气象学与气候学教案解析

《气象学及气候学》教案

第一章绪论

气候学历经经典、天气气候到现代气候学的发展过程是科学观念的革命，它包括认识和研究方法的根本变革，启示我们从系统中学习气候，学习气候又是为了更好的认识这个地球表层系统。

一、现代自然地理学及气象气候学

1、人类赖以生存的地球——地球表层系统——个相互作用的整体

任何子系统的变化都会影响其他子系统

2、气候系统及地球表层系统——几乎相互覆盖的研究客体，但重点不尽相同。

3、气候系统也包括了地球表层系统中的几个子系统

4、其中，大气圈及自然地理系统其他圈层相互作用中，大气圈最为活跃，是联系各子系统相互作用的重要纽带，是形成自然地理要素地

带性及非地带性分布特点的主要背景之一，也是构成地球表层系统重要圈层

二、大气圈——是处于特定条件下及具有特定成分的气圈

1、气候系统如何起动及运动，其中的热力、动力过程

2、气候系统中各部分的联系，相互作用及耦合的整体过程以及对气候的影响

3、气候的综合性及地域的差异性，以及气候系统的稳定性及敏感性等

三、特定成分及其影响：

1、主要及微量成分

2、微量成分及其特殊作用：—温室气体

—平流层及臭氧层--生命保护层，

—三态共存，参及能量，辐射，及天气过程

四、重力场对大气层的约束及影响：

—在重力的作用下，以地面为下边界，绕地球旋转的圈层。

—影响之一：垂直层结的形成——大气分层：

水平尺度>>垂直尺度。

五、对流层：

是深受下边界(热力及动力)影响的大气最底层，集中了80％的大气质量，也是大气圈层及其它圈层相互作用的主要场所。

六、水汽对大气状态影响之——湿空气状态方程

七、微量气体：

在气候系统中存在着短周期的微循环，成分可变。含量虽少，但对热辐射非常敏感，因而对大气热状态影响很大，人类活动参及了微循环一可造成对大气行为有意或无意的干扰。

影响举例：臭氧层

问题：地面条件如何影响大气活动(热力及动力)—相互作用

第二章大气的热能和温度

——气候系统物理过程之一太阳能启动气候系统的物理过程—形成全球温度差异的地带性及非地带性分布以及周期和非周期变化。地气间的热能交换过程是地表系统中最基本的相互作用和影响过程，它从能量上把几个圈层连接在一起。

一、太阳能进入气候系统

1、主要途径：太阳辐射能地面大气

太阳短波辐射经大气削弱到达地面，吸收成为地面热能

地面及大气热交换：长波辐射热交换—地面有效辐射一

感热输送(传导；对流乱流)—

潜热输送—

意义：地气热交换——气圈和其它圈层相互耦合的重要过程

2、热交换过程不同，控制因子也不同(天文条件、地面性质、干湿条件)，地面对大气的供热状况，物理过程差异也就很大。有：

地带性——纬度差异

非地带性——海陆等差异

3、模型化：辐射差额方程及热量平衡方程

4、大气中几种微量成分的又一影响——大气的温室效应

二、大气中“气块’的温度变化——受制于热力学第一定律(能量守恒)

在大气中表现为：

1、外界(地面)供热可引起气块温度非绝热变化

2、气块垂直运动中气压变化可引起气块温度的绝热变化，变化率为或 (水气参及时)

3、个别气块变温过程

三、“局地”气温变化由气块水平及垂直运动中引起的气块置换引起

1、包含有水平平流，垂直运动及气块非绝热变化三部分，各部

分控制因子及作用各不相同

2、模型化——局地变温方程

四、气层温度的垂直分布()及气块垂直运动时的温度变化()

1、气温垂直分布及气层静力稳定度——重力场对大气行为的又一影响

2、大气静力稳定度对大气垂直运动、垂直热输送及污染物扩散的影响

3、整层气层抬升时，可能发生变化——气层的位势稳定度

五、平均气温的水平分布深受地面条件影响

具有地带性及非地带性

周期性及非周期性

六、结论

由太阳——地面——大气的供热过程，大气最终获得的加热，加热率各处各时各不相同，具有地带性、非地带性及周期性、非周期性差异。

问题：大气圈中各处受热不同形成了气温分布不均，它对气候系统的进一步影响的物理过程。

第三章大气中的水分——

气候系统中水圈及大气圈水交换的实现及影响

的物理过程

水是地球上唯一能在自然条件下三态并存的物体，在相变中伴随有能量、天气、水循环等过程

一、水出入大气的物理过程

1、基本判据 E－e>0

2、地面蒸发快慢及气象条件——温度及水汽扩散的快慢(风及稳定度)

3、凝结——地表及大气中凝结的基本条件：降温

大气中：绝热上升冷却过程——云

地表层：非绝热冷却过程——雾等

二、由水汽——云——降水

1、水滴凝结及增大过程——人工干预的可能性

2、上升运动形式云形降水性质

3、全球降水分布及垂直运动地带性分布

非地带性分布

第四章大气的运动——气候系统物理过程之二

——加热不均及地球旋转对大气运

动状态的影响

一、大气中气压分布不均并随时间而变化

气压差是推动空气块运动的基本动力

1、分布不均的量度——气压梯度，因大气层结性又可分为：

垂直气压梯度(很大)：

意义：在重力场下形成，因此及重力有关，基本上及重力相平衡

模式化：静力方程

应用：压高公式——气压随高度降低快慢及温度关系最密切。

水平气压梯度(很小)：形成水平气压梯度力——成为气块水平运动基本动力

2、分布不均的总体效应——形成了空间气压系统

气压系统的直观表示——等压面或等高面(基本等效)