大气科学基础(全套课件104P)
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《大气科学基础》课件第2章 大气动力学基础
✓ 一个名叫古斯塔·加斯佩德·科里奥利的法国人在 1835年最先用数学方法描述了这种效应，所以科学界 用他的姓氏来命名此种力。我们通常也称它为地转偏 向力。在北半球，科里奥利力使风向右偏离其原始的 路线；在南半球，这种力使风向左偏离。风速越大， 产生的偏离越大。于是，在北半球，当空气向低压中 心辐合时会向右弯曲，形成了一个逆时针方向的旋转 气流。从高压中心辐散出来的空气，则因为向右弯曲 而形成了顺时针方向的旋风。我们把逆时针旋转的叫 做气旋，把顺时针旋转的叫做反气旋。在南半球，上 述的情形正好相反。
✓ The green guy will have to run faster than the orange guy to keep up.
• 产生的原因
✓ 物体为保持水平惯性运动， 经纬网因随地球自转而产生相 对加速度。 地转偏向力向右是 在北半球，在南半球则都向左；
✓ 由于除南北两极外，各纬度 的角速度都一样，从北向南飞 的时候，南边的圈大，即越向 南纬线越长，所以线速度大， 所以在北边的时候具有的一个 小的线速度与南边的线速度相 比就显的慢了。，
like this;
Dv F Dt
“The rate of change of velocity with time is equal to the sum of the forces acting on the parcel”
Frame of Reference
• For a non-rotating Earth, these forces are:
the earth; ✓ Not a real force in the sense that it cannot cause
a motion; ✓ As an earth-bound observer, we are not aware
大气科学基础课件
* Water(水汽)
Argon(氩) * Carbon Dioxide(二氧化碳) Neon(氖) Helium(氦) *Methane(甲烷) Hydrogen(氢) *Nitrous Oxide(一氧化二氮) *Ozone(臭氧)
H2O
Ar CO2 Ne He CH4 H2 N2O O3
* variable gases
2. The condensation of water vapor creates precipitation that falls to the Earth's surface providing needed fresh water for plants and animals.
3. It helps warm the Earth's atmosphere through the greenhouse effect.
Key Points
• 气溶胶粒子对辐射的吸收和散射、云雾降 水的形成、大气污染以及大气光学与电学 现象的产生都具有重要的作用。 • 气溶胶粒子的来源可分为人工源和自然源 两大类。
随堂小测
1、地球的原始大气中，主要包含以下的气体成分：（ a. 氮和氧 b. 氢和氦 ） c. 水汽和二氧化碳 d. 甲烷和臭氧
Key Points(contd.)
Ozone's role in the enhancement of the greenhouse effect has been difficult to determine. concentrations of ozone gas are found in two different regions of the Earth's atmosphere. The majority of the ozone (about 97 %) found in the atmosphere is concentrated in the stratosphere at an altitude of 15 to 55 kilometers above the Earth's surface.
大气科学基础课件第五章云物理学基础
• 看云识天气 天上钩钩云，地上雨淋淋。 天有城堡云，地上雷雨临。 天上扫帚云，三天雨降淋。 早晨棉絮云，午后必雨淋。 早晨东云长，有雨不过晌。 早晨云挡坝，三天有雨下。 早晨浮云走，午后晒死狗。 早雨一日晴，晚雨到天明。 今晚花花云，明天晒死人。 空中鱼鳞天，不雨也风颠。 天上豆荚云，不久雨将临。 天上铁砧云，很快大雨淋。
Hale Waihona Puke • 凝结核 Condensation Nuclei (CN) ✓CN are tiny particles suspended in the atmosphere；
✓CN stay aloft in the air for many days. They are so small that their weight is less than their air resistance.
✓ 浓积云是由淡积云发展或合并发展而成，如果清晨 有浓积云发展，显示出大气层结不稳定，会出现雷 阵雨天气。
一块发展旺盛的浓积云，顶部的对流泡体正向上凸起，
好似花椰菜的形状，云的底部较宽，云底部平整呈暗 黑色，上部有几块碎积云 。
图中前排是三块浓积云，云体垂直高度大于水平宽度， 云底较平整并有暗影；中间一块浓积云正在向上发展， 另外两块浓积云云顶向左倾斜；前排后边还有几个浓 积云正处于发展阶段，初看起来好似互相联接，高空 有几条密卷云。
Why does air rise ?
✓An air parcel will rise naturally if the air within the parcel is warmer than the surrounding air (like a hot air balloon).
✓As the earth is heated by the sun, bubbles of hot air form (called thermals) and rise upward from the warm surface.
天气学基础(基础班)大气科学基础相关培训班课件
天气学基础(基础班)大气 科学基础相关培训班课件
• 引言 • 大气的基本组成 • 大气的结构与分层 • 大气中的物理过程 • 大气中的化学过程
• 天气系统与天气现象 • 天气预报方法与技术 • 大气污染与防治 • 结语
01
引言
天气学与大气科学的重要性
01
天气学与大气科学是研究地球大 气圈中各种天气现象和气象过程 的学科，对于人类生产生活和自 然环境有着重要的影响。
大气污染防治技术与实践
大气污染防治技术
工业减排、能源清洁、交通优化等。
实践案例
空气质量改善计划、污染物排放标准制定与执行、 绿色交通推广等。
技术发展趋势
智能化、精细化、综合化等。
09
结语
天气学与大气科学的发展前景
天气学与大气科学在气象预测、气候 变化研究、环境保护等领域具有重要 地位，随着科技的不断进步，其发展 前景广阔。
全球气候变化和环境问题日益严重， 需要加强国际合作，共同应对挑战， 推动天气学与大气科学的进步。
未来天气学与大气科学研究将更加注 重数值模拟、卫星遥感、人工智能等 技术的应用，提高预报准确率和精细 化程度。
提高公众对天气和大气环境的认识与保护意识
通过宣传教育、科普活动等方 式，提高公众对天气和大气环 境重要性的认识，增强保护意 识。
• 水分循环的环节：水分循环主要包括蒸发、凝结、降水、河流径流等环节。这 些环节相互作用，形成了地球上水分的循环过程。例如，在海洋中，太阳辐射 使得海水蒸发形成水汽，水汽在陆地上凝结形成降水，降落到地面的水形成河 流径流，最终归入海洋。
• 影响因素：影响水分循环的主要因素包括温度、湿度、风速和地形等。这些因 素通过影响水分的蒸发和凝结过程，进而影响水分循环过程。
• 引言 • 大气的基本组成 • 大气的结构与分层 • 大气中的物理过程 • 大气中的化学过程
• 天气系统与天气现象 • 天气预报方法与技术 • 大气污染与防治 • 结语
01
引言
天气学与大气科学的重要性
01
天气学与大气科学是研究地球大 气圈中各种天气现象和气象过程 的学科，对于人类生产生活和自 然环境有着重要的影响。
大气污染防治技术与实践
大气污染防治技术
工业减排、能源清洁、交通优化等。
实践案例
空气质量改善计划、污染物排放标准制定与执行、 绿色交通推广等。
技术发展趋势
智能化、精细化、综合化等。
09
结语
天气学与大气科学的发展前景
天气学与大气科学在气象预测、气候 变化研究、环境保护等领域具有重要 地位，随着科技的不断进步，其发展 前景广阔。
全球气候变化和环境问题日益严重， 需要加强国际合作，共同应对挑战， 推动天气学与大气科学的进步。
未来天气学与大气科学研究将更加注 重数值模拟、卫星遥感、人工智能等 技术的应用，提高预报准确率和精细 化程度。
提高公众对天气和大气环境的认识与保护意识
通过宣传教育、科普活动等方 式，提高公众对天气和大气环 境重要性的认识，增强保护意 识。
• 水分循环的环节：水分循环主要包括蒸发、凝结、降水、河流径流等环节。这 些环节相互作用，形成了地球上水分的循环过程。例如，在海洋中，太阳辐射 使得海水蒸发形成水汽，水汽在陆地上凝结形成降水，降落到地面的水形成河 流径流，最终归入海洋。
• 影响因素：影响水分循环的主要因素包括温度、湿度、风速和地形等。这些因 素通过影响水分的蒸发和凝结过程，进而影响水分循环过程。
《大气科学基础》课件§3 地面和大气辐射
The left Fig. produced by the Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) program of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) (Harrison et al, 1988), shows a map of outgoing longwave radiation, in Wm-2, for the month of April 1985 under clear-sky conditions.
Regions colored in red and purple define regions of high amount of infrared radiation leaving the earth, and green and blue colors denote low IR values. From the Stefan-Boltzmann equation, we can also say that the radiating regions colored red and purple are warmer than those colored green and blue. As expected, the tropical and subtropical regions have the highest outgoing radiation (and temperature) and polar regions have lowest values.
沙砾 0.91
雪 0.995
海水 0.96
地面的平均温度约为300K，对 流层大气的平均温度约为250K， 在这样的温度下，它们的热辐 射， 95％以上的能量集中在 3～120μm的波长范围内。都 是属于肉眼不能直接看见的红 外辐射。其辐射能最大所对应 的波长在10～15 μm范围内。 地面和大气的辐射称为长波辐 射。
大气科学概论课件第二章大气辐射学
6~40%
二.辐射能的量度
• 辐射能 ：以辐射方式传递的能量，单
位为焦耳(J)
• 辐射通量P：它表示单位时间传递的辐射 能单位为焦耳/秒（J s1 ）或瓦(w)。
d
P dt
• 辐射通量密度F：是指单位时间内通过单位 面积的辐射能。
F d
dtds 自放射面射出的辐射通量密度称为辐射度。 到达接收面的辐射通量密度称为辐照度
• 辐射率I ：单位时间内，通过垂直于给定方 向上单位面积的单位立体角内的辐射能。
立体角的概念
• 定义：
dA cos
r2
• 整个球形所张立体角为4π[sr]。 n
辐射率和辐射通量密度的关系
对上式沿半球积分
d ' I cosd
ds dt
F I cosd 半球
dA rd r sind
d r2
I I I a Tb — (1— T ) Tb — T =0
典型
波长 0.43 0.47 0.49 0.54 0.58 0.60 0.64
[μm] 0
0
5
0
0
0
0
物体对辐射的吸收，透射和反射
媒介对辐射的三种作用：
• 吸收: Qa • 反射: Qr • 透射: Qd
Q0 = Qr + Qa + Qd
Q0
Qr
Qa Qd
定义三个无量纲比率：
•
吸收率：
a=
Qa Q0
• 1859年由基尔霍夫根据实验得到：物体 的发射能力与吸收能力之间关系密切， 在同一温度下，吸收能力大的物体其发 射能力也大；反之亦然。且发射能力是 温度和波长的函数。
设有一真空恒温器(温度为T)，放出黑体 辐射 。 代表在温度T，波长λ时的黑体 辐射率，在其中用绝热线悬挂一个非黑 体物体，它们温度与容器温度一样亦为 T，它的辐射率为 IT ，吸收率为aT 。这 样，非黑体和器壁之间将要达到辐射平 衡。器壁放射的辐射能、非黑体放射的 辐射能和未被吸收的非黑体反射辐射能， 三者达到平衡，则
二.辐射能的量度
• 辐射能 ：以辐射方式传递的能量，单
位为焦耳(J)
• 辐射通量P：它表示单位时间传递的辐射 能单位为焦耳/秒（J s1 ）或瓦(w)。
d
P dt
• 辐射通量密度F：是指单位时间内通过单位 面积的辐射能。
F d
dtds 自放射面射出的辐射通量密度称为辐射度。 到达接收面的辐射通量密度称为辐照度
• 辐射率I ：单位时间内，通过垂直于给定方 向上单位面积的单位立体角内的辐射能。
立体角的概念
• 定义：
dA cos
r2
• 整个球形所张立体角为4π[sr]。 n
辐射率和辐射通量密度的关系
对上式沿半球积分
d ' I cosd
ds dt
F I cosd 半球
dA rd r sind
d r2
I I I a Tb — (1— T ) Tb — T =0
典型
波长 0.43 0.47 0.49 0.54 0.58 0.60 0.64
[μm] 0
0
5
0
0
0
0
物体对辐射的吸收，透射和反射
媒介对辐射的三种作用：
• 吸收: Qa • 反射: Qr • 透射: Qd
Q0 = Qr + Qa + Qd
Q0
Qr
Qa Qd
定义三个无量纲比率：
•
吸收率：
a=
Qa Q0
• 1859年由基尔霍夫根据实验得到：物体 的发射能力与吸收能力之间关系密切， 在同一温度下，吸收能力大的物体其发 射能力也大；反之亦然。且发射能力是 温度和波长的函数。
设有一真空恒温器(温度为T)，放出黑体 辐射 。 代表在温度T，波长λ时的黑体 辐射率，在其中用绝热线悬挂一个非黑 体物体，它们温度与容器温度一样亦为 T，它的辐射率为 IT ，吸收率为aT 。这 样，非黑体和器壁之间将要达到辐射平 衡。器壁放射的辐射能、非黑体放射的 辐射能和未被吸收的非黑体反射辐射能， 三者达到平衡，则
《大气科学概论》教学课件-第三章大气热力学
质的影响，大小由拉乌尔定律确定。
❖ 拉乌尔定律：溶液表面溶剂的饱和蒸气 压（Es）正比于溶液中溶剂的摩尔分数。
Es E
χ：溶剂的摩尔分数，Es：溶剂的饱和蒸汽压 （饱和水汽压）；E：纯溶剂的饱和蒸汽压。
40
其中： nw
nw ns
nw—溶剂的摩尔质量数，ns—溶质的摩尔质量数。
结论：
❖ 由于溶液χ总是小于1，所以Es总是小于E， 表示溶液饱和水汽压总小于纯水面饱和水汽 压。
44
第3节 热流量方程
热流量方程是热力学第一定律在大气热力学过程 中的具体应用形式。
热力学第一定律指出：任一孤立系统由状态Ⅰ微 小变化至状态Ⅱ时，从外界吸收的热量dQ，等于 该系统内能的变化dU和对外作功dW
dQ=dU+dW
U是态函数，与过程路经无关，而Q和W非态函 数，它们与过程路经有关
45
通常假设： (1)将大气看作理想气体； (2)热力过程是无摩擦准静态过程，且满足 准静力条件； (3)只考虑空气膨胀、压缩所作的功。
❖ 平均极值是指对每天观测到的某项极值(如最高温 度)进行旬、月、年或多年平均的结果。
❖ 极端极值是以某要素在某时段内的全部极值观测 记录中挑选出的最极端的数值。
3
表3.1.极端最高气温
亚洲
54
澳大利 53 亚
欧洲
50
中国
49.6
南美
49
大洋洲 42 南极洲 15
Tirat Tsvi,以色列 Cloncurry,昆士兰州
7
表3.2 南、北半球气温的平均年较差(℃)
纬度 北半球 南半球 纬度 北半球 南半球
0
0
0
15 3
4
30 13 7
❖ 拉乌尔定律：溶液表面溶剂的饱和蒸气 压（Es）正比于溶液中溶剂的摩尔分数。
Es E
χ：溶剂的摩尔分数，Es：溶剂的饱和蒸汽压 （饱和水汽压）；E：纯溶剂的饱和蒸汽压。
40
其中： nw
nw ns
nw—溶剂的摩尔质量数，ns—溶质的摩尔质量数。
结论：
❖ 由于溶液χ总是小于1，所以Es总是小于E， 表示溶液饱和水汽压总小于纯水面饱和水汽 压。
44
第3节 热流量方程
热流量方程是热力学第一定律在大气热力学过程 中的具体应用形式。
热力学第一定律指出：任一孤立系统由状态Ⅰ微 小变化至状态Ⅱ时，从外界吸收的热量dQ，等于 该系统内能的变化dU和对外作功dW
dQ=dU+dW
U是态函数，与过程路经无关，而Q和W非态函 数，它们与过程路经有关
45
通常假设： (1)将大气看作理想气体； (2)热力过程是无摩擦准静态过程，且满足 准静力条件； (3)只考虑空气膨胀、压缩所作的功。
❖ 平均极值是指对每天观测到的某项极值(如最高温 度)进行旬、月、年或多年平均的结果。
❖ 极端极值是以某要素在某时段内的全部极值观测 记录中挑选出的最极端的数值。
3
表3.1.极端最高气温
亚洲
54
澳大利 53 亚
欧洲
50
中国
49.6
南美
49
大洋洲 42 南极洲 15
Tirat Tsvi,以色列 Cloncurry,昆士兰州
7
表3.2 南、北半球气温的平均年较差(℃)
纬度 北半球 南半球 纬度 北半球 南半球
0
0
0
15 3
4
30 13 7
大气科学概论PPT课件
2）大气科学研究中的这种高度分散(观测站 点)、高度集中(资料迅速集中)、高度协调(观 测站址、观测仪器和方法)和高度合作(国际间 合作)的特点，是其他学科无法比拟的。
16.09.2020
18
三 大气科学的学科分支
❖ 大气探测、 ❖ 气候学、 ❖ 天气学、 ❖ 动力气象学、 ❖ 大气物理学、 ❖ 大气化学、 ❖ 人工影响天气、 ❖ 应用气象学等。
大气科学概论
16.09.2020
1
❖ 绪论 ❖第一章 地球大气的成分及分布 ❖第二章 大气的分层和结构 ❖第三章 大气静力学 ❖第四章 大气的热力学过程 ❖第五章 地面和大气中的辐射过程 ❖第六章 空气的水平运动 ❖第七章 大气边界层 ❖第八章 空气污染气象
16.09.2020
2
绪论
❖一 现代大气科学的研究内容 ❖二 大气科学的研究特点 ❖三 大气科学的学科分支 ❖四 大气科学与其他学科的关系 ❖五 大气科学发展概略
7
1934
16.09.2020
8
16.09.2020
1930
9
16.09.2020
1936
10
16.09.2020
1955
11
1993
16.09.2020
12
16.09.2020
13
2、大气科学的研究对象
1）大气科学的研究对象主要是覆盖整个地球的大 气圈。
2）由于人类越来越认识到大气圈与水圈、冰雪圈、 岩石圈和生物圈之间相互作用和相互影响的重要 性，要了解大气变化过程就不能不深入到其他圈 层变化过程的研究。因此，大气科学的研究内容 越来越广泛，与其他学科之间的相互渗透也越来 越深入。
16.09.2020
16
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18
三 大气科学的学科分支
❖ 大气探测、 ❖ 气候学、 ❖ 天气学、 ❖ 动力气象学、 ❖ 大气物理学、 ❖ 大气化学、 ❖ 人工影响天气、 ❖ 应用气象学等。
大气科学概论
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1
❖ 绪论 ❖第一章 地球大气的成分及分布 ❖第二章 大气的分层和结构 ❖第三章 大气静力学 ❖第四章 大气的热力学过程 ❖第五章 地面和大气中的辐射过程 ❖第六章 空气的水平运动 ❖第七章 大气边界层 ❖第八章 空气污染气象
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绪论
❖一 现代大气科学的研究内容 ❖二 大气科学的研究特点 ❖三 大气科学的学科分支 ❖四 大气科学与其他学科的关系 ❖五 大气科学发展概略
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1955
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2、大气科学的研究对象
1）大气科学的研究对象主要是覆盖整个地球的大 气圈。
2）由于人类越来越认识到大气圈与水圈、冰雪圈、 岩石圈和生物圈之间相互作用和相互影响的重要 性，要了解大气变化过程就不能不深入到其他圈 层变化过程的研究。因此，大气科学的研究内容 越来越广泛，与其他学科之间的相互渗透也越来 越深入。
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大气科学基础第二章
2、大气吸收光谱
2、大气吸收光谱
O3 强吸收在的紫外区：
哈特来（Hartley）带—最强 哈金斯（Huggins）带—较弱 可见光区：查普尤（Chappuis）带—较弱 O3层吸收太阳辐射的2%—平流层温度高的原因（图） 红外区： 4.7m、9.6m 、14.1m较强吸收带
2、大气吸收光谱
波）＜无线电波
(微米)
不同电磁波的具体波长范围
名称
紫外线
可见光
近红外
红
中红外
外
线
远红外
超远红外
毫米波
微
波
厘米波
分米波
波长范围 100埃～0.4微米 0.4微米～0.76微米 0.76微米～3.0微米 3.0微米～6.0微米 6.0微米～15微米 15微米～1000微米
1～10毫米 1～10厘米 10厘米～1米
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
大气科学概论
大气科学概论
§3 太阳辐射及其在大气中的衰减
§3.1 太阳辐射及日地关系 §3.2 大气对辐射的衰减
虚线是温度在6,000K时的 黑体辐射光谱。
§3.1 太阳辐射及日地关系(4)
4、太阳常数：当地球位于日地平均距离处，与日光垂直平面 上的太阳辐照度。
s013 67W 7m 2
Average Solar Radiation on a Sphere
§3.1 习题（1）
大气科学概论
1、概念:太阳常数 2、试从日地关系解释地球上季节变化的原因。 3 * 、已知太阳常数为 1367 Wm2 ，请计算（1）
大气科学概论PPT概要
面的太阳辐射； 缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而 失去的热量； 降低大气透明度，影响大气能见度； 充当水汽凝结核，对云、雾及降水形成有重要意义。
第二节
大气的铅直结构
第二节
对流层： 特点：
大气的铅直结构
主要天气现象均发生在此层。 温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m， 气温下降0.65℃。） 空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。
大气成分与结构
大气的组成
大气的铅直结构 大气的物理性质
第一节
大气的组成
地球大气由三个部分组成: 干洁大气（即干空气） 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质
表2-1 干洁大气的成分（高度25km以下） 气体成分 氮 氧 氩 二氧化碳 臭氧 干洁大气 所占体积（%） 78.08 20.95 0.93 0.032 0.00006 100 临界温度（℃） -147.2 -118.9 -122.0 31.0 -5.0 -140.7 临界压强（大气压） 33.5 40.7 48.0 73.0 92.3 37.2
大气成分
二、水汽
作用：
在天气气候变化中扮演了重要角色。
能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放 出长波辐射，对大气起着“温室效应”。
三、大气中的杂质
大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和
大气污染物质两大部分）。
气溶胶粒子： 作用：
吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长
太阳高度角 （h） 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)
赤道地区一年中春分和 秋分时太阳高度角最大， 冬至和夏至时，太阳高 度角最小。
水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。 h的计算公式
第二节
大气的铅直结构
第二节
对流层： 特点：
大气的铅直结构
主要天气现象均发生在此层。 温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m， 气温下降0.65℃。） 空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。
大气成分与结构
大气的组成
大气的铅直结构 大气的物理性质
第一节
大气的组成
地球大气由三个部分组成: 干洁大气（即干空气） 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质
表2-1 干洁大气的成分（高度25km以下） 气体成分 氮 氧 氩 二氧化碳 臭氧 干洁大气 所占体积（%） 78.08 20.95 0.93 0.032 0.00006 100 临界温度（℃） -147.2 -118.9 -122.0 31.0 -5.0 -140.7 临界压强（大气压） 33.5 40.7 48.0 73.0 92.3 37.2
大气成分
二、水汽
作用：
在天气气候变化中扮演了重要角色。
能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放 出长波辐射，对大气起着“温室效应”。
三、大气中的杂质
大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和
大气污染物质两大部分）。
气溶胶粒子： 作用：
吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长
太阳高度角 （h） 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)
赤道地区一年中春分和 秋分时太阳高度角最大， 冬至和夏至时，太阳高 度角最小。
水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。 h的计算公式
大气科学概论-第四讲(气团和锋面)PPT课件
但地表为冰雪时，因地表与低层大气的辐射 热交换，辐射对北极气团影响大。
辐射对除北极气团以外的气团形成作用 甚微。
2 . 乱流和对流
把近地面的热量和水汽，扩展到高层，使深 厚的气层都受到下垫面的影响。
低纬地区：温度高、湿度大、气层不稳定， 乱流和对流易于发展。
乱流和对流对低纬度气团的形成作用 突出。
.
暖锋附近地面 气压场、风场和天气现象
云层的厚度视暖空气上升的高度而异， 一般可达几千米，厚者可到对流层顶， 而且距地面锋线愈近，云层愈厚。暖锋 降水主要发生在雨层云内，多是连续性 降水。
.
静止锋
当冷暖气团势力相当，锋面移动很少时，称 为准静止锋。静止锋的个别地段有时会向暖 气团方向移动，或者向冷气团方向移动，因 此它可以转变为冷锋或暖锋。
3. 蒸发和凝结
蒸发和凝结是空气与下垫面、空气与空 气交换水分和热量的重要方式。
直接影响大气的湿度特征，间接影响大 气的温度和稳定度。
蒸发和凝结对大陆气团变为海洋气 团以及热带气团作用大。
4. 大范围的垂直运动
大范围的下沉运动→气团温度升高→稳 定干燥的气层更稳定；
大范围的上升运动→气团温度降低→原 来稳定未饱和的气层变得不稳定。
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第三节 锋面坡度
锋面在空间向冷空气一侧倾斜，有一定的 坡度，这是锋面的重要特征。但是锋面在 空间为什么呈倾斜状态呢？ 由于锋面处在由冷气团指向暖气团的气压梯 度力，使得冷气团向暖气团下方楔入，抬 举暖气团，又由于科氏力的平衡作用，不 至于使锋面变得水平，而呈现倾斜状态。
z
y x
锋面的坡度
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锋面的坡度
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锋面的 空间结构
不同的角度观察锋面：
(a)侧视图， (b) 俯视图， (c)三维视图
辐射对除北极气团以外的气团形成作用 甚微。
2 . 乱流和对流
把近地面的热量和水汽，扩展到高层，使深 厚的气层都受到下垫面的影响。
低纬地区：温度高、湿度大、气层不稳定， 乱流和对流易于发展。
乱流和对流对低纬度气团的形成作用 突出。
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暖锋附近地面 气压场、风场和天气现象
云层的厚度视暖空气上升的高度而异， 一般可达几千米，厚者可到对流层顶， 而且距地面锋线愈近，云层愈厚。暖锋 降水主要发生在雨层云内，多是连续性 降水。
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静止锋
当冷暖气团势力相当，锋面移动很少时，称 为准静止锋。静止锋的个别地段有时会向暖 气团方向移动，或者向冷气团方向移动，因 此它可以转变为冷锋或暖锋。
3. 蒸发和凝结
蒸发和凝结是空气与下垫面、空气与空 气交换水分和热量的重要方式。
直接影响大气的湿度特征，间接影响大 气的温度和稳定度。
蒸发和凝结对大陆气团变为海洋气 团以及热带气团作用大。
4. 大范围的垂直运动
大范围的下沉运动→气团温度升高→稳 定干燥的气层更稳定；
大范围的上升运动→气团温度降低→原 来稳定未饱和的气层变得不稳定。
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第三节 锋面坡度
锋面在空间向冷空气一侧倾斜，有一定的 坡度，这是锋面的重要特征。但是锋面在 空间为什么呈倾斜状态呢？ 由于锋面处在由冷气团指向暖气团的气压梯 度力，使得冷气团向暖气团下方楔入，抬 举暖气团，又由于科氏力的平衡作用，不 至于使锋面变得水平，而呈现倾斜状态。
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锋面的坡度
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锋面的坡度
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锋面的 空间结构
不同的角度观察锋面：
(a)侧视图， (b) 俯视图， (c)三维视图
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四、发展概况
17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是 直觉的、经验性的。
17～18世纪，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入
了可以定量分析的阶段。 1820年，H.W.布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开 创了近代天气分析和天气预报法。 1835年科里奥利力的概念和1857年风和气压的关系，成
6亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一，即第一关
键浓度。高空臭氧浓度明显增加，使生命能到达水面。 4亿年前，达到十分之一，高空大气形成的臭氧层 。 大量植物缓慢由海洋向陆地推进。
愈来愈少的 紫外辐射
接受愈来愈多 的可见光
最终光合作用和
愈来愈多氧 愈来愈丰富 植物生命 光合作用
动植物的呼吸及 死亡达到平衡
大气科学概论
§1.2 地球大气的演变
问题：传统的太阳系“九大行星”概念为何如今要 被
太阳系家谱
行星：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体
呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员
包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王
星。 矮行星：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清 除其轨道附近其他物体的天体。 成员包括冥王星和谷神星等。 太阳系小天体：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的 物体。
§1 .1 地球系统
§1 .1 地球系统
1、岩石圈：地壳和上地幔顶部 2、水圈：海洋、河流、湖泊、沼
泽、冰川、积雪、地下水和大
气圈中的水
3、生物圈：植物、动物、人类及
有生物存在的部分 4、大气圈：包围地球表面，厚度 为1000公里的大气层
大气与地表及其与宇宙空
间的能量交换形成多姿多
彩的天气和气候的变化
大气科学概论
1、大气的组成分类：
（1）大气成分浓度表示法
a、绝对量法—体积质量，单位为mg/m3，μg/m3等，表示大
气物理现象进行数值试验；把大气作为一个整体进行研
究；气候学领域的科学革命。
大气科学概论
五、大气科学的分支
传统上分为气象学、气候学和高层大气物理学3个领域。 近年主要分支学科：大气探测、气候学、天气学、动力气象 学、大气物理学、大气化学、人工影响天气、应用气象学 等。
天气学，大气动力学，边界层物理学
大气科学概论
一、什么是大气科学？
春雨贵如油
“泰坦尼克号”海难
大气科学概论
一、什么是大气科学？
大气科学：研究地球大气结构、组成、物理现象、化学 反应、运动规律及其他问题的科学。
大气科学概论
二、研究对象及研究基本内容
研究对象：主要是大气圈，包括部分岩石圈、水圈、生物 圈。
研究基本内容：
（1）地球大气的一般特征； （2）大气现象发生、发展的能量来源，性质及其转化； （3）解释大气现象，研究其发生、发展规律； （4）如何利用这些现象预测、控制和改造自然。
问题：为什么地球成分例外？
大气科学概论
2、地球大气演化
必须把大气看成是地球组合系统的一部分
(1) 地球大气演化的三个阶段：
原始大气：地球形成初期，以H2，He和CO为主
次生大气：45~20亿年前，以CO2，CH4，NH3和H2O等 为主 现代大气：以N2和O2为主
(2) 地球大气O2的来源？
a、水汽被太阳紫外辐射的光致离解，能产生千分之一 的氧 b、植物的光合作用
大气辐射学 云雨物理化学
物理化学
边界层物理学 云雨物理化学
生物地球化学，微生物学
生态学
大气科学概论
第一章 大气概述
§1 地球系统 §2 地球大气的成分
§3 大气的重要性
§4 主要气象要素
§5 空气状态方程
§6 大气垂Βιβλιοθήκη 结构§7 ＊气压场分布特征
大气科学概论
§1 地球系统
一、何为地球系统？ 二、地球大气是如何 演变的？
（3）地球大气N2的来源？
还有待进一步研究！
（4）生命的出现和地球大气的演化之间的关系
生命的出现与适当的日地距离（液态水的存在）有关。
生命的出现反过来又进一步改变了地球大气的成分。
大气科学概论
第一章 大气概述
§1 地球系统 §2 地球大气的成分
§3 大气的重要性
§4 主要气象要素
§5 空气状态方程
大气科学概论
1、行星大气特征
形成初期都应以轻元素为主，后来由于各自的条件（距 太阳远近、行星尺度及公转和自转周期等）不同，经几 十亿年演化，形成了现在各自不同的大气。
内行星：水星无大气，
金星、火星以CO2为主（地球例外） 外行星：仍以H、He、CH4等原始大气成分为主。（木、 土、天、海、冥）
大气科学概论
三、研究特点
1、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑；
各圈层相互作用
大气圈 生物圈 岩石圈 水圈
大气科学概论
三、研究特点
1、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑； 2、大自然是大气科学研究的实验基地，需实测与理论相结
合；
3、国际合作是推动大气科学发展的必要途径。
大气科学概论
§6 大气垂直结构
§7 ＊气压场分布特征
大气科学概论
§2 地球大气的成分
§2.1 干洁大气
§2.2 水汽
§2.3 气溶胶
大气科学概论
§2.1 干洁大气
干洁大气：指不含水汽和悬浮颗粒物的大气，其平均分 子量为28.964kg/kmol。
1、大气的组成分类
2、O2的作用 3、N2的作用 4、CO2的来源及作用 5、O3的来源及作用
为地球大气动力学和天气分析的基石。
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四、发展概况
1920 年前后，锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预 报1～2天以后的天气变化奠定了理论基础。
1783 年，法国 J.A.C. 查理制成了携带探测气象要素仪器
的氢气气球。 20 世纪 30 年代无线电探空仪开始普遍使用， 真正三度空间的大气科学研究从此开始。 1939年气象学家C.-G.罗斯比提出了长波动力学，并由此 引出了位势涡度理论，使天气预报期限延伸到 3 ～ 4 天，
为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道
路。
大气科学概论
四、发展概况
1946年 “播云”试验，探明了在过冷云中播撒固体二氧 化碳或碘化银,可以使云中的过冷水滴冰晶化，增加云中
的冰晶数目，促进降水，从此进入了人工影响天气的试
验阶段。 现代科学技术在气象学中的应用，其研究范畴日益扩展。 广泛运用高速电子计算机和气象卫星，是这个时期最重 要的标志。主要特点表现为：大规模的观测实验；对大