气象学 第一章__ 大气概述

到3日下午，新奥尔良 新奥尔良大街上几乎已经没有行人，仅剩 新奥尔良 下一些医务人员开始用手推车推走遇难者的尸体。曾经是非 常繁荣的这座城市在4天之内就成了一座名副其实的人间地 狱，到处是抢劫和强奸等不堪不目的景象，如今它已成为一 座空城和一个巨大的坟墓。 美国联邦紧急事务管理部门负责灾后重建的总监丹·克莱 格说，将新奥尔良市淤积的洪水排出可能需要6个月，然后 整座城市要“晾干”，这还需要3个月的时间。
发现过程
1987年代表19个组织和四个国家的大约150名 科学家和辅助人员聚会于智利的蓬塔阿雷纳斯，进行 了一项规模空前的研究，即机载南极臭氧实验。这项 实验表明1987年臭氧洞大小达到历史最大。这一发现 震惊了科学界。
形成机理
南极“臭氧洞”的成因目前尚无定论，其中最为 令人信服的当是污染物质学说。此外还有：美国宇航 局汉普顿芝利中心Callis等人提出南极臭氧层的破坏与 强烈的太阳活动有关；麻省理工学院的Tung等人认为 是南极存在独特的大气环境造成冬末春初臭氧耗竭， 根据大气动力学说，指出大量氯氟烃化合物的使用， 以及南极初春没有足够阳光产生大量氧原子，并因此 提出了不需要氧原子的循环机理。
冰点 摄氏温标 华氏温标 绝对温标 0 32 273 沸点 100 212 373 基点间隔 100 180 100 换算 C=5/9（F-32） F=9/5C+32 K=C+273
０摄氏度：1013.3Hpa时纯水的冰点 100摄氏度：1013.3Hpa时纯水的沸点
二．气压：
1．概念：单位面积上所承受的大气柱重量P=MG/A 2．气压单位：（标准大气压、帕斯卡、百帕、 mmHg） 标准大气压：0摄氏度、45度纬度、海平面的大气压 1标准大气压=760mmHg=1013.3Hpa
可见实际水汽压越大， Tv与T的差值越大。在低 层大气，尤其是在夏季，e值较高，这时必须用湿空气 状态方程；但在高空，e值相对较小，二者的差距也就 不大，因此可用干空气状态方程。
参考资料
臭氧层破坏
臭氧层是地球最好的保护伞，它吸收了来自太阳的 大部分紫外线。然而近二十年的科学研究和大气观测发 现：每年春季南极大气中的臭氧层一直在变薄，事实上 在极地大气中存在一个臭氧“洞” 这种臭氧损耗现象是一种反常现象，这是否表明这 一紫外线吸收层正处于全球性灾难呢？通过不断的科学 研究，人们发现人类社会活动释放的物质严重的破坏了 臭氧层，当然这种现象还受到这一地区独特的气象状态 （极涡、寒冷的平流层温度、极地平流层云）的影响。
主要影响
由于人类对自然的严重破坏，在世界范围内掀起 了保护大气环境的浪潮。许多国家围绕大气污染物的 来源与归宿，大气化学过程中的反应机理及效应进行 了大量的研究工作，促进了人类对一系列环境问题的 认识，“臭氧洞”的研究促使人类更加小心地使用我 们的地球资源，并清醒地认识我们所处的世界。同时 臭氧洞也有一种积极的作用，除了说服国际社会相互 合作以减少对环境的威胁之外，“臭氧洞”一直激励 着研究人员在新的深度和高度上研究大气化学和大气 动力学。
卡特里娜
损
失
目前，已确认的死亡人数为198人，失踪人数超过2 万。许多人认为最终死亡人数可能数以千计，数十万人 流离失所。据国际风险评估机构RMS估计，此次飓风至 少毁坏了15万处产业，损失金额在250亿至1000亿美元 15 250 1000 之间，将成为美国有史以来经济损失最大的一次自然灾 害。飓风还造成大约500万户居民停电，在两个月内无法 全部恢复。此外，飓风给美国民众造成的心理创伤也是 短时间内难以平复的。布什曾表示，要完成灾后重建工 作，可能需要几年时间。
第一章 大气概述
第一节 大气的组成
干洁空气 水汽 悬浮在空气中的固液微粒
一．干洁空气：排除法定义
虽然以氮气、氧气占绝对多数，二者的重要性也的确不 容小视，但二氧化碳和臭氧的重要性同样也不可忽视。
1. 二氧化碳是重要的温室气体，它强烈地吸收和放射长 波辐射（3-120微米）。 （CH4 N2O）
2. 臭氧的作用：
三. 固液微粒
１. 形成：往往由燃烧、海浪、风等形成。 ２. 作用： １）凝结核作用 （能见度：视力正常的人在当时 天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物 （黑色、大小适度）的最大距离） ） ２）减弱太阳辐射和地面辐射。
大气污染
由于自然或人为的原因，导致空气中有害物质的浓度 超过一定限度，维持一定的时间，直接或间接地对人类 正常生活、动植物正常生长以及对气候和各类物品、材 料造成危害的现象。
四．云量
云遮蔽天空视野的成数。将地平面以上全部天空划 分为１０份，为云所遮蔽的份数即为云量。
第四节 空气状态方程
PV=nRT
PV=M R T/ u P=M R T / V u 式中：M / V 即ρ， R / u为常数，写为Rd 。 故：P= ρ Rd T 此即干空气状态方程 相应地， 相应地， P= ρw Rw T 就是湿空气状态方程。
1）增温，在高空形成一个暖区，影响气温的垂直分布， 从而对地球大气环流和气候的形成起着重要的作用。 2）吸收紫外线，使生物免遭危害。 △ 臭氧的形成：在高空，一般是通过光化学反应形成； 在低空则是由有机物氧化或闪电形成。
二. 水汽
１. 形成：蒸散，包括蒸腾和蒸发。 ２. 作用：成云致雨；善于吸收和放射长波辐射，加 之其三相变化又有热量转换，所以它对地面和空气的温 度有一定的影响。
（二）平流层：
１．高度：对流层顶 55公里左右 ２．气温：30公里以下气温不变或微弱升高，以上则显著 升高，形成暖层 ３．气流以水平运动为主并且相当稳定 ４．水汽极少，多数时间天空晴朗，偶尔有积雨云冲入。 有时在早晚可见贝母云
（三）中间层：
１．高度：平流层顶 85公里左右 ２．气温：随高度增加迅速下降，因为没有了臭氧 ３．空气有垂直对流运动，故中间层又被称为高空对流层 ４．几乎没有水汽，几乎看不到任何天气现象
（四）热层：
１．高度：中间层顶 800公里左右 ２．气温：随高度增加迅速增加，主要因为波长小于 0.175微米的太阳辐射被原子氧吸收。 ３．空气处于高度电离状态，形成电离层，可反射无 线电波
（五）散逸层：
１．高度：800公里以上 ２． 大气质点经常散逸到星际空间
第三节 主要气象要素 一．气温
1．概念：表示空气冷热程度的物理量，实质上就 是空气分子平均动能的表现。 2．三种温标：
所以： 所以：
1.同温同压下，干空气密度（ ） 湿空气密度。 2.在同一压强下，要使得干空气和湿空气密度相等，需要干 空气达到更高的温度，这一温度被称为虚温（Tv ）。 Tv ＝（1+0.378e / P）T
▲因此，湿空气状态方程 可写为： 因此
P= ρRdTv
观察Tv ＝（1+0.378e / P）T
第二节 大气的垂直结构
一．大气的高度
实际上就是大气圈与星际空间之间的分界面问题
１．物理上界：与地面气候有关的某种物理
现象发生的最大高度 ：气体质点密度接近星际空间
（每立方米一个质点 ，100-1000个电子） （2000-3000公里）
二．大气的垂直分层
（一）对流层：
１．高度：平均约12公里（8-9；10-12；17-18），薄， 但集中了大气层75%的质量和几乎所有水汽。 ２．性质：一般情况下气温随着高度升高而降低 ３．运动形态：以对流为主 ４．水平方向上物理性质不均匀，主要由于下垫面的 不均匀 ５．天气复杂多变，基本上各种天气现象都出现在这 一层 ６．分层： 摩擦层（1.5-2公里以下） 中层（2-10公里） 上层（10-12公里）等温层
天气与气候的区别 ：
一．从概念上来看： 天气是指短时期内的大气状况及其变化的总称；而气候是 多年天气综合的表现。 二．从形成机制来看： 天气一般是在单一天气系统的控制或影响下形成；而气候 则复杂得多，至少是多个天气系统的共同作用所致。 三．从变化特点来看：天气易于变化；而气候相对稳定。
第一章复习思考题： 名词解释：
气象 气候 天气 气温垂直递减率 大气污染 准大气压 饱和水汽压 饱和差 相对湿度 标
问答题：
1 何谓气象学？气候学？天气学？气候和天气有什么区别？ 2 大气成分中，二氧化碳、臭氧、水汽的分布和作用。 3 大气在垂直方向上分为哪几层？分层原则？对流层和平流 层的特征？ 4 同温同压下干湿空气哪个重？why？虚温的意义和原理？ 5 为什么城市地区二氧化碳的浓度要高一些？
三．湿度
１．概念：表征大气中水汽含量多少的物理量 ２．表征量：
１）绝对湿度a：单位体积空气中所含水汽量 ２）水汽压e：实际大气中水汽所产生的那部分压强 ３）饱和水汽压E：温度一定，单位体积空气可达到 的最大水汽含量所产生的压强 ４）相对湿度f：水汽压与同温度下饱和水汽压的比 值(百分比) ５）饱和差d：饱和水汽压与实际水汽压的差值