基本气象理论_01详解

（二）.气温的增热和冷却 气温的变化实质上是空气内能的变化的反映 1. 气温的非绝热变化 空气块与外界交换热量而产生的温度变化方式有辐射、传导、对 流、乱流、水相变化[蒸发（升华）和凝结（凝华）]等。 空气与地面之间交换热量，最主要是长波辐射； Every physical process of weather 气层之间交换热量，主要依靠对流和乱流。 is accompanied by 2. 气温的绝热变化 a heat exchange. 空气块由于自身内能增减而产生的温度变化：
Hgh
1mmHg ≈ 1.333hPa 1hPa ≈ 0.75mmHg * Pascal(1623-1662) 法国数学家、物理学家、哲学家
1643
Torricelli (1608-1647)
第一章 基本气象理论
（二）气压随高度的变化
航 空 气 象
气压总是随高度递减的,但递减的快慢程度却不一样。低层 较快，高层较慢。 在近地面层中，高度每升高100米，气压约降 低9.5mmHg。 1. 大气静力学基本方程 大气静力学基本方程（简称静力方程）表示的是：大气在 垂直方向上所受的作用力达到平衡时，气压随高度变化的定量 关系，即
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
• • • 气 象 要 素 的 水 平 分 布 不 均 匀 。 空 气 具 有 强 烈 的 对 流 运 动
( 垂 直 混 合 )
对流层集中了约75%的大气质量 和90%以上的水汽。
对 大 气 温 度 变 化 的 影 响 最 大 。
水 汽 和 二 氧 化 碳
在 对 流 层 中 ，
4
3
2
1
大气垂直分层示意图
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
80 90km
ATMOSPHERIC LEVELS
大
50 60km 对流层顶 7 10km 17 20km
Tropopause
气 的 分 层
Troposphere Stratosphere Mesosphere Thermosphere
相变
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
·氩
其他气体 1%
·二氧化碳 ·氖 ·氦
氧气 21%
氮气 78%
干 洁 空 1 气 2 3 的 成 分
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
水汽相变与循环
冻 结 水 滴 凝 结 雨 融 化
* * * * * 凝
华
* 冰*晶 * *
*
雾
凝 结 蒸 发
海面
蒸 发
* * *雪 * * * * *
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
Z 天
已知某地的地面气温为T0(°C)， 可大致推算该地Z(m) 高度上的气温 TZ(°C) :
TZ
TZ = T0 －γ Z
在对流层中，平均取γ=0.65 °C/100m，则 Z
TZ = T0 – 0.65×
或
Z
100
北Y
TZ = T0 – 0. 0065×Z
T0
2. 状态方程 用以描述理想气体状态的三个参量-压力、温度、体积 （或密度）之间的关系式： P = ρRT R为比气体常数，因气体不同而异。干空气的R为287焦耳/千克•度(开)。 适用于通常大气温度和压强下的干空气和未饱和湿空气。
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
第二节 基本气象要素
表示大气状态的物理量和物理现象通称为气象要素。气温、气压、湿度、
基本气象原理；
各种类型天气的发展过程及其预测；
对飞行有严重影响的天气现象及如何避免
它们的影响。
第 一 章
一 大 气
二 基本气象要素
基 本 气 象 理 论
三 大气的运动
航 空 气 象
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
地球周围包围着一层深厚的空气圈，称为地球大气，简称大 气(atmosphere)。 大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各 样的天气(weather)现象。大气的状态用气温、气压、湿度、风、 云、降水、能见度等基本气象要素(meteorological element)表示。
第一章 基本气象理论
二、 气压(air pressure) （一）气压的概念及其单位
航 空 气 象
由地球周围大气的重量而产生的压强，简称气压。在 静止大气中任一高度上的气压值，等于其单位面积上垂直 空气柱的重量。 气压的单位为帕斯卡*，简称帕（Pa）。气象部门以百 帕（hPa）为单位,亦用毫巴（mb）表示。 一百帕=1000达因/厘米2=100牛顿/米2 气压的另一个单位为毫米水银柱高（mmHg）。 两种气压单位的换算关系为
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
引起空气温度变化的绝热因素和非绝热因素常常是同时存在 的,但因条件不同而有主次之分,当气块作水平运动或静止不动时, 非绝热变化是主要的,当气块作垂直运动时,绝热变化是主要的。
a. 干空气温度的绝热变化(无水相变化)
γd=1 º C/100 m
b. 湿空气温度的绝热变化(有水相变化) γm=0.4 - 0.7 º C/100 m
随着航空事业的发展，飞机性能的提高，大型飞机的增多，气象 对飞行的影响不但依然存在，而且对航空气象保障提出了更高的要求。
目前，飞行活动与气象条件之间的关系，正在从气象条件 决定能否飞行，变为在复杂气象条件下如何飞行的问题。
航 空 气 象
概
述
本教程是根据飞行员培训大纲要求，参考多种相关
教材编写而成的。主要介绍如下内容
臭氧 强烈吸收太阳紫外线辐射而使臭氧层增温，改变大气温度的垂
直分布，同时也使地球生物免受了过多紫外线的照射。
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
对天气影响较大的大气成分：
• 水汽
相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等天气现象；相变过程中放出或 吸收热量，影响地面和空气的温度。在大气中运动的水汽，通过状态变化传 输热量，而热量的传递又是大气中的一个重要物理过程，与气温及天气变化 关系密切。
凝 华 陆 地 霜
升 华
蒸 发
凝 结 露
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
对天气影响较大的大气成分：
• 干洁空气 各种成分的气体（除臭氧外） 不能直接吸收太阳辐射，大量的太阳 辐射可穿过大气层到达地面，使地面增温。 二氧化碳 吸收地面受热后放出的长波辐射，而使热量不能大量向外 层空间散发，对地球具有“温室效应”的作用。
• 大气杂质
在一定的天气条件下，大气杂质常聚集在一起，形成云、雾、雨、雪、 风沙等天气现象，使大气透明度变差，并能吸收、散射和反射地面和太阳辐 射，影响大气温度。此外，固体杂质还可充当水汽的凝结核，在云、雾、降 水等的形成过程中起着重要的作用。
5
二、 大气的结构
大气表现为一定的层状结构。 主要根据垂直方向上大气温度 分布的特点，将大气由下至上分为 对流层、平流层（同温层）、中间 层、暖层（电离层）和散逸层等五 个层次。 The gaseous mass or envelope surrounding a celestial body, especially the one surrounding Earth, and retained by the celestial body's gravitational field. 大气层指环绕天体的气团或气层， 尤指环绕地球的气团，被天体重力 场所束缚
等物理量和风、云、降水、能见度等天气现象都是气象要素。
气温、气压、湿度是三大基本气象要素。
一、 气温(air temperature) （一）气温的概念
气温是表示空气冷暖程度的物理量，它实质上是空气分子平均动能
（内能）大小的宏观表现。 气温通常用三种温标来量度。
常用温标
Temperature Scales
；
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
气温垂直递减率
(Lapse Rate of Air Temperature)
气温垂直递减率 每上升单位高度时的气温降低值，用γ表示。
γ= - ΔT/ΔZ
气温随高度增高而降低 气温随高度增高而升高 气温随高度不变
逆温层(inversion)
等温层(isothermal)
dP = -ρgdz
2. 压高公式及其应用 压高公式 较好地解决了压力和高度间的定量关系，应 用它可进行标准大气条件下气压与高度间的换算，并根据 这些数据制作飞机上的气压高度表。
z2 -z1= 18400(1+αt)lg(P1/P2)
α=1/273
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
为什么气压总 是随高度而降低？ 在大气处于静 止状态时，某一高 度上的气压值等于 其单位水平面积上 所承受的上部大气 柱的重量。随着高 度增加，其上部大 气柱越来越短，且 气柱中空气密度越 来越小。
航 航空 空气 气象 象学 学
METEOROL幻 气象万千 气象万千 趋利避害 趋利避害 安全飞行 安全飞行
水可载舟，亦可复舟。
航 空 气 象
大气对飞行活动的影响:
1. 基本气象要素变化对飞行的影响:
2. 空气运动对飞行的影响:
3. 天气现象对飞行的影响.
ºC 100
100等份
ºF 212
180等份
K 373.16
沸 点
一 个 大 气 压 下 的 水
冰 点
0
32
273.16
冰、水和水汽 平衡共存
-273.16
0
分子热运动
的动能为零
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
C=5/9x(F-32) F=9/5xC+32 K=C+273.16
1. 摄氏 ( Celsius )温标（° C） 2. 华氏 (Fahrenheit)温标（° F） 3. 开氏 ( Kelvin )温标（ K）
对流层上界 高度随纬度 的变化 纬度 0-30°： 17～18km; 纬度 30-60°： 10～12km;
纬度 60°以 上
8～9km
低 纬 厚 于 高 纬 夏 季 厚 于 冬 季
厚 度 随 纬 度 和 季 节 而 变
气 温 随 高 度 的 增 高 而 降 低 ；
对 流 层 的 三 个 主 要 特 点 ：
近地面层中,
-9.5mmHg/100m
气 压 随 高 度 的 变 化
第一章 基本气象理论
（三）常用的几种气压值
航 空 气 象
1. 本站气压(station pressure) 本站气压是指气象台气压表所在高度上的气压。它也是推算其 它各种气压值的基础。每小时测定一次。
2. (修正)海平面气压(sea-level pressure) 海平面气压是指把本站 （海拔1500m以下）气压推算到同一地点海平面处的气压。用于绘制地 面天气图。 3. 标准海平面气压(standard atmospheric pressure) 标准海平面气压是指标准状态下的海平面气压，为一固定数值： 760mmHg或1013.25百帕。亦用于飞机在航线上的飞行。 4. 场面气压(aerodrome pressure) 场面气压一般是指离跑道面三米高处的气压。《国际民用航空 公约》附件三中，建议用着陆跑道入口端处的气压，通常可用机场
东X
第一章 基本气象理论
三、 大气的基本性状
航 空 气 象
1. 大气的基本物理性质 ·连续性 – 宏观上把流体视为连续介质，大气亦然； ·流动性 – 大气流动形成风； ·压缩性 – 流体皆可压缩，气体压缩性 大于液体；气流速度很小时， 其压缩性不甚显著；大范围空气近似地当作不可压缩流体； ·粘 性 – 两层流体相对运动，其间有力相互牵制。相对速度很小时， 粘性对流体的运动不起主导作用。
对流层 平流层 中间层
散逸层
暖 层
Exosphere
第一章 基本气象理论
航 空 气 象
对流层(troposphere)大气热量的直接来源主要是空气吸收地面发出 的长波辐射，靠近地面的空气受热后热量再向高处传递。 平流层(stratosphere)大气热量主要来自臭氧对太阳紫外线的吸收。
航 空 活 动 主 要 在 对 流 层 和 平 流 层 中 进 行
一团空气绝热上升，体积膨胀，其一部分内能反抗外界压力而作功，温 度下降；反之，外力作功，转变为空气的内能，温度升高。
第一章 基本气象理论
空气块膨胀， 空气块对外界 做功消耗内能， 其温度降低。
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温 度 的 变 化
空气块被压缩， 外界对空气块 做功转化为内 能，其温度升 高。
气 块 作 干 绝 热 运 动 时
第一节 大气
一、 大气的成分
1. 干洁空气 无水汽、无杂质的混合气体, 氮(78%)、氧(21%)、氩、 二氧化碳、臭氧占干空气总体积含量的99.97%；
气态
2. 水汽 大气中唯一能发生相变的成分,来源于地面。含量不多,按
固态
液态
容积计算,只占0-5%. 但作用重要； 3. 气溶胶粒子 (大气杂质) 水汽凝结物水滴和冰晶，悬浮的固体 烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电离子等。