气候学

焚风
————图 图
• 成因： 成因： • 当流经山地的湿润气候受到山地阻挡时，被迫 当流经山地的湿润气候受到山地阻挡时， 沿坡绝热爬升，这是按照干绝热递减率降温。 沿坡绝热爬升，这是按照干绝热递减率降温。 当达到水汽凝结高度上，形成云， 当达到水汽凝结高度上，形成云，此后按照湿 绝热递减率增温，逐渐形成降水， 绝热递减率增温，逐渐形成降水，空气继续沿 坡上升，降水也不断发生。 坡上升，降水也不断发生。在最大降水高度以 上降水减少。当越过山顶以后， 上降水减少。当越过山顶以后，空气沿坡下沉 增温，水汽含量大为减少， 增温，水汽含量大为减少，按照干绝热递减率 下沉压缩降温。 下沉压缩降温。由于干绝热温度变化率比湿绝 热温度变化率大。 热温度变化率大。过山后的空气温度比山前同 高度上空气的温度要高得多，湿度也小得多， 高度上空气的温度要高得多，湿度也小得多， 形成了沿着背风坡向下吹的既热且干的风， 形成了沿着背风坡向下吹的既热且干量最多的是赤 （2)大气对太阳辐射的散射 2)大气对太阳辐射的散射 ） （2)散射辐射 :散射辐射的强弱和太阳高度、大气透明度、 散射辐射 遇到大气中的空气分子、尘埃、 (1)地面辐射 散射辐射的强弱和太阳高度、大气透明度、 地面辐射 ，遇到大气中的空气分子、尘埃、水滴等 太阳辐射通过大气时， 太阳辐射通过大气时 随纬度增高而减小， 道，随纬度增高而减小，到极点达最小 云天状况、海拔高度等因素有关。 云天状况、海拔高度等因素有关。 (2)大气辐射 质点，这些质点内部的电子在电磁波的作用下，发生振动，因 质点大气辐射 ，这些质点内部的电子在电磁波的作用下，发生振动， 3）极圈内有极昼极夜现象 ） （3)总辐射 :影响直接辐射和散射辐射的因素， 总辐射 影响直接辐射和散射辐射的因素， (3)大气的保温效应 大气的保温效应 而向四面八方发射同样波长的电磁波，称为散射。 而向四面八方发射同样波长的电磁波，称为散射。 也是影响 总辐射的因素。 总辐射的因素。 3)大气对太阳辐射的反射 （3)大气对太阳辐射的反射 大气中的云层和颗粒较大的尘埃、水滴等气溶胶粒子， 大气中的云层和颗粒较大的尘埃、水滴等气溶胶粒子，能将太 地面对太阳辐射的反射: （4)地面对太阳辐射的反射 到达地面的总辐射只有 地面对太阳辐射的反射
• 空气内能变化有二种情况： • 大气中的非绝热过程 : • 大气中的绝热过程 :
非绝热过程
• 空气与外界互相交换热量，引起气 温变化，其方式有： • 传导（依靠分子的热运动，将热量 从一个分子传递给另一个分子） • 辐射 • 对流（地表性质差异，受热不均等 所引起的空气大规模有规则的升降 运动） • 乱流（小规模不规则的涡旋运动， 又称湍流）以及水相变化（水分相 变）。
波长范围
作用特点
紫外线
吸收强烈， 吸收强烈，有选 择性，大部分可 择性，
红外线 各种波长同 云层、 云层、尘埃 样被反射 空气分子、 空气分子、 微小尘埃 蓝色光最 易被散射 射光呈白色 向四面八方散 射 ，有选择性 见光可穿透 无选择性， 无选择性，反
（三)地面有效辐射和辐射平衡
• 1、地面有效辐射 ————图3.4 大气系统能量转换过程示图 、 图 地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，称地面有效辐射。其表达式为： F0 = Eg - δEA (1)地面净辐射 地面净辐射 在一定时期内，地面吸收太阳总辐射与地面有效辐射之差值，称地面辐射 差额，又称地面净辐射或地面辐射平衡。其表达式为 Rg = (S + D)(1 - r) – F0 (2)地气系统净辐射 地气系统净辐射 把地面和对流层大气视为—个统一体，称地气系统。其在一定时间内辐射 能收人与支出的差，称地气系统净辐射。其表达式为 RS = (S + D)(1 - r) + qa – F∞(3.5) • 2、地面热量平衡 、 (1)地面热量平衡及其方程式 地面热量平衡及其方程式 地面净辐射与其转换成其他形式的热量收入与支出的守恒，称地面热量平 衡。其表达式为： Rg + LE + P + A = 0 (2)地球能量平衡模式 ————图3.3 地球能量平衡模式 地球能量平衡模式
（二）大气的能量传输
• • • • 1、大气上界的太阳辐射 太阳高度与辐射强度的关系) （1）太阳高度的影响 (图3.2 太阳高度与辐射强度的关系 ） 图 2、太阳辐射在大气中的减弱过程 （2）日地距离的影响 ） 1)大气对太阳辐射的吸收 （1)大气对太阳辐射的吸收 ————表 表 （3）可照时数的影响 ） 大气中能吸收太阳辐射的物质主要有臭氧、 大气中能吸收太阳辐射的物质主要有臭氧、氧、水汽、二氧化 3、到达地面的太阳辐射水汽、 天文辐射及分布特点 (图) 雨滴及气溶胶粒子等， 碳、云、雨滴及气溶胶粒子等，它们对太阳辐射的吸收具有选 （1)直接辐射 :水平面上的直接辐射强弱按朗伯定律和质 直接辐射 择性。 太阳辐射量的大小因纬度、 1） 择性。）太阳辐射量的大小因纬度、时间变化 4、地面辐射和大气辐射 量削减规律而变化。即受太阳高度和大气透明度的影响。 量削减规律而变化。即受太阳高度和大气透明度的影响。
自中间层顶向上至800km高空，为暖层。 高空，为暖层。 自中间层顶向上至 高空 800km以上，是大气的最外层。 以上， 以上 是大气的最外层。 这里空气密度很小，只含大气总质量的0.5％ 这里空气密度很小，只含大气总质量的 ％ 这里空气极其稀薄，气温很高，而且随高度而升高。 这里空气极其稀薄，气温很高，而且随高度而升高。
阳辐射一部分反射回宇宙空间，其中， ，称地面反射辐射。 阳辐射一部分反射回宇宙空间，其中，云的反射作用最为显著 一部分被地面吸收，另一部分被地面反射， 一部分被地面吸收，另一部分被地面反射 称地面反射辐射。
（图表） 图表）
作 用 形 式 吸 收 反 射 散 射
参与作用 的大气成 分
臭氧（平流层） 臭氧（平流层） 水汽、 水汽、二氧化 对流层） 碳（对流层）
• 在干绝热过程中，气块对外作功所消耗的能量 ，等于气块内能减少量，也就等于温度的变化 量。 • T/T0=（P/P0）0.286 • 此式称为干绝热方程，又称泊松(poisson)方程 。
湿绝热过程
• 饱和湿空气作垂直运动时的绝热变 化过程，称湿绝热过程。
• 绝热直减率：气块绝热上升单位距离时的温度 绝热直减率： 降低值，称绝热垂直减温率，简称绝热直减率 • 干绝热直减率：干空气或未饱和的湿空气，绝 干绝热直减率： 热上升单位距离时的温度降低值，称干绝热直 减率，用rd表示
太阳的短波辐射
地-气系统的能量平衡 气系统的能量平衡
图3.3 地球能量平衡模式
图3.4 大气系统能量转换过程示图
第二节 气候形成的影响因素
• （一）下垫面因素 • （二）热力因素
（一）下垫面因素
• 1、水陆热力性质的差异 （1）吸收太阳辐射的能力不同 ） ————海陆风 海陆风 （2）透射太阳辐射不同 ） • 2、）传递能量的方式不同 地形 （3） 热容量)不同 （4）比热 热容量 不同 影响气候的地形 ）比热(热容量 陆地上地面起伏不平， 陆地上地面起伏不平， ————山谷风 山谷风 （5）水分蒸发耗热状况不同 ） 因素有海拔、山脉走向、长度、坡向、 因素有海拔、山脉走向、长度、坡向、 • 3、青藏高原对气候的影响 坡度、地表形态、组成物质等。 坡度、地表形态、组成物质等。 (1)青藏高原的冷热源作用 ———高原季风 青藏高原的冷热源作用 高原季风
大气的垂直分层
电离层能反射 无线电波， 无线电波，对 无线电通讯有 重要作用
上冷下热 高空对流
气温初稳后升热 只因层中臭氧多 水平流动天气好 高空飞行很适合 对流旺盛近地面， 对流旺盛近地面， 纬度不同厚度变； 纬度不同厚度变； 高度增来温度减， 高度增来温度减， 只因热源是地面； 只因热源是地面； 天气复杂且多变， 天气复杂且多变， 风云雨雪
(2)青藏高原的动力作用 青藏高原的动力作用
海陆风
————图 图
• 概念：海陆风是指发生在沿海地区的，白天吹海风， 概念：海陆风是指发生在沿海地区的，白天吹海风， 夜间吹陆风，以一日为周期的周期性风系。 夜间吹陆风，以一日为周期的周期性风系。 • 成因：它也是由于海陆的热力性质的差异引起的，但 成因：它也是由于海陆的热力性质的差异引起的， 影响的范围仅限于沿海地区。在沿海地区，白天，陆 影响的范围仅限于沿海地区。在沿海地区，白天， 地增温快，路面气温高于海面， 地增温快，路面气温高于海面，近地面空气上升形成 低气压，气流从海洋流向陆地，形成海风； 低气压，气流从海洋流向陆地，形成海风；夜间相反 陆地降温快，路面气温低于海面，空气下沉， ，陆地降温快，路面气温低于海面，空气下沉，形成 高压。近地面风由陆地吹向海洋，形成陆风。 高压。近地面风由陆地吹向海洋，形成陆风。 • 影响：白天，海风携带着海洋水汽输向大陆沿岸，是 影响：白天，海风携带着海洋水汽输向大陆沿岸， 沿海地区多雾多低云，降水量增多， 沿海地区多雾多低云，降水量增多，同时还调节了沿 海地区的温度，使夏季不至于过于炎热， 海地区的温度，使夏季不至于过于炎热，冬季不过于 寒冷。 寒冷。
高原季风
————图 图
• 概念：高耸挺拔的大高原，由于它 与周围自由大气的热力差异所形成 的冬夏相反的盛行风系，成为高原 季风。 • 成因：冬季高原面上出现冷高压， 气流从高原向四周流动；夏季高原 面上出现热气压，气流从四周流向 高原。
海陆风
山谷风
高原季风
（二）热力因素
• 空气增热时，分子运动加剧，内能增加，温度 升高；空气冷却时，分子运动速度减慢，内能 减少，温度下降。因此，空气内能的变化是引 起气温变化的根本原因。
山谷风
————图 图
• 概念：在山区，白天从谷底吹向山坡 、夜间从山坡吹向谷底，以一日为周 期的周期性风系，称为山谷风。 • 成因：白天，因为山坡上的空气比同 高度的自由大气增温强烈，辐合上升 ，空气从谷底沿坡向上爬升，形成谷 风；夜间由于山坡辐射冷却，冷空气 沿坡下滑，从山坡流入谷底，形成山 风。
第五章 气候
第五章 气候
• 第一节 概述 • 第二节 气候形成的影响因素 • 第三节 气候分类
第一节 概述
• （一）大气的组成、结构 大气的组成、 • （二）大气的能量传输 • （三） 地面有效辐射和辐射平衡
（一）大气的组成、结构 大气的组成、
• 1、大气的组成 、
（1）干洁空气 ）干洁空气————表3.1 干洁空气的成分 表 （2）水汽 ） （3）杂质 ） • 2、大气的结构————图 2、 图 （1）对流层 ） （2）平流层 ） 对流层是大气圈的最底层，自地面到8～ 对流层是大气圈的最底层，自地面到 ～18km。 。 主要特点：气温随高度的升高而降低，平均海拔上升100m， 主要特点：气温随高度的升高而降低，平均海拔上升 ， 自对流层顶向上至50～ 高度为平流层。 自对流层顶向上至 ～55km高度为平流层。 高度为平流层 （3）中间层 ） 气温下降约0．65℃； 气温下降约 ． ℃ 自平流层顶向上至80～ 高度， 自平流层顶向上至 ～85km高度，为中间层。这里气温随 高度 为中间层。 （4）暖层 ） 平流层下部气温随高度不变或略微上升， 平流层下部气温随高度不变或略微上升，故又称同温 具有剧烈的对流运动，促进云、雨的生成； 具有剧烈的对流运动，促进云、雨的生成； 高度升高而迅速下降，至顶可降到-83～ 高度升高而迅速下降，至顶可降到 ～-113℃。 ℃ 25～ 以上， 层 5）外层 以上 气温很快升高，为逆温层。 （；）～36km以上，气温很快升高，为逆温层。 受地表影响大，气象要素水平分布不均匀。 受地表影响大，气象要素水平分布不均匀。
绝热过程
• 气块与外界无热量交换的情况下，由于外界压 力变化，使气块胀缩作功，引起内部能量转换 所产生的温度变化，称气温的绝热变化。这种 状态变化过程，称绝热过程。
• 干绝热过程 • 湿绝热过程
干绝热过程
• 干空气或未饱和的湿空气块，进行 垂直运动时，与外界没有热量交换 ，只因体积膨胀(或收缩)作功引起内 能增减和温度变化过程，称为干绝 热过程。
• (1)大气静力稳定度 大气静力稳定度 • (2)焚风 焚风
(1)大气静力稳定度 大气静力稳定度
1)大气温度层结有使在其中作垂直运动的气块返回 起始位置的，称大气稳定； 2)大气温度层结有使在其中作垂直运动的气块远离 起始位置的，称大气不稳定； 3)大气温度层结有使在其中作垂直运动的气块随移 而安的，称大气为中性。 • 当r>rd时，大气层结无论对干绝热过程或湿绝热过 程都是不稳定的，故称绝对不稳定； • 当r<rm，时，大气层结无论对干绝热过程或湿绝热 过程都是稳定的，故称绝对稳定； • 当rm<r<rd时，大气层结对湿绝热过程来说是不稳定 的，对干绝热过程来说是稳定的，故称条件性不稳定