《气象学与气候学教学课件》2周一.ppt
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气象学与气候学课件
气候敏感性
地球系统对温室气体增加 的响应是复杂的，不同气 候系统对气候变化的敏感 性不同。
极端气候事件
极端天气
生态影响
极端天气事件如暴雨、洪涝、干旱、 台风、暴风雪等频发。
极端气候事件对生态系统产生影响， 导致物种灭绝、生物多样性减少等。
极端气候灾害
极端气候事件可能导致自然灾害如地 震、火山喷发、海啸等。
雷暴与龙卷风
总结词
雷暴和龙卷风是两种极端天气现象，它们的形成和发展 机制以及所造成的危害各不相同。
详细描述
雷暴和龙卷风是两种极端天气现象，它们的形成和发展 机制以及所造成的危害各不相同。
05
大气化学与污染
大气化学成分
主要成分
大气主要由氮气（约78%）和氧气（ 约21%）组成，还有少量氩气、二氧 化碳、水蒸气和微量其他气体。
臭氧层
平流层中的臭氧层能够吸收对生物有 害的紫外线，保护地球上的生命。
大气污染及其来源
人为污染源
工业排放、交通尾气、农业活动（如 化肥和农药使用）、生活排放（如燃 烧化石燃料）等。
自然污染源
火山喷发、森林火灾、风力扬尘等。
大气污染对气候的影响
01
02
03
温室效应
大气中温室气体的增加导 致地球表面温度升高，引 发全球变暖。
加强气候变化教育，提高公众 对气候变化的认识和应对能力 。
07
气象学与气候学应用
气象灾害预警与防御
灾害恢复重建
气象灾害预警
通过气象观测和预测技术，及 时发布气象灾害预警信息，提 醒公众采取相应的防御措施。
灾害应急管理
建立气象灾害应急管理体系， 制定应急预案，组织应急救援 ，减轻灾害损失。
气象学与气候学ppt课件
氮+氧+氩=99.95%
13
干洁空气的组成结构
14
④ 二氧化碳（光合作用；大气保温效应） ⑤ 臭氧（地球生命的保护伞：强烈吸收太阳辐射中的紫外线）
图大气臭氧浓度随高度的变化
15
图各高度上氧和氮的组成比例
16
2. 水汽（唯一发生相变的大气成分） （1）来源：陆面、水面蒸发和植物蒸腾 （2）含量: 占整个地球总水量的0.001% （3）重要性：产生天气变化的重要因素，直接影响地面和低
气象观测：地面观测、高空观测、遥感技术 天气与气候分析：天气气候图分析、四维分
析、统计分、诊断分析 天气与气候的数值模拟
8
0.4 气象学与气候学的发展简史
1. 萌芽时期 ：十六世纪中叶以前 感性认识和经验形成阶段，萌芽时期我国和希腊是露过锋芒的，气象学与天文学 是混在一起的，可以说具有天象学的性质。
34
2.3到达地面的太阳辐射
有两部分： 直接辐射：太阳以平行光线的形式直 接投射
到地面上。 散射辐射：经过散射辐射后自天空投射到地面
上。
二者之和称为总辐射。
35
1、直接辐射：
太阳高度（角）、大气透明 度
（1）太阳高度角（h）： 太阳光线与水平面间的 夹
角；h不同， 地表单位面积上所获得的太
21
1.2.3 中间层（55~80km） 气温随高度增加迅速降低； 对流运动强烈（又称为上对流层）。
22
1.2.4 暖层（80~800km） 温度随高度增加而迅速增高； 空气处在高度电离状态（又称为电离层）。
23
1.2.5 散逸层（暖层以上） 空气极其稀薄，温度高； 空气质点运动速度快，大气质点不断逃逸到
13
干洁空气的组成结构
14
④ 二氧化碳（光合作用；大气保温效应） ⑤ 臭氧（地球生命的保护伞：强烈吸收太阳辐射中的紫外线）
图大气臭氧浓度随高度的变化
15
图各高度上氧和氮的组成比例
16
2. 水汽（唯一发生相变的大气成分） （1）来源：陆面、水面蒸发和植物蒸腾 （2）含量: 占整个地球总水量的0.001% （3）重要性：产生天气变化的重要因素，直接影响地面和低
气象观测：地面观测、高空观测、遥感技术 天气与气候分析：天气气候图分析、四维分
析、统计分、诊断分析 天气与气候的数值模拟
8
0.4 气象学与气候学的发展简史
1. 萌芽时期 ：十六世纪中叶以前 感性认识和经验形成阶段，萌芽时期我国和希腊是露过锋芒的，气象学与天文学 是混在一起的，可以说具有天象学的性质。
34
2.3到达地面的太阳辐射
有两部分： 直接辐射：太阳以平行光线的形式直 接投射
到地面上。 散射辐射：经过散射辐射后自天空投射到地面
上。
二者之和称为总辐射。
35
1、直接辐射：
太阳高度（角）、大气透明 度
（1）太阳高度角（h）： 太阳光线与水平面间的 夹
角；h不同， 地表单位面积上所获得的太
21
1.2.3 中间层（55~80km） 气温随高度增加迅速降低； 对流运动强烈（又称为上对流层）。
22
1.2.4 暖层（80~800km） 温度随高度增加而迅速增高； 空气处在高度电离状态（又称为电离层）。
23
1.2.5 散逸层（暖层以上） 空气极其稀薄，温度高； 空气质点运动速度快，大气质点不断逃逸到
气候学气象与气候学教学课件
绪论1.气象学的定义和研究内容①定义：研究发生于大气中的的一切物理现象和物理过程，探讨其演变规律和变化，并应用于实践的科学。
②研究对象：大气圈。
主要研究内容：a.大气的一般特性。
b.大气现象的发生、发展、及能量的来源。
c.探求大气现象的本质、寻求变化规律。
d.将大气现象中的规律应用于实践。
2天气学定义：研究地球条件下不同的区域内所产生的天气系统、天气过程的成因、演变规律，并在天气预报上应用的科学。
3天气学研究对象：地球上的大气4气候学定义：研究地球上气候的形成原因、分布类型、变化规律的科学。
5气候学研究对象：地球上的气候。
6天气与气候的区别:①概念不同：a天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（温度、相对湿度气压等）和大气现象（风、云、雨、雪、降水等）的综合。
属于短时间内的微观现象。
b气候：是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间相互作用下，在某一时段内大量天气过程的综合。
不仅包括该地多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。
属于长时间宏观现象。
②变化周期不同： a天气：变化快，周期短。
b气候：变化慢，时间长。
③各自研究的系统不同：a天气：是个单纯的系统。
b气候：包括大气、水、冰雪、陆地、生物（动物、植物、人）五个子系统。
具有地方性的特点。
7大气：包围在地球表面的整个空气层，是一个连续的空气圈。
8大气的组成特点：气态：水汽、氮气、氧气等；液态：水、溶液滴；固态：冰晶、悬浮的杂质；低层大气（0-90km）：干洁空气、水汽、杂质；高层大气（90km以上）：氮、氧原子9根据大气中的温度、水汽、成分、垂直运动分为五层：①对流层②平流层③中间层④暖层⑤散逸层10气象要素：定性或定量描述大气物理现象和大气状态特征的物理量。
例如：气压、气温、湿度、云量、风、降水量、能见度、日照、辐射量等。
11表示湿度的方法：a水汽压(e)b绝对湿度(a)c饱和水汽压(E)d相对湿度(f)e比湿(q)f饱和差(d)g露点(Td)12风定义：空气的水平流动。
《气象学与气候学》课件
气象学基本概念和定义
1 气象要素
介绍气温、湿度、气压等气象要素的基本概念。
2 气象现象
解释雷暴、云层和气象灾害等常见气象现象。
3 气象学方法
探讨气象数据收集和分析的方法与技术。
大气成分和结构
成分
描述大气中主要的气体成分， 如氮氧等。
层次结构
解释大气分为不同的层次， 如对流层、平流层等。
影响因素
探讨影响大气成分和结构的 因素，如人类活动与自然过 程。
《气象学与气候学》PPT 课件
本课件将介绍气象学与气候学的基本概念和应用，从大气成分到气候变化， 让您深入了解气象科学在我们生活中的重要性。
气象学与气候学的概述
1 定义与关系
2 历史演变
了解气象学与气候学的区别与联系。
探索气象学与气候学领域的发展历程。
3 现代应用
展示气象学与气候学在社会中的广泛应用。
人为因素
分析人类活动对气候变化产生的影响，如温室气体排放。
全球气候变化的趋势和研究进展
1
温度上升
解释全球变暖和气温上升的趋势。
2
海平面上升
探究冰川融化导致海平面上升的现象。
3
极端天气
讨论频繁发生的极端天气事件，如飓风和洪灾。
计进行观测。 使用湿度计进行观测。 采用气压计进行测量。
气象预报的基本原理和方法
1
气象观测
收集气象数据以了解当前天气状况。
2
气象模型
利用数学模型预测未来天气情况。
3
预报技术
介绍各种预报技术，如数值天气预报。
气候变化的原因和影响
自然因素
探讨太阳辐射、地球运动等自然因素对气候变化的影响。
绪论 气象与气候学 教学课件
b绝对温标(T)：
规定：冰点为273°K 沸点为373°K
与摄氏度的换算方法是：°K=℃+273
c华氏温标(F)
规定：冰点为32°F 沸点为212°F
与摄氏温标的换算方法是：℃ =5/9(°F-32)
主要的气温仪器：
Meteorology
③湿度
Meteorology
定义：表示大气潮湿程度的物理量。
②平流层： 对流层顶-55km
特点： a 气温随高度不变-微升
-升高 b 没有强烈的对流运动 c 水汽、尘埃含量少
Meteorology
Meteorology
③中间层：平流层顶- 85km，特点： a 温度随着高度而迅速下降 b 空气有相当强烈的运动-高空对流层 c 60-90km有电离层(D)存在（只有白天才 出现）
Meteorology
根据大气中的温度、水汽、成分、垂直运动分为五层。 ①对流层：是大气的最低层，
集中¾的大气质量和 90%的 水汽，日常所见的大气现象 均发生于此层，也是对人类 生活、生产最有影响的层次。
特点：
a 气温随着高度的升高而降低
b 空气具有强烈的对流、乱流 运动
c 气象要素水平分布不均
Meteorology
①气压
定义：单位面积上所受到的整个空气柱的质 量，为大气压力。
实质：气压大小决定整个空气柱的质量。 单位：mmHg、pa、mb
1hpa = ¾ mmHg＝1mb 标准大气压：
在纬度为45°的海平面上，温度为0 ℃时， 所测得的水银柱高为760 mmHg的大气压强， 为一个标准大气压(1013.25mb)。
绪论
Meteorology
第一节 气象学简介 第二节 大气的组成及垂直结构 第三节 大气的基本物理特性
《气象学与气候学》PPT课件
T' T0 dT'
T T0 dT
将 d
dT' dZ
与
dT dZ
代入上式有：
T' T0 d dZ ，T T0 dZ （对于未饱和空气干空气按 γd 变化）
∴T T' ( d )dZ ………………………………………③
将③代入②式，得
2006-9-30
F1
G
d
T
dZm' g 精选ppt
3) 地形(geographical relief)：凸地变幅小，凹地 变幅大，因为凹地白天散热慢，夜间有效辐射强
4) 下垫面性质(features of underlying surface)： 水面上日较差小，陆地上大
5) 天气(weather)：晴天日较差大于阴天
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精选ppt
16
• (2)气温的年变化(annual variation)
特点：
回归线以外的地区为单波型：最高为7月, 最低为1月,海上落后一个月；
回归线之间赤道附近地区为双波型：最高 为4、10月，最低为7，1月。
原因：太阳直射点的季节变化，在赤道附 近地区，一年有两次太阳直射。
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精选ppt
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精选ppt
9
稳定度的综合判定方法:
综合干空气和未饱和湿空气的判定方法，可归纳如下：
<m 绝对稳定 m < <d 对干空气稳定，湿空气不稳定，此为条件性
不稳定；
>d 绝对不稳定。
以上判定方法可用如下的数轴表示：
m 条件性不稳定 d
绝对稳定 干稳湿中性
干中性 绝对不稳定 湿不稳
气象学和气候学-PPT文档资料
（三）发展时期
1.早期——20 世纪的前50 年
在此期间气象学的发展中有三大重要进展 ：
（1）锋面学说 （2）长波理论 （3）降雨学说
在气候学方面也有长足的进展
不积蹞步，无以致千里；不积小流， 无以成江海 友友情分享 20
（三）发展时期
2.近期——20世纪50 年代以后
由于电子计算机和新技术如雷达、激光、遥感及人造卫星 等的使用，大大地促进了气象学与气候学的发展。其主要 表现如下： （1）开展大规模的观测试验 （2）对大气物理现象进行数值模拟试验
气象学与气候学
气象学与气候学
德州学院地理系
付修勇
不积蹞步，无以致千里；不积小流， 无以成江海 友友情分享 1
资
料
3月1日下午，全国政协十届五次会议在人 民大会堂新闻发布厅举行首场新闻发布会。会 上，媒体记者反映热烈，暖冬对中国经济社会 发展会带来那些影响的问题成为问答之间的热 点话题。 新闻发言人吴建民表示，“暖冬”问题很 重要，气候变化问题已经不是科学家在争论的 问题，这是个不争的事实，现在全世界都在关 注气候变化问题。气候变化是全球的重大问题， 也是人类所面临的共同挑战。
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二、气象学与气候学的发展 简 史
气象学与气候学课件
一、主要气象要素
温标的对应关系
一、主要气象要素
2. 气压
a.定义：气压是指大气的压强，单位面积上所承受到的整 个空气柱的质量，即大气的压力。实质：气压的大小决定于 整个空气柱质量的多少。若以P代表气压，F代表面积A上所 承受的力，则： P＝F/A
物理含义：空气的分子运动与地球重力场综合作用的结果。
三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述
第一章
绪论
气象学、气候学的研究对象、任务和简史
气候系统概述 有关大气的物理性状
有关大气的物理性状
一、主要气象要素 二、空气状态方程
问题的提出
既然大气是“物质”，那么它就是“运动的”
那么如何“定量地描述”大气呢？
究竟需要“哪些量”才能较好地描述大气呢？
dP=-pgdz式称为静力方程。它表达了大气在垂直方向上处 于静力平衡状态时，气压变化和高度变化之间的定量关系。 地面气压分布一般在940—1040mb之间，在台风中心可能 低于900mb，在西伯利亚高压中心可能高于1080mb。
一、主要气象要素
b.单位：mmHg, pa, mb 1hpa=1mb=3/4 mmHg c.标准大气压 在纬度为45°的海平面上，温度为0 ℃时，所测得的水银 柱高为760mmHg的大气压强，为一个标准大气压 (1013.25mb)。
大气科学概论
大气科学学院 王伟
第一章
绪论
气象学、气候学的研究对象、任务和简史
气候系统概述
有关大气的物理性状
气象学、气候学的研究对象、任务和简史
一、气象学与气候学的研究对象
二、天气与气候的关系 三、本学科在实际生活中的应用 四、气象学与气候学的发展简史
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p RT
dp g
dz
dT g dz cp
g
d
=
-
dT dz
=
g cp
ϒd≈0.98K/100m
大气温度直减率
g = - ¶T
¶z
位温：气块沿干绝热过程移动到标准气压（1000hPa）处所具有的温度。
泊松方程中，取p0=1000hPa，T0=θ 得位温公式
T (1000)0.288
p
干绝热过程中，位温θ是保守不变的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气温是指气象观测所用的百叶箱 离地面1.5m高处的温度
气温日变化：最高值一般在14:00左右，最低值一般在日出前后 气温日较差：气温最高值与最低值之差，受纬度、季节、 下垫面性质、海拔高度、天气状况 气温年变化：陆地7月最高，1月最低；海洋8月最高，2月最低 气温年较差：一年中月平均气温的最高值与最低值之差，与纬 度、地表性质、天气情况有关
给予同样的热量Q，陆地表面升温剧烈，而水面升温缓和 失去同样的热量Q，陆地表面降温剧烈，而水面降温缓和
陆地表面温度变化取决于热量差额 ΔQ=R+LE+P+A
陆地表面日变化：最高点通常在13:00前后，最低点发生在 日出时 年变化：与太阳辐射年变化曲线几乎平行，最高在7月，最 低在1月
水温日变化：海洋日变化较小，0.5°C以下，湖面或者大河 2~5°C
qs表示水汽的量
于是,
dQ1
Ldqs
c p dT
RT p
dp
dQ2
dQ1
-dqs
• 干绝热过程：升降气块内部无水相变化， 并且与外部无热量交换的过程。
dQ=0
于是
c p dT
RT p
dp
0
dT RT dp cp p
dT R dp =
T cp p
从初态p0、T0到状态p、T积分
T dT p R dp
吸收波段 5-7μm和>18μm 13.5~16.5μm 8.3~10.6μm
地面有效辐射：地面所放射的辐射量与被地面所吸收的大气 逆辐射量之差
F = Fs - aFa = e(sTs4 - Fa )
影响因子：地面温度、地面性质、空气温度、湿度及垂直 分布和云况等
地面有效辐射强度随地面温度升高而增大，因此有效辐射 存在明显的日变化和年变化
湿绝热过程
• 凝结高度：未饱和湿空气块绝热上升至某一高度上开始发生凝结。 凝结高度的近似计算公式：
H=123(T0-Td0)
在凝结高度之下，dQ1=0，dQ2=0，仍是干绝热过程
• 湿绝热过程：饱和湿空气在升降过程中内部有水相变化，与外界无热量交换 的过程
地气系统的热量收支
地面温度和气温的变化
地面温度：由于地表性质（主要是水陆差异）不同，（1） 吸收的辐射能不同；（2）热量转换不同
[1]水陆比热不同：吸收同样的能量，水体的增温迟缓，陆 地的增温剧烈 [2]水陆透射性能不同：陆地吸收太阳辐射仅限于表层，而 较大一部分辐射透过水体表层深入水体内部 [3]水陆导热方式不同：陆地导热性能差，热量多集中在表 层，水体具有流动性，水平和垂直运动可以使热量迅速交 换 [4]水陆蒸发差异：水面水汽较多，大气逆辐射使得水面温 度降温较缓和
ò ò=
T T0
c p0 p p
泊松方程
T ( p )0.288 T0 p0
物理意义(干绝热过程)： 1、T仅与P有关 2、p升高，T指数升高 3、气块上升，T指数下 降
干绝热直减率ϒd
定义：干空气或者未饱和湿空气块绝热上升单位距 离时温度的降低值，用ϒd=-dT/dz表示
dT RT dp cp p
地面辐射：地面以自己的温度向外放射辐射能 Fs = esTs4
ε为地面对长波的比辐射率，与地表性质有关
大气辐射：大气吸收绝大部分的地面辐射，同时也放射辐射能 大气辐射一部分向上外逸到太空，另一部分向下到达地面（称 之为大气逆辐射）,大气逆辐射被地面吸收的部分为aFa
大气吸收地面长波辐射
成分
水汽、液态水 二氧化碳 臭氧
上节课重点回顾：
1、位势高度的物理意义
2、等压面、等高面
等压面上用等高线表示气压场型 等高面上用等压线表示气压场型
3、露点温度的含义及物理意义
露点越高，水汽含量越多，湿空气越接近饱和
4、太阳辐射在大气中的减弱 吸收、散射、反射
空气分子 云滴和尘埃
地面和大气辐射
地面和大气辐射的波长在3~120μm之间，属于红外或者远 红外辐射
海温日变化：最高点发生在15:00~16:00，最低点在日出后 不久 年变化：最高在8月，最低在2~3月，变幅比陆地要小得多
气温
大气主要靠地面热量向上传输而获得热量 传导：依靠分子运动将能量从一个分子传递给另一个分子 辐射：地面与大气、气团与气团之间的长波辐射 对流：暖空气上升，冷空气下沉 湍流：由于空气黏滞力而产生的不规则运动，近地面发生较多 蒸发和凝结：蒸发吸收热量，凝结释放热量
第二章作业： 2-2 2-6 2-9
第三章 大气热力学
热力学第一定律
能量守恒定律在理想气体中的应用
热量dQ
cv=0.716J/(gK)定容比热
内能mcvdT
作功pdV
公式： dQ mcvdT pdV
干空气的热力学第一定律
单位质量干空气(m=1),热力学方程简化为
dQ
=
cv dT
+
pd
地面热量平衡方程：R+LE+P+A=0
R为地面辐射差额 LE为潜热：L蒸发潜热，E蒸发量 P为感热：湍流显热交换 A为地表面与下层间的热传输量B和平流输送量C之和
年平均热量平衡方程
陆地， R+LE+P=0 沙漠， R+P=0 海洋， R+LE+P+C=0
R、LE、P、A的日变化和年变化，P49-51
1
r
(1)
理想气体状态方程
p RT
(2)
结合(1)和(2)，得到
RT dQ cpdT p dp
cp=cv+R=1.005J/(gK) 定压比热
饱和湿空气的热力学第一定律
• 凝结潜热：温度为t的单位质量水汽凝结为同温度的液体 释放的热量
L=2499.5-2.39t (单位：J/g)
水汽凝结释放潜热 dQ2=-Ldqs
地面及地气系统的辐射差额(收入-支出)
地面辐射差额：地面吸收的太阳辐射与地面有效辐射之差
R = (Q + D)(1- A) - e(sTs4 - Fa )
日变化、年变化、随纬度变 化、随天空状况变化P47-48
地气系统：把地面和对流层大气看成一个整体
高低纬地区之间的热量不均，靠洋流和气流，从低纬输送热量 到高纬，同时输送水汽
dp g
dz
dT g dz cp
g
d
=
-
dT dz
=
g cp
ϒd≈0.98K/100m
大气温度直减率
g = - ¶T
¶z
位温：气块沿干绝热过程移动到标准气压（1000hPa）处所具有的温度。
泊松方程中，取p0=1000hPa，T0=θ 得位温公式
T (1000)0.288
p
干绝热过程中，位温θ是保守不变的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气温是指气象观测所用的百叶箱 离地面1.5m高处的温度
气温日变化：最高值一般在14:00左右，最低值一般在日出前后 气温日较差：气温最高值与最低值之差，受纬度、季节、 下垫面性质、海拔高度、天气状况 气温年变化：陆地7月最高，1月最低；海洋8月最高，2月最低 气温年较差：一年中月平均气温的最高值与最低值之差，与纬 度、地表性质、天气情况有关
给予同样的热量Q，陆地表面升温剧烈，而水面升温缓和 失去同样的热量Q，陆地表面降温剧烈，而水面降温缓和
陆地表面温度变化取决于热量差额 ΔQ=R+LE+P+A
陆地表面日变化：最高点通常在13:00前后，最低点发生在 日出时 年变化：与太阳辐射年变化曲线几乎平行，最高在7月，最 低在1月
水温日变化：海洋日变化较小，0.5°C以下，湖面或者大河 2~5°C
qs表示水汽的量
于是,
dQ1
Ldqs
c p dT
RT p
dp
dQ2
dQ1
-dqs
• 干绝热过程：升降气块内部无水相变化， 并且与外部无热量交换的过程。
dQ=0
于是
c p dT
RT p
dp
0
dT RT dp cp p
dT R dp =
T cp p
从初态p0、T0到状态p、T积分
T dT p R dp
吸收波段 5-7μm和>18μm 13.5~16.5μm 8.3~10.6μm
地面有效辐射：地面所放射的辐射量与被地面所吸收的大气 逆辐射量之差
F = Fs - aFa = e(sTs4 - Fa )
影响因子：地面温度、地面性质、空气温度、湿度及垂直 分布和云况等
地面有效辐射强度随地面温度升高而增大，因此有效辐射 存在明显的日变化和年变化
湿绝热过程
• 凝结高度：未饱和湿空气块绝热上升至某一高度上开始发生凝结。 凝结高度的近似计算公式：
H=123(T0-Td0)
在凝结高度之下，dQ1=0，dQ2=0，仍是干绝热过程
• 湿绝热过程：饱和湿空气在升降过程中内部有水相变化，与外界无热量交换 的过程
地气系统的热量收支
地面温度和气温的变化
地面温度：由于地表性质（主要是水陆差异）不同，（1） 吸收的辐射能不同；（2）热量转换不同
[1]水陆比热不同：吸收同样的能量，水体的增温迟缓，陆 地的增温剧烈 [2]水陆透射性能不同：陆地吸收太阳辐射仅限于表层，而 较大一部分辐射透过水体表层深入水体内部 [3]水陆导热方式不同：陆地导热性能差，热量多集中在表 层，水体具有流动性，水平和垂直运动可以使热量迅速交 换 [4]水陆蒸发差异：水面水汽较多，大气逆辐射使得水面温 度降温较缓和
ò ò=
T T0
c p0 p p
泊松方程
T ( p )0.288 T0 p0
物理意义(干绝热过程)： 1、T仅与P有关 2、p升高，T指数升高 3、气块上升，T指数下 降
干绝热直减率ϒd
定义：干空气或者未饱和湿空气块绝热上升单位距 离时温度的降低值，用ϒd=-dT/dz表示
dT RT dp cp p
地面辐射：地面以自己的温度向外放射辐射能 Fs = esTs4
ε为地面对长波的比辐射率，与地表性质有关
大气辐射：大气吸收绝大部分的地面辐射，同时也放射辐射能 大气辐射一部分向上外逸到太空，另一部分向下到达地面（称 之为大气逆辐射）,大气逆辐射被地面吸收的部分为aFa
大气吸收地面长波辐射
成分
水汽、液态水 二氧化碳 臭氧
上节课重点回顾：
1、位势高度的物理意义
2、等压面、等高面
等压面上用等高线表示气压场型 等高面上用等压线表示气压场型
3、露点温度的含义及物理意义
露点越高，水汽含量越多，湿空气越接近饱和
4、太阳辐射在大气中的减弱 吸收、散射、反射
空气分子 云滴和尘埃
地面和大气辐射
地面和大气辐射的波长在3~120μm之间，属于红外或者远 红外辐射
海温日变化：最高点发生在15:00~16:00，最低点在日出后 不久 年变化：最高在8月，最低在2~3月，变幅比陆地要小得多
气温
大气主要靠地面热量向上传输而获得热量 传导：依靠分子运动将能量从一个分子传递给另一个分子 辐射：地面与大气、气团与气团之间的长波辐射 对流：暖空气上升，冷空气下沉 湍流：由于空气黏滞力而产生的不规则运动，近地面发生较多 蒸发和凝结：蒸发吸收热量，凝结释放热量
第二章作业： 2-2 2-6 2-9
第三章 大气热力学
热力学第一定律
能量守恒定律在理想气体中的应用
热量dQ
cv=0.716J/(gK)定容比热
内能mcvdT
作功pdV
公式： dQ mcvdT pdV
干空气的热力学第一定律
单位质量干空气(m=1),热力学方程简化为
dQ
=
cv dT
+
pd
地面热量平衡方程：R+LE+P+A=0
R为地面辐射差额 LE为潜热：L蒸发潜热，E蒸发量 P为感热：湍流显热交换 A为地表面与下层间的热传输量B和平流输送量C之和
年平均热量平衡方程
陆地， R+LE+P=0 沙漠， R+P=0 海洋， R+LE+P+C=0
R、LE、P、A的日变化和年变化，P49-51
1
r
(1)
理想气体状态方程
p RT
(2)
结合(1)和(2)，得到
RT dQ cpdT p dp
cp=cv+R=1.005J/(gK) 定压比热
饱和湿空气的热力学第一定律
• 凝结潜热：温度为t的单位质量水汽凝结为同温度的液体 释放的热量
L=2499.5-2.39t (单位：J/g)
水汽凝结释放潜热 dQ2=-Ldqs
地面及地气系统的辐射差额(收入-支出)
地面辐射差额：地面吸收的太阳辐射与地面有效辐射之差
R = (Q + D)(1- A) - e(sTs4 - Fa )
日变化、年变化、随纬度变 化、随天空状况变化P47-48
地气系统：把地面和对流层大气看成一个整体
高低纬地区之间的热量不均，靠洋流和气流，从低纬输送热量 到高纬，同时输送水汽