大气物理学主要知识点
大气物理
第二章云雾降水形成的物理基础1云雾形成的一般宏微观机制1.1 云雾的组成云雾：三相水与空气的整体云是由水滴、冰晶、水汽和空气共同构成的统一体。
水汽（先决条件）—云雾滴（维持的保证）空气（存在环境）水的密度：1；冰的密度：9/10；空气密度：1/800下落—空气阻曳力-> 飘浮组成云体的单个云滴或冰晶通过凝结等过程产生，通过蒸发或降水等过程而消失，存在时间很短。
云体或云系的持续存在是由新的云粒子的不断生成维持的。
这一过程向着新粒子生成的区域传播，就是说新粒子生成的方向不一定沿着风向。
单个云滴、冰晶或降水粒子运动速度是由环境空气流速和其自身的下落速度相加而得到的速度和决定的。
1.2 未饱和湿空气达到饱和的主要途径—相对湿度变化方程1.2.1复习：Clausius-Clapeyron方程盛裴轩等编著，2003：《大气物理学》，北京大学出版社，p127周文贤、章澄昌译，1983：《云物理简明教程》，气象出版社，P14沈春康编著，1983：《大气热力学》，气象出版社，p111 相对湿度f >100%→凝结、凝华→水滴、冰晶。
1.2.2 相对湿度变化方程：/f e E=取对数微分：ln ln ln f e E=-df de dE feE=-平水面饱和水汽压与温度的关系，可以用Clausius-Clapeyron 方程表示（王李1.7式；Rogers&Y au 2.10式）：2v v L E dE dTR T=或2v v L dT dE ER T=其中，E 为饱和水汽压，T 为绝对温度，L v 为水汽相变潜热（0℃：2.50×106 J/Kg ），R v 为水汽比气体常数，其值为461.5 J/Kg.K 。
可得：2v v L dT df de f e R T=-可见，增大相对温度有两个途径：增加水汽（de>0）和降温（dT<0）。
一般说来，大气中形成自然云雾，主要通过空气上升运动绝热膨胀降温，另外夜间辐射冷却也可形成局地云雾，当然局地增加水汽含量的作用也不能忽略，尤其是维持某地区上空的连续降水，必须有水汽汇流不断输入补充。
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。
《大气物理与大气探测学》知识点
《大气物理与大气探测学》知识点《大气物理与大气探测学》知识点熟悉大气物理与大气探测学研究的内容，也要明白大气物理与大气探测的区别。
大气物理学是研究大气的物理现象（声光电等）、物理过程及其演变规律的学科，是大气科学的一个分支。
大气探测学是大气科学的另一个基础性学科分支，主要研究大气状态和过程的信息探测技术、观测方法和信息处理技术。
探测的对象包括地面和高空的大气状态和过程参数。
2.基本名词的理解，从大气科学的角度解释，温室效应，温室气体，阳伞效应，ENSO，酸雨，大气污染，雾，露点（霜点），沙尘暴，极光，臭氧空洞，湖陆风（焚风），城市热岛，大气中的光现象解释（如海市蜃楼，虹，天空蓝色，海洋蓝色等），平流层急剧增温（SSW）1）温室效应：太阳（短波）辐射通过大气层到达地面并被其吸收，地面（长波）辐射则几乎全部被大气所吸收，大气向外太空和地面发出长波辐射，后者称为大气逆辐射，使地面升温。
2）温室气体：指二氧化碳、甲烷、一氧化二氮及水汽等。
其中CO2是最主要的温室气体，主要来自火山喷发、有机物的燃烧、腐烂及动植物的呼吸等。
3）阳伞效应：由于排入空气的烟尘不断增加，使到悬浮在大气中的气溶胶颗粒就象地球的遮阳伞一样，反射和吸收太阳辐射，引起地面降温。
4）ENSO：ENSO循环：ENSO(ElNiño-Soullation)circulation赤道太平洋海面水温的变化与全球大气环流尤其是热带大气环流紧密相关。
其中最直接的联系就是日界线以东的东南太平洋与日界线以西的西太平洋—印度洋之间海平面气压的反相关关系，即南方涛动现象（SO）。
在拉尼娜期间，东南太平洋气压明显升高，印度尼西亚和澳大利亚的气压减弱。
厄尔尼诺期间的情况正好相反。
鉴于厄尔尼诺与南方涛动之间的密切关系，气象上把两者合称为ENSO （音“恩索”）。
这种全球尺度的气候振荡被称为ENSO循环。
厄尔尼诺和拉尼娜则是ENSO循环过程中冷暖两种不同位相的异常状态。
气象物理知识点总结
气象物理知识点总结1. 大气结构和成分地球大气主要分为四层：对流层、平流层、中间层和外层。
对流层是地球大气最底层，它的高度约为0-10公里，这一层大气的物理性质和气象现象最为活跃。
平流层位于对流层之上，高度约为10-50公里，中间层和外层则分别位于平流层之上，其高度和物理性质有着显著的不同。
地球大气主要成分包括氮气、氧气、水蒸气、稀有气体、臭氧等，这些气体对于大气的物理性质和气象现象都有着重要的影响。
2. 大气压力和温度大气压力是指大气对地球表面或物体单位面积所施加的压力，它随着海拔的增加而逐渐减小。
气温是指大气中分子的热运动程度，气温的变化对于天气的形成和气象现象的发生都具有重要的影响。
大气的温度和压力分布有着明显的规律性，了解这些规律对于天气预测和气候研究都具有重要的意义。
3. 气象现象和天气预测气象现象是指大气中各种物理现象和过程，如气压变化、温度变化、湿度变化、降水、云层等。
天气预测是指根据气象现象和规律，对未来天气情况进行预测。
传统的天气预测主要依靠气象观测和经验判断，随着气象卫星、雷达等现代技术的发展，天气预测的准确性得到了显著提高。
4. 气候变化和全球变暖气候是指长时间范围内的天气状况，包括温度、湿度、降水、风向等气象要素。
气候变化是指气候长期平均状态和分布发生的变化，全球变暖是指地球表面温度不断升高的现象。
气候变化和全球变暖对于人类社会和自然生态系统都具有重大影响，因此对其进行深入研究具有重要的意义。
5. 天气系统和气象灾害大气环流系统是地球大气中一系列有规律的空气运动，它是天气形成和分布的重要原因。
气象灾害是指由气象现象和天气系统引起的对人类生产生活和生态环境造成危害的自然灾害。
了解天气系统和气象灾害的形成和规律性，对于预防和减轻气象灾害的影响具有重要的意义。
总结：气象物理学作为研究地球大气的一门科学，对于我们了解气象现象、预测天气、研究气候变化等方面都具有重要的意义。
通过学习气象物理学的相关知识，我们可以更好地了解地球大气的物理性质和规律，为我们的生产生活和自然环境的保护提供重要的科学依据。
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》学习资料：大气热力学基础
修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向
于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热就会以下面所说的方式
流动：热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止
。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出了对任意循环过程都都
适用的一个公式 ：dS=（dQ/T）。
对于绝热过程Q＝0，故S≥0，即系统的熵在可逆绝热过程中不变，在
17
克劳修斯主要科学贡献
在《论热的运动力……》一文中，克劳修斯首次提出了热 力学第二定律的定义：“热量不能自动地从低温物体传向 高温物体。”
推导了克劳修斯方程—关于气体的压强、体积、温度 和 气体普适常数之间的关系，修正了原来的范德瓦尔斯方程 。
1854年，最先提出了熵的概念,进一步发展了热力学理论 提出了气体分子绕本身转动的假说 推导出了气体分子平均自由程公式，找出了分子平均自由
。
1948年，香农在Bell System Technical Journal上发表了《通信的数
学原理》（A Mathematical Theory of Communication）一文，将21熵的 概念引入信息论中。
熵在热力学中是表征物质状态的参量之一，通常用符号 S表示。在经典热力学中，可用增量定义为dS＝(dQ/T) ，式中T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物 质的热量。下标“可逆”表示加热过程所引起的变化过 程是可逆的。若过程是不可逆的，则dS＞(dQ/T)不可 逆。从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度 的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。热力学过程 不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无 序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。
Q
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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。
感谢观看
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。
大气的物理性质
水汽能够凝结成云雾滴或雨雪等降水形式，影响天气和气候变化。
气溶胶
气溶胶是指大气中悬浮的固 态或液态颗粒物，其粒径一 般在0.1-10微米之间。
气溶胶的来源多样，包括自 然源和人为源。自然源如火 山喷发、沙尘暴等，人为源 如工业排放、汽车尾气等。
时间变化
气温的时间变化主要受季节、昼夜和天气系统的影响。一般来说，白天太阳辐 射强，气温较高；夜晚没有太阳辐射，气温较低。此外，不同的季节和天气系 统也会导致气温的变化。
气温的观测和资料分析
气温的观测
气温的观测通常通过温度传感器在地面或高空气象观测站进行。传感器将温度转换为电信号，然后传输到计算机 进行记录和处理。
资料分析
气温资料的分析包括对单站观测数据的统计分析和多站数据的空间分析。统计分析可以帮助我们了解气温的平均 值、极值、频率等特征；空间分析则可以帮助我们了解气温的空间分布和变化趋势。这些分析结果可以为气象预 报、气候变化研究等提供重要依据。
03
大气的压力
大气压力的概念和表示
概念
大气压力是指地球大气层对地球表面 产生的压力。
资料分析
通过对大气压力的观测资料进行分析，可以了解天气系统的演变、气候变化等。
04
大气的湿度
绝对湿度和相对湿度
绝对湿度
指一定体积空气中水蒸气的质量，单位 是克/立方米。
VS
相对湿度
指空气中的水蒸气分压力与相同温度下饱 和水蒸气分压力的比值，表示空气接近饱 和的程度。
露点温度和湿空气温度
露点温度
气溶胶对大气能见度、气候 变化和空气质量具有重要影 响。气溶胶能够吸收和散射 太阳辐射，影响地球表面温 度和气候变化；同时气溶胶 能够携带水汽和污染物，影 响云的形成和降水过程。
大气物理学复习资料
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。
大气物理学：第二章+大气压力
一、 大气静力学方程(2)
在静止大气中取厚度 为dz的单位截面积空 气柱
上下表面所受气压合力
p ( p p dz) p dz
z
z
一、 大气静力学方程(3)
重力
第二章 大气压力
气压是如何产生的？它在垂直方向应该是如何分布的 呢？ 大气空气分子不断地做无规则的热运动，不断地与 物体表面相碰撞，宏观上，物体表面就受到一个持续 的、恒定的压力。这与液体压强类似，
液体压强 P上
h
h
P下
液体压强 P上
h
P下 g h
单位面积内物体表面直 至液面整个液柱的重量
h P上 g h g h
Δh内液压的变化值
P下
P总 P下 P上
第二章 大气压力
物体表面单位面积所受的大气分子的压力称为大气压 强或气压。其大小等于单位面积上直至大气上界整个 空气柱的重量。 本章研究静止或匀速垂直运动大气所受力的作用，以 及在力的作用下气压与温度、高度之间的定量关系， 即气压垂直分布的问题。
第二章 大气压力
P
P0
exp(
1 Rd
z g dz) 0 Tv
3、将单位质量的物体通过任意路径从海平面上升到某一
高度克服重力所做的功称为重力位势，
z
g dz （J/kg） 0
Z
g
' 0
（ gpm）
本章小结（3）
将位势高度代替几何高度，则压高公式简化成：
P2
P1exp
g
' 0
Rd
Z2 dZ
大气物理学
大气物理学
1）大气的重要物理参数：
大气密度——指单位体积内的空气质量 、
（kg/m3）
大气温度——是指大气层内空气的冷热程度
大气压力——是指大气层内空气的压强，即单位体积上承受的空气的垂直作用力。（Pa）
粘性——是流体的固有属性。两相临流层的流速不同时，两流层面上产生相互粘带和相互牵扯的力，这种特性就是流体的粘性。
可压缩性——是指一定量的空气在压力或温度变化时，其体积和密度发生变化的特性。
湿度——通常用相对湿度来表示，是指大气中所含水蒸气的量与同温度下大气能含有的水蒸气最大量之比。
音速——是指小扰动在介质中的传播速度。（m/s）
2）大气层的构造
对流层、平流层、中间层、电离℃760mmHg H=O m）
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
大气物理知识点
大气物理知识点一、知识概述《大气物理知识点》①基本定义：大气物理呢，就是研究大气的物理现象、物理过程还有它们的规律的一门学科。
就好比咱日常生活里看到的云的形成、风的吹拂、雨的降下之类的，背后都有大气物理的原理在起作用。
②重要程度：在气象学这个大的学科范畴里，大气物理可算是根基性的部分。
要是不了解大气物理，就很难明白天气变化到底是咋回事，更别提高端的天气预报或者气候研究了。
③前置知识：你得先掌握一些基本的物理学知识，像热学知识（温度、热量传导啥的），力学知识（风不就是空气的流动，这里面就有力的作用）。
④应用价值：实际生活里无处不在啊。
航空航天的时候要考虑大气物理，不然飞机怎么飞、火箭怎么升空都难搞清楚；建筑的时候呢，也要看当地的大气物理情况，比如风力大小会影响建筑的结构强度设计。
二、知识体系①知识图谱：在大气科学这个学科里，大气物理就像骨架一样。
它跟大气化学、大气动力学等都有紧密联系。
就像人体里，骨架和其他器官协同工作一个样。
②关联知识：和气象学中的气候学关系密切，毕竟气候也是在大气环境下形成的。
还和地理学也有瓜葛，地形地貌会影响大气物理现象。
比如山脉会阻挡气流，导致山脉两边天气不一样。
③重难点分析：难点在于大气中的物理过程很复杂，很多过程是相互交织的。
像水汽的蒸发、凝结，牵扯到温度、气压等多种因素。
重点是掌握大气各个要素之间的相互关系。
④考点分析：在气象学相关考试里，是重中之重。
会通过选择题考查基础知识，像大气垂直分层里各层的特点；也会通过论述题考查像全球变暖这种大气物理相关的综合现象。
三、详细讲解【理论概念类】①概念辨析：大气的组成成分是个核心概念。
大气主要由氮气、氧气等干空气成分，以及水汽、尘埃杂质等组成。
这水汽可别小看，云、雨、雾都跟它有关系。
脑子得把它想成大气这个大舞台里非常活跃的一个演员。
②特征分析：大气具有可压缩性这个特点。
这意味着气压一变，它的密度就跟着变。
好比气球，你用力捏它（增加压力），它里面的气就更紧了（密度变大）。
大气物理学(复习版)
大气物理学（大三）第六章 大气热力学基础一、热力学基本规律1、空气状态的变化和大气中所进行的各种热力过程都遵循热力学的一般规律，所以热力学方法及结果被广泛地用来研究大气，称为大气热力学。
2、开放系和封闭系(1) 开放系：一个与外界交换质量的系统(2) 封闭系：和外界互不交换质量的系统(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。
3、准静态过程和准静力条件(1)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 系统内部压强p 全等于外界压强Pe4、气块（微团）模型气块（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、液态水或固态水。
气块（微团）模型就是从大气中取一体微小的空气块，作为对实际空气块的近似。
5、气象上常用的热力学第一定律形式【比定压热容cp 和比定容热容cv 的关系cp= cv+R ，（R 比气体常数）】6、热力学第二定律讨论的是过程的自然方向和热力平衡的简明判据，它是通过态函数来完成的。
7、理解熵、焓（从平衡态x0开始而终止于另一个平衡态x 的过程，将朝着使系统与外界的总熵增加的方向进行；等焓过程: 绝热和等压；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）8、大气能量的基本形式：（1）内能；（2）势能；（3）动能；（4）潜热能9、大气能量的组合形式（1）显热能：单位质量空气的显热能就是比焓。
（2）温湿能：单位质量空气的温湿能是显热能和潜热能之和。
（3）静力能: 对单位质量的干（湿）空气，干（湿）静力能：（4）全势能: 势能和内能之和称全势能10、大气总能量干空气的总能量: 湿空气的总能量: 二、大气中的干绝热过程1、系统（如一气块）与外界无热量交换（δQ=0)的过程，称为绝热过程。
286.0000)()(p p p p T T d ==κ（对未饱和湿空气κ= κd=R/Cp=0.286计算大气的干绝热过程） 例：如干空气的初态为p=1000hpa ,T0=300K ，当它绝热膨胀，气压分别降到900hpa 和800hpa 时温度分别为多少？2、干绝热减温率定义：未饱和湿空气块温度随高度的变化率的负值为干绝热减温率γv ，单位°/100mdp ρ1-dT c =αdp -dT c =δQ p p 2p k d V 21+gz +T c =E +Φ+U =E Lq +V 21+gz +T c =Lq +E +Φ+U =E 2p k m m C m k km K c g o pdd 100/1100/98.0/8.9≈===γ3、位温θ定义: 把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气压（常取1000hpa ）时应有的温度称位温。
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主要知识点•理想气体状态方程•绝热过程与位温•饱和水汽压、冰面饱和水汽压•饱和绝热与假绝热•抬升凝结高度、自由对流高度、浮力能量、对流凝结高度•均质核化、异质核化•曲率效应、溶质效应•临界过饱和度/临界半径•Kohler曲线、霾的形成•云滴碰并增长、末速度•冰云核化、贝吉隆Bergeron过程•气溶胶、凝结核、云凝结核•气溶胶分类、源、汇、寿命、分布•气溶胶吸湿参数•气溶胶对云和降水的影响•气溶胶直接效应、间接效应•短波辐射、长波辐射、温室效应与温室气体•大气吸收谱与大气窗区•云对地球辐射的影响•Chapman机制、催化损耗循环、南极臭氧损耗机制、北极何时出现臭氧洞•边界层、地表能量平衡、地表水平衡•静力稳定度、动力不稳定•边界层日变化•海陆风、山谷风、城市热岛效应•Rayleigh散射、米散射•对流层顶定义、对流层顶分布特征•热带对流层顶层第二讲大气科学研究手段•探测设备研制——研制少、技术落后、水平低•野外观测——试验少、国外仪器、手段单调（促进国外改进设备）•遥感反演（卫星、飞机、地基、移动）——国外观测、反演理论与方法少、验证工作多•资料同化（同化方案、资料库）——国外模式、理论研究多、无国产品•诊断分析——国外资料、国外卫星资料、国外模式资料、工作众多（促进国外完善资料）•数值模拟（模式研制、运行者）——国外模式、研制改进少、运行者众多（促进国外完善模式）关于探测的一些注意事项1.视事未必是事实2.精确测量未必就是测量精确大气物理学范畴•大气物理学寻求从物理原理来解释大气中发生的各种时间与空间尺度的现象。
大气物理学可以广泛地认为包括所有大气现象。
流体力学、热力学、电磁学•大气科学领域传统上把大气物理学与大尺度动力学（中尺度、天气尺度、行星尺度）以及大气化学区分开来。
•领域：大气辐射、气溶胶物理学、云物理学、大气电学、大气边界层物理学、小尺度大气动力学。
大气化学•目的（社会需求）：提高天气、气候预测水平。
大气物理学研究特点•实验科学，探测（实验）能力→研究水平•探测平台：地面观测、雷达；风筝、气球、平流层气球；飞机（无人机）、轮船、浮标、火箭、卫星•探测内容：常规要素（风温压湿、辐射）→湍流通量→云微物理量→大气成分•实验室实验：化学反应（截面、常数、速率）、微物理（云滴、起电）大气物理学主要挑战•领域：大气辐射、气溶胶物理学、云物理学、大气电学、大气边界层物理学、小尺度大气动力学。
•在每一个领域，我们对最基本问题所涉及的物理原理都有很好的认识。
•但是，单独认识这些物理原理并不能保证对所观测到的大气现象有充分的认识，这是因为这些现象本质上是很复杂的，是各种物理过程之间错综复杂的相互作用的结果。
另外，这些作用跨越很大的时间空间尺度，许多小尺度过程对大尺度过程有显著的群体效应（例如云滴的群体相互作用对云生命期的影响，云的演变对天气发展的影响，天气发展对气候的影响）。
几个重要概念•能量收支：温室气体、反照率（冰雪）、云、气溶胶•水循环：蒸发、降水、径流•碳氮循环：排放、光合、源汇•多尺度、相互作用、非线性、复杂•参数化•非均匀：植被、城市化、沙漠绿洲、水面•复杂地形：深大地形•边界：地表、边界层顶、对流层顶云的形成理想气体状态方程：✓是描述理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。
✓pV=mRT，R是摩尔气体常数，取决于所考虑的气体。
✓气体密度ρ=m/V，则p= ρRT✓阿伏伽德罗假设：含有相同分子数的气体在相同温度和压强下体积相同。
✓气体摩尔数n=m/M（分子量），普适气体常数R*=R/M，则pV=nR*T，R*=8.3145J K–1 mol–1。
绝热过程与位温：✓气体从原有的压强与温度出发，绝热膨胀或压缩到标准压强时(1000mb)的温度。
可用来比较不同气压下的气体热状态。
✓泊松方程θ=T(p0/p)R/cp，c p是气体定压比热，对于干空气而言，R/c p≈0.286。
✓干绝热温度递减率：–(dT/dz)=g/c p=Γd，9.8 C/km。
饱和水汽压：✓一个密封的盒子装有温度为T（假设维持不变）的纯水。
假设初始盒子中空气完全是干燥的，水将开始蒸发。
在蒸发过程中，盒子中的水分子数增加，从而导致水汽压增加。
当水汽压不断增加时，水汽分子返回液态水面的速率也会增加。
如果，返回速率低于蒸发速率，则盒子中的空气是未饱和的。
当盒子中的水汽压增加到一定程度，返回率等于蒸发率，则盒子中的空气相对于温度为T的纯水面是饱和的。
此时水汽压强e s称为温度T时纯水面上的饱和水汽压。
饱和水汽压公式：✓水汽压随温度非线性变化，满足克劳修斯-克拉伯龙（Clausius-Clapeyron）关系。
✓✓饱和水汽压、蒸发比潜热、水汽气体常数✓August-Roche-Magnus近似表达式：✓T摄氏度冰面饱和水汽压：✓如果把水换成温度为T的冰面，当返回率等于蒸发率时的水汽压e si称为温度为T时的冰面饱和水汽压。
✓e si与e si是温度T的函数，也受液（或冰）面形状影响。
✓在任何温度下，冰的蒸发率都小于水的蒸发率，因此e s(T)>e si(T)。
✓随着温度增加，水分子脱离水面或冰面的速率增加，因此，es与esi都随温度增加。
es—esi的大小在—12 C左右达到最大。
✓所以，如果冰晶粒子处于水面饱和空气，水汽分子将沉积在冰晶粒子上，从而会增长。
湿度表达方式✓比湿：单位质量空气（干空气+水汽）中水汽质量mv所占的比例，称作比湿q ✓相对湿度（液面），空气相对湿度定义为空气中水汽分压与空气温度饱和水汽压（液面）之比，露点与霜点✓露点（dew）T d：是在维持空气气压不变的情况下，把空气冷却到相对于纯水面（平面）来说达到饱和时的温度。
✓霜点（frost）T f：是不改变气压条件下，把空气冷却到相对于纯冰面（平面）为饱和时的温度。
饱和绝热与假绝热✓气块上升时，温度以干绝热递减率降低，直到气块达到水汽饱和为止。
✓再上升液态水（或冰晶）凝结（或凝华），释放潜热，则气块温度递减率变小。
✓如果全部凝成物保留在上升气块内，如果所释放潜热没有流出该气块，则该过程可视为绝热的（可逆的），即饱和绝热过程。
✓但是，如果全部凝成物都掉出气块，则这一过程是不可逆的，则气块经历了一次假绝热过程。
✓饱和绝热递减率与假绝热递减率基本相同。
抬升凝结高度（Lifted condensation level）✓干绝热上升，气温下降，RH增大，因为空气中水汽含量不变（比湿），而饱和水汽压随温度指数下降。
如果气块到达LCL，则气块中水汽开始凝结，形成云滴。
✓对于从地面机械抬升过程而言，LCL是云底高度很好的近似。
静力稳定度✓气块温度小于环境温度自由对流高度（Level of Free Convection）✓气块温度等于环境温度，气块饱和，凝结✓平衡高度EL（气块温度等于环境温度）✓理论上，EL是该环境条件下雷暴可达到的最大高度（环境空气夹卷）✓可用来预报雷达观测到的雷暴高度浮力能量✓负阴影区面积为负浮力能量（CIN），是气块要到达LFC必须克服的能量。
它是低层大气中垂直上升运动的环境阻力。
✓正阴影区面积是正浮力能量，上升气块可加速到达EL并维持雷暴。
也称为对流有效位能CAPE （Convective Available Potential Energy）。
EL垂直速度：✓对于某一给定环境，负面积越小、正面积越大，则雷暴越易形成且强大。
当盖子一揭开，位能快速转变成动能，加速气块向上运动，上升速度有时可达50m/s。
✓探空数据可以实时用斜温度对数压力图（Skew-T）显示，并标出正面积和负面积，估计雷暴发生的可能性。
如何增加浮力能量？✓如果在地面加热或增湿，负面积将减小。
如果在LFC上方有冷空气侵入（例如急流附近常出现的），正面积将增大。
✓从下面加热或从上面冷却的过程都将刺激和加强雷暴的发展。
增加浮力能量的方式日变化✓假设午后地面温度升高而露点不变，则干绝热线向上抬，而等混合比线不变。
两线相交得到一个新的LCL，比早晨的要高，即积云底升高。
因此夏季，早晨的云底距离地面较近，而下午要高一些。
✓在LCL之上，沿着湿绝热线继续抬升气块，与温度廓线相交，得到一个新的LFC。
新的负面积较之前要小，意味着地面加热使得阻力减弱，只需要少量的能量就可以让气块到达LFC。
✓如果气块继续上升，则在LFC之上温度沿着湿绝热线变化，直至EL，注意正面积大于之前面积。
✓因此，地面及热不仅减小了阻力使得深对流容易启动，而且也增大了CAPE，使得深对流变强。
✓Skew-T分析从温度、露点（湿度）与能量角度解释了，为什么雷暴容易发生在下午地面空气最热时，且最强。
雷暴形成的三要素✓雷暴形成必须满足三个要素：湿度、不稳定、垂直上升运动。
在斜温图上，湿度可通过露点和混合比估计。
不稳定度决定于温度递减率和正面积大小。
✓要形成深对流雷暴，气块必须到达LFC。
需要某种外部过程把气块抬升到LFC，这就需要考查斜温图以外的天气条件。
常见的抬升源包括冷锋、海风、地形抬升、其他雷暴引起的阵风、强地表加热产生空气热泡。
外源强迫必须提供克服斜温图中负面积所需的能量。
预估白天浮力能量✓通常早晨的探空资料会显示，在地面之上存在一个温度逆温（即温度随高度增加），这是由于夜间地面冷却造成的。
✓假设白天加热会驱散早晨逆温，我们可以估计白天温度廓线，从而估计负面积和正面积大小。
✓最常用的方法是，首先估计地面温度，再向上沿着干绝热线，直到与早晨廓线相交。
预估白天浮力能量✓对于湿度来说，在平静凉爽的早晨，露点通常接近于最低温度，夜晚蒸发的水汽在地面逆温层堆积。
白天空气加热，水汽在加热层（地面温度干绝热线与环境温度廓线的交点）内混合。
常用平均法来代表加热层内湿度。
如用露点廓线最低100mb层的平均混合比，即画一条平行于混合比的线，是两边面积相等。
✓气块上升时，用地面温度干绝热线及平均混合比线，相交点称作对流凝结高度（CCL），而不是LCL。
原理一样，唯一区别是CCL是一层的平均，而LCL是只由地面值得到。
根据不同的情形，气象学家采用CCL或LCL来预测云底高度。
预估白天浮力能量✓可以根据探空廓线来估计需要多少地表加热来消除稳定边界层。
✓“对流温度”是指，要消除温度廓线中逆温层，地表空气块必须加热达到的温度。
确定该温度需要分两种情况。
一、如果通过地表露点的饱和混合比线与实际环境温度廓线的相交点位于逆温层顶或之上；二、如果通过地表露点饱和混合比线位于逆温层之下。
预估白天浮力能量✓步骤一：找出通过早晨地表露点的饱和混合比线，向上画直至与温度廓线相交，该交点位于逆温层顶或之上，则该点称为对流凝结高度（CCL）。
✓CCL是当地表气块加热到对流温度（对流温度是指地表空气加热到绝对不稳定的最低温度）时，对流云底出现的高度。