)境問題21北林氣象學(xué)課件222大氣的垂直結(jié)構(gòu)高層大氣平流層對(duì)流層云團(tuán)或懸浮微粒印度洋2大氣的垂直結(jié)構(gòu)高層大氣平流層對(duì)流層云團(tuán)或懸浮微粒印度洋23北林氣象學(xué)課件242.1對(duì)流層其底界為地面，上界為對(duì)流層頂，隨緯度和季節(jié)而變化。低緯平均為17-18km;

中緯為10-12km;

高緯為8-9km。2.1對(duì)流層其底界為地面，上界為對(duì)流層頂，隨緯度和季節(jié)而251.氣溫隨高度的升高而降低。

氣溫垂直遞減率(γ)：在垂直方向每變化100m氣溫的變化值。以溫度隨高度的升高而降低為正值，即：

γ>0:表示氣溫隨高度升高而降低；

γ<0:表示氣溫隨高度升高而升高，種氣層稱為逆溫層

γ=0:表示氣溫隨高度不變，這種氣層稱為等溫層

1.氣溫隨高度的升高而降低。262.空氣具有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。3.溫度濕度水平分布不均勻。按照氣流和天氣的特點(diǎn)，還可把對(duì)流層分為下層、中層、上層和對(duì)流層頂?shù)取?.空氣具有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。272.2平流層

從對(duì)流層頂?shù)?5km左右的大氣層，稱為平流層，由于臭氧濃度高又稱為臭氧層。

1.氣溫隨高度的升高而升高；

2.氣流比較穩(wěn)定；

3.空氣中水汽含量很少，天空晴朗，很少有

云出現(xiàn)。2.2平流層從對(duì)流層頂?shù)?5km左右的大氣層，稱為平流282.3中間層

平流層頂?shù)?5km

1.氣溫隨高度的升高而迅速下降，頂部溫度可達(dá)-83℃—-113℃。

2.空氣垂直運(yùn)動(dòng)再次出現(xiàn)。3.幾乎沒有臭氧，二氧化碳、水汽稀少，無云層。

2.3中間層292.4熱層

從中間層頂?shù)?00km1.隨高度的增高，氣溫迅速升高

2.空氣處于高度電離狀態(tài)

2.5散逸層最高層，大氣圈與星際空間過渡帶1.氣溫升高

2.受地球引力小2.4熱層303大氣的物理性狀氣象要素：表示大氣屬性和大氣現(xiàn)象的物理量，如氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量、降水量等。空氣狀態(tài)方程：3大氣的物理性狀氣象要素：313.1氣象要素氣象要素：表示大氣屬性和大氣現(xiàn)象的物理量，如氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量、降水量等。

1.氣溫(t)定義：表示空氣冷熱程度的物理量。攝氏溫標(biāo)（℃）華氏溫標(biāo)（℉）：℉=9/5t(℃)+32絕對(duì)溫標(biāo)（K）：T=273+t(℃)3.1氣象要素氣象要素：322.氣壓（p）定義：地球表面單位面積上所受到的大氣壓力，稱為氣壓。單位：帕斯卡(Pa)，毫巴(mb),毫米水銀柱(mmHg)1mb=100Pa=1hPa=3/4mmHg2.氣壓（p）333.濕度定義：表示大氣中水汽含量多少的物理量。大氣的濕度狀況是決定云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的重要因素。

1)水汽壓

（e）：指大氣中所含水分的分壓力。p=pd+e3.濕度342）飽和水氣汽壓（E）定義：在一定溫度和氣壓下,空氣中水汽達(dá)到飽和時(shí)的水汽壓力稱為飽和水汽壓。飽和水汽壓與溫度的關(guān)系可用馬格奴斯（Magnus）公式表示：

水面：a=7.45b=235

冰面:a=9.5b=265E0是0℃時(shí)的飽和水汽壓6.1hp。t為蒸發(fā)面的溫度（℃）。2）飽和水氣汽壓（E）35

(1)飽和水汽壓隨溫度升高而很快增大。(2)飽和水汽壓除與溫度有關(guān)外，還與蒸發(fā)面的物態(tài)、形狀以及蒸發(fā)面的溶液濃度等有關(guān)。

a、同一溫度下，飽和水汽壓；冰面<水面；凹面<平面<凸面。

b、凸面曲率增加，飽和水汽壓增大；

c、隨著溶液濃度增大，飽和水汽壓減小。純水面>溶液

(1)飽和水汽壓隨溫度升高而很快增大。(2)飽和水363）飽和差(d)定義：在某一溫度下，飽和水汽壓與實(shí)際空氣中水汽壓之差稱為飽和差。d=E-ed表示實(shí)際空氣距離飽和的程度，在研究水面蒸發(fā)時(shí)常用到。當(dāng)空氣飽和時(shí)，d=0；

當(dāng)未飽和時(shí)，d>0；當(dāng)過飽和時(shí)，d<0。3）飽和差(d)定義：在某一溫度下，飽和水汽壓與實(shí)際空374）相對(duì)濕度定義：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：U=e/E*100U的大小直接反映空氣距離飽和的程度。

當(dāng)空氣飽和時(shí)：U=100%當(dāng)未飽和時(shí)：U<100%當(dāng)過飽和時(shí)：U>100%4）相對(duì)濕度定義：空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓385）絕對(duì)濕度

5）絕對(duì)濕度

396）比濕(q)

定義：在一團(tuán)濕空氣中，水汽的質(zhì)量與該團(tuán)空氣的總質(zhì)量（水汽質(zhì)量加干空氣質(zhì)量）的比值，稱為比濕。g/gq=mw/(mw+md)mw為該團(tuán)濕空氣中水汽的質(zhì)量；md為該團(tuán)濕空氣中干空氣的質(zhì)量。由此公式和狀態(tài)方程可得：q=0.622e/p注意：上式中氣壓（P）和水汽壓（e）必須采用相同的單位）。6）比濕(q)

定義：在一團(tuán)濕空氣中，水汽的質(zhì)量與該團(tuán)空407）露點(diǎn)(td)定義：在空氣中水汽含量不變，在一定的氣壓條件下使空氣冷卻達(dá)到飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度,簡(jiǎn)稱露點(diǎn)。單位與氣溫相同。7）露點(diǎn)(td)定義：在空氣中水汽含量不41實(shí)際氣溫（t）與露點(diǎn)（td）之差表示空氣距離飽和的程度。值越大說明相對(duì)濕度越小。當(dāng)t>td時(shí)，空氣未飽和；

t<td時(shí)，空氣過飽和；

t=td時(shí)，空氣飽和實(shí)際氣溫（t）與露點(diǎn)（td）之差表示空氣距離飽42干球溫度表

濕球溫度表

最高溫度表

最低溫度表

E=Ew-AP(t-tw)干球溫度表

濕球溫度表

最高溫度表

最低溫度表

E=Ew-A43雙金屬片溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)444.風(fēng)風(fēng)：空氣的水平運(yùn)動(dòng)就叫風(fēng)。風(fēng)向：指風(fēng)的來向。地面風(fēng)向用16個(gè)方位表示；高空風(fēng)向用方位度數(shù)（共分360o）表示，以0o（或360o）表示正北，90o表示正東，180o表示正南，270o表示正西。風(fēng)速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)空氣移動(dòng)過的距離（m/s、km/h）4.風(fēng)風(fēng)：空氣的水平運(yùn)動(dòng)就叫風(fēng)。45北林氣象學(xué)課件46例如：南風(fēng)4級(jí)

八級(jí)西南風(fēng)例如：南風(fēng)4級(jí)475.云

云：是懸浮在大氣中的水滴或冰晶混合的聚合體。底部不接觸地面，并有一定的厚度。云的觀測(cè)包括：云狀、云量和云高5.云云：是懸浮在大氣中的水滴或冰晶混合的聚合體。底部不48方法：將地平以上全部天空劃分為10份，被云遮蔽的份數(shù)即為云量。（歐美將天空劃為8份，以云占天空八分之幾的面積計(jì)作云量）例：碧空無云：云量為0

天空一半為云：云量為5

遮空蔽日：云量為10云量：云遮蔽天空視野的成數(shù)。方法：將地平以上全部天空劃分為10份，被云遮蔽的份數(shù)即為云量496.蒸發(fā)蒸發(fā)：氣象學(xué)中把液態(tài)水變?yōu)樗Q為蒸發(fā)。蒸發(fā)量：指在一定時(shí)段內(nèi)，水分經(jīng)蒸發(fā)而逸入空中的量，稱為蒸發(fā)量。mm蒸發(fā)量用小型和E60