3章 大气基本物理过程
大气物理学基础课程
The concepts and principles of atmospheric statics, thermodynamics and radiation, which are the basis to learn the courses of cloud and precipitation physics, satellite meteorology and remote sensing in the future, will be introduced in the course of Fundamentals of Atmospheric Physics. A detailed introduction and discussion on atmospheric thermodynamics and radiation will be presented on the basis of the knowledge of atmospheric statics. The water phase transformations, isobaric processes, dry adiabatic processes, saturated adiabatic processes, mixing processes, thermodynamic diagrams and applications, vertical stability in the atmosphere etc., will be discussed particularly in atmospheric thermodynamics. The interaction of radiation with matter, solar radiation, longwave radiation, radiative transfer, radiation balance and observations will be introduced in atmospheric radiation field.
第三章 大气中的水分
降水及阵性降水。
雨层云
Ns
中 云 高层云 ＜6000m 高积云
As 由水滴和冰晶组成， Ac 可降水或变
雨层云。
卷云 高云
卷层云
Ci Cs
由冰晶组成，一般 不产生降水。
云的结构
◆ 云量的观测
——天空被云遮蔽的程度叫云量，以0 ～ 10 的 成数表示。云量的多少与纬度、海陆分布、大 气环流等因素有关。 晴天：0～3； 少云：3 ～ 5；多云：6～ 8； 阴天：9 ～ 10 。
的压力，用 E 表示，其单位与水汽压相同。 饱和水汽压随温度升高而增大，随温度降
低而减小。 不同气温下的饱和湿度
气温(℃)
水蒸气压力 (mmHg)
水蒸气量 (g/m3)
0
4.58
4.58
5
6.54
6.81
10
9.21
9.42
15
12.79
12.85
20
17.54
17.32
4、相对湿度
指空气中实际水汽压与同温度下的饱和 水汽压之比的百分数，用 f 表示，即：
蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面温度 越高，蒸发越快、蒸发量越大。蒸发量变化与 气温变化基本一致，即每天午后最大日出前最 小；夏季大冬季小；海洋大、大陆小。
蒸 发 面 的 影 响
地理纬度的影响
4、凝结及其条件
——空气中水的凝结必须具备两个条件： ◆空气要达到饱和或过饱和状态； ◆要有凝结核。
蒸发、融解、升华——吸收潜热； 凝结、冻结、凝华——释放潜热。
例如： 常温下，水的蒸发潜热为 L ＝ 2497 J ， 即蒸发 1 g 水需要消耗 2497 J 的热量； 与此相反， 1 g 水冻结成冰则可释放出 334.7 J 热量。
大气探测与大气物理第三章 云(雾)和降水物理
对流云中的流场
对流云中的含水量
淡积云的含水量较小，很少超过0.5g/m3，但有时也会出现较大 的值，例如上海地区曾观测到2.31 g/m3。
浓积云的含水量比淡积云大，这是因为它体积庞大，环境空气 的稀释作用相对来说比淡积云的小些。据1963~1965三年间在 上海的观测，夏季浓积云的平均含水量为1.31 g/m3，最大值 达11.3 g/m3。
3. 积云宏观特征
对流云中的流场
气流分布随发展阶段而不同。在形成 阶段，云中全部为有组织的上升气 流，平均垂直速度一般为每秒几米。 锋面性积云中最大的上升气流曾观 测到有20-30米／秒的。
最大的上升气流一般发生在云的中部， 发展早期最大上升气流所出现的位 置可稍偏下。随着积云的发展，这 个位置将向积云的中上部移动。
• 二是用现代化快速计算机，以云中微物理过程和动力过 程、云与环境紧密结合，进行数值模拟和试验，从而阐 明云和降水发生发展的条件、物理过程、控制因素及其 变化规律。
–1996年，经中国气象学会批准，云物理和人工影响天气研 究分会在北京成立。
–近年来，人影作业服务的规模不断扩大，投入不断增大。
–1996年—2002年，21个省（区、市）实施飞机人工增雨作 业3216架次，飞行7351小时；高炮火箭防雹作业保护面积 39万平方公里，全国人工影响天气工作总投入累计达到17 亿元。
2、理化实验（隔离因子）
从云雾过程的整体中隔离出一些因子，在实验室分 析较为单纯的一些物理关系。
例如：
• 水滴半径与下落末速度的关系； • 冻结核的有效阈温； • 不同半径水滴的重力碰并或电力碰并等。
3、理化模拟（综合因子）
用实验方法，模拟自然机制及过程。使设计出的现 象与自然过程在直观上有一定的相似性，可用增减 因子或改变参量的有控制的实验方法，研究云雾物 理过程的因子、机制、子过程等。
3 第三章 气团与锋
第三章气团与锋天气现象的空间分布与天气过程的时间变化很复杂，但是天气工作者在长期的实践工作中，从大量的个例中归纳出了一套关于天气现象与天气过程的最主要和最典型的特征，并且用这些特征对天气现象与天气过程作了系统的概括。
1920年前后，挪威学派V.J.皮叶克尼斯和伯杰龙等人以温度场为主要特征提出了气团与锋的概念，并运用这些概念从千变万化的天气现象与天气过程中总结出了许多天气分析和预报规则。
§3—1 气团一、气团的概念气团是指气象要素（主要指温度和湿度）水平分布比较均匀的大范围的空气团。
在同一气团中气象要素的垂直分布（稳定度）几乎相同，天气现象也大致一样。
气团的水平尺度可达几千公里，垂直范围可达几公里到几十公里，常常从地面伸展到对流层顶。
二、气团形成与变性大气热量的最终来源是太阳。
但大气对太阳的短波辐射直接吸收得很少，而对地球表面的长波辐射吸收却要多些。
地球表面吸收太阳短波辐射，同时放射波长较长的长波放射。
据估计，大气吸收太阳短波辐射所得到的热量仅相当于大气吸收地表面长波辐射所得到热量的1/8。
可以认为，大气热量的主要是来自地球表面。
大气中水汽也只能是来自地球表面水分的蒸发。
所以，地球表面的温度和湿度状况对气团形成与变性具有重要作用。
所以气团的形成必须具备两个条件：一是范围广阔，地表性质比较均匀的下垫面，即气团源地。
（例如：广阔的海洋、巨大的沙漠或冰雪覆盖等性质的下垫面）。
二是相对稳定的环流形势，（例如移动甚少的反气旋）使大范围空气能长时间停留或缓慢移动在性质均匀的下垫面上，通过大气中各种尺度的湍流、系统性垂直运动、蒸发、凝结和辐射等物理过程与地球表面进行水汽和热量交换，经过足够长时间，才能逐渐获得与下垫面相适应的相对均匀的物理属性。
另外，空气运动对气团形成也有很大影响。
下沉辐散运动可以使大气中温度、湿度的水平梯度减小，增加大气中温、湿特性的水平均匀性。
具有形成气团温、湿属性比较均匀条件的地区，称为气团源地。
第三章 大气环境与大气污染
火山喷发 森林火灾 自然尘 森林植物释放
海浪飞沫
萜稀类碳氢化合物。
硫酸盐和亚硫酸盐
一氧化碳、氮氧化物、碳 氢化合物、硫氧化合物和 铅等 二氧化硫、氮氧化物、二 氧化碳、一氧化碳 二氧化硫、硫化氢等
人 为 源
汽车和火车、飞机 交通运输过程： 等，分布广泛分散， 现 代 化 交 通 运 输 难于监测和治理。 工具 静止源则包括工 厂 、焚化炉等不移 动的污染源。静止 源污染面积广，易 于集中监测治理。 燃料燃烧
大于 10μm 的颗粒物能被鼻腔的鼻毛吸留住，而小于 10μm 的 飘 尘 却 能 长 驱直入 侵 蚀肺泡 ， 叫“ 可 吸 入因 子”。在可吸入微粒中 80%可沉积于肺泡，且沉积时间 可达数年之久。导致肺心病等一系列病变。
① 含硫化合物 主要指SO2和SO3、H2S
（2）气状污染物
湿度大的情况下，含硫化合物最终被氧化形成硫酸，是形成 酸雨的主要来源。 二氧化硫是一种无色的刺激性气体, 腐蚀性很大，会严重刺 激人的呼吸系统，使人出现咳嗽、嗓子疼、胸闷和感到呼吸受 阻，刺激腐蚀人的肺部，可以造成肺气肿和支气管炎。并加重 哮喘病情。 二氧化硫破坏植物的叶绿素，使植物脱水坏死。 在适当条件下和飘尘结合在一起，或与水汽中的水蒸汽结合 形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺部，可以引起肺水肿和肺 硬化等疾病导致死亡。
4）静电除尘： 2、烟气脱硫 ①干法 ②湿法
废气处废气处理设备
0.05% 20.95%
78.90%
大气各成分的作用
大气组成 干 主要 N2 洁 成分 O2 空 CO2 气 次要 成分 O3 水 汽 主 要 作 用 生物体的基本成分 维持生物活动的必要物质 植物光合作用的原料；对地面保温 吸收紫外线，使地球上的生 物免遭过量紫外线的伤害 成云致雨的必要条件；对地面保温 成云致雨的必要条件
2021年清华大学建筑环境学03第3章热湿环境-1
工程应用：缝隙法、换气次数法
12
网络平衡法原理
节点平衡：AG＝0 回路压力平衡：B P＝0
各支路和节点均编号。
网络关联矩阵A元素 aij： 由 i 点到 j点为1，反之为 -1，无
关为0。
基本回路矩阵B元素 bij： 由 j支路与 i 回路同向为1，反之
为 -1，无关为0。
围护结构传热 传湿
室内产热产湿
对流换热 (对流质交换)
导热 (水蒸汽渗透)
辐射
5
基本概念
得热(Heat Gain ⎯⎯ HG)：某时刻在内外扰作用下
进入房间的总热量叫做该时刻的得热。如果得热<0，
意味着房间失去热量。
对流得热
显热
得
热
辐射得热
潜热
围护结构热过程特点：由于围护结构热惯性的存在， 通过围护结构的得热量与外扰之间存在着衰减和延迟 的关系。
2
)
(1
-a
o
3
)
r
2
(1 -r
2
)
(1
-a
o
4
)
r
3
(1 -a
o
4
)
(1
-r
)
r
4
21
太阳辐射在透光围护结构中的传递
阳光照射到单层半透 明薄层时，半透明薄 层对于太阳辐射的总 反射率、吸收率和透 射率是阳光在半透明 薄层内进行反射、吸 收和透过的无穷次反 复之后的无穷多项之 和。
22
太阳辐射在透光围护结构中的传递
尽管通过围护结构的热传导量不确定，但有 时又需要用“得热”的概念，那怎么定义通 过围护结构的热传导得热呢？
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。
伍光和《自然地理学》第四版 第三章 重点总结
第三章大气圈与气候系统1、通常把除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体称为干洁空气。
它是地球大气的主体，主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳。
2、只要发生在最大高度上的某种现象与地面气候有关，便可定义这个高度为大气上界。
3、从观测高度到大气上界单位面积上（横截面积1cm2）垂直空气柱的质量为大气压强，简称气压。
气象学把温度为0℃、维度为45°的海平面气压作为标准大气压，称为1个大气压，相当于1.01Kpa。
根据各地同一时刻的海平面气压值，在地图上用等压线绘出高、低气压的分布区域，就是水平气压场。
气压随高度升高而降低。
地面暖区气压常比周围低，而高空气压往往比同高度的临区高。
4、按照温度和运动情况，大气圈可以分为5层。
5、表示太阳辐射强弱的物理量，即单位时间内垂直投射在单位面积上的太阳辐射能，称为太阳辐射强度。
6、在日地平均距离（D=1.496×108km）上，大气顶界垂直于太阳光线的单位面积上每分钟接受的太阳辐射称为太阳常数。
7、大气获得能量的具体结构为？1）对太阳辐射的直接吸收。
大气中吸收太阳辐射的物质主要是臭氧、水汽和液态水，占大气体积99%以上的氮和氧对太阳辐射的吸收微弱。
2）对地面辐射的吸收。
地表吸收了到达大气上界太阳辐射能的50%，变成热能使本身温度升高，而后再以大于3um的长波（红外）向外辐射。
地面长波辐射几乎全被近地面40-50m 厚的大气层所吸收。
3）潜热输送。
海面和陆面的水分蒸发使地面热量输送到大气中。
4）感热输送。
陆面、水面温度与底层大气温度并不相等，因此地表和大气间便由感热交换产生能量输送。
8、大气获得热能后依据本身温度向外辐射，称为大气辐射。
其中一部分外溢到宇宙空间，一部分向下投向地面，后者称为大气逆辐射。
大气逆辐射的存在使地面实际损失的热量略少于以长波辐射放出的能量，因此地面得以保持一定的温暖程度。
这种保温作用，通常称为“花房效应”或“温室效应”。
9、把地面直到大气上界当做一个整体，其辐射能净收入就是地气-系统的辐射平衡。
3《大气污染控制工程》第三章
第三章大气污染气象学为了有效地控制大气污染．除需采取安装净化装置等各种技术措施外，还需充分利用大气对污染物的扩散和稀释能力。
污染物从污染源排到大气中的扩散过程，与排放源本身的特性、气象条件、地面特征和周围地区建筑物分布等因素有关。
本章主要对大气污染气象学的基本知识作一扼要介绍。
第一节大气圈结构及气象要素一、大气圈垂直结构地球表面环绕着在层很厚的气体，称为环境大气或地球大气，简称大气。
大气是自然环境的重要组成部分，是人类及生物赖以生存的必不可少的物质。
大气圈的垂直结构是指气象要素的垂直分布情况；如气温、气压、大气密度和大气成分的垂直分布等。
根据气温在垂直于下垫面(即地球表面情况)方向上的分布，可将大气分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。
1.对流层对流层是大气层最低的一层；平均厚度为12公里。
由于对流程度在热带要比寒带强烈，故自下垫面算起的对流层的厚度随纬度增加而降低，赤道处约为16～17km,中纬度地区约10～12km，两极附近只有8～9km。
①对流层的主要特征是：(1)对流层虽然较薄，但却集中了整个大气质量的3／4和几乎全部水汽，主要的大气现象都发生在这一层中，它是天气变化最复杂、对人类活动影响最大的一层；(2)气温随高度增加而降低，每升高100 m平均降温约0.65℃；(3)空气具有强烈的对流运动，大气垂直混合激烈。
主要由于下垫面受热不均及其本身特性不同造成的。
(4)温度和湿度的水平分布不均匀；例如在热带海洋上空，空气比较温暖潮湿，在高纬度内陆上空，空气比较寒冷干燥，因此也经常发生大规模空气的水平运动。
②对流层亚层分层情况：(1)对流层的下层，厚度约为1～2km，其中气流受地面阻滞和摩擦的影响很大，称为大气边界层(或摩擦层)。
(2)其中从地面到50～100m左右的一层又称近地层。
在近地层中，垂直方向上热量和动量的交换甚微，所以温差很大，可达1～2℃。
(3)在近地层以上，气流受地面摩擦的影响越来越小。
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
第3章 大气的分层和结构
电离层
电离层指地表以上60km到500-1000km的气层。 电离层特点：
（1）产生正离子和自由电子，并达到电离平衡。
在太阳电磁辐射和微粒辐射的作用下，空气分子和原子电离为正离子和自由 电子，同时有复合，建立平衡，形成电子数密度的垂直分布。虽然少但在高空引 起很重要的现象，现象包括产生电流和磁场，对无线电波的反射及各种等离子体 过程。
平流层 55km以上，随 顶到 高度下降，约 85km 在85km左右处 达到最低(160170K）。地球 大气最冷的部
分
热层 从中层 由于太阳紫外 顶以上，辐射在这一层 没有明 被强烈吸收， 显的边 故这一层 中间层 55 平流层 20 11 T(℃) -95 -3 15
由于太阳辐射中的强紫外辐射（小于0.18微米）的光化学分解和电离反应 造成了热层的高温；然而，由于大气稀薄，分子间的碰撞机会极少，温度只反映 分子巨大的运动速度，不会对物体（例如卫星）造成很大的影响。
（2）、热层的温度有很显会出现一种辉煌瑰丽的大 气光学现象—极光
3.2.1 气团
定义：通常把水平方向的温度、湿度相对比较均匀，天气现象比较类似；在 垂直方向上气象要素的变化近于相同的大范围地区的空气。 （★） 气团的水平尺度约几百公里至几千公里，垂直厚度几公里至十几公里。 气团的低层是高压区时，空气下沉辐散，一般天气晴朗，或有不强的分散性 阵雨
气团的源地示意图：1、c表示干燥大陆性气团，m表示潮湿的海洋性气团； 2、T表示热带的，P表示极地的，A表示北极或南极的
对流层
分层示意图
干洁大气中的各种成分随高度的变化由以下因素控制：
（1）重力场； （2）大气中对流、湍流； （3）分子扩散；
（4）太阳辐射对气体的光解作用和电离作用。
大气流体力学第3章
大气运动的主要特点
2、 大气的运动具有准水平的特征 由于重力场的作用，使得大气质量向地表面集中。由此造 成了气压在铅直方向上的分布不均匀，描述这种分布的就是 众所周知的静力方程。
此外，密度和温度在垂直方向的分布也不均匀，这种介质 的物理性质的不均匀分布，使大气具有层结的分布。
但是，就大范围而言，层结具有稳定的特点，这就使垂 直方向的扰动受到了抑制，再加上地球旋转的效应，因此， 运动就具有准水平的特征。
以 3.10式 得 ：
（3.5）与 3.4*
代入
将3.4*式右端展开后，因
为常数，可得： 3.5*
上式表示绝对坐标系中的加速度与相对坐标系中的加速度之间的 21 关系
22
我们知道，惯性流体动力学方程或N-S方程为：
3.6* 不考虑黏性力，将3.5*代入上式，即得
3.7*
根据达朗贝尔（D’Alembert)原理，3.7*式可以移到右边作 为惯性力来考虑，这样，3.5*中的3项加速度都可以看作是惯性 力. 但是为了明确起见，我们以后只把 称为惯性力，而把 性离心力 称为科里奥利力（科氏力）， 称为惯
2
大气运动的主要特点
1、 大气运动与一般流体运动区别最重要的一点，就是气象上的运 动具有大尺度的特征
气象上运动一般水平尺度是数百公里到数千公里的范围，有时候 还几乎等于地球半径。因此，这类运动中就必须考虑地球自转的作 用，也正是这一点，在大气中存在一种准地转关系。
例如在给定压力分布情况下，一般流体均是沿着压力梯度方向 运动的，即“水是从高处往低处流的”，但是，由于地球的旋转效 应，将会改变“水往低处流”，而是出现流体沿着等压线（即与压 力梯度相垂直）流动的趋势和现象，这就是我们将要学习的地转风 ；而且旋转的越厉害，这种趋势和现象越明显。
大气科学基础
大气科学基础大气科学是研究地球大气的物理、化学和动力学过程的一门学科。
它探讨了地球的气候和天气系统，以及大气层的构成和运动规律。
本文将从大气的组成、大气的层次结构、大气的物理性质和大气的运动等方面介绍大气科学的基础知识。
1. 大气的组成大气主要由氮气、氧气、水蒸气、微量稀有气体和气溶胶组成。
其中，氮气占大气的78%，氧气占21%，水蒸气的含量则相对较小。
稀有气体如氩、氦、氪等含量非常稀少，但对大气的物理和化学过程具有重要影响。
2. 大气的层次结构地球大气根据温度和密度等特性可分为若干层次。
最底层是对流层，其上面是平流层和跳转层，最上面则是中间层和热层。
不同层次的大气区域具有不同的特征和运动规律，这些层次结构对于气候的形成和变化起着重要作用。
3. 大气的物理性质大气具有质量、压强、温度、湿度和密度等物理性质。
其中，大气质量是指单位体积大气所包含的质量，压强则是单位面积上受到的气压力。
大气的温度和湿度直接关系到天气现象的产生，而密度则决定了空气的流动性和承载力。
4. 大气的运动大气的运动包括垂直运动和水平运动。
垂直运动主要指上升运动和下沉运动，这种运动会导致气象现象的发生，如对流云、降水等。
水平运动则包括风和气旋等，它们通过地球自转、地形和气压差异等因素相互作用而形成。
综上所述，大气科学是一门研究地球大气的学科，它深入探讨了大气的组成、层次结构、物理性质和运动规律。
通过对大气科学的研究，我们能更好地理解和预测天气现象，促进气候变化和环境保护等方面的科研工作。
大气科学作为一个重要的学科领域，对于人类社会的发展和人们的生活具有重要意义。
自然地理学-第三章 大气圈与气候系统(伍光和)
3·臭氧 主要分布在10～40km的高度处，极大 值在20～25km附近，称为臭氧层。臭氧虽 在大气中的含量很少，但具有强烈吸收紫 外线的能力。研究表明，人们大量使用氮 肥以及作冷冻剂和除臭剂使用的碳氟化合 物（氟利昂）所造成的污染是平流层的臭 氧遭到破坏。臭氧层的破坏能引起一系列 不利于人类的气候生物效应，因而受到广 泛关注。
不同温度条件下水面上的饱和水汽 压/hPa
2·绝对湿度和相对湿度 单位容积空气所 含的水气质量通常以g/cm3表示，称为绝对 湿度（a）或水汽密度。绝对湿度不能直接 测定，但可间接算出。
a＝289e/T (g /m3) 式中，e为水汽压（mm）；T为绝对温度。大气的 实际水汽压e与同温度饱和水汽压E之比，称为相对湿度 （f），用百分数表示。 f＝e /T×100％ 由于E随温度而变，所以相对湿度取决于e和T，其中T 往往起主导作用。当e一定时，温度降低则相对湿度增大； 温度升高相对湿度减小。夜间多云、雾、霜、露，天气 转冷时容易产生云等都是相对湿度增大的结果
北半球大陆各纬度平均蒸发量
（二）蒸发和凝结的条件
凝结是发生在f≥100%(e≥E)过饱和情况下的与蒸发相 反的过程，在地面和大气中均可以产生。大气中的水汽发 生凝结，需具备一定的条件，既要使水汽达到饱和或过饱 和，还需有凝结核。 大气降温过程主要有四种：绝热冷却、辐射冷却、平流冷 却以及混合冷却 凝结核主要起的作用:一是对水汽的吸附作用；二是使形 成的粒滴比单纯水分子形成的粒滴大，有利于水汽继续凝 结。
二、蒸发和凝结
蒸发面上出现蒸发还是凝结取决于实际 水汽压于饱和水汽压的关系。当e>E ，出 现蒸发；e<E，则出现凝结。饱和水汽压和 实际水汽压都是不断变化的通常饱和水汽 压变化更为明显和迅速。
第三章大气的运动-高中地理全册必背章节知识清单
第一节常见天气系统知识点1：锋与天气1．气团(1)概念：水平方向上温度、湿度等物理性质比较均匀，垂直方向上物理性质也很相似的大范围空气。
(2)分类及天气①分类：温度比移经地区气温高的气团叫暖气团，比移经地区气温低的气团叫冷气团。
①天气：单一冷气团或暖气团控制的区域，天气现象单一，多晴朗天气。
2．锋面(1)概念：当冷、暖两种性质不同的气团接触时，它们之间就会出现一个交界面，叫作锋面，如图中B。
锋面与地面相交而成的线，叫作锋线，如图中C。
一般把锋面和锋线统称为锋。
(2)天气特征锋面两侧的温度、湿度、气压差别很大，锋面附近常伴有云、大风、降水等天气现象。
知识点2：锋的类型根据锋面两侧冷、暖气团的移动方向，可把锋分为冷锋、暖锋、准静止锋等。
冷锋暖锋准静止锋概念冷气团主动向暖气团方向移动的锋暖气团主动向冷气团方向移动的锋冷、暖气团势力相当，使锋面移动幅度很小的锋符号剖面示意图气团位置冷气团密度大，在锋面下；暖气团密度小，在锋面上锋面坡度较大较小很小雨区位置天气特征过境前单一暖气团控制，温暖晴朗单一冷气团控制，低温晴朗单一气团控制，天气晴朗Chapter 3第三章大气的运动知识点1.低气压(气旋)（1）低气压：在等压线分布图上，凡等压线闭合，中心气压低于四周气压的区域，叫作低气压，简称低压。
（2）气旋：在水平气压梯度力的作用下，低压的气流由四周向中心流动，受地转偏向力影响，低压的气流在北半球向右偏转，按逆时针方向流动(南半球相反)，大气的这种流动叫气旋。
（3）天气：低压中心形成上升气流，常出现阴雨天气。
2.高气压(反气旋)（1）高气压：在等压线分布图上，凡等压线闭合，中心气压高于四周气压的区域，叫作高气压，简称高压。
（2）反气旋：高压气流由中心向外流出，在北半球按顺时针方向旋转流出(南半球相反)，这种环流系统与气旋相反，叫反气旋。
（3）天气：高压中心形成下沉气流，天气晴朗。
一、我国东部锋面雨带的推移规律(1)锋面类型北进过程主要是暖锋，南退过程主要是冷锋，6月江淮流域主要是准静止锋。
第3章 大气卫生 环境卫生学第八版
气块干绝热垂直递减率：γd=0.986oC/100m
下沉逆温
烟波扩散的类型
① 波浪型 ② 锥型 ③ 扇型 ④ 上扬型 ⑤ 烟熏型
3. 气压：与海拔高度、地理纬度和空气温度等有关。 4. 气湿：大气中含水的程度，常用相对湿度（%）表示 。 （三）地形 地形可以影响局部的气象条件，从而影响 当地大气污染物的稀释和扩散。 热岛（heat island）效应：人口密集的城市热量散发远 大于郊区，造成城区气温较高，往郊外方向气温逐渐降低 。如果在地图上绘制等温图，城区的高温部就像浮在海面 上的岛屿。
细颗粒物 Dp≤2.5m
fine particle particulate matter, PM2.5 在空气中悬浮的时间更长,对健康的危害更大
超细颗粒物 PM0.1
大于5μm的颗粒物多滞留在上呼吸道，对粘膜 产生刺激和腐蚀作用，常发生慢性鼻咽炎、慢 性支气管炎.
小于5μm的颗粒物多滞留在细支气管和肺泡， 可与NO2协同，损伤肺泡和粘膜，引起支气管 和肺部炎症。长期持续作用，可诱发COPD， 出现继发感染，可导致严重后果。
（二）健康影响
1. 对呼吸系统的影响：局部组织的堵塞作用、 慢性炎症、COPD；
2. 对心血管系统的影响
干扰中枢神经系统； 进入血循环，诱发血栓； 刺激呼吸道产生炎症，并释放细胞因子，导
致血管损伤。
3. 致癌作用； 4. 其他：对人群死亡率的急、慢性影响；
（三）影响颗粒物生物学作用的因素
• 大气中主要污染物
1. 颗粒物 2. 二氧化硫 3. 氮氧化物 4. 一氧化碳 5. 臭氧 6. 铅 7. 多环芳烃
环境卫生学03第三章-大气卫生
气压低 10℃
1000m
膨胀
气压高 20℃
地面
压缩
● 大气稳定度取决于 r 与 rd 的相对值和 r 的绝对值
上升
10℃ 1000 m 5℃
10℃ 1000 m
15℃
rd=1
r=1.5
下 rd=1
降
r =0.5
20℃
气体------SO2、CO、NOX等 蒸汽------汞蒸汽、苯蒸汽
沉降性颗粒物------粒径>100um颗粒物 ● 颗粒物质 总悬浮颗粒物(TSP) ---粒径≤100um颗粒物 （固体、液体） 可吸入尘(IP)(PM10)----粒径≤10um颗粒物
细粒子（PM2.5)----粒径≤2.5um颗粒物
SO2 CO
NO2 HC 灰尘
一般情况 燃烧良好
60 0.23 9.1 0.1
11 3
60
60
1.4
22.7
9.1
3.6
0.5
5
11
11
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（二）生活炉灶和采暖锅炉 (living stove)
● 生活炉灶的排放特点 1、量大 2、燃烧不完全，污染物排放量高 3、无組织排放 4、低空排放，直接影响居民健康
热层 （电离层）
-60℃
0℃
大气结构示意图
------------中间层 -------------
平流层（同温层）
-----------对流层 ------------+60 ℃
1、对流层 (troposphere)
● 包含空气总量的95% ，含有一定量的水 蒸汽、烟尘、微生物等夹杂物
自然地理学概论：第03章-大气环流与大洋环流 2
第3节表层大洋环流(surface -ocean current )1.净辐射的纬度差异产生热量的经向输送2.气候模式模拟的结果3. 推断4. 缺失项的估算5. 大洋环流的定义1.表层洋流运动与大气运动成因的差异2.风海流和简化表层洋流模式转，在南半球呈逆时针方向旋转。
3.实际表层洋流与简化模式的异同（一）埃克曼输送1.实地观测：2.理论推导：3.结论4.推论（二）地转流的产生1.辐合和辐散2.垂直运动3.地转流（geostrophic currents）（三）表层洋流的作用2.表层洋流的影响扩展视野：边界海流1. 表现：2. 原理：ϕωsin 2=f0)(=+ξf dtd3.结论4.北半球大洋涡旋不对称性的机理第4节深层大洋环流(Deep-ocean circulation)1. 风海流和埃克曼输送的存在表明：2. 地转流的存在表明：3. 深层洋流的驱动力是什么？1.盐度的概念2.海盐的基本成分0.0010.0034.48299.993. 海盐的来源（一）大洋的垂直结构1.大洋的分层2.温度、盐度和密度的垂直变化3. 大洋温度和盐度的垂直分布（二）底层水的形成1.原理：2.源地和流向1. 概念：2. 原理：3.流路与循环周期4.温盐输送带的作用5.认识的局限1. 热量输送特征2. 热量输送的机制第5节海洋—大气相互作用(Ocean-atmosphere interaction)导言：海洋和大气相互作用的性质1.海洋对大气的作用主要是热力的。
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由此可见，避雷针的尖端放电作用会减少地面物与云之间打雷的可能 性；到了不可避免时，它自己就负担了雷的打击，房屋与人得到了安 全。
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北京展览馆 美国国会大厦 埃菲尔铁塔
应县塔
(一) 避雷针技术
由于避雷针的构造和作用，我们要特别注意保持 避雷针的良好导电性。
一旦有一处联接不好，或断了，断口以上的一段就成 为一个隔离的导电系统。如果放电，强大的放电电流 只能通过建筑物放出大量热量，于是引起雷击。 这样不但不能避雷，反而还招来雷祸。
但这种作用颇慢，如果云中积电很快，或一块带有大量电荷的云突然飞 来，有时来不及按上述方式中和，于是有强烈的放电，雷电仍会发生。
由于避雷针高过周围物体，它的尖端又集中了与云中电异号的电荷， 如果雷电是在云和地面物之间发生，放电电流主要通过避雷针流入大 地
因此，不会打在房屋或附近人的身上，只会打在避雷针上了。
2. 第2种起电机制 假设有过冷却水滴与雹块相 碰
表面结成的冰壳就向水滴内部 增厚，冰壳内表面与水相接， 温度为0度，而冰壳外部低于 0度，冰壳内外形成温度梯度， 冰壳的外表带正电 从冰壳外表飞出的小冰屑带正 电，而冰块带负电
小冰屑上升，冰块下落
从而也形成了强的电位差。
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大气科学是研究地球大气状态的演变和发生在大 气中的各种动力、物理和化学现象、过程及其机 理。
大气物理学是研究发生在大气中的各种物理现象、 过程及其机理的科学。其研究对象包括：
大气的组成、成分与物理结构 水的相变与云雾降水的形成 辐射能的吸收、放射、传输及其转换过程、能量交换 大气中的声、光、电现象
回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底， 发出光亮无比的光柱，历时40微秒，通过电流超 过1万安培，这即第一次回闪。
相隔几秒之后，从云中一根暗淡光柱，携带巨大 电流，沿第一次闪击的路径飞驰向地面，称直窜 先导，当它离地面5─50米左右时，地面再向上 回击，再形成光亮无比光柱，这即第二次回闪。
(三) 雷暴云的感应起电机制
云质粒与降水质粒受到极化，极化 的结果使它们下半部带正电，上半 部带负电。
当云质粒与向下落的降水质粒下部相 碰时，云质粒的负电荷会传到降水质 粒上，若云质粒从降水质粒弹开来
则带负电的降水质粒向下运动，而 带正电荷的云质粒随上升气流向上 运动 这就会使雷暴云中上部带正电，而 下部带负电，从而产生雷暴云的电 位差。
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第一节 大气中雷电现象及过程
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一、大气中的雷电现象
雷电由雷声与闪电组成 雷电是主要的自然灾害：
影响航天、航空、通讯 毁坏建筑、电设备 致人伤亡。
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2008年9月20日到26日 四川共发生雷电闪击近12万次
四川在线消息：
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(二) 雷暴云热电效应的起电机制（两种）
1．第1种起电机制 含冰块和霰粒的混合云
水滴、冰晶与冰块相碰
过冷水滴释放潜热，雹块升温 雹块下降，冰晶上升
冰晶带正电，雹块带负电
雷暴云上部正电荷，下部负电荷
形成强的电位差
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(二) 雷暴云热电效应的起电机制（两种）
闪电在云与地表之间发生，称为 云地闪（下图）。
四川省气象台发布近期 雷电气象统计信息。 22日晚到26日盆地西 部出现了强雷暴和持续 性暴雨天气过程，持续 时间长、局地强度大。 20日到26日，全省共 发生雷电闪击118611 次，创我省有雷电监测 资料以来最高纪录。
在云中发生，称为云内闪。
上图 24日凌晨，成都再度遭遇强雷暴天气
从实验结果可知，在单位时间内从某一物体单位 面积上向各个方向所发射的频率范围内的辐射能 量可写成：
E是频率和温度的函数，称为该物体在温度T时发射频 率为ν(读nu) 的辐射能量的发射能力。
此外，当一定量的辐射照射在某物体表面时，其中一部分会被 该物体吸收，其余部分则被反射或散射，或透过物体。
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雷电知识
雷电是一种常见的大 气放电现象。
在夏天的午后或傍晚， 地面的热空 气携带大 量的水汽不断地上升到 高空，形成大范围的积 雨云，积雨云的不同部 位聚集着大量的正电荷 或负电荷，形成雷雨云， 而地面因受到近地面雷 雨云的电荷感应，也会 带上与云底相反符号的 电荷。
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由于雷电释放的能量相当大，它所产生的强大电 流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场 和强烈的电磁辐射等物理效应给人们带来了多种 危害。
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(一) “云地闪”过程
又称天地闪，破坏力大。 分四个阶段：
1. 2. 3. 4.
梯级先导 第1次回返闪电 直窜先导 第2次回返闪击
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(二) 雷电定位技术（闪电定位）
近年来发展起来的雷电防护技术之一，它可 以提供雷击点的精确地理位臵及时间演变特 征
使电站、电网和通讯设备的设计，避开多雷击发 生处 为航天、航空服务 发现森林的雷击处，预防森林火灾
具有重要的应用价值。
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起电理论
热电效应起电 感应起电
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二、雷电的产生原因 (一) 热电效应
这种起电理论是基于冰的热电效应
对冰条一端加热——〉温度差 水分子分解正负离子及差异（热的一端离子多） 离子浓度不均，产生迁移
正离子迁移率大，负离子几乎不迁移
温度低的一端+电荷，温度高的一端-电荷 形成一个电位差
为防意外，高大建筑物最好竖起几条避雷针。 另外，每一又避雷针只能保护一定的建筑面积， 对于较大的建筑物也需要竖起几条避雷针。
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人的闪电防护
雷鸣电闪时在室外的人，为防雷击，应当遵从四条原则。 1. 一是人体应尽量降低自己，以免作为凸出尖端而被闪电直接击中。 2. 二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因“跨步电压”造成伤 害。
如美国的消散阵系统 英国的雷电抑制器 我国的半导体长针消雷器。
这些装臵虽可以大大减少建筑物或电讯设备遭受雷击的危 害，但迄今有些设计的原理还不十分清楚。
总之，雷电的危害大，物理机制复杂，防雷 技术不完美，还需进一步深入研究。
气象业务的多轨道——雷电
视频：闪电
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第二节 太阳的短波辐射
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闪电定位仪
探测闪电发生的强度、方向、频率及其变化的仪器。
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(三) 人工引雷技术
20世纪70年代末以来，用火箭拖带接地的细金属 导线对雷电进行人工引发，它可以使人们能够在 一个可以控制的环境中研究雷电的物理过程及其 雷电与建筑物、目标物的相互作用。
人工引雷的实质是在雷暴强电场作用下，火箭和细导 线尖端处上行电荷的激发和传播并导致云中电荷的对 地释放，这与一般目标物受雷击的物理过程是一样的
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梯级先导
第1次回闪
云 地 闪 的 形 成 与 演 变 过 程 图
直窜先导
第2次回闪
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云地闪的形成
当雷雨云移到某处时，云的中下部是强大负电荷中心， 云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间 形成强大电场。
在电荷越积越多，电场越来越强的情况下，云底 首先出现大气被强烈电离的一段气柱，称梯级先 导。
雷声总是伴随着闪电而发生 但先看到闪电，后听到雷声
因为光波比声波传播快
光每秒能走30公里，而声音只能走340米。 一般25km外就听不到雷声了
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(三) 雷声
美国富兰克林1752年的风筝实验
雷暴带电 雷的本质就是电
近代观测，云中强烈起电现象常出现于霰 或雹等强烈降水过程
因而，在热平衡状态下，辐射能力较强的物体，其 吸收能力也就较强；反之，辐射能力较弱的物体， 其吸收能力也较弱。
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(二) 基尔霍夫辐射定律
对地球大气，基尔霍夫定律都是成立的。
只要气体分子碰撞频率与吸收和发射的频率相比是 较大的，那么基尔霍夫定律就适用于该种气体。
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地球大气的能量几乎全部来自太阳。
太阳不断地向地球大气和地表面发射电此磁波
由于太阳辐射99％以波长小于4μm的电磁 波辐射，故又称短波辐射。
太阳辐射经过大气要被散射、吸收，并被地表 面反射，其过程是很复杂的。
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一、有关辐射的几个定律 (一) 发射能力和吸收能力
我们将物体吸收到的辐射与照射到的辐射总量之 比称为吸收能力，记为A。
同样，A也是辐射的频率和物体的温度的函数。
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(二) 基尔霍夫辐射定律
辐射与热平衡
假定一物体与其他物体之间只能通过辐射和吸收来交换 能量，当该物体发出的辐射能量比吸收的能量多时，它 的温度就会下降，这时辐射就会减弱；反之，当发射的 辐射能量比吸收的能量少时，温度就会上升，辐射就会 增强。 如果这一系统是封闭的，则经过一段时间后，物体之间 就会建立起热平衡状态，此时各物体在单位时间内发出 的辐射能量正好等于吸收的能量