氣象學(xué)與氣候?qū)W教學(xué)課件1-大氣的基本特征

1、大氣的基本特征,干空氣：除了固、液態(tài)微粒及水汽以外的空氣,干空氣的成分：氮 N2、氧 O2、 氬 Ar為主要成分，約占99.96%，二氧化碳CO2、臭氧O3等其他氣體占不到0.1%,地球大氣的成分:固、液、氣,氧氣O2在海拔3.54.5km高度的含量?jī)H為海平面高度的一半,臨界溫度：臨界溫度就是能夠使氣體液化所需要的最高溫度，在這個(gè)溫度以上，無(wú)論怎樣增大壓強(qiáng)，氣態(tài)物質(zhì)不會(huì)液化,臨界壓力：臨界壓力就是在臨界溫度下，使氣體液化所需要的最低壓力,臭氧,吸收太陽(yáng)短波輻射 濾去了70-90%太陽(yáng)紫外線輻射,集中在1050km之間,二氧化碳,吸收地面長(zhǎng)波輻射,集中在20km以下，占0.03%,定義：存在于大

2、氣中的水的氣化態(tài)。 大氣中唯一能夠發(fā)生相變的成分，是產(chǎn)生天氣變化的重要因素，直接影響到地面和低層大氣的溫度,水汽來(lái)源于蒸發(fā)（江河湖海及潮濕物體表面）和蒸騰（植物）,水汽,定義：大氣中懸浮的多種固態(tài)微粒和液態(tài)微粒,降低大氣能見(jiàn)度、影響大氣和地面溫度、充當(dāng)水汽凝結(jié)核,大氣污染物：粉塵、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氫、碳?xì)浠衔锖桶?PM2.5，直徑小于2.5微米的顆粒物。被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。,氣溶膠粒子,對(duì)流層：水汽，CO2等溫室氣體 1、溫度隨高度增加而降低 2、對(duì)流運(yùn)動(dòng)明顯 3、氣象要素水平分布不均,平流層：臭氧集中，溫度隨高度增加

3、，氣流穩(wěn)定，適合飛機(jī)飛行,中間層：溫度急劇下降,暖層：溫度急劇上升，氧、氮分子被分解，對(duì)無(wú)線電波有反射作用,散逸層：大氣質(zhì)點(diǎn)逃逸到太空,大氣的垂直結(jié)構(gòu),大氣的狀態(tài)方程p、T、V、,一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)和體積的乘積除以其絕對(duì)溫度等于常數(shù)，即,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，p0=1013.25hPa,T0=273K, 1mol氣體體積V0約為22.4L,普適氣體常數(shù),1mol氣體質(zhì)量為，那么標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，質(zhì)量M的氣體體積是它的M/倍,R=R*/,比氣體常數(shù),理想氣體狀態(tài)方程,比氣體常數(shù),狀態(tài)方程,狀態(tài)方程,如果p表示濕空氣的總壓強(qiáng)，e表示其中水汽部分的壓強(qiáng)，那么其中干空氣的壓強(qiáng)為p-e,根據(jù)狀態(tài)方程公式得,其中，,干空氣

4、,濕空氣,濕空氣密度,引進(jìn)物理量虛溫（Tv）,可以得到濕空氣的狀態(tài)方程,虛溫可以理解為:與濕空氣同氣壓同密度的干空氣溫度,假設(shè)：大氣在垂直方向是靜止?fàn)顟B(tài)，水平方向無(wú)壓力差 那么，高度為z的氣柱，單位面積受力情況如下：,向上：氣壓差形成的氣壓梯度力,向下：重力,空氣處于垂直方向靜力平衡時(shí),結(jié)合狀態(tài)方程，得到,大氣靜力學(xué)方程氣壓隨高度的變化,單位壓強(qiáng)高度差：減小一個(gè)單位壓強(qiáng)所增加的高度,表明，單位壓強(qiáng)高度差h與壓強(qiáng)p成反比，與溫度t成正比,氣壓隨高度增加按指數(shù)減小,等溫大氣壓高公式的應(yīng)用： 1、根據(jù)不同高度的氣壓值和平均氣溫，可求得高度差 2、根據(jù)某高度的氣壓值和平均氣溫，可求得另一高度氣壓值 3

5、、由不同高度的氣壓值，可求得兩高度之間的平均氣溫,對(duì)于z1和z2高度之間，平均虛溫為Tv的氣層,重力位勢(shì)：設(shè)海平面的位勢(shì)為0，把單位質(zhì)量物體從平均海面上移到z高度處作的功,單位：J/kg,定義1個(gè)位勢(shì)米（1gpm）等于9.80665J/kg,位勢(shì)高度與幾何高度的數(shù)值幾乎相同，但意義不一樣,重力位勢(shì)高度,天氣分析中的標(biāo)準(zhǔn)等壓面圖，其中的等高線就是位勢(shì)高度,基本氣象要素,氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量、降水量、能見(jiàn)度等,氣溫：表示空氣冷熱程度，是空氣分子平均動(dòng)能的表現(xiàn) 空氣獲得熱量，分子平均動(dòng)能增加，氣溫升高，反之依然,我國(guó)常用用攝氏度t，單位C 科學(xué)計(jì)算用絕對(duì)溫度T，單位K 某些國(guó)家用華氏溫

6、度tF，單位F,轉(zhuǎn)換關(guān)系：,氣溫是在離地面1.5m高的百葉箱內(nèi)用水銀溫度表測(cè)得,氣壓：大氣的壓強(qiáng)，單位面積上空氣柱的重量,氣壓值一般用水銀氣壓表測(cè)量,氣壓?jiǎn)挝唬涸胢mHg，現(xiàn)用hPa,1hPa=10-2N/cm2,溫度為0C,緯度為45的海平面作為標(biāo)準(zhǔn) 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1013.25hPa=760mmHg,等壓面：空間各氣壓相等的點(diǎn)組成的面 向上突起的部分對(duì)應(yīng)高壓區(qū)，下凹的部分對(duì)應(yīng)低壓區(qū),等高線：位勢(shì)高度相等的點(diǎn)連成的線，等壓面與水平面的交線,濕度：大氣中水汽含量多少的物理量,飽和水汽壓：水汽壓達(dá)到某極大值時(shí)便產(chǎn)生凝結(jié),絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝惑w積空氣中所含的水汽質(zhì)量,即水汽密度,比濕：水汽的質(zhì)量與氣

7、團(tuán)總質(zhì)量的比值，單位g/g，g/kg,水汽壓：大氣中水汽所產(chǎn)生的壓力（e）,混合比：水汽質(zhì)量與干空氣質(zhì)量的比值,相對(duì)濕度：實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值,飽和比濕,飽和差：飽和水汽壓與實(shí)際水汽壓之差，一般用變量d=es-e表示 在研究水面蒸發(fā)的問(wèn)題時(shí)，反映水分子的蒸發(fā)能力,露點(diǎn)：空氣中氣壓和水汽含量不變的條件下降溫，使水汽相對(duì)于水面達(dá)到飽和時(shí)的溫度 霜點(diǎn)：同露點(diǎn)的過(guò)程使水汽相對(duì)于冰面達(dá)到飽和時(shí)的溫度,計(jì)算露點(diǎn)：a=7.63,b=241.9 計(jì)算霜點(diǎn)：a=9.5,b=265.5,露點(diǎn)或者霜點(diǎn)td常常低于氣溫，露點(diǎn)越高，說(shuō)明空氣越接近飽和，水汽含量越高，反之亦然,降水：從天空降落到地面的液態(tài)或者固態(tài)水 降水量單位mm 雪深單位cm，雪壓?jiǎn)挝籫/cm2,風(fēng)：空氣的水平運(yùn)動(dòng)，包括風(fēng)速和風(fēng)向,風(fēng)力等級(jí)與風(fēng)速,風(fēng)向指風(fēng)的來(lái)向風(fēng) 地面風(fēng)向用16方位表示 高空風(fēng)向用方位度數(shù)表示,風(fēng)速常用單位m/s、kn、km/h,換算關(guān)系： 1m/