第一章 大气物理学
李幼兰主编《空气动力学和维护技术基础》课件
1.1 大气的重要物理参数
2. 大气温度 【大气温度】大气层内空气的冷热程度，常用单位：摄氏温度（C）、 华氏温度（F）、热力学温度（K）
TC TF 32 5 / 9
TK TC 272.15
温度高低表征空气分子平均动能的大小。 大气层温度分布规律：在大约11km高度以下的大气层内，随高度
1.2 大气层的构造
2）由于空气电离释放热量，这一层温度很高，且随高度增加温度
上升；
3）由于空气密度极小，声波无法传播。 5. 散逸层：大气最外层
特点： 地心引力很小，大气分子不断向星际空间逃逸；
1.3 国际标准大气（ISA）
1.3.1 国际标准大气制定原因
实际大气层随地理位置、高度、季节、时间不同而不同，而人类 各种飞行活动与实验要比较，所以需要一个标准大气作为基准。
增加温度下降。
1.1 大气的重要物理参数
3. 大气压力 【大气压力】大气层内空气的压强，国际单位：Pa（N/m2）。
大气压强产生原因：1）空气重力；2）空
气分子不规则的热运动； 大气层压强分布规律：在大气层内，随高 度增加压强减小。
1.1 大气的重要物理参数
4. 黏性 【黏性】黏性是流体的固有属性，当流体内相邻两层之间流速不同， 或流体与物体间发生相对运动时，两流层接触面上或流体和物体接触 面上便发生相互牵扯的力，这种特性就是流体黏性。 【牛顿黏性定律】黏性切应力与两层流体间的相对速度成正比，与 两层流体间距离成反比，即：
度，还会改变飞机迎角；由下向上的垂直阵风使飞机相对气流速度突 然增大，迎角也突然增大；由上向下的垂直阵风使飞机相对气流速度 突然减小，迎角也突然减小；因此垂直阵风对飞机飞行性能影响比水 平阵风大。 遇到由下向上的垂直阵风时，飞机如是大迎角小速度飞行，应减小迎 角，增大速度；如是小迎角大速度飞行，可适当减小速度，增大迎角
大气物理学
Td Td 0 h 123(Td Td 0 )(m) 2 (0.98 0.17) 10
注意：有时误差很大。
第三节 大气中的湿绝热过程
定义：大气中有相变发生的绝热过程
一、两种极端情况
1、可逆湿绝热过程
水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，始终跟随气块上升或 下降，所释放的潜热也全部保留在气块内部。
g dT dz c pd
∴近似为
dT g d 9.8 /1004 0.98K /100m dz c pd
三、位温
1、定义
气块经过干绝热过程气压变为1000hPa时， 气块所具有的温度。用θ表示，其定义式为
1000 T p
在精度要求不高的计算中常用kd代k计算θ。
1、坐标系
x T , y ln p
2、基本线条 等温线、等压线、等θ线（干绝热线）、 等qs线（等饱和比湿线）、等Θse线（假绝热线）。
等温线：平行于纵坐标的一组等间距（黄色）直线，每隔 1 ℃ 一条线，每隔 10 ℃ 标出温度 数值，其中大字体为摄氏温度 ( ℃ ) ，小字体为绝对温度（ K ）。 等压线：平行于横坐标的一组（黄色）直线，从 1050 百帕到 200 百帕之间，每隔 10 百帕一 条线，图左右两侧每隔 100 百帕标出气压数值。 干绝热线：即等位温线，是一组近似于直线的对数曲线，自图右下方向左上方倾斜的黄色实 线，线上每隔 10 ℃ 标出位温（ q ）数值。当气压值低于 200 百帕时，位温使用括号内数值。
• 对位温定义式求对数，
将x = T, y = ln（1000/p) 代入上式得，
1000 ln ln T k ln p
空气动力学基础01大气物理学
1.1.3 大气压力
大气压力
大气层内空气的压强，即物体单位面 积上承受的空气的垂直作用力。
产生原因
上层空气的重力对下层空气造成了压 力 空气分子不规则的热运动
因为大气压力随高度和温度变化， 所以规定在海平面温度为15 ℃时 的大气压力为一个标准大气压
1.1.4 粘性
粘性
流体内两相邻流层的流速不同时，或流体与物体间发生相对 运动时，两个流层接触面上或流体和物体接触面上便产生相 互粘滞和相互牵扯的力，这种特性就是流体的粘性。
1.1.7 音速
音速
小扰动在介质中的传播速度。 不同介质下： 2 p
a1 T
1.2 大气层的构造
大气分为五 层
对流层 平流层 中间层 电离层（ 热层） 散逸层
1.3 国际标准大气（ISA）
1.3.1 国际标准大气的制定
大气的物理性质是变化的，使航空器上产生的空气动力也发 生变化，影响飞行性能； 为便于设计、试验和分析航空器性能，需要建立一个统一的 标准，即标准大气。 国际民航组织（ICAO）根据对北纬40 °～50°区域的地球大 气多年观测的结果，加以模型化，给出的一种假想的大气模 型。
525.95 462.49 405.39 354.16 308.31 267.40 231.02 198.76 170.26 145.50
0.7846
0.6920 0.6085 0.5334 0.4660 0.4057 0.3519 0.3040 0.2615 0.2240 0.1915
1.0066
当大气流过飞行器表面时，在一些部位气流速度增加 ，气流的压力会减小，密度也会随之下降
大气物理学与气候变化
大气物理学与气候变化大气物理学是研究大气环境和大气现象的科学，它是研究气候变化的基础。
气候变化是环境保护的热门话题，也是国际社会关注的重要议题。
随着全球工业化和人口增长的加速，气候变化对人类生存和发展产生了越来越大的影响。
本文将从大气物理学角度探讨气候变化的原因和影响，并介绍一些应对气候变化的方法。
气候变化的原因气候变化是自然环境的变化和人类活动共同作用的结果。
其中，气候系统内部的自然变化是气候变化的基础，而人类活动则加速和放大了气候变化的影响。
下面我们从自然因素和人为因素两个方面分别分析气候变化的原因。
自然因素气候系统内部的自然变化是由多个因素共同作用导致的。
其中最主要的是太阳辐射、地球轨道和海洋循环。
太阳辐射是驱动地球气候变化的主要能量来源，当太阳辐射变化时，地球的气候也会受到影响。
地球轨道的变化会改变太阳辐射的接受量，而海洋循环则是全球气候系统中调节温度和海平面变化的重要因素。
人为因素人类活动是气候变化的重要因素，特别是工业化和城市化进程的加速，导致大量的温室气体排放，使得大气中的温室气体浓度迅速上升。
红外辐射没有被大气层完全吸收，而是被反射回地球表面，从而产生温室效应。
而大气中温室气体的增加，就像给地球“穿上了一件厚厚的毛衣”，使得地球表面的温度升高，从而导致气候变化。
气候变化的影响气候变化对人类生存和发展产生了越来越大的影响，不仅仅是对生态环境造成了极大的危害，而且涉及到人类的一切活动。
下面我们从自然环境、农业和人类健康三个方面分析气候变化的影响。
自然环境气候变化对生态环境造成了很大的危害，导致生物多样性的减少和生态系统的崩溃。
全球气温上升导致冰川消融和海平面上升，这将导致沿海城市和小岛国家面临淹没的风险。
气候变化也会导致干旱、洪涝和风暴等极端天气事件变得更加频繁和严重。
农业气候变化影响了全球农业生产和粮食安全。
温度上升会影响作物的生长和产量，土壤水分、地面水源和灌溉能力将发生变化，造成生产成本增加和经济效益下降。
大气物理学基础知识
大气物理学基础知识大气物理学是一门研究地球大气现象的科学。
它主要研究大气的物理特性、活动、变化和影响因素等方面，并涉及气象学、物理学、化学和地质学等多个学科。
下面就大气物理学的基础知识进行一些探讨。
一、大气组成地球大气主要由氮(N2)和氧气(O2)组成，二者占据了大气中的绝大部分。
此外，其他成分还包括氢(H2)、氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氖(Kr)、氙(Xe)、气态水(H2O)和温室气体等，它们的存在对于大气物理学的研究具有重要意义。
二、大气结构大气的结构分为四层，自地球表面向上分别为对流层、平流层、中间层和热层。
对流层即人们所说的大气层，它从地球表面向上延伸约16公里，这一层的温度逐渐降低。
平流层位于对流层之上，这里温度逐渐升高，高度达到60千米以上。
中间层是连接平流层和热层的过渡层，这里的温度在-60到0℃之间。
热层位于大气层最高处，高度达到100千米以上，这里的温度非常高，甚至能够使气体变成离子。
三、大气运动大气系统的运动有大尺度和小尺度之分。
大尺度运动像气流和风一样，可以覆盖数百公里到几千公里的范围，与全球气候和天气有密切关系。
小尺度运动则主要研究雷暴、涡旋和涡流等现象，它们通常比大尺度运动时间和空间尺度更小。
四、大气辐射和温室效应大气中的辐射产生于太阳射线的入射和地球的自然热辐射。
对于太阳辐射，大气吸收了其中的紫外线、可见光和近红外线；对于自然热辐射，大气吸收了其中的远红外线。
大气中温室气体的存在可以吸收和辐射这些辐射，同时也使得地球表面的温度升高，形成了温室效应。
温室效应也是大气物理学研究的重要内容之一。
以上就是关于大气物理学的一些基础知识的介绍。
大气性质和大气活动对于我们的生活和工作都有着深刻的影响，因此了解大气物理学的基础知识也是必要的。
气象学中的大气物理学和大气化学
气象学中的大气物理学和大气化学气象学是一门研究大气环境和天气变化的学科，它主要涉及到大气物理学和大气化学两个方面。
在这篇文章中，我们将对这两个方面进行深入探讨。
一、大气物理学大气物理学是研究大气环境的运动、热力学和动力学特性的学科。
它主要研究大气的温度、压力、湿度、风力等参数以及它们之间的关系。
大气物理学中最基本的概念是大气层，它是指从地球表面到大气的最高点之间的那一部分大气。
大气层可以分成若干个不同的层次，其中最底层是对人类最重要的，也是人们居住和工作的层次。
这个层次被称为对流层，它的厚度大约为10至15公里。
大气物理学中的另一个重要概念是大气循环。
大气循环是指大气中水汽、气体和气溶胶在不同地区和高度之间发生的流动。
这种流动形成了大气的环流系统，它是一个由多个环流组成的复杂系统。
这个系统的形成和运动方式是受许多因素影响的，包括太阳辐射、地球的自转、地球表面的地形和大气中的气体成分等。
大气物理学还研究风、气旋和台风等现象，它们对人类活动产生着重大的影响。
例如，强热带气旋可以造成巨大的破坏，而气温变化会对人类的生产和生活造成很大的影响。
二、大气化学大气化学是研究大气的化学成分及其在大气中的地球化学过程和作用的学科。
大气化学主要涉及到大气中的气态化学反应、大气有机化学、大气生物化学以及大气中化学物质的分布和迁移等。
大气化学主要研究大气中的气体、电离、化学反应等方面。
例如，大气中的氧、氮、氢、二氧化碳等气体成分的化学反应对大气的化学特性和气体分布等有着重要的作用。
此外，大气中也存在着许多有机物和无机物，这些物质将会对人与环境产生潜在的威胁。
大气化学在人类活动中也扮演着重要的角色。
例如，工业排放和交通尾气等都会大量释放大气污染物，这些污染物不仅会对大气本身产生影响，还会影响人类健康和生产活动。
此外，一些化学物质在大气中的迁移和分布也成为科学家们研究的重点。
总之，大气物理学和大气化学分别研究了大气环境的运动和化学特性，它们在人类活动中都扮演着重要的角色。
大气物理学课件
p2
p1
dp gdz
z1
z2
P Rd Tv
p2
p1
z2 dp g dz z1 R T p d v
z2
p 2 p1e
z1
g dz Rd Tv
二、大气标高 大气标高表示气压、密度随高度的变化趋势。
Tv 0 z （等温大气）时，
H
Tv 0
为等温大气
2、当 ℃/100m（均质大气）,设 则 H 7996 米为均质大气的上界。
T0 Tz 3、当 Z
Tv0 273K ，
（多元大气）
z2
将公式
p 2 p1e
z1
g dz Rd Tv
中的虚温看作常数
g z2 z1 Rd Tv
p2 p1e
写成对数形式
p2 g ln ( z 2 z1 ) p1 Rd Tv
取消负号
Rd Tv p1 z 2 z1 ln g p2
z 2 z1 184001 (
在同样的温度和压力条件下，气温直减率越大，气压 随高度降低越快。 当求大气的最高极限高度时，将P=0代入多元大气 的气压——高度公式中得到：
H T0
说明γ为常数时，多元大气有确定的上界。
从多元大气的压高公式中可知： 1、当 的上界，即等温大气无确定的上界。
g 3.41 Rd
气压标高 密度标高
ln p 1 H p ( ) z
ln 1 H ( ) z
三、几种特殊大气模式的气压——高度公式
大气物理学课件完整PPT
d t x y z （1）大陆型：一年中气压最高值 出现在冬季，最低值出现在夏季，气压年变化值很大，并由低纬向高纬逐渐增大。
程
2、不同密度气团的移动
（二）辐散、辐合与垂直运动
u , v , w x y z
u 0 x u 0 x
空气的散度 辐散 辐合
立方体中的总散度等于三个偏导数之和 1ddtuxyvw z
( ) （3） 2、不同密度气团的移动
x y z t 气压梯度是一个空间矢量，它垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差（ΔP）除以其间的垂直距离（ΔN），可
用下式表示：
一、气压梯度（pressure gradient)
水平气压梯度力的大小为
当或
时
((u)(v)(w ))0 （4）
( t )z
g
dz
z t
对于地面，有
(p0 ) t
g
0
dz
t
[(u)(v)(w )] 连续方程
x y z t
代入
(
p0
)
g
dz
t
0 t
得到
( p 0) g( u v )d zg (u v )d zg (w )dz t 0 x y 0 x y 0 z
水平方向上的 速度辐散、辐 合
气压梯度力（ pressure gradient force) 气压梯度存在时，单位质量的空气所受的力叫气压梯度力，其大小与气压梯度成正比，与空气
密度成反比。
或 则在 时间内，流入这小立方体中总净质量为：
（三）引起局地气压变化的原因
方
二、水平气压梯度力的大小和方向 可以分为以下三种类型：
1duvw0 （9） 将（7）式代入（5）式，得到：
大气物理学 平流过程
大气物理学平流过程
平流过程是指空气在水平方向上的运动和传输过程，是大气物理学中的一个重要概念。
当空气在水平方向上移动时，它会携带其中的各种物理量，如温度、湿度、气压等，从而导致这些物理量在空间上的分布发生变化。
在平流过程中，空气的运动会受到地球自转、科里奥利力、气压梯度力等因素的影响。
地球自转会使得空气在北半球向右偏转，在南半球向左偏转，这种现象被称为科里奥利力。
气压梯度力则是指由于气压在空间上的分布不均匀而产生的力，它会使得空气从高压区流向低压区。
平流过程对于大气环流、天气变化等都有着重要的影响。
例如，在温带地区，平流过程可以导致冷暖空气的交汇，从而引发降水和天气变化。
在热带地区，平流过程则是热带气旋形成和发展的重要因素之一。
平流过程是大气物理学中一个非常重要的概念，它对于我们理解大气环流、天气变化等都有着重要的意义。
大气物理学空气动力学
• 露点温度：使大气的相对湿度达到100%时的 温度。
–含有水蒸汽的空气比干空气密度小。
1.1 大气的重要物理参数
• 音速
–音速是小扰动在介质中的传播速度（米/ 秒）。
• 物体的振动在介质中引起的小扰动会以介质 不断被压缩、膨胀的形式向四周传播，形成 介质疏密交替变化的小扰动波。
1.1 大气的重要物理参数
温度升高， 气体粘度系 数增大。
温度升高， 液体粘度 系数减小。
气体
液体
粘度系数随温度变化情况
1.1 大气的重要物理参数
• 可压缩性
– 流体在压强或温度改变时，能改变其原来体积及密度的特 性。
– 流体的可压缩性用单位压强所引起的体积变化率表示。即 在相同压力变化量的作用下，密度（或体积）的变化量越 大的物质，可压缩性就越大。
T (℃)
15.0 8.5 2.0 -4.5 -11.0 -17.5 -24.0 -30.5 -37.0 -43.5 -50.0 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 40.0 70.0 -10.0
a (米/秒)
105 (千克/ 米秒)
1.780 1.749 1.717 1.684 1.652 1.619 1.586 1.552 1.517 1.482 1.447 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.912 2.047 1.667
–对流层内的空气温度、密度和气压随着 高度的增加而下降。
11km 0
平流层(同温层)的特点
大气物理学课件
第一章 第 页
3
三、 大气的特性
●空气密度
• 空气密度：单位体积内的空气质量。 • 标准海平面，1.225kg/m3. • 随高度增加，空气密度减小。
第一章 第 页
7
第 1 章：大气物理学
1.1：大气的重要物理参数 1.2：大气层的构造 1.3：国际标准大气 1.4：气象对飞行活动的影响 1.5：大气状况对飞机机体腐蚀的影响
飞机是在大气里航行的飞行器。飞机的空 气动力、发动机工作状态都与大气密切相关。 因此，我们必须对大气有个基本了解。
1.1 大气的重要物理参数
12
污染物质
• 颗粒本身具有腐蚀性 • 颗粒本身没有腐蚀性 • 既无腐蚀性又不具有吸附性
气体 含硫化合物：SO2、SO3、H2S 含氮氧化物：NO、NO2、NH3、HNO3 氯和含氯氧化合物：Cl2、HCl 含碳化合物：CO、CO2 其他：有机化合物
固体 灰尘 ZnO金属粉末 NaCl、CaCO3 氧化物粉、煤粉
●空气的可压缩性
• 空气压缩性：压力或温度改变时，其密度和体积发 生变化的特性。 • 空气流速不大，压缩性不明显 。 • 空气流速大，压缩性明显（高速空气特性）。
第一章 第 页
6
●大气的一般特性
➢ 高度增加，空气密度减小。 ➢ 随着高度增加，空气压力减小。 ➢ 高度增加，气温近似线性降低（11000米对流层内）。 ➢ 空气的湿度越大，空气的密度越小。
对流层顶高度为11km或36089ft，对流
层内标准温度递减率为，每增加1000m
空气动力学基本理论—大气物理参数
凝结，从而形成云、雾、降水等各种气象，而这些都会影响 飞机的飞行安全。所以，了解露点温度对飞行安全十分重 要。 含有水蒸气的空气比干空气密度小、重量轻，这对飞机的起 飞性能也有影响。
声速
声速是小扰动在介质中的传播速度，单位：米每秒（m.S1） 声速成因：物体的振动在介质中引起的小扰动会以介质不 断被压缩（压力和密度增大）、膨胀（压力和密度减小） 的形式向四周传播，形成介质疏密交替变化的小扰动波。
大气密度
单位体积内流体的空气质量，简单来说 就是空气稠密的程度。
＝ m
V
国际单位制中，单位为kg/m3 空气密度大，说明单位体积内的空气分子多，比较稠密；反之相反。
由于地心引力的作用，大气的密度随高度的增加而减少，近似按指数曲线变 化。注：在6700米高度时，大气密度仅为海平面大气密度的一半。
大气温度
2023/12/14
学习目的
通过学习本章内容，掌握大气的重要参数 和构造，掌握国际标准大气的制定及应用 并能熟练分析气象对飞行活动及飞机机体 的影响。
主要内容
1
大气的重要物理参数
2
大气层的构造
3
国际标准大气
4
气象对飞行活动的影响
第一节 大气的重要物理参数
大气组成
• 氮气、氧气 • 二氧化碳 • 氩、氖、氦、氢等气体 • 水蒸气和尘埃颗粒。
不同流体具有不同的粘度系数，同一流体的粘度系数又随温度而 变化；流体黏度随着温度变化的特性又称为流体的黏温特性
气体的粘度系数随温度的升高而增大 液体的粘度系数随温度的升高而减小
为何二者相反？
气体的粘度系数随温度的升高而增大 液体的粘度系数随温度的升高而减小
大气物理学.
考虑到实际大气中的比湿q<0.04kg/kg,
1 0.608q 1 1 0.86q
Rd 287 d 0.286 c pd 1004
∴（6.2.2）式可近似表示为
T p T0 p0
0.286
(6.2.4)
二、干绝热递减率
1、定义： 作干绝热升降运动 的气块温度随高度 的变化率，
dp L 在克拉柏龙－克劳修斯方程 dT T ( 2 1 )
中以e、Td、Lv分别代替p、T、L， 且考虑到α2>>α1
Lv Lv eLv de (6.2.18) 2 dTd Td 2 T RvTd RvTd d e
又由
e v p
可得，
1 de 1 dp (6.2.19) e dz p dz
2、应用
1）可用于追溯气块或气流的源地以及研 究它们以后的演变
2）用于判断气层静力稳定度
3、θ的守恒性
(6.2.8)两边取对数然后微分，可得
d
dT dp T p
(6.2.12)
两边同除以cpT, 则有
RmT 对热流量方程 dQ c p dT dp p
dQ dT Rm dp c pT T c p p
(6.3.6)
rs rd
三、假相当位温θse
1、公式
气块吸收的热量 来自于潜热释放
dQ Lv drs
d dQ c pT
drs d Lv c pd T
在上升过程中，由于drs<0,所以dθ>0. 当drs=0时， θ达最大，现在求这个最大的θ。
考虑到湿绝热上升过程中，T的变化不大，故设
大气物理学的原理和实践
大气物理学的原理和实践
大气物理学是一门研究大气环境的学科，它主要涉及大气中的各种物理现象，
例如气压、温度、湿度等。
这门学科的研究领域包括天气预测、气候变化、空气质量污染等，它在我们日常生活中扮演着至关重要的角色。
大气物理学的基本原理是物理学，但它与物理学不同的是，它研究的对象是大
气环境。
大气物理学的主要研究对象是大气的物理性质，如温度、湿度、压强和风力等。
首先，大气物理学的基本原理之一是热力学第一定律。
这个定律是指热量是不
会自发流向低温的物体，而只有当外界做功时，热能才会从低温物体流向高温物体。
可以通过空气受热后的温度变化来解释这个定律。
其次，大气物理学的另一个主要原理是物态方程。
这个方程用于描述空气中各
种气体和水蒸气的压力、体积和温度之间的关系。
这个方程是用来计算空气的温度和压强的。
在大气物理学的实践中，大气动力学是非常重要的研究领域。
这门学科主要研
究空气的运动规律，包括大气运动和天气现象的形成与发展。
大气动力学可以帮助我们理解为什么会出现气旋和低气压等现象，并可以预测一些极端天气条件。
另一方面，大气化学是大气物理学的一个重要组成部分，它研究空气中各种化
学物质的组成、反应和分布。
大气化学涉及的话题有很多，例如臭氧层破坏、酸雨形成和大气污染等。
这个领域的研究结果对于我们的健康与环境具有非常重要的影响。
总之，大气物理学作为一门学科已经发展了很长时间，但我们对大气环境的了
解还有很多待探索的领域。
只有深入理解大气环境的特性，才能更好地预测天气、应对气候变化并改善空气质量。
物理学中的大气物理和海洋物理
物理学中的大气物理和海洋物理物理学是研究自然界基本规律和物质结构的科学。
在物理学中，大气物理和海洋物理是两个重要的分支，它们关注的是地球大气层和海洋中发生的各种物理现象和过程。
本文将详细介绍大气物理和海洋物理的基本概念、研究内容和研究方法。
大气物理基本概念大气物理是研究地球大气层中物理现象和过程的科学。
它主要包括大气组成、大气结构、大气运动、大气波动、大气辐射等方面的内容。
研究内容1.大气组成：研究大气中的气体、液体和固体颗粒物等成分及其分布和变化规律。
2.大气结构：研究大气层的层次结构、温度、压力、密度等参数的分布特征。
3.大气运动：研究大气中的风、气旋、锋面等运动形式及其产生和变化的原因。
4.大气波动：研究大气中的长波、短波、Rossby 波等波动现象的产生、传播和消散过程。
5.大气辐射：研究太阳辐射、地面辐射和大气辐射在大气中的传播、吸收、散射等过程。
研究方法1.地面观测：通过气象站、雷达、激光等设备对大气参数进行实时观测。
2.卫星遥感：利用气象卫星、地球同步轨道卫星等对大气进行全球范围内的观测。
3.数值模拟：利用计算机模拟大气运动和波动过程，揭示大气现象的内在规律。
4.实验研究：通过实验室模拟和野外实验，研究大气物理过程的微观机制。
海洋物理基本概念海洋物理是研究地球海洋中物理现象和过程的科学。
它主要包括海洋水文、海洋气象、海洋声学、海洋光学、海洋热力学等方面的内容。
研究内容1.海洋水文：研究海洋水体的分布、运动、温度、盐度等参数的特征和变化规律。
2.海洋气象：研究海洋上的风、浪、潮汐等气象现象及其与大气相互作用的过程。
3.海洋声学：研究声波在海洋中的传播、反射、折射、散射等现象及其应用。
4.海洋光学：研究光在海洋中的传播、散射、吸收等过程，以及海洋颜色、光谱特性等。
5.海洋热力学：研究海洋中的热量传递、温度分布、热流等现象及其对气候和环境的影响。
研究方法1.海洋观测：通过浮标、潜标、海洋调查船等设备对海洋参数进行实时观测。
大气物理学
大气物理学大气物理学是研究大气的物理现象、物理过程及其演变规律的学科，是大气科学的一个分支。
它主要研究大气中的声象、光象、电象、辐射过程、云和降水物理、近地面层大气物理、平流层和中层大气物理，既是大气科学的基础理论部分，又是环境科学的一个部分。
简介人们对大气中的许多物理现象，如虹、晕、华、雷、闪电等早巳注意，并进行过研究，但内容分散在物理、化学、天文、无线电等学科之中，把它们纳入大气物理学一个学科，则是近三、四十年中的事情。
20世纪40年代以来，随着人类在大气中活动范围的迅速扩展，大气物理学的研究领域不断扩大。
如为了改进大气中的电波通信、光波通信、提高导弹制导水平，就需要了解它们所赖以传播的大气介质及相互作用，因此就要研究大气的声、光、电和无线电气象；又如，为避免晴空湍流引起飞机堕毁的事故，就要研究大气湍流。
气气物理学（atmospheric physics）研究大气中各种物理现象和过程及其演变规律的学科。
大气科学的一个分支。
它主要研究大气中的声学、光学、电学和辐射过程，云和降水物理，大气底层的边界层大气物理，平流层和中层大气物理，既是大气科学基础理论的一个部分，又和许多边缘学科，例如农业气象学、大气环境科学等有密切的关系。
大气物理学的许多内容，早就受到人们的关注。
在早期，所有的大气热力学和大气动力学研究内容均包含在大气动力学和天气学中，20世纪20年代，人们开始关注较小尺度大气动力学和热力学过程，其中包括了大气底层的边界层结构的研究，因而形成大气湍流和大气边界层的研究方向，40年代大气中污染物的扩散受到了关注，开始形成污染气象学的研究方向。
由于工农业对人工降水的需求，并对云的微观和宏观有了较深入的了解，因而逐渐形成对云雾物理学的系统研究。
有关大气中的光学、声学和电学现象的研究，早在气象学、物理学和无线电学中进行了一些研究，40年代开始的气象雷达观测，60年代气象卫星的释放，对形成大气光、声、电学、雷达气象学和卫星气象学的形成起了极大的推动作用。
大气物理学中的气旋
大气物理学中的气旋大气物理学是一门研究地球大气现象的学科，其中涉及到了许多复杂的现象，比如气旋就是其中的一种。
气旋是指在大气中出现的环状或螺旋状的气体运动，它在自然界中的分布极为广泛，不同类型的气旋也有着不同的形态和运动规律。
一、飓风飓风是大气旋的一种常见形式，它通常在热带海洋中形成，并且对海洋和周围地区造成极大的破坏。
飓风通常以一个眼部为中心，其周围是极其强烈的风暴系统，这些飓风本身就有巨大的体积和强大的能量。
飓风往往会在陆地或者冷水面上失去能量，从而消失在大气中。
二、低压气旋低压气旋是指在大气中出现的压强较低的气旋，其周围一般都有着高压区。
低压气旋通常在西风带中形成，在其周围也往往会形成其他类型的气旋。
低压气旋具有较短寿命，通常只存在几天至一周不等，但在其存在的时间内，其周围天气条件也会受到较大的影响。
三、台风台风是在西太平洋和印度洋中形成的强热带气旋，它与飓风有很多相似之处。
台风在形成过程中需要温暖的海水、湿润的大气以及适当的风力和地形条件，因此在中国南海和东海等地也经常发生台风灾害。
台风往往具有较短的寿命，但其强度和规模却可以相当的惊人。
四、副热带气旋副热带气旋是指在赤道附近形成的大气旋，其特征是具有较宽的范围和较弱的强度。
副热带气旋往往在夏季和秋季出现，在其形成过程中需要地面温度升高、湿度增加及纬度转移等因素，因此在西太平洋、印度洋等地较为常见。
总的来说，大气物理学中的气旋不仅仅是自然现象中的一种，更是人类社会所必须面对和应对的重要问题。
在如今日趋变幻莫测和不可预测的全球气候背景下，更需要我们加以注意和研究，以应对可能出现的各种突发情况。
气象学 第一章 大气
臭氧的时空分布规律
空间变化特点： 10km以下含量很少，20～25km浓度最大，称 为臭氧层（ozone layer)
纬度变化特点： 从赤道向两极增加
时间变化特点： 随季节而变化，春季最大，夏季最小
臭氧的作用
能强烈地吸收太阳辐射中的紫外线B、C 波段，保护了地球上的生命。
对高层大气有“加热”作用，使10至 50km高度的气层温度增高。
1.气温随高度很少变化 2.空气非常稀薄 3.空气质点的运动速度很快，可逃逸 到星际空间
二、大气污染(pollutant in the atmosphere)
大气中的污染物质：
定义： 由于人类活动或自然过程，使局部、甚至全
球范围的大气成分发生对生物界有害的变化。
分布： 垂直:主要集中在3km以下的低层大气中；
臭氧洞(ozone hole）
产生原因：人类活动释放的大量含氯氟 烃（CFC），对臭氧层有破坏作用。
CFC在高层带电粒子的作用下会离解出氯离子Cl- ， 而Cl-在以下过程中可起催化作用：
O3+O Cl- O2+O2
臭氧层破坏所造成的后果
由于缺少臭氧层的屏障作用，大量对人类和其它生 物有害的太阳紫外线可以到达地面，对生物产生严 重的伤害。
世纪工业革命前，全球平均大约为280ppm，2006年底 创新高381.2ppm，比前一年上升了0.53%；2007年底， 383ppm，比前一年增加0.5% ；2008年底，385.2ppm； 2009年底，386.8ppm。
大气中CO2浓度的年变化
夏威夷1992年至2001年平均二氧化碳浓度的年变化曲线
二次污染物： 进入大气的一次污染物互相作用或与大气
正常组分发生化学反应，以及在太阳辐射线的 参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。
大气物理学复习
大气物理学复习资料第一部分名词解释第一章大气概述1、干洁大气：通常把除水汽以外的纯净大气称为干结大气，也称干空气。
2、气溶胶：大气中悬浮着的各种固体和液体粒子。
3、气团：水平方向上物理属性比较均匀的巨大空气块。
4、气团变性：当气团移到新的下垫面时，它的性质会逐渐发生变化，在新的物理过程中获得新的性质。
5、锋：冷暖性质不同的两种气团相对运动时，在其交界面处出现一个气象要素（温度、湿度、风向、风速等）发生剧烈改变的过渡带称为锋。
6、冷锋：锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动。
7、暖锋：锋面在移动过程中，暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动。
8、准静止锋：冷暖气团势力相当，锋面很少移动，有时冷气团占主导地位，有时暖气团占主导地位，使锋面处于来回摆动状态。
9、锢囚锋：当三种冷暖性质不同的气团（如暖气团、较冷气团、更冷气团）相遇时，可以产生两个锋面，前面是暖锋，后面是冷锋，如果冷锋移动速度快，追上前方的暖锋，或两条冷锋迎面相遇，并逐渐合并起来，使地面完全被冷气团所占据，原来的暖气团被迫抬离地面，锢囚到高空，这种由两条锋相遇合并所形成的锋称为锢囚锋。
10、气温垂直递减率：在垂直方向上每变化100米，气温的变化值，并以温度随高度的升高而降低为正值。
11、气温T：表示空气冷热程度的物理量。
12、混合比r：一定体积空气中，所含水汽质量和干空气质量之比。
r=m v/m d13、比湿q：一定体积空气中，所含水汽质量与湿空气质量之比。
q=m v/(m v+m d)14、水汽压e：大气中水汽的分压强称为水气压。
15、饱和水汽压e s：某一温度下，空气中的水汽达到饱和时所具有的水汽压。
16、水汽密度（即绝对湿度）ρv：单位体积湿空气中含有的水汽质量。
17、相对湿度U w：在一定的温度和压强下，水汽和饱和水汽的摩尔分数之比称为水面的相对湿度。
18、露点t d：湿空气中水汽含量和气压不变的条件下，气温降到对水面而言达到饱和时的温度。
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1.2 大气层的构造
若以气温变化为基准，则可将大气分 为对流层、平流层、中间层、电离层、和散 逸层等五层。
大气的分层
Km Kft hPa
Kg/m3
温度
kg/m
3
电离层(暖层) 中间层 平流层(同温 层) 对流层
对流层(变温层)的特点
对流层的平均高度在地球中纬度地区约11公里， 在赤道约17公里，在两极约8公里。 在对流层内几乎包含了全部大气质量的四分之 三。大气中含有大量的水蒸气及其它微粒，所 以云、雨、雪、雹及暴风等气象变化也仅仅产 生在对流层中。 对流层内不仅有空气的水平流动，还有垂直流 动，形成水平方向和垂直方向的突风。 对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的 增加而下降。在11km以下，每上升1km，温度 下降6.5度。
本章小结
大气的重要物理参数 大气层的构造 国际标准大气（ISA） 气象对飞行活动的影响 大气状况对飞机机体腐蚀的影响
粘性是流体的固有属性之一。它与物体在介质 中的运动密切相关。 流体的粘性是指流体微团间发生相对滑移时产 生切向阻力的性质。 大气的粘性主要由于气体分子不规则运动造成 的。
1.1 大气的重要物理参数
粘性力计算公式：
F ( / y) S
μ表示横向速度梯度为 1时，在流层单位接触 面积上产生的粘性力。 称为流体的粘度系数 （动力粘度系数）， 单位是Pa· S。
低空风切变对飞行的影响
什么叫风切变
风向和风速在特定方向上的变化称为风切变,一 般特指在短时间、短距离内的变化。包括水平风 切变和垂直风切变。 低空风切变严重威胁飞行安全。
1.4 气象对飞行活动的影响
云对飞行的影响
影响视线 积雨云 积冰
1.5 大气状况对飞机机体腐蚀的影响
大气湿度
a
(米/秒)
340 336 332 329 325 320 316 312 308 304 299 295 295 295 295 295 295 295 295 295 295 295 355 372 325
p10-4 (牛顿/ 米2)
10.132 8.987 7.948 7.010 6.163 5.400 4.717 4.104 3.558 3.073 2.642 2.261 1.932 1.650 1.409 1.203 1.027 0.785 0.749 0.640 0.546 0.117 0.017 0.003 0.0006
空气的可压缩性如何体现？ 在低速飞行时忽略空气可压缩性的影响（Ma<0.4） 在高速飞行时大气的可压缩性不可忽略（Ma>0.4）
1.1 大气的重要物理参数
湿度
大气的潮湿程度，通常用相对湿度来表示。
相对湿度指大气中所含水蒸汽的量与同温度下大 气能含有的水蒸汽最大量之比。 露点温度：使大气的相对湿度达到100%时的温 度。
国际标准大气表
H (千米)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 20 30 45 60 75
T
(℃)
15.0 8.5 2.0 -4.5 -11.0 -17.5 -24.0 -30.5 -37.0 -43.5 -50.0 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 -56.5 40.0 70.0 -10.0
气体 粘度系数随温度变化情况
液体
1.1 大气的重要物理参数
可压缩性
流体在压强或温度改变时，能改变其原来体积及密度 的特性。 流体的可压缩性用单位压强所引起的体积变化率表示。 即在相同压力变化量的作用下，密度（或体积）的变 化量越大的物质，可压缩性就越大。
V Vp p
大气湿度对金属在大 气中的腐蚀有着重要 的影响。 大气污染物质 温差影响比温度影响 大。 一般随温度的升高， 腐蚀加快。
大气的温度和温差
1.5 大气状况对飞机机体腐蚀的影响
大气的污染物质
空气中的粉尘、颗粒对金属的大气腐蚀的影响 主要有三种形式：
颗粒本身具有腐蚀性：如铵盐颗粒，溶于金属表 面水膜内，提高了导电率或酸度，促进了金属的 腐蚀。 颗粒本身没有腐蚀性，但能吸收空气中的水分， 或吸附腐蚀性物质，加速腐蚀。 既无腐蚀性又不具有吸附性，但落在金属表面， 与金属表面之间形成缝隙，形成氧浓差腐蚀条件， 也会加速金属腐蚀。
1.4 气象对飞行活动的影响
阵风对飞机飞行的影响
大气层中空气短时间强烈对流产生的扰动称为阵风。 水平阵风和侧向阵风 垂直阵风 主要是改变迎角。
1.4 气象对飞行活动的影响
稳定风场对飞机飞行的影响
逆风起飞着陆 有侧风时起飞和着陆
●侧风中的着陆过程
● 航线法进近
● 带坡度接地
国际标准大气的应用
设计飞机时应该按此标准计算飞机的飞行 性能，飞机试飞结果也应该换算成标准大 气条件下的结果，以便分析和比较。 飞机飞行手册中列出的飞行性能数据是在 国际标准大气条件下得出的，要得出实际 大气情况下飞机的飞行性能必须根据实际 大气情况对性能数据进行修正。 这种换算的主要工作是要确定实际大气和 国际标准大气的温度偏差（ISA偏差）。
大气的重要物理参数 大气层的构造 国际标准大气（ISA） 气象对飞行活动的影响 大气状况对飞机机体腐蚀的影响
飞机是在大气的海洋里航行的飞行器。飞机的空气 动力、发动机工作状态都与大气密切相关。
1.1 大气的重要物理参数
大气的组成
大气主要有三种成分：纯 干空气、水蒸气以及尘埃颗 粒。纯干空气含有78%的氮 气和21%的氧气，余下的1% 由各种其他气体组成。
在标准大气压下，100 纯水的沸点 在标准大气压下，0 纯水的冰点
1.1 大气的重要物理参数
5 Tc (TF 32 ) 9 Tk Tc 273 .15
Tc——摄氏温度 Tf——华氏温度 Tk——绝对温度
1.1 大气的重要物理参数
Km Kft hPa
Kg/m3
温度
kg/m
3
电离层(暖层) 中间层
平流层(同温 层) 对流层
1.1 大气的重要物理参数
大气压力
大气层内空气的压强， 即单位面积上承受的 空气的垂直作用力。 空气重力 空气分子的热运动 度量单位 标准大气压 101325Pa 大气压随高度增大而 减小。
1.1 大气的重要物理参数
粘性
大气的分层
Km Kft hPa
Kg/m3
温度
kg/m
3
电离层(暖层) 中间层 平流层(同温 层) 对流层
中间层、电离层的特点
中间层的特点
中间层从离地面50公里到80公里为止。 空气十分稀薄，温度随高度增加而下降。 空气在垂直方向有强烈的运动。
电离层(热层)的特点
中间层以上到离地面800公里左右就是电离层。 空气处于高度的电离状态，带有很强的导电性， 能吸收、反射和折射无线电波。空气温度很高， 并随着高度的增加而上升，所以又称为热层。空 气密度极小，声音已无法传播。
105 (千克/ 米秒)
1.780 1.749 1.717 1.684 1.652 1.619 1.586 1.552 1.517 1.482 1.447 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.912 2.047 1.667
ISA偏差
例2 飞机巡航压力高度为2000m，该高 度处气温-6C。求该高度处ISA偏差。
解 高度为2000m处的ISA标准温度应该为 T标准=15C（6.5C/1000m）2000m=2C 而实际温度为： T实际=-6C， 所以，ISA偏差即温度差为： ISA偏差= T实际T标准=-6C2C=-8C， 表示为：ISA-8C
大气的分层
Km Kft hPa
Kg/m3
温度
kg/m
3
电离层(暖层) 中间层
平流层(同温 层) 对流层
平流层(同温层)的特点
从对流层顶起到离地面约50公里之间称为平流 层。该层下半部（大约20km以下）的空气温度 几乎不变，在同一纬度处可以近似看作常数， 常年平均值为摄氏零下56.5度，所以又称为同 温层。 在平流层中，空气只有水平方向的流动。几乎 没有水蒸汽，故没有雷雨等现象，故得名为平 流层。空气质量占整个大气的四分之一不到。 现代喷气式客机多在11~12km的平流层底层 （巡航）飞行。
空气动力学基础（ME、AV）
第一章 第二章 第三章 第四章 大气物理学 空气动力学 飞行理论 飞机的稳定性和操纵性
空气动力学的应用
空气动力学基础（ME、AV）
第一章 第二章 第三章 第四章 大气物理学 空气动力学 飞行理论 飞机的稳定性和操纵性
第一章 大气物理学
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
1.1 大气的重要物理参数
大气密度
单位体积内空气质量，
m V 大气密度随高度的增
加而减小。
1.1 大气的重要物理参数
大气温度
温度高低表明空气分子不规则热运动平均速度 的大小。 在11km以下，随高度的增加气温下降，线性 变化。