大气物理学
大学大气物理知识点总结
大学大气物理知识点总结一、大气的组成地球的大气由多种气体组成，包括氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳、氩气等。
其中，氮气占据了大气的78%，氧气占据了21%，水蒸气占据了0-4%，二氧化碳、氩气等稀有气体的含量很低。
这些气体通过物理和化学过程相互作用，形成了大气层的稳定结构。
大气中的水蒸气是影响天气和气候的重要因素之一。
水蒸气的含量会随着温度、湿度等因素的变化而发生变化，从而影响大气的密度、压强等。
同时，水蒸气还会通过凝结和降水等过程，对大气运动和地球气候产生重要影响。
二、大气运动大气运动是指大气层内空气的运动和变化。
大气层内的运动主要是由于地球的自转和日照等自然因素的影响。
通过大气运动，大气能够输送热量、水汽等物质，在地球表面形成风、云、降水等现象，对地球气候和环境产生重要影响。
大气运动包括大尺度的环流和小尺度的局地风等。
大尺度的环流是指大气层内的大规模运动，包括赤道附近的热带风暴、北极附近的极地环流等。
而小尺度的局地风则是指在地表上的局部风速变化。
大气运动的规律是气象学和大气物理学研究的重要内容之一。
通过对大气运动规律的研究，可以更好地理解和预测天气、气候等现象，为人类生产和生活提供重要的依据。
三、大气层的特点大气层是地球表面以上的气体层，它具有一些独特的特点和结构。
大气层的结构可以分为对流层、平流层、中间层、热层和电离层等。
每个大气层都有不同的特点和功能，对地球的气候和环境产生着重要影响。
对流层是地球大气层的最底层，高度大约为8-18公里。
这一层的特点是温度随着高度的增加而减小，湿度变化较大，大气运动较为活跃。
对流层的地表风、云层、降水等现象都与地球的气候和环境密切相关。
平流层位于对流层之上，高度大约为18-50公里。
这一层的特点是温度随着高度的增加而增加，大气运动较为平稳，大气密度逐渐减小。
平流层对地球的外界辐射和宇宙射线等有一定的屏蔽作用，为地球的生物和人类活动提供了一定的保护。
中间层、热层和电离层则位于平流层之上，高度分别为50-80公里、80-550公里、550公里以上。
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。
大气科学专业课
大气科学专业课
大气科学专业课主要有以下几门：
1. 大气科学概论：介绍大气科学的基本概念、原理和研究方法，包括大气层的结构、动力学、热力学、大气变化等内容。
2. 大气物理学：研究大气中的物理过程，包括大气辐射、云物理、大气电学等内容。
3. 大气化学：研究大气中的化学反应和物质循环，包括大气中的气态和气溶胶的组成、来源、转化、影响等。
4. 大气动力学：研究大气中的运动和力学过程，包括大气环流、风、涡旋等内容。
5. 大气数值模拟：介绍使用计算机模拟大气运动、能量和物质传输的方法和技术。
6. 气象观测与实验：学习气象观测的基本方法和仪器设备，包括气象测量、探空、遥感等。
7. 气候变化与环境：研究大气变化对气候和环境的影响，包括气候变化机制、气候模拟、气候适应等。
8. 气象灾害与预警：学习各种气象灾害的形成原因、监测与预测方法，以及灾害预警与应急处理措施。
这些课程覆盖了大气科学的基础理论和研究方法，培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
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。
大气科学博士课程
大气科学博士课程大气科学是研究地球大气层的物理、化学和动力学过程的学科。
它探索大气的组成、结构和变化，以及与其他地球系统之间的相互作用。
大气科学博士课程的目标是培养学生成为具有深厚知识和研究能力的专家，他们可以在学术界、政府、企业或非营利组织中开展研究和教学工作。
这个博士课程通常包括广泛的课程和研究项目，要求学生深入理解大气科学的基本原理和方法，并能应用这些知识解决实际问题。
下面将介绍一些典型的大气科学博士课程内容：1. 大气物理学大气物理学是大气科学的核心领域之一，它研究大气的物理性质，包括大气组成、密度、压力、温度和湿度等。
在这门课程中，学生将学习大气的动力学方程、辐射传输和大气边界层等重要概念和理论。
2. 大气化学大气化学是研究大气中的气体和气溶胶成分、反应和变化的学科。
学生将学习大气化学的基本原理，探索大气中的污染物来源、转化过程和影响。
他们还将了解大气化学在气候变化、大气污染和空气质量监测方面的应用。
3. 气象学气象学是研究大气运动和天气现象的学科。
在这门课程中，学生将学习天气系统的形成和发展机制，探索气象观测和预报方法。
他们将研究气象模型和预报技术，以及应用气象学来解决气候变化、自然灾害和气候适应等问题。
4. 大气动力学大气动力学是研究大气运动的学科。
学生将学习大气的动力学方程和数值模拟方法，研究大气的平流、对流和涡旋运动。
他们将探索大气环流系统、风暴和风切变等大气动力学现象，以及它们对天气和气候的影响。
5. 气候学气候学是研究长期气象变化和气候系统的学科。
学生将学习气候变化的观测和模拟方法，探索气候驱动因素和反馈机制。
他们将研究气候模型和预测技术，以及应用气候学来解决气候变化、气候适应和减缓气候变化的问题。
6. 大气数据分析大气数据分析是研究和处理大气观测数据的方法和技术。
学生将学习统计分析、空间插值和时间序列分析等数据处理方法。
他们将掌握使用计算机工具和编程语言分析和可视化大气数据的技能。
大气物理学(大气科学的一个分支)
大气物理学和大气科学其他分支有紧密的联系，如大气物理过程受到天气背景的制约，同时大气物理研究和 探测的结果，又广泛用于天气分析和预报，所以它和天气学关系密切；云动力学是大气物理学和大气动力学结合 的产物；大气物理学的许多内容涉及对气候变化的研究；大气物理学是大气探测和应用气象学的基础，而这两个 学科的发展，又丰富了大气物理学的内容。例如大气物理为气象雷达观测提供原理依据，而雷达的气象信息则为 研究大气物理过程提供了丰富的资料。
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研究方向
1．天气动力学、数值模式及模拟分析 2．气候动力学及气候变化和预测 3．热带天气学、海—气相互作用和季风 4．中小尺度天气学和暴雨研究 大气声学5．云雾物理学及气溶胶6．卫星遥感学及其应用 7．大气光学探测及应用 8．大气边界层物理学及下垫面过程 9．污染气象学 10．雷电物理学和雷电探测 11．中层大气物理和化学
特点
云图大气声学、大气光学，大气电学和无线电气象学，是研究大气中声、光、电的现象和声波、电磁波在大 气中传播的特性；雷达气象学研究用气象雷达探测大气的原理和方法，及其在天气分析预报、云和降水物理中的 应用；大气辐射学研究辐射在地球大气系统内的传输转换过程和辐射平衡；云和降水物理学研究云和降水的形成、 发展和消散的过程；大气边界层物理研究受地面影响较大的大气低层的温度、湿度、风等要素的水平和铅直分布， 大气湍流和扩散，水汽和热量传输等；平流层和中层大气物理学研究对流层顶(10公里左右)到80～90公里大气层 中发生的物理过程。大气过程常是多因素综合作用的结果，故大气物理诸方面常常相互联系，如大气电学同云和 降水物理学都研究雷暴。既各有侧重，又紧密相关。
大气物理学笔记
大气物理学笔记一、大气的组成与结构。
1. 大气组成。
- 干洁大气：主要由氮气（约占78%）、氧气（约占21%）、氩气（约占0.93%）等组成。
这些气体在大气中的比例相对稳定，对大气的物理和化学性质有着重要影响。
- 水汽：是大气中含量变化最大的成分，其含量在0 - 4%之间。
水汽是天气现象形成的重要因素，如云、雨、雾等的形成都离不开水汽。
- 气溶胶：包括固体和液体微粒，如灰尘、烟雾、海盐等。
气溶胶对太阳辐射有散射和吸收作用，还可以作为云凝结核影响云的形成和降水过程。
2. 大气结构。
- 对流层。
- 高度：低纬度地区平均为17 - 18千米，中纬度地区平均为10 - 12千米，高纬度地区平均为8 - 9千米。
- 特点：气温随高度递减，平均递减率约为6.5℃/千米；空气具有强烈的对流运动，这是由于地面受热不均引起的；集中了大气质量的约3/4和几乎全部的水汽和杂质，天气现象复杂多变。
- 平流层。
- 高度：从对流层顶到约50千米的高度。
- 特点：气温随高度增加而升高，这是因为平流层中有臭氧层，臭氧吸收太阳紫外线辐射而使气温升高；空气以平流运动为主，气流平稳，有利于飞机飞行。
- 中间层。
- 高度：从平流层顶到约85千米的高度。
- 特点：气温随高度递减，再次出现随高度降低的情况；空气具有强烈的垂直对流运动。
- 热层。
- 高度：从中间层顶到约500千米的高度。
- 特点：气温随高度迅速增加，这是由于该层中的原子氧吸收太阳短波辐射而使气温升高；该层空气处于高度电离状态，存在大量的离子和电子，也被称为电离层，对无线电通信有重要影响。
- 散逸层。
- 高度：500千米以上。
- 特点：大气极其稀薄，分子间距离很大，一些高速运动的粒子可以挣脱地球引力的束缚而散逸到宇宙空间。
二、大气静力学。
1. 大气压力。
- 定义：大气对单位面积表面的压力。
其单位为帕斯卡（Pa），1标准大气压 = 1013.25 hPa。
- 垂直分布：大气压力随高度增加而减小，在近地面大气压力较大，随着高度升高，大气柱的质量减小，压力也随之降低。
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。
地球科学中的大气物理学研究进展
地球科学中的大气物理学研究进展地球科学是研究地球组成、结构、地貌、气候、环境等方面的一门学科。
在地球科学中，大气物理学是一个重要组成部分。
大气物理学研究大气的基本特性、运动规律以及与其他领域的相互作用关系，是气象学、环境科学、气候学、地球物理学等领域的重要基础。
本文将从几个方面来介绍当下大气物理学的主要研究进展。
一、气候变化气候变化是目前研究最为热门的话题之一。
自第一次工业革命以来，人类活动产生的温室气体排放导致了温度升高、极端气候事件频繁等气候变化现象。
大气物理学家通过各种模型和观测数据，研究气候变化的机理以及对全球气候系统的影响。
其中，全球气候变化首要的课题是全球变暖。
研究发现，全球变暖加速了北极的融化，导致海平面上升等一系列问题。
此外，大气物理学家也在研究人类能否通过降低温室气体排放来减缓气候变化。
二、大气污染大气污染对人类的健康和环境都会造成危害。
大气物理学家通过模拟和观测，研究大气污染的来源和影响，并提出对应的应对策略。
例如，大气物理学家可以使用气象模型来模拟大气扩散过程，从而预测污染物的扩散范围和影响。
大气物理学家也可以通过控制工业排放、交通状况等方式来减少大气污染。
三、气象灾害气象灾害如台风、龙卷风、暴雨等对人类和社会都造成了巨大的经济和社会损失。
大气物理学家通过建立相关的数学模型、观测、实验等手段，研究气象灾害的起源、演化以及对环境和人类的影响。
同时，大气物理学家也在研究如何利用科技手段预测和控制气象灾害。
例如，通过气象观测、卫星遥感等手段，对台风、龙卷风等气象灾害的路径、强度进行预测和预警。
四、空间天气空间天气是指太阳活动和地球表层活动所产生的影响。
大气物理学家通过对太阳辐射、地球磁场等的观测和分析，了解空间天气的规律和影响。
由于空间天气与人类的通讯、电力、导航等有着密切的关系，因此对于空间天气研究的发展，显得尤为重要。
大气物理学家正在探索如何利用天基观测、地面观测等方式来提高对空间天气的预测和监测。
大气物理学的基本概念和原理
大气物理学的基本概念和原理大气物理学，指的是研究地球大气现象的一门学科。
在大气物理学里，我们可以学习到很多关于大气现象的基本概念和原理。
接下来，我将从以下几个方面为大家介绍一下。
一、气压和温度大气物理学中，气压和温度是很重要的两个概念。
气压是指空气对于水平面上某一点的压强，通常用帕斯卡（Pa）来衡量。
在地球上，气压是每平方米承受的重量，我们也可以用毫巴（hPa）来表示。
温度是指物体分子的平均动能大小，通常用摄氏度（℃）或华氏度（℉）来表示。
二、大气成分地球的大气主要由氮气（78%）和氧气（21%）构成，另外还有一小部分的氩气、二氧化碳、甲烷、氯气等。
其中，二氧化碳是温室气体之一，在大气中的含量增加会使地球变暖，导致气候变化。
三、大气循环地球大气的运动是大气循环。
大气循环包括全球大气循环和局地大气循环两个方面。
全球大气循环是指大气的长距离的水平运动，局地大气循环则是指大气短距离的水平运动。
全球大气循环的目的是平衡地球上的能量，维持气温的稳定。
四、大气湍流在地球上，空气的运动不是一直顺畅的，而是具有不规则的涡旋流动。
这种运动形式称为大气湍流。
大气湍流通常产生于地表和大气之间的相互作用，它们对大气的温度和湿度分布等方面都有重要的影响。
五、天气形成天气是指某一时刻某个地方的大气状况。
天气条件可以通过空气的温度、气压、湿度等参数来描述。
天气形成的过程与大气循环密切相关。
大气湍流、气压变化、水汽凝结、辐射传输等过程也是天气形成的重要因素。
在大气物理学的学习中，我们需要掌握上述这些基本概念和原理，这对于我们理解大气现象的本质和规律有着非常重要的意义。
同时，大气物理学也是探究气候变化、天气预报以及人类活动对自然环境造成的影响等问题的关键所在。
大气科学领域
大气科学领域大气科学是研究地球大气层及其相关现象的学科，涉及到气象学、大气物理学、大气化学等多个分支学科。
它对于人类的生活、经济以及环境保护等方面都有重要的影响。
在本文中，将介绍大气科学领域的几个重要研究方向和相关的技术进展。
一、气象学气象学是大气科学领域的核心分支，研究气象的变化规律及其对人类社会的影响。
气象学的发展离不开先进的观测技术和数值模拟方法。
近年来，随着卫星遥感技术的不断进步，我们可以更加准确地观测到大气中的云、降雨、风等现象，进而对天气进行预测和监测。
同时，数值天气预报模型的应用也逐渐成为气象学研究的重要手段，通过对大气的动力学和物理过程进行数值模拟，可以预测未来的天气变化。
二、大气物理学大气物理学研究的是大气层的物理特性以及其对气象过程的影响。
其中重要的研究内容之一是大气的辐射传输与平衡。
大气中的辐射现象直接关系到大气的能量收支，通过对辐射的观测和模拟，可以更好地了解大气的能量分布和变化规律。
此外，大气中的湍流运动也是大气物理学的研究重点之一，湍流对气象现象的发生和发展有着重要的影响，进一步研究湍流运动可以提高对天气异常现象的理解和预测。
三、大气化学大气化学研究的是大气层中的化学反应和物质传输过程。
大气中的气体、颗粒物以及化学反应产生的物种都会对大气的成分和性质产生影响。
例如，大气中的氧化反应会导致臭氧的形成，而臭氧层的破坏则对地球的生态环境和人类的健康有着不可忽视的影响。
因此，理解大气中的化学反应过程、研究大气污染物的生成和迁移是大气化学的重要课题之一。
四、气候学气候学是研究长期气象变化规律的学科，主要关注气候的形成和演变机制。
通过对地球气候系统的研究，我们可以了解到不同气候区域之间的差异和变化趋势。
同时，气候变化对于人类社会、农林业生产以及生态系统的影响也十分重要。
近年来，全球气候变暖引起了广泛关注，气候模型的建立和气候数据的分析成为气候学研究的重要内容，通过这些研究可以更好地预测未来气候的变化趋势。
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
大气物理学考点
大气物理学考点1.绪论1.1大气演化三个阶段及其特点1.2大气上界：物理现象上界为1200km(极光发生高度）；大气密度上界为2000~3000km1.3常用的分层方法：热力结构，大气化学成分，大气电磁性按热力结构分层：对流层，平流层，中间层热层1.4对流层特点：大气温度随高度降低，大气垂直混合强，集中了80%的大气质量和几乎全部水汽，云雾降水均发生在此层(通常称天气层)，气象要素水平分布不均匀;1.5对流层高度：典型地区典型季节；1.6平流层的特点：25km以下温度递减率吻合零25km以上温度随其高度明显增加；平流层气流运动主要以水平运动居多；水汽极少，颗粒物极少，能见度极好，大气污染物步入平流层后能够长期存在。
1.7臭氧加热原因；平流层高度：12km~55km1.8中层的特点：层内温度随其高度减少而上升，空气的横向对流运动弱,故又称作高空对流层或上时对流层。
1.9热层：温度随高度增加而上升，高度电离带，电粒子运动受地球磁场的作用明显。
1.10按电离状况分：中性层（60km以下)电离层（60km以上）1.11按地磁场对带电粒子运动促进作用：非磁层（500km以下）磁层（500km以上）2.大气的组成2.1大气的基本特点：干洁大气、湿空气2.2大气组成的两种分类方法：浓度、停留时间2.3关键的气体成分:co2浓度，臭氧空洞概念及其构成原因，光化学污染，酸雨2.4气溶胶：概念和分类方法、促进作用；3.大气要素3.1温度：温标3.2湿度：混合比、比湿、水汽甩、饱和水汽甩（基本特点）、克拉柏龙－克劳修斯方程物理意义（图形和规律）、相对湿度、水汽密度、露点/霜点（零度以下两者的差异），湿度参量之间的关系。
3.3风：三维风速和风向、极坐标和直角坐标下的风向差别3.4状态方程：理想气体方程、干活/湿空气状态方程（推论和排序），虚温。
4.大气静力学4.1大气静力学方程推论4.2气压阶、气压标高和海平面气压4.3等温大气，多元大气，均质大气压低公式推论及应用领域4.4民主自由对流横向温度递减率概念，数值范围4.5标准大气：对流层横向分层的每一段如何确认4.6位势高度概念4.7气压场的几种类型及其随其高度的变化5.大气热力学基础5.1气块模型。
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。
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◇地球大气的温度、气压可直接测量，体积不可以。 地球大气的温度、气压可直接测量，体积不可以。 大气中含有水汽， ◇大气中含有水汽，可分为未饱和湿空气系统和含 液态水（或冰）饱和湿空气系统等。 液态水（或冰）饱和湿空气系统等。
二、对于与外界无质量交换的封闭系，可简化 对于与外界无质量交换的封闭系，
U 2 − U1 = Qs + A
三、对于系统经历一个无穷小的过程
dU = δQs + δA
实质： 热力学第一定律的实质 热力学第一定律的实质： 是一能量转化和守恒定律 热力学第一定律的物理意义： 热力学第一定律的物理意义： 物理意义 系统内（ 能的变化= 系统内（热）能的变化 外界传给系统的热能+外界对系统所做的功 外界传给系统的热能 外界对系统所做的功
◇未饱和湿空气系统：通常的大气可当做由
干空气和水汽组成的二元单相系
◇含液态水（或冰）饱和湿空气系统：含液态 含液态水（或冰）
水或冰的饱和湿空气系统，是指由水滴或冰晶组成 水或冰的饱和湿空气系统， 的云和雾，它含有干空气和水物质（水汽、 的云和雾，它含有干空气和水物质（水汽、液态水和 固态水的总称）， ），所以是二元多相系 固态水的总称），所以是二元多相系
本章内容： 本章内容：
◇回顾普通热力学的基本原理 ◇热力学函数在大气中应用的具体形式 ◇对流层中常见的几种大气热力过程： 对流层中常见的几种大气热力过程：
干绝热过程、湿绝热过程（如云雾形成） 干绝热过程、湿绝热过程（如云雾形成）、等压降 温过程（如露、霜形成） 等压绝热蒸发（如露、 温过程（如露、霜形成）、等压绝热蒸发（如露、 霜消失） 霜消失）过程等
热力学第二定律讨论的是过程的自然方向 热力学第二定律讨论的是过程的自然方向 热力平衡的简明判据， 和热力平衡的简明判据，它是通过态函数来 完成的。 完成的。
态函数： 态函数：
处于平衡态的热力学系统， 处于平衡态的热力学系统，各宏观物理 量具有确定的值，并且这些物理量仅由系统 量具有确定的值， 所处的状态所决定， 所处的状态所决定，与达到平衡态的过程无 关，所以也被称之为状态函数。 所以也被称之为状态函数。 状态函数
对于无穷小可逆过程: 对于无穷小可逆过程: 熵的微分等于可逆过程中系统吸收的热量 与绝对温度之比。 与绝对温度之比。 dS = δ Qs
T
气象上常用的热力学第一定律形式可写成 气象上常用的热力学第一定律形式可写成 热力学第一定律 熵的表达式： 熵的表达式： Tds ≥δQ = dU + pdv
dU ≤ - pdv Tds
2、开放系和封闭系 、 （1）开放系：一个与外界交换质量的系统 ）开放系： （2）封闭系：和外界互不交换质量的系统 ） 与外界隔绝的系统， （3）独立系：与外界隔绝的系统，即不交换质量 ）
也不交换能量的系统 大气热力学所讨论的系统仅是大气中变化的那部分 湿空气，显然是开放系 开放系。 湿空气，显然是开放系。 但为了简单起见，常把它当做封闭系处理。 封闭系处理 但为了简单起见，常把它当做封闭系处理。
δQ = c p dT - αdp
即：
1 δQ = c p dT - dp ρ
RT δQ = c p dT dp P
6.1.3 热力学第二定律与态函数（态） 热力学第二定律与态函数（
热力学第一定律讨论了各个过程中的能量关 但未涉及过程能否发生？如果能发生， 系，但未涉及过程能否发生？如果能发生，向哪个 方向变化的重要问题。 方向变化的重要问题。
常温常压下把大气看成理想气体， 常温常压下把大气看成理想气体，内能 仅是温度函数： 仅是温度函数：
δQ = cv dT + pdα
是湿空气的比定容热容， cv是湿空气的比定容热容， 是单位质量空气的体积称比体积， α是单位质量空气的体积称比体积， 是单位质量空气的热量。 Q是单位质量空气的热量。
根据湿空气的状态方程pα=RT， ， 根据湿空气的状态方程 比定压热容c 和比定容热容c 比定压热容 p和比定容热容 v的关系 cp= cv+R， （R比气体常数） ， 比气体常数） 得到气象上常用的热力学第一定律形式 得到气象上常用的热力学第一定律形式 气象上
4、可逆过程与不可逆过程 、 （1）可逆过程：过程逆向时可以恢复原先的状 ）可逆过程：
态而不引起外界变化
（2）非可逆过程：过程逆向时不可以恢复原先的状 ）非可逆过程：
态而不引起外界变化
如干绝热过程为可逆过程， 如干绝热过程为可逆过程， 湿绝热过程为不可逆过程
5、气块（微团）模型 、气块（微团）
气块（微团）模型是指宏观上足够小而微观上 气块（微团）模型是指宏观上足够小而微观上 含有大量分子的空气团，其内部可包含水汽、 含有大量分子的空气团，其内部可包含水汽、液 态水或固态水。 态水或固态水。 这些与外界温度、湿度及密度稍有不同的大大 这些与外界温度、 小小的未饱和气块，不断生成又不断消失。 小小的未饱和气块，不断生成又不断消失。
3、准静态过程和准静力条件 、 （1）准静态过程： ）准静态过程：
系统在变态过程中的每一步都处于平衡状态
（2）准静力条件：P≡Pe ）准静力条件：
系统内部压强p 全等于外界压强 e 系统内部压强 全等于外界压强P 这是一个理想的极限概念， 这是一个理想的极限概念，但大多时候可以把 实际大气当做准静态处理。 实际大气当做准静态处理。
绝热， 绝热，意味气块运动的过程进行得足够快而来不及和环境大 气作热交换； 气作热交换； 遵从准静力条件，又意味气块运动的过程进行得足够慢，使 遵从准静力条件，又意味气块运动的过程进行得足够慢， 气压不断调整到与环境大气压相同，以满足准静力平衡条件。 气压不断调整到与环境大气压1、系统和外界 、
（1） 系统：所研究的给定质量和成分的任何物质 ） （2） 外界：除系统以外的可能发生相互作用的其 ） 它物质环境 互相作功、传热、 （3） 联系：互相作功、传热、交换质量 ）
大气热力学所讨论的系统主要有两类： 大气热力学所讨论的系统主要有两类： 系统主要有两类
气块（微团）模型就是从大气中取一体微小的空气 气块（微团）模型就是从大气中取一体微小的空气 作为对实际空气块的近似。 块，作为对实际空气块的近似。
气团规定： 气团规定： 规定
◇气团内部温度、压强和湿度均匀分布，各 气团内部温度、压强和湿度均匀分布， 物理量服从热力学定律和状态方程。 物理量服从热力学定律和状态方程。 ◇气块运动时绝热的，遵从准静力条件，环境 气块运动时绝热的，遵从准静力条件， 大气处于静力平衡状态。 大气处于静力平衡状态。
一、大气能量的基本形式 1、内能： 、内能： 理想气体的内能仅是温度的函数， 理想气体的内能仅是温度的函数，单位质 量空气的内能： 量空气的内能：u = c T
v
u为比内能，由热力学第一定律得： 为比内能，由热力学第一定律得： 为比内能
热力学中所讨论的态函数， 热力学中所讨论的态函数，除了大家熟悉的 压强、 还有熵 体积 、压强、温度 、内能 外，还有熵 、焓、 吉布斯函数、自由能、 吉布斯函数、自由能、亥姆霍茨自由能 、 热力学势… 热力学势
1、 熵： 、
定义式： 定义式：
S − S0 = ∫
( x)
δ Qs
T
( x0 )
热力学第二定律的表述： 热力学第二定律的表述：
◇大气稳定度
6.1 应用于大气的热力学基本定律
考虑到地球大气的特点， 考虑到地球大气的特点，应用于大气的 热力学第一定律和态函数的表达式与一般形式 热力学第一定律和态函数的表达式与一般形式 有所差别。 有所差别。
大气与一般流体的区 大气与一般流体的区别：
◇地球大气的温度、密度、水汽等性质在垂直方 地球大气的温度、密度、 向有明显变化。 向有明显变化。
但应指出气块微团内部的温度、密度、 但应指出气块微团内部的温度、密度、湿度不一定 与外界相等,只是气压相等。 与外界相等,只是气压相等。
6.1.2 热力学第一定律
一、热力学第一定律一般数学表达式： 热力学第一定律一般数学表达式：
U 2 − U1 = Qs + A + M
是系统从外界吸收的热量， Qs是系统从外界吸收的热量， 是此过程外界对系统做的功， A是此过程外界对系统做的功， 是在此过程中质量作用量。 M是在此过程中质量作用量。 是系统从平衡态1变到平衡态2的过程中系统内能的变化。 U2-U1是系统从平衡态1变到平衡态2的过程中系统内能的变化。
熵、焓、吉布斯函数、自由能、亥姆霍茨自由能 、热力 吉布斯函数、自由能、 学势等态函数，以后用到是再介绍… 学势等态函数，以后用到是再介绍
6.1.4 大气中的能量
内能、 大气能量的基本形式有内能 动能、势能、 大气能量的基本形式有内能、动能、势能、 潜热能四种 四种。 潜热能四种。
为了便于在大气中应用， 为了便于在大气中应用，这些能量还合成了 显热能、温湿能、静力能、全势能等组合形式。 显热能、温湿能、静力能、全势能等组合形式。 等组合形式
2、焓： 、
定义式： 定义式： H = U + pV 因此， 因此，热力学第一定律 dU = δQs − pdV 可写成焓的表达式： dH = δ QS + Vdp 可写成焓的表达式： 等焓过程： 等焓过程：绝热和等压 物理意义：在等压过程中, 物理意义：在等压过程中,系统焓的增加值 等于它所吸收的热量
大气物理学定义： 大气物理学定义： 定义
大气物理学把物理学中的各种基本规律 物理学中的各种基本规律应 大气物理学把物理学中的各种基本规律应 用到大气中， 用到大气中，用以解释大气中发生的各种过 程的物理本质。而大气中的各种现象又丰富和 程的物理本质。 促进了物理学的发展。 促进了物理学的发展。 大气物理学和物理学内容相对应的学科分 别称为：大气动力学、大气热力学、大气电学、 别称为：大气动力学、大气热力学、大气电学、 大气光学和大气声学等 和大气声学等。 大气光学和大气声学等。