(精品)气象学与气候学重点

一

气候系统概念：P7

气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。

气候系统的五大子系统：大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈

臭氧的形成与分布 P9

臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。

主要由于在太阳短波辐射下，通过光化学作用，氧分子分解为氧原子后再和另外的氧分子结合而形成的。有机物的氧化和雷雨闪电的作用也能形成臭氧。

分布：大气中的臭氧随高度、纬度等不同而变化，近地面含量极少。它是在太阳紫外线辐射或闪电作用下，氧分子分解为氧原子后再和另外的氧分子结合而成的气体。据观测，臭氧含量随高度的分布很不规则，近地面含量很少，从10km高度开始含量逐渐增加，12-15KM以上含量增加得特别显著，在20-30km高度处达最大值，再往上，含量又逐渐减少，到55km高度就极少了。造成这一现象的原因是由于在大气的上层中，太阳短波强度很大，使氧分子解离增多。因此，氧原子与氧分子相遇机会很少；即使臭氧在此处形成由于它吸收一定波长的紫外线，又引起自身分解，因此，在大气上层臭氧的含量不多。到20-30km处，既有足够的氧分子，又有足够的氧原子，这给臭氧的形成提供了条件，故称这一层为臭氧层。在低于这一层的空气中，太阳短波紫外线大大减少，臭氧分解也减弱，所以氧原子数量减少，以致臭氧形成减少。

作用：臭氧能大量地吸收太阳紫外线，使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直分布，从而对地球大气环流和气候的影响起着重要作用。同时，还对地面上的生物起着保护作用，使之免遭紫外线的伤害，少量紫外线可以起到杀菌治病的作用。

P10对流层（地面——对流层顶）

对流层是大气的最下层，它的下界为地面，集中3/4大气，90%水汽，日常所见的大气现象均发生在此层，也是对人类生活、产生最有影响的层次。

对流层有三个特点：

①气温随着高度而降低：由于本层的直接热源是地面，愈近地面大气获得热能愈多，温度愈加高，其气温直减率主-0.65℃

/100m。

②对流运动显著：对流的强度主要随纬度和季节的变化而不同

由于下垫面起伏较大，海陆分布不同，大气受热不均，暖的地上升，冷的地方下沉，引起对流。

对流层的上界因纬度和季节不同而异，就纬度而言，

低纬度：对流强，对流层较厚，平均厚度为17-18km，

中纬度：夏季对流强，冬季对流较弱，平均厚度10-20km 主要受地表影响大

高纬度：全年受到的太阳辐射最小，对流也最弱，对流层的厚度只有8-9km。

③气象要素水平分布不均匀：温度和湿度不同

由于对流层受地表的影响最大，而地表面性质不同，使对流层中，温度、湿度气压、能见度、风速等的水平分布是不均匀的。例如：陆地上的湿度比海洋上要小得多，白天陆地上的温度要比海洋上高得多。

在对流层内，按气流和天气现象分布特点又可分为三层。

下层：又称行星边界层或摩擦层或扰动层。它的范围自地面到2km高度。下层受地面强烈影响摩擦作用、湍流交换十分明显，各气象要素具有明显的日变化（使大气浑浊度增大）。由于本层的水汽、尘粒含量多，因而低云、雾、霾、浮尘等出现频繁。

中层：从摩擦层顶到6km左右高度。这一层受地表影响较小，气流的状况基本上可以表征整个对流层空气运动的趋势。大气中的云和降水现象大都产生在这一层。

上层：从6km高度到对流层顶。由于这一层离地面更远，受地表影响更小，水汽含量极少，气温常在0℃以下，各种云多由冰晶和过冷水滴组成。在中、低纬度地区上层，常有风速＞30m/s的强风带出现。

此外，在对流层和平流层之间有一个厚度为数百米至1-2km的过渡层，称为对流层顶。此层主要特征是：气温随高度增加变化很小，甚至无变化。这种温度的垂直分布抑制了对流作用的发展，上升的水汽、尘粒多聚集其下，能见度变坏。对流

层顶的温度在低纬度地区平均为-83℃，在高纬度地区约为-53℃。

为什么在对流层顶，低纬的温度低于高纬的？

参考：对流层顶，低纬的温度低天于高纬，是因为：

（1）在对流层顶，温度的平均分布取决于辐射、湍流对流交换过程，对流层顶附近的温度与对流层顶的高度有密切的关系；（2）对流层顶愈高，温度随高递减的层次就愈厚，对流层顶的温度也就愈低；

（3）低纬地区对流旺盛，对流层顶高度为18-19KM，而高纬地区对流层顶只有9-10KM，故对流顶，低纬温度低于高纬。

相对湿度（f）：空气中实际水汽与同温度下饱和水汽压百分比。

意义：相对湿度直接反映了空气距离饱和的程度。相对湿度越大，越接近饱和，当达到100%时，空气就达饱和状态，此时水汽就要开始凝结。

露点（Td）：当空气中水汽含量不变且气压一定时，降低温度，使未饱和空气达饱和时具有的温度，称之露点。

空气状态方程：

空气状态有气压、密度、体积、绝对温度来表示。

（一）理想气体状态方程：

PV/T=R(常量) 在通常大气和压强条件下未饱和湿空气和干空气都十分接近理想气体当空气质量为Mg时，

PV=（M/μ）•R*T P=M/V•R*/μ•T P=ρRT

其中R*/μ=R——比气体常数

（二）干空气状态方程：

干空气μd=28.96代入R*/μd=Rd 则P=ρRdT

(三)湿空气状态方程

P=ρRdT（1+0.378e/p）

二

有关辐射的基本定律

辐射：自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量的方式称为辐射。通过辐射传播的能量称为辐射能，也简称为辐射

（一）斯蒂芬——随这温度的升高，黑体对各波长的放射能力都相应地增强。根据研究，黑体总的放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比

波耳兹曼定律黑体的辐射能力与其表面的绝对温度的四次方成正比，表达式为：E=σT4

（二）维恩位移定律：黑体的单色辐射强度极大值所对应的波长是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。根据研究，黑体的单色辐射强度极大值所对应的波长与其绝对温度成反比。

黑体辐射能力最大值所对应的波长与其表面绝对温度成反比，表达式为：λmax=C/T。

上式称维恩位移定律，如果波长以微米为单位，C=2896μm*K

上式表明，物体的温度越高，其单色辐射极大值所对应的波长越短；反之，物体的温度越低，其辐射的波长则越长。（三）基尔霍夫定律：研究黑体与灰体的关系

当热量平衡（即温度不变）时，物体对于某一波长的辐射能力与物体对该波长吸收率之比为一恒量。

该定律指出，辐射能力强的物体，吸收能力也强，反映了辐射能力和吸收率的关系。

表明（1）在一定波长、一定温度下，一个物体的吸收率等于该物体同温度、同波长的放射率。黑体吸收能力最强，因此也是最好的放射体。（2）同一物体在温度T时它放射某一波长的辐射。那么，在同一温度下也吸收这一波长的辐射。