大气物理
大气的基本物理性质
⼤⽓的基本物理性质⼤⽓的基本物理性质时间:2013-10-17 11:09 来源:未知作者:地理教师责任编辑:地理教师--------第三节⼤⽓的基本物理性质⼀、主要的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（meteorological elements）。
它们包括太阳辐射、温度、湿度、⽓压、云、降⽔、蒸发、能见度和各种天⽓现象等。
其中以温度、⽓压、湿度和风最为重要。
⽓象要素表征着⼤⽓的宏观物理状态，是⼤⽓科学研究的基础。
（⼀）⽓压1．⽓压的定义⼤⽓压强的简称，从观测⾼度到⼤⽓上界，单位⾯积上垂直空⽓柱的重量。
⽓压常⽤的单位是百帕（hpa）,或以⽔银柱⾼度的毫⽶（mm）数、厘⽶（cm）数表⽰。
⼀个标准⼤⽓压：国际上规定，温度为0℃，纬度为45°的海平⾯上，760mm⽔银所具有的压强称为⼀个标准⼤⽓压。
2．⽓压单位的换算在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡（Pa）。
1帕斯卡＝1⽜顿/平⽅⽶，所以，1个标准⼤⽓压＝101325N/m2＝101325Pa ＝1013.25hpa≈1000hpa⽓象学上以前曾⽤毫巴作为⽓压的单位，1mb＝1000达因/平⽅厘⽶，因1帕斯卡＝10达因/平⽅厘⽶，所以1mb＝100帕斯卡＝1百帕（hpa）,1⽜顿＝105达因。
1mb＝1hpa⼀个标准⼤⽓压＝760mmHg＝1000hpa 1mmHg＝4/3hpa可以由式mg/4лR2容易地计算出地球表⾯的平均⽓压。
式中的m为⼤⽓的总质量5.13×1018kg，g为平均重⼒加速度9.8m/s2，R为地球的平均半径，地球表⾯上的平均⽓压为：105pa＝1000 mb＝1000hpa（⼆）湿度1．湿度的定义表⽰物体潮湿程度的物理量。
表⽰空⽓潮湿程度的物理量称为空⽓湿度。
2．湿度的表⽰⽅法⑴⽔汽压（e）⼤⽓中⽔汽所产⽣的分压强称为⽔汽压。
和⼤⽓压强⼀样，⽔汽压也⽤mmHg为单位，在国际单位制中也采⽤帕斯卡为单位。
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。
大气中的物理现象
大气中的物理现象1. 嘿，各位小伙伴们！今天咱们来聊聊大气中那些神奇的物理现象。
说起来，咱们每天都生活在大气中，可你们有没有想过，这看不见摸不着的空气里，其实藏着不少有趣的秘密呢！2. 先说说雨吧。
你们有没有想过，为啥下雨的时候，雨滴是圆溜溜的，而不是别的形状呢？这可不是老天爷故意捏成圆形的哦！其实啊，这跟表面张力有关。
雨滴在下落的时候，就像是被一层看不见的橡皮筋包裹着，把水珠紧紧地抱在一起，形成了圆形。
我有个朋友曾经开玩笑说："这不就是天上的水球大战吗？"3. 说到水，咱们再来聊聊彩虹。
彩虹可不是天上画出来的七彩拱门，而是光线在水滴中折射和反射的结果。
想象一下，阳光穿过水滴就像是穿过一个小小的棱镜，把白光分解成了红橙黄绿蓝靛紫七种颜色。
有次我跟我侄子解释彩虹的原理，他天真地问："那我们能不能用超级大的喷壶制造一道永久的彩虹？"我笑着说："那恐怕得把整个城市都淋湿了！"4. 再来说说闪电吧，那可是大自然的超级魔术秀！闪电其实是云层之间或者云层与地面之间的放电现象。
想象一下，云朵就像是带着静电的大毛衣，摩擦得越厉害，电荷积累得越多，最后"啪"的一声，就放电了。
我有个胆小的朋友每次打雷都吓得直哆嗦，我就安慰他说："别怕，这不过是天空在打嗝而已！"5. 说到天空，咱们来聊聊为什么天是蓝色的。
这个问题可把古人难住了，他们还以为是海水的倒影呢！其实啊，这是因为阳光中的蓝光更容易被空气分子散射。
就像是蓝色小球特别调皮，总喜欢到处乱跑，所以我们从各个方向看到的天空都是蓝色的。
有次我跟朋友开玩笑说："要是空气分子特别喜欢红光，那我们岂不是生活在火星上了？"6. 再来说说风吧。
风其实就是空气的流动，就像是看不见的河流在我们周围流淌。
风的形成主要是因为温度和气压的差异。
想象一下，热气球为什么能升空？就是因为热空气密度小，会往上飘。
大气物理常识
地转风是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，自由大气中空气作等速、直线的水平运动。
地转风方向与水平气压梯度力的方向垂直，即平行于等压线。
设定一个点是低压中心，周围的空气均向这个中心靠近。
由于地转偏向力，向右偏使北半球气旋旋转是逆时针。
自由大气中风基本上是沿等压线吹的。
在北半球，背风而立，低压在左，高压在右；在南球则相反。
在摩擦层中，由于风向斜穿等压线流向低压，故在北半球，背风而立，低压在左前方，高压在右后方；南半球则相反。
这就是白贝罗定律，又叫风压定律。
平流层（stratosphere），亦称同温层，是地球大气层里上热下冷的一层，此层被分成不同的温度层，当中高温层置于顶部，而低温层置于低部。
它与位于其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上冷下热的。
在中纬度地区，平流层位于离地表10公里至50公里的高度，而在极地，此层则始于离地表8公里左右。
平流层是夹于对流层与中间层之间平流层，亦称同温层。
平流层之所以与对流层相反，随高度上升是气温上升，是因为其顶部吸收了来自太阳的紫外线而被加热。
故之在这一层，气温会因高度而上升。
平流层的顶部气温大概徘徊在270K左右，与地面气温差不多。
平流层顶部称为平流层顶，在此之上气温又会再以随高度而下降。
至于垂直气温分层方面，由于高温层置上而低温层置下，使到平流层较为稳定。
那是因为那里没有常规的对流活动及如此相连的气流。
此层的增温是由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线，它把平流层的顶部加热。
至于平流层的底部，来自顶部的传导及下部对流层的对流刚好在那里抵消。
所以，极地的平流层会于较低高度出现，因为极地的地面气温相对较低。
在温带地区，商业客机一般会于离地表10公里的高空，即平流层的底部处巡航。
这是为了避开对流层因对流活动而产生的气流。
而在客机巡航阶段所遇上的气流，大多是因为在对流层发生了对流超越现象。
同样地，滑翔机一般会在上升暖气流上滑翔，这股气流从对流层上升到达平流层平流层就会停止。
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。
大气物理学（复习版）
⼤⽓物理学（复习版）⼤⽓物理学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。
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(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。
大气物理知识点总结
大气物理知识点总结大气物理是研究大气运动、气象现象和大气环境的学科。
它涉及了大气的结构、运动规律、热力学和动力学过程等多个方面。
在现代大气物理研究中，人们不仅仅关注天气预报和气候变化，还涉及到了空气污染、天然灾害等问题。
下面将对大气物理的一些重要知识点进行总结。
大气的成分和结构大气是地球表面上的气体层，由各种气体组成。
主要成分包括氮气（78%）、氧气（21%）、稀有气体（1%）、水蒸气（变化范围大）等。
大气主要分为四层：对流层（最底层）、平流层、中间层和外部层。
大气的运动规律大气运动包括垂直运动和水平运动。
垂直运动主要是对流运动和垂直运动。
而水平运动则包括风、地转风、切向速度、螺旋速度、地面风、垂直风等。
大气的热力学过程大气中的热力学过程包括气体的热胀冷缩、热传导、对流传热、辐射传热等。
这些过程对大气的热力学结构和气候有着重要的影响。
大气的动力学过程大气中的动力学过程主要包括了地球的自转和公转、大气的环流、热带气旋、高空急流、地理风等。
通过这些过程，可以了解大气的轨迹和运动规律。
大气现象大气现象主要包括天气、云、雨、雪、冰雹、雾、霾、龙卷风、飓风、台风、雷电、飞沙走石等。
这些现象对人类的生活和生产有着重要的影响。
气象预报气象预报是利用大气物理的知识对气象现象进行预测和预报。
它可以帮助人们更好地安排生活和工作，预防天气灾害等。
气候变化气候变化是指地球气候系统长期的变化。
它包括了气温、降水量、风向等的变化。
近些年来，由于人类活动的影响，气候变化已成为一个重要的全球性问题。
空气污染空气污染是指大气中出现的污染物质，包括了颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等。
空气污染对人类的健康、环境等都具有严重的影响。
天然灾害天然灾害包括了台风、龙卷风、地震、洪水、干旱等。
它们对人类的生产和生活造成了很大的损失。
在大气物理研究中，人们不断地深入探索大气的奥秘，致力于提高气象预报的准确性、探索气候变化的规律、减少空气污染和防范天然灾害。
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。
大气物理学课件完整PPT
d t x y z （1）大陆型：一年中气压最高值 出现在冬季，最低值出现在夏季，气压年变化值很大，并由低纬向高纬逐渐增大。
程
2、不同密度气团的移动
（二）辐散、辐合与垂直运动
u , v , w x y z
u 0 x u 0 x
空气的散度 辐散 辐合
立方体中的总散度等于三个偏导数之和 1ddtuxyvw z
( ) （3） 2、不同密度气团的移动
x y z t 气压梯度是一个空间矢量，它垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差（ΔP）除以其间的垂直距离（ΔN），可
用下式表示：
一、气压梯度（pressure gradient)
水平气压梯度力的大小为
当或
时
((u)(v)(w ))0 （4）
( t )z
g
dz
z t
对于地面，有
(p0 ) t
g
0
dz
t
[(u)(v)(w )] 连续方程
x y z t
代入
(
p0
)
g
dz
t
0 t
得到
( p 0) g( u v )d zg (u v )d zg (w )dz t 0 x y 0 x y 0 z
水平方向上的 速度辐散、辐 合
气压梯度力（ pressure gradient force) 气压梯度存在时，单位质量的空气所受的力叫气压梯度力，其大小与气压梯度成正比，与空气
密度成反比。
或 则在 时间内，流入这小立方体中总净质量为：
（三）引起局地气压变化的原因
方
二、水平气压梯度力的大小和方向 可以分为以下三种类型：
1duvw0 （9） 将（7）式代入（5）式，得到：
大气物理
0
p z p z x p x
0
p z p z y p y
1 p ; x x
1 p y y
1 p v ① ②代入 g f x u 1 p g f y
1 vg f x p u 1 g f y p
用地转偏
差表示的 水平动量 方程：
dVh fVh k fVg k dt
k dVh V f dt
即地转偏差与加速度垂直，面对 加速度的方向，地转偏差指向左， 地转偏差大小与水平加速度成正 比。
地转偏差与水平动能的关系
地转偏差与铅直运动的关系
即
F z F F x p z x p x z
F F z F y z y y p p z
同理，有：
空间偏导关 系的几何证 明：
F1 F0 F l i m x p x 0 x F F2 F2 F0 l i m 1 x 0 x x F1 F2 z F2 F0 l i m x 0 x z x
在 z 坐标系，气压梯度力是与等高面上的气压梯度联系在一起的；而在 p 坐标系中， 气压梯度力是与等压面的重力位势梯度联系在一起的。
优点：P坐标系中的气压梯度力与密度无关！
矢量形式的地转平衡与地转风：
1 fVh k p,
1 Vh p k Vg f
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。
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
物理学中的大气物理和海洋物理
物理学中的大气物理和海洋物理物理学是研究自然界基本规律和物质结构的科学。
在物理学中，大气物理和海洋物理是两个重要的分支，它们关注的是地球大气层和海洋中发生的各种物理现象和过程。
本文将详细介绍大气物理和海洋物理的基本概念、研究内容和研究方法。
大气物理基本概念大气物理是研究地球大气层中物理现象和过程的科学。
它主要包括大气组成、大气结构、大气运动、大气波动、大气辐射等方面的内容。
研究内容1.大气组成：研究大气中的气体、液体和固体颗粒物等成分及其分布和变化规律。
2.大气结构：研究大气层的层次结构、温度、压力、密度等参数的分布特征。
3.大气运动：研究大气中的风、气旋、锋面等运动形式及其产生和变化的原因。
4.大气波动：研究大气中的长波、短波、Rossby 波等波动现象的产生、传播和消散过程。
5.大气辐射：研究太阳辐射、地面辐射和大气辐射在大气中的传播、吸收、散射等过程。
研究方法1.地面观测：通过气象站、雷达、激光等设备对大气参数进行实时观测。
2.卫星遥感：利用气象卫星、地球同步轨道卫星等对大气进行全球范围内的观测。
3.数值模拟：利用计算机模拟大气运动和波动过程，揭示大气现象的内在规律。
4.实验研究：通过实验室模拟和野外实验，研究大气物理过程的微观机制。
海洋物理基本概念海洋物理是研究地球海洋中物理现象和过程的科学。
它主要包括海洋水文、海洋气象、海洋声学、海洋光学、海洋热力学等方面的内容。
研究内容1.海洋水文：研究海洋水体的分布、运动、温度、盐度等参数的特征和变化规律。
2.海洋气象：研究海洋上的风、浪、潮汐等气象现象及其与大气相互作用的过程。
3.海洋声学：研究声波在海洋中的传播、反射、折射、散射等现象及其应用。
4.海洋光学：研究光在海洋中的传播、散射、吸收等过程，以及海洋颜色、光谱特性等。
5.海洋热力学：研究海洋中的热量传递、温度分布、热流等现象及其对气候和环境的影响。
研究方法1.海洋观测：通过浮标、潜标、海洋调查船等设备对海洋参数进行实时观测。
第一章 大气物理学
实际流体都是有粘性的，没有粘性的流体 称为理想流体。
1.1 大气的重要物理参数
温度升高， 气体粘度系 数增大。
温度升高， 液体粘度 系数减小。
气体
液体
粘度系数随温度变化情况
1.1 大气的重要物理参数
可压缩性
流体在压强或温度改变时，能改变其原来体积及密度 的特性。
1.4 气象对飞行活动的影响
阵风对飞机飞行的影响
大气层中空气短时间强烈对流产生的扰动称为阵风。 水平阵风和侧向阵风 垂直阵风
主要是改变迎角。
1.4 气象对飞行活动的影响
稳定风场对飞机飞行的影响
逆风起飞着陆 有侧风时起飞和着陆
●侧风中的着陆过程
● 航线法进近
● 带坡度接地
低空风切变对飞行的影响
对流层内不仅有空气的水平流动，还有垂直流 动，形成水平方向和垂直方向的突风。
对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的 增加而下降。在11km以下，每上升1km，温度 下降6.5度。
大气的分层
Km Kft hPa
Kg/m3
kg/m
3
温度
电离层(暖层)
中间层 平流层(同温 层) 对流层
平流层(同温层)的特点
现代喷气式客机多在11~12km的平流层底层 （巡航）飞行。
大气的分层
Km Kft hPa
Kg/m3
kg/m
3
温度
电离层(暖层)
中间层 平流层(同温 层) 对流层
中间层、电离层的特点
中间层的特点
中间层从离地面50公里到80公里为止。 空气十分稀薄，温度随高度增加而下降。 空气在垂直方向有强烈的运动。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0.1 μ m ～1cm。
4
绪论
分类
宏观云物理学主要是大气动力学问题，微观云物理 学则更多的是水汽的相变热力学和气溶胶力学问题， 所需的知识为热力学原理、扩散理论和物理化学等。 宏观和微观二者是相互依存、相互作用的。
25km—500km
>500km
10
绪论-主要矛盾
云雾降水物理中最主要的矛盾是大气在运动中实 际可能包含的水汽量和大气中实际存在的水份 含量之间的矛盾。
该矛盾的存在，才有云雾的发生发展(大多情况)， 以及降水的发生和减弱。该矛盾贯穿在整个自然界 气流与空中水分相变的相互制约过程中。 当然，在云雾发展的某一局部阶段，其它矛盾可能 暂时转化为主要矛盾。但总的来说，其它矛盾不占 经常的、主要的地位。因此，各种云雾现象中只有 与主要矛盾相联系的现象才是更重要的。
云降水物理学
教师：刘晓莉 电话：58731592 Email：liuxiaoli2004y@
1
第一章
学科性质 学科地位 方法体系 发展简史 学习目的 主要内容 参考书目
绪论
绪论-学科定义
广义上可以定义为大气中云的科学，可以包括 从云的分类、形成、演变、云中辐射传输、 云中光电现象等一直到雨水的化学特性这样 的范围。
通常的云物理学著作侧重于云的微物理学，并不是 认为云的动力过程不重要，主要原因是对云的动力 学的了解远不如对云的微物理学那样清楚。
5
绪论
研究对象
微尺度：云雨滴的形成、增大和消散规律
结构尺度：云雨中的特征结构 中小尺度：有独立意义的中小规模的云雨单元及天 气系统 天气尺度：云雨单元的集体以及范围较大的天气系 统
17
绪论 – 方法体系
5、人工影响云雾降水作业
用人为方法干扰云雾降水过程，观测干扰后果，以 了解云雾降水发展规律。
但是自然云雾降水过程十分复杂，影响因子的主次 常有变化； 当引入人为干扰时，干扰的原理、催化剂性质和剂 量、干扰部位及被干扰对象的特点等，都直接或间 接影响云雾降水过程的其后发展； 干扰后果是自然发展与人为干扰的综合叠加造成， 区分十分困难。
最后这一句话竟落在事实后面，1946年11月13日，即这一期 《科学》出版的前两天，Schaefer进行了一次有历史意义 的飞行，它是人类第一次对一块过冷云进行科学播撒。 Schaefer从Curt驾驶的一架小型飞机的座舱里，在一块云 的上方沿着一条大约3英里长的航线，播撒了3磅干冰。这 块云是层云，云高4000多米，云中温度-20C。在5分钟以内， 似乎整个云都转变成雪，在云下降落了约600米才蒸发掉。
11
绪论 – 学科地位
大气科学：大气物理、大气化学、大气生物学 大气物理学：大气热力学、大气动力学、云雾
降水物理学、大气辐射学、大气声光电学、高 层大气物理学等
研究云雾降水物理必须具有大气物理学中其它分支 的知识
研究云雾降水物理必须重视云雾的地理背景、环流 背景、天气背景，应具备天气学、气候学知识
21
发展简史
1896巴黎出版第1部国际云 图，现用瑞士1956年版
22
发展简史
Dalton（1766-1844）测量饱和水汽压
1843年Clapeyron从理论上得出饱和水汽压
随温度的变化，随后Clausius将此关系改写 为通用的表达式
23
发展简史-成核作用的早期发现
1870年Kelvin勋爵在爱丁堡皇家学会的会议录上发 表了具有重大意义的论文。云滴表面饱和水汽压随 温度和水滴大小的变化关系。 1875年法国人Coulier发表了他的试验结果，证实了 空气中的悬浮颗粒在微量过饱和或未达到过饱和情 况下，可充当在其周围发生凝结的核。 1880年后，便有苏格兰物理学家John Aitken埋头苦 干了近35年的卓越的研究工作。用他那个被称之为 爱根核计数器的轻便膨胀室，考察了低层大气中所 含的颗粒数。 1884年Raoult研究稀溶液的饱和水汽压定律
26
绪论
27
发展简史-过冷却和伯杰龙假说绪论
22年以后，Bergeron将观测事实加以整理，提出了 他那个液相和冰相混合云发生降水的著名理论。 Bergeron把他的理论提到1933年在里斯本召开的国 际大地测量和地球物理联合会第五次全体会议上， 会议论文集直到1935年才发表。
Findeisen在Bergeron思想的基础上加以扩充，于 1938年发表文章对这个理论作了更为明确的阐述， 并引进了许多新的解释。因此Bergeron理论在许多 地方便以Bergeron-Findeisen理论而著称。
25
发展简史-过冷却和伯杰龙假说
1900年Berson通过气球观测发现过冷却云滴 Wegener在他1911年出版的《大气热力学》一书中就 讨论了在-20—-30C的温度下观测到的液滴。书中 说“水汽张力将自行调节到冰面和水面饱和值之间 的某一个值。由此产生的效果必然是，在冰上将连 续不断发生凝结，而同时液体水则在蒸发，这一过 程一直要进行到液相完全耗尽为止”。
24
发展简史-成核作用的早期发现
1890年，Gibbs提出相变时能量转化有关的Gibbs自 由能概念
1897年Wilson进行了经典的云室试验，研究无尘空 气中带电离子的凝结
1921和1926年，瑞典化学家兼气象学家Hilding Kohler证实了海盐核的重要性，并发展了吸湿性核 凝结理论。
继这项开拓性的工作以后，德国法兰克福Taunus观 象台进行了一系列核的数目和大小的测定，由基督 教徒Junge指导继续进行。Junge和他以前的John Aitken一样，成为这一学科的世界权威。
31
发展简史-Vonnegut博士的碘化银实验
在麻省理工学院曾研究过与飞机积冰有关的成核作 用问题的Vonnegut博士，于1946年秋季，在通用电 气实验室忙于研究各种成核过程。 当Schaefer实验室的实验做过以后，便把他的注意 力又转移到冰的成核作用上来。当他了解到冰晶可 以在具有适当的晶体结构的物质上增长核化之后， 他翻阅了x光晶体学手册，寻找晶体结构和冰晶相 近、又不溶于水的物质。碘化银和碘化铅似乎是最 合乎这个条件的。
例如：
在有垂直风洞的冷云室中，模拟冰雹在有过冷水滴的云 中的增长，并分析影响其增长的因子； 在水箱中加入由BaCl2和Na2SO4溶液混合而沉淀出BaSO4 ， 用此沉淀物下沉情况模拟自然热云泡上升的情况； 用薄层流体顶部冷却低部加热，模拟自然云的细胞对流 过程及镶嵌云和波状云的形状，研究相应的自然过程及 云状的形成条件等。
例如：
水滴半径与下落末速度的关系； 冻结核的有效阈温；
不同半径水滴的重力碰并或电力碰并等。
15
绪论 – 方法体系
3、理化模拟（综合因子）
用实验方法，模拟自然机制及过程。使设计出的现 象与自然过程在直观上有一定的相似性，可用增减 因子或改变参量的有控制的实验方法，研究云雾物 理过程的因子、机制、子过程等。
16
绪论 – 方法体系
4、数值模拟
根据控制自然云雾降水发展过程的基本规律所遵循 的数学物理方程组（包括宏观的流体动力及热力学 方程组和云雾微观过程方程组），按实测的初始及 边界条件，进行数值求解。 把所得结果与自然界云雾降水发展的探测数据相比 较，二者相符则认为原采用的这些方程组所代表的 过程与自然过程相符，即模拟成功。 可摆脱实验室的约束和局限，可考虑较多因子 可以很复杂，但自然界的复杂性不能完全用方程表 达出来
29
发展简史-Schaefer的伟大发现
观测冰箱里湿空气的凝结时，当温度降到-20℃左右时，仍没 有冰形成。
最后，在一个异常酷热的日子（1946年7月12日）。冰箱里的 温度不够低，他想让温度再低一点，就取了一大块干冰投 入箱中去降低温度。忽然间，空气中马上充满了冰晶，足 有几百万个。他又把干冰取出来，冰晶维持了一会。接着 他发现，即使很小一块干冰也能使云里充满冰晶。他取一 根在液态空气中浸过的针，让这根针在冰箱里经过一次。 结果只要一接触这根针，就又产生无数个冰晶。这个效果 很快散布到整个冰箱。这是一个绝妙的实验……。
对客观自然云雾或人工影响后的云雾获得感性认 识的方法。
例如：
组织中小尺度观测网； 进行云内外温、湿、压及气流分布探测，云体发展及 挟卷情况探测、雷过回波及卫星云图； 云内微物理结构及其有关参量和特征（如滴谱、含水 量等）观测、降水观测等
14
绪论 – 方法体系
2、理化实验（隔离因子）
从云雾过程的整体中隔离出一些因子，在实验室分 析较为单纯的一些物理关系。
Schaefer实验日记中这样写道：“当我们还在云里面看见到 处是耀眼的冰晶时，我转向Curt和他握手，我说：‘我们 成功了’！
30
发展简史-Schaefer的伟大发现
Schaefer就他的实验给《科学》杂志写了一篇文章，发表于 1946年11月15日的期刊上。他在文章的结语中写道：按计 划准备在不久的将来通过一架飞机向云中播撒小块干冰， 而将过冷云大规模转化为冰晶云。我们相信，这种作业是 切实可行、比较经济的，同时，大面积的云系也可用这种 方法进行人工影响。
28
发展简史-Irving Langmuir博士
Langmuir博士美国最早的诺贝尔奖金获得者之一，因表面 化学方面的工作而获得1932年的诺贝尔奖。1947年他在美 国科学院的讲演中是这样叙述Schaefer早期的研究工作： “Schaefer比我年轻得多。他来实验室，就在机械车间工作， 是一位很熟练的技工，给我们做了许多精密仪器。后来他 想参加研究工作。便和我们一起研究表面化学，工作得很 不错，发表过这方面的研究成果。他喜欢爬山，我也喜欢， 总的说我们都喜欢室外生活。这是很重要的，而且和我们 后面对人工控制天气的兴趣密切相关。我们现在所做的许 多事情都源出于那个共同的背景。谁也不会给我们作出那 种安排。要不是我们生性就喜欢这样做的话，谁也无法说 服我们冬天登上华盛顿山进行这一项属于自然现象的研 究”。