大气科学概论
大气科学概论-教案
• 发展初期 • 发展初期包括16世纪中叶到19世纪末。这时由于欧洲工业 的发展，推动了科学技术的发展，物理学、化学和流体力 学等随着当时工业革命的要求，也快速发展起来。又由于 航海技术的进步，远距离商业与探险队的活动，扩大了人 们的视野，地理学乃蓬勃兴起，这就为介于物理学与地理 学之间的边缘科学——大气科学的发展奠定了基础。再加 上这一段时间内气象观测仪器纷纷发明，地面气象观测台、 站相继建立，形成了地面气象观测网，并因无线电技术的 发明，能够开始绘制地面天气图。由于具备了这些条件， 大气科学乃与天文学逐渐分离，成为独立的学科。
• 解放后，我国气象事业得到迅速发展。在第一个 五年计划期间，全国共建立了各级气象台站1378 个，到1957年底全国各级气象台站已达1635个， 比解放初期增加近22倍。40余年来兴建的天气和 气候站网已遍布全国。我国的大气科学研究进入 了高度发展的时期。在基础理论方面，如大气环 流和动力气象的研究，在天气学方面如中国天气、 高原气象等研究，在卫星气象方面，如甚高分辨 云图接受器的研制、卫星气象学和探测原理等研 究都取得了显著的进展。
• 1593年意大利学者伽利略（Galileo）发明温度表， 1643年意大利学者托里拆利（Torricelli）发明气 压表。这两种重要仪器的出现，使气象观测大大 向前跃进一步。特别是气压与天气变化的关系最 直接，气压表当时曾被誉为天气的“眼睛”。 1783年索修尔（Saussure）发明毛发湿度表，有 了这些仪器就为建立气象台站提供了必要的条件。 1653年在意大利北部首先建立气象台，此后其它 国家亦相继建立地面气象观测站，开始积累气象 资料。但这时只有一些分散性的研究，缺少国际 合作与交流。
• 随着无线电报的发明和应用，使气象观测的结果能很快地 传达到各地，为绘制天气图创造了条件。在1860—1865 年间各国纷纷绘出了天气图。有了天气图这个工具，使气 象学的发展大大向前跨进了一步。 • 这一时期大气科学的主要研究成果有：关于海平面上风压 关系定律、气旋模式和结构、大气中光电现象和云雨形成 的初步解释、大气环流的若干现象解释等。从19世纪开始， 陆续出版了一些比较有质量的气候图，如世界年平均气温 分布图、世界月平均气压分布图、世界年降水量分布图等。 此外，德国学者汉恩（Hann）于1883年开始陆续出版了 《气候学手册》三大卷，这是气候学上最早的巨著。
NJU大气科学概论复习版
NJU大气科学概论复习版大气科学是一门研究大气现象和过程的学科，它涉及了大气结构、大气化学、大气物理学、气象学等多个方面的知识。
下面是NJU大气科学概论的复习版，总结了大气科学的基本概念和主要内容。
1.大气的结构和组成大气由大气圈中的不同层次组成，包括对流层、平流层、中间层、热层和外层等。
大气由气体组成，主要包括氮气、氧气、水蒸汽、二氧化碳等。
其中，气压和温度是大气结构的两个重要参数。
2.大气的辐射和能量平衡大气中的辐射主要分为短波辐射和长波辐射两种。
短波辐射是来自太阳的辐射，而长波辐射是来自地球表面的辐射。
大气辐射是大气能量平衡的重要组成部分，它通过吸收、散射、反射等过程来影响大气温度和循环。
3.大气水汽和降水大气中的水蒸汽是水循环的重要组成部分，它通过蒸发、凝结和降水等过程来影响大气水汽的含量和分布。
降水是大气中水蒸汽凝结形成的，在大气循环中发挥着重要作用。
4.大气的垂直运动和大气环流大气中存在着垂直运动，包括上升运动和下沉运动。
大气环流是大气运动的总体格局，包括赤道低压带、副热带高压带、中纬度低压带和极地高压带等。
大气环流的形成与地球自转、地球表面的不均匀加热等因素密切相关。
5.大气的天气现象和天气预报天气是大气短时间内的状态变化，包括气温、湿度、气压和降水等因素。
天气现象包括晴、阴、雨、雪、雷暴等。
天气预报是根据大气的变化规律和天气影响因素预测未来的天气状况，以帮助人们做出适应性的决策。
6.大气污染和大气环境大气污染是由于人类活动排放的废气和颗粒物质导致的大气质量下降的现象。
大气污染对人类健康和环境造成了严重的影响，包括酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等。
大气环境保护是保护大气质量和改善大气环境的重要任务。
以上是NJU大气科学概论的复习版，总结了大气科学的基本概念和主要内容。
通过对这些知识的学习和理解，我们可以更好地了解大气的结构、组成、能量平衡、水汽循环、垂直运动和环流等方面的内容，从而更好地理解和应用大气科学的知识。
大气科学概论范文
大气科学概论范文
大气科学是研究大气现象和气象变化规律的学科，属于地球科学的分
支之一、它涉及的范围广泛，包括天气预报、气候变化、大气环境、空气
质量、气象灾害等。
本文将从大气科学的发展历程、主要研究内容和应用
意义等方面进行探讨。
大气科学作为一门学科，其起源可以追溯到古代。
古人通过观察天气
现象，积累了一定的经验和知识。
随着科技的进步和观测手段的改进，现
代气象学开始形成。
19世纪末至20世纪初，随着工业化和城市化的迅速
发展，人们对天气和气候的关注日益增长，大气科学得到了更为广泛的应用。
如今，大气科学领域的研究成果不仅仅用于天气预报，还广泛应用于
农业、航空、能源、环境保护等多个领域。
大气科学的研究成果不仅仅用于学术研究，还广泛应用于社会各个领域。
天气预报作为大气科学的一个重要应用领域，为人们的出行、农业生产、航空运输等提供了重要的支持。
在能源领域，大气科学的研究成果可
以用于风电、太阳能等可再生能源的开发利用。
在环境保护方面，大气科
学的研究成果可以用于制定管控大气污染物的政策，改善空气质量。
此外，大气科学的研究成果还可以用于防灾减灾工作，减少气象灾害对人们的影响。
总之，大气科学是一门涉及面广、应用领域广泛的学科。
通过对大气
现象和气象变化规律的研究，大气科学为人们提供了准确的天气预报、科
学的气候变化策略、清洁的空气环境等。
随着科技的不断进步和研究手段
的改进，我们对大气科学的认识和应用也会不断提高，为人们的生活和社
会发展带来更多的福利。
大气科学概论
大气科学概论
大气科学概论是一门研究大气系统的学科，是大气、海洋、地球
物理学和天文学研究的基础学科之一。
它旨在研究大气的物理、化学
组成、结构及其动力学运动，以及它与地球和人类生活之间的相互关系。
大气科学被分为三个小的子领域：气候学、大气物理学和大气化学。
气候学研究大气形势，尤其是大气中气象要素的尺度在时间和空
间上的分布，以及大气的内部运动的影响。
大气物理学研究大气的动
态行为，涉及大气压力，流体动力学，对流等问题，从而了解大气层
在空间上的分布及其变化。
大气化学研究空气中污染物的排放、扩散、沉降，以及不同物质之间的物理和化学反应，研究它们会造成多种污
染性如大气污染和臭氧损坏等等。
有了大气科学的研究成果，能够为气象学和环境保护提供重要的
方法，以识别和预测大气状况变化对人类生活的影响，从而提供减灾
和减少全球气候变化的相应应对措施。
大气科学也为其他领域提供重
要的应用，如航空，航天，资源开发和卫星应用，这些都与大气系统
有关。
随着环境污染，大气污染和全球气候变化，大气科学存在得越
来越重要。
大气科学概论知识梳理
大气科学概论知识梳理大气科学是研究地球大气系统的科学，它包括大气物理学、大气化学、大气动力学、气象学等多个学科。
以下是对大气科学的基础知识进行梳理。
1.大气的组成：大气主要由氮气（78%）和氧气（21%）组成，还包括少量的水蒸气、二氧化碳等气体。
其中，水蒸气是大气中最重要的温室气体之一2.大气的结构：大气可以分为四个不同的层次。
从地球表面向上分别为对流层（0-12公里）、平流层（12-50公里）、中间层（50-80公里）和外层层（80公里以上）。
3.大气的运动：大气的运动包括垂直运动和水平运动。
大气通过对流和平流两种方式进行垂直运动，水平运动则是由气压梯度力和科氏力驱动的。
4.大气的循环：大气循环是指大气中能量和物质的不断交换和运动。
其中，全球性的大气循环有海洋环流和大气环流两部分构成，这些循环起到了全球温度和气候的调节作用。
5.大气的辐射：大气与地面和太阳之间发生的辐射交换是大气科学中一个重要的研究内容。
大气光学是研究大气层对可见光和红外辐射的吸收、散射和透射特性的学科。
6.大气的热力学：大气的热力学是研究大气中能量和热量传递的学科。
其中，气候系统的热力学过程对了解气候变化和天气预报非常重要。
7.大气的化学：大气中的化学反应对于大气质量和气候变化具有重要影响。
例如，大气中的臭氧层对于过滤太阳紫外线的作用至关重要。
8.大气中的云和降水：云是大气中由水蒸气凝结而成的水滴或冰晶的集中表现，降水是指水滴或冰晶从云中下降到地面的现象。
云和降水对于气候和水循环有重要影响。
9.大气的天气：天气是大气瞬时状态的表示，主要包括温度、湿度、风向和风速等要素。
气象学是研究天气现象及其变化规律的学科。
10.大气的气候：气候是大气长期统计性质的表示，反映了一定地区一段时间内的天气变化情况。
气候学是研究气候现象及其变化规律的学科。
以上就是对大气科学基础知识的梳理，这些知识对于理解大气的构成、运动、循环以及与地球其他系统的相互作用至关重要。
大气科学概论 (1)
名词解释干洁大气：通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气，简称干空气。
露点温度：湿空气气压降温达到饱和时的温度称为露点温度。
相对湿度：在一定温度和气压下，水汽和饱和水汽的摩尔分数比称为相对湿度。
降水量：指从天空降落到地面上的液态或固态（经融化后）的降水未经蒸发渗透流失而积聚在水平面上的水层深度。
虚温：在气压相等条件下，具有和湿空气相等的密度时干空气具有的湿度。
气团变性：气团只是在某时间与一定的地理区域相关，当气团移动到新的下垫面时，它的性质就会逐渐发生变化，而失去原有的特性。
填空1、相对湿度说明了同一气温条件下，水汽含量距离大气饱和程度，相对湿度越小，表示空气越不饱和，相对湿度越大，表示空气越饱和。
2、干洁大气是指不包含水汽和气溶胶的整个混合大气。
3、大气的铅直结构有地面向天空共分为对流层，平流层，中间层，热层，逸散层五层。
4、表征水汽的气象要素有很多，如比湿、水汽压、水汽密度等。
（相对湿度、露点）5、水的三相是指气态、液态_各固态。
6、一般温度越高、饱和水汽压则越大，在相同温度下，溶液面比纯水面的饱和水汽压越小。
7、降水可以有雨、雹、雪和霰四种形态。
8、相对湿度是空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽的比值。
9、大气中最主要的成分是氮气、氧气和氩三种气体。
10、相对湿度是指_空气中实际水汽压与同温度下饱和水汽的比值。
11、平流层环流的特点是：中纬度地区夏季盛行东风，冬季盛行西风。
12、露点温度是指湿空气定压降温达到饱和时的温度。
13、在相同状态下，平液面饱和水汽压大于平冰面饱和水汽压。
14、对流层臭氧的一个主要来源是从平流层以扩散、湍流的方式输送来的，对流层顶的裂缝是平流层臭氧向对流层输送的主要通道。
15、温度越高，饱和水汽压越大。
16、按中性成分的热力结构，可以把大气分成若干层，其中对流层的特点是温度随高度升高而降低、有强烈的垂直混合、气象要素分布不均匀。
17、臭氧主要分布在10-50km高度的平流层大气中，极大值在20-30km之间，它对有强烈的吸收作用。
大气科学概论
1．气候的定义：气候是指在影响天气的各因子（太阳辐射、下垫面性质、大气环流和人类活动等）长期相互作用下所产生的天气综合，不仅包括某些多年经常发生的天气状况，还包括某些年份偶然出现的极端状况。
2.简述气候变化和气候突变的区别前者:气候从一种稳定状态跳跃到或转变为另一种稳定状态的现象.后者：气候变化是指气候平均状态随时间的变化，即气候平均状态和离差（距平）两者中的一个或两个一起出现了统计意义上的显著变化。
离差值越大，表明气候变化的幅度越大，气候状态越不稳定。
突变是气候突然的变化很快，很明显;而气候变化是一个季度的气候变化，比较慢不明显3.气候变化的原因（书p353）外部因子：地球轨道参数，太阳活动，火山活动，大陆板块漂移，造山运动，人类活动内部因子：⑴太阳辐射的变化。
⑵地球轨道因素的变化。
⑶火山活动。
⑷宇宙——地球物理因子。
⑸下垫面地理条件的变化。
⑹大气环流的变化。
⑺大气化学组成的变化。
4．简述云的微观形成（书p47）：云是潮湿空气在上升过程中膨胀冷却，使空气中的水汽达到饱和及过饱和时，在凝结核上凝结成云滴，或（和）由冰核作用经冻结和凝华生成冰晶而形成的。
当云中的云滴增长到足够大时，就会从空中降落而产生降水。
5.按照云的外形特征，结构特点和云底高度将云分为哪几族哪几属？（书p48）三族:高云族（高云形成于6000m以上的高空，对流层较冷的部分在此高度上的水都会凝华或冻结为冰晶，所以这族云都是由冰晶组成。
高云高云一般成纤维状，薄薄的并多数为透明。
）中云族（中云于2500~6000m的高空形成，它们多由过冷小水滴组成）低云族（云底高度通常在2500m以下）十属：卷云，卷积云，卷层云（高云族）高层云，高积云（中云族）层积云，层云，雨层云，积云，积雨云（低云族）6.绘出雨，雪，冻雨，冰粒四种降水产生的大气温度随着高度分布的草图7.如何区分雾和霾这两类视程障碍？书p558.什么叫视程障碍现象及其种类？定义：云，雾，降水，风沙等液体或者固体杂质造成能见度降低的天气现象；种类：雾，轻雾，吹雪，雪暴，烟幕，霾，沙尘暴，扬沙，浮尘9.描述大气垂直结构的主要特征书p2810.请简述大气成分CO2,O3对地球辐射平衡和全球气候变化产生的影响书p2311.表征大气的基本要素有哪些？并解释p35温度，气压湿度风12.微波辐射计的定义，种类以及我们学校有哪两种微波辐射计，种类以及我们学校有哪两种微波辐射计（p221\\为了测量物质的微波辐射的高敏度接收机）总结为以下五种基本类型：全功率型微波辐射计，Dicke型微波辐射计［1］，负反馈零平衡Dicke型微波辐射计［2］，双参考温度自动增益补偿型微波辐射计［3］，数字增益自动补偿型微波辐射计［4］。
大气科学概论知识梳理(大气基础知识)
大气科学概论知识梳理〔大气的全然知识〕一、地球大气成份由三个局部组成①干洁大气〔即干空气〕Clean Air【没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气】②水汽〔滴〕 Moisture③悬浮在大气中的固液态杂质 Impurity二、低层大气的各类要紧成份①氮气〔N2)：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。
作用：是有机体的全然组成局部，也是合成氮肥的全然原料。
②氧气〔O2〕：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；踊跃参加大气中的许多化学进程；对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。
③臭氧〔O3〕：时空转变：最大值出此刻春天，最小值出此刻夏日。
空间转变：水平：由赤道向两极增加。
垂直：55～60km，含量极少。
20～25km，达最大值，形成臭氧层；12～15km以上，含量增加专门显著；从10km向上，慢慢增加；臭氧的作用：a.对紫外线有着极为重要的调操纵作用。
b.对高层大气有明显的增温作用。
④二氧化碳〔CO2)空间转变：水平：城市大于农村；垂直：0～20km，含量最高；20km以上，含量显著减少。
作用：a.绿色植物进展光合作用不可缺少的原料。
b.强烈吸收长波辐射〔地面辐射、大气辐射〕，使地面维持较高的温度，产生“温室效应〞。
三、水汽①来源：要紧来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发和植物外表的蒸腾。
②时空转变：时刻：夏日多于冬季③作用：a.在天气气候转变中扮演了重要角色。
b.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〞。
四、大气中的杂质在大气中悬浮着的各类固体和液体微粒〔包括气溶胶粒子和大气污染物质两大局部〕。
气溶胶的作用：①吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也减弱了抵达地面的太阳辐射；②缓冲地面辐射冷却，局部补偿地面因长波有效辐射而失去的热量；③降低大气透明度，阻碍大气能见度；④充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。
五、气温、①概念：表示大气冷热程度的物理量，反映必然条件下空气分子平均动能大小。
大气科学概论复习
大气科学对于人类生产生活、天 气预报、气候变化研究等方面具 有重要意义，是地球科学的重要 组成部分。
大气科学的研究领域
气象学
研究大气中各种气象现象和过程的形成、演变和预测。
气候学
研究地球气候系统的形成、演变和变化，包括大气、 水圈、生物圈等多个圈层的相互作用。
大气物理学
研究大气中各种物理现象和过程，如云雾形成、降水 机制、大气辐射传输等。
飞机起降与气象条件
飞机起降对气象条件要求较高，大气科学通过提供准确的天气预报和气 象数据，保障飞机安全起降。
03
气候变化对交通的影响
气候变化可能导致极端天气事件增多，如暴雨、洪涝等，对交通基础设
施造成威胁，大气科学通过研究气候变化规律，为交通基础设施建设和
维护提供科学依据。
大气科学与健康
空气质量与健康
大气的组成与结构
02
大天 气现象的基础。
详细描述
大气主要由氮气（约78%）、氧气 （约21%）、氩气（约1%）等组成， 还有少量二氧化碳、水蒸气、甲烷等。 这些气体共同作用，影响地球的气候 和天气。
大气的垂直结构
总结词
理解大气的垂直分层是理解气候和天气变化的关键。
地理环境也对大气污染物的传输和扩 散产生影响，如地形、地貌、城市规 划等。例如，山谷地区容易受到污染 物在山谷中累积的影响；而城市地区 由于建筑物密集、交通拥堵等因素， 污染物容易在城市中累积。
大气污染的防治措施
排放控制
通过安装废气处理装置、加强排放标准和 法规的执行等措施，控制污染物排放。
A 减少污染物排放
气象灾害与农业
气象灾害如暴雨、干旱、冰雹等对农 业生产造成巨大损失，大气科学通过 监测和预警气象灾害，帮助农民采取 应对措施，减少损失。
第二章大气科学概论
二、气 温 Temperature
气温：
表示空气冷暖程度的物理量
温标：
摄氏温标：℃ ，摄氏温度t，以标准气压1013.25hPa下
纯水的冰点为零点，沸点为100度。 绝对温标：K，绝对温度T，T=t+273.16 华氏温标：℉，水的沸点为212℉，冰点为32℉， F=9/5 t+32
20
三、湿 度 Humidity
3
表2-1 干洁大气的成分（高度25km以下）
氮气（N2）：
存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。 作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的
基本原料。
氧气（O2）：
作用：
是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；
积极参加大气中的许多化学过程； 对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。
26
比湿（q）、混合比（S）、绝对湿度（a） 比湿：湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。
Specific himidity
mw q m w md
混合比：湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。 m水汽 Mixing ratio S＝———— m干空气
比湿和混合比具有保守性 绝对湿度（水汽密度）：单位体积湿空气中水汽的质量。
4
臭氧（O3）：
时空变化： 时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。 空间变化：
水平：由赤道向两极增加。
垂直： 55～60km，含量极少。 20～25km，达最大值，形成臭氧层； 12～15km以上，含量增加特别显著； 从10km向上，逐渐增加； 近地面，含量很少；
5
这幅地图显示的是
高纬地区：平均为8～9km； 时间：夏季大于冬季。
大气科学概论PPT课件
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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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❖ 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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1934
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1930
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1936
10
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1955
11
1993
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12
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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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大气科学概论-习题
第一章1.地球大气是如何演变的？原始大气：氢气、甲烷、氨气、水汽次生大气：二氧化碳、一氧化碳、水汽、甲烷现代大气：氮气、氧气2.何为地球系统？岩石圈、水圈、生物圈、大气圈3.何为干洁大气？它由哪些主要成分组成？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28.966.〔1〕按浓度分类：主要成分：浓度为百分之几,如N2, 02, Ar.微量成分：浓度在 1ppm到 0.1%,如 C02, CH4, He , Ne, Kr, H20.痕量成分：浓度在1ppm以下,如H2, O3,Xe,N2O,NO,NO2,NH3,SO2,CO,人为污染气体等.〔2〕按生命时间分类：定常成分：寿命在100年以上,如N2,O2,和惰性气体.可变成分：寿命在几年到十几年,如CO2, H2,CH4等.快变成分：寿命在1年以下.如H2O,……4.试述二氧化碳、臭氧的源及作用.CO来源：有机物燃烧,腐烂和生物呼吸；作用：温室气体,植物光合作用原料；2O3来源：20-30km〔臭氧层〕；作用：吸收紫外辐射,影响大气温度垂直分布,保护生物；促进大气增温. 5.水汽和气溶胶的来源和作用是什么？水汽来源：蒸发和蒸腾作用；作用：云和降水的源泉,影响地面、空气温度及大气垂直运动,水循环,联系四圈；气溶胶来源：自然源和人为源；作用：形成云、雾,降水条件；改变辐射平衡；大气污染,能见度降低；造成光学现象.6.说明天气和气候的定义和区别,并指出以下问题中哪些是天气性的,哪些是气候性的.1〕室外棒球赛因雨而被取消；2〕今天下午最高气温25℃；3〕我要移居昆明了,那里阳光明媚,四季如春；4〕本站历史最高气温为43 ℃；5〕南京明日天气局部有云.天气与气候的关系1.概念不同:a、天气：某地在某一瞬间或某一段时间内大气状态和大气现象的综合；b、气候：在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动的长期作用下,在某一时段内大量天气过程的综合.不仅包括该地多年的平均天气状况,也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况.9.2.变化周期不同:a、天气：变化快,周期短；b、气候：变化慢,周期长.说明虚温的目的和意义.引入虚温的目的是将大气中所含水汽比照气体常数的影响包含到温度中去,其意义在于同一压强下干空气密度等于湿空气密度时干空气所应具有的温度.10.在同样的温压条件下,湿空气密度与干空气密度哪个最大？eT 378)T 同温通压下,v=(1+0.p >T ,那么有P =P e <——=PdR d T(1+0.378/)R T d所以,湿空气密度小于干空气密度.11.试列出表示空气湿度的七种参量,并简述其含义.水汽压e 与饱和水汽压E (水汽压e：空气中所含水汽的分压力；饱和水汽压E：某一温度下,空气中的水汽到达饱和时所具有的水汽压.单位为hPa.)绝对湿度a ：单位体积空气中所含的水汽的质量,即水汽的密度PW ,单位为g-m -3.相对湿度f ：空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之比,常用百分比表示.饱和差d ：某温度下饱和水汽压与实际水汽压之差.比湿q ：湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比,单位为g/g, g/kg.(饱和比湿qs)混合比r ：湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比,单位为g/g, g/kg.露点温度Td ：在空气中水汽含量和气压不变的条件下,当气温降低到对水面而言空气到达饱和时的那个温度,简称露点.12.试说明露点温度为什么可以表示空气中湿度的大小.在气压一定时,露点上下只与空气中的水汽含量有关,水汽含量愈多,露点愈高,所以露点也是反映 空气中水汽含量的物理量.14.风向、风速如何表示？风向：16方位(地面)360°方位(高空)；风速：m • s-1 ,km • h-1 , mile • h-115.云如何分类？三族十属二十九类云型低云(<2000m)层状云雨层云(Ns)波状云层积云(Sc)层云(St)中云(2000—6000m)高层云(As)高积云(Ac)高云(>6000m)卷层云(Cs)卷云(Ci)卷积云(Cc)积状云积云(Cu)积雨云(Cb)16.什么是水平能见度？水平能见度指视力正常的人,在当时的天气条件下,能从天空背景中看到和识别出目标物(黑色,大小适度)的最大水平距离.单位为km,是判断大气浑浊程度的物理量.17.大气按温度结构如何垂直分层,试给出每层上下限的高度.对流层0-10km、平流层10-50km、中层50-90km、热层90-800km、外层800km 以上.18.对流层的主要特征？气温随高度增加而降低；垂直对流运动；气象要素水平分布不均匀.19.什么是气温垂直递减率？试写出它的表达式,并分别指出当Y>0、YV0和Y=0时、气温随高度的分布情况(在温度—高度图上画出示意图).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.Y〉0表示气温随高度的升高而降低；Y<0表示气温随高度的升高而升高,这种气层称为逆温层；Y=0表示气温随高度不变,这种气层称为等温层.第二章20.什么是辐射？自然界中的一切物体,只要其温度在-273℃以上,都以电磁波的方式向四周放射能量,这种传播能量的方式称为辐射.辐射是能量的一种形式,指物质以电磁波的形式放射的能量.21.什么是黑体和灰体？黑体：假设物体对于投射到其上所有波长的辐射都能全部吸收的物体称为绝对黑体.故有：a=1, r=d=0;假设物体仅对某一波长辐射能全部吸收,称为相对黑体.灰体：a 小于1且不随波长而变化的物体.假设物体不透明,那么透射率d=0,吸收率a=1-r.22.辐射通量中和辐射通量密度E 的概念.dQ①：单位时间内通过某一平面的辐射能,也称为辐射功率,单位为J/s 或W.①二二dtd ①E ：单位面积的辐射通量,或是单位面积单位时间内通过的辐射能,单位为W ・m-.E =—dA2基尔霍夫定律：在一定温度下,对某一特定波长而言,任何物体的辐出度与吸收率之比是一个普23.适函数,该函数只与温度和波长有关,而与物体的其它性质无关.即具有选择吸收性：dQ dA .=j 二E 〔X ,T〕E〔入,T〕为绝对黑体的分光辐出度,即某一波长范围内的辐出度.24.斯蒂芬-玻尔兹曼定律：黑体的总放射水平E Tb 与它本身的绝对温度T 的四次方成正比.E Tb =°T 425.维恩定律：黑体单色辐射极大值所对应的波长〔Am〕与其本身绝对温度〔T〕的乘积为一常数.九mT =C26.大气对太阳辐射的削弱作用有哪些？1〕对辐射的吸收；2〕对辐射的反射；3〕对辐射的散射.27.太阳辐射光谱穿过大气后的主要变化有哪些？1〕总辐射能有明显减弱；2〕辐射能随波长分布极不规那么；3〕波长短的辐射能减弱显著.28.大气吸收的特点？1）大气吸收太阳能具有选择性,且位于太阳光谱能量较小的区域内.2）大气对太阳辐射吸收弱,不是直接加热低层大气的直接热源.29.为何晴朗的天空呈蓝色？晴朗的天空中,云滴、尘埃、雨滴的含量微小,大气主要产生瑞利散射.而光的波长越短,散射水平越强,故大气主要散射蓝紫光.所以晴朗的天空呈蓝色.30.大气散射如何分类？分子散射〔瑞利散射〕：x<<1, a<<入〔气体分子对可见光的散射〕米散射：0.1<x<50, a 〜入〔大气中云滴、尘埃对可见光的散射〕几何光散射：x>50, a>>入〔大雨滴对可见光产生折射、反射现象〕31.直接辐射的影响因子是?它们是怎样影响直接辐射的？直接辐射的影响因子：太阳高度角、大气透明度；太阳高度角越大,等量的太阳辐射散布的面积就越小,地表单位面积上所获得的太阳辐射能就越大.太阳高度角越小,太阳光透过的大气层就越厚,削弱就越强,到达地面的太阳辐射就越小.大气透明度用P 表示,P 越大,对直接辐射的影响越小,直接辐射越小,反之,影响越大.32.影响散射辐射的因子？太阳高度角、大气透明度、云量等.33.总辐射影响因子及其日变化特征？太阳高度角、大气透明度、云量等.总辐射日变化特点：日出以前——只有散射辐射日出以后,太阳直接辐射和散射辐射逐渐增加；中午时,总辐射到达最大值；中午以后,总辐射又按相反的次序变化.云的影响可以使这种变化规律受到破坏.34.地面发射能量的大小主要决定于什么？主要决定于：地面本身的温度,而温度的上下又决定于地面储存能量的多少.35.什么是大气窗？大气窗存在的意义？地面长波辐射在8-12 um范围中放射水平较强,而水不吸收,臭氧吸收窄,因此此波段全部透过大气层,在高空看地面在此波段开了一个“天窗〞,因此此波段称为“大气窗〞.大气窗存在的意义：此波段是地面辐射强区,约占20%,可利用红外辐射观测此波段的辐射强弱,推断地表温度的变化.36.大气中长波辐射的特点？大气辐射是漫辐射；长波辐射在大气中传播时,不仅要考虑大气对长波辐射的吸收,还要考虑大气本身的长波辐射；长波辐射可以不考虑散射作用.37.影响有效辐射的主要因子？地面温度,空气温度,空气湿度和云况,地外表的性质.38.有效辐射的日变化？有效辐射的日变化具有与温度日变化相似的特征.在白天,由于低层大气中垂直温度梯度增大,所以有效辐射值也增大,中午12-14时达最大；而在夜间由于地面辐射冷却的缘故,有效辐射值也逐渐减小,在清晨到达最小.当天空有云时,可以破坏有效辐射的日变化规律.39.有效辐射的年变化？其年变化与气温的年变化相似,夏季最大,冬季最小.但由于水汽和云的影响是有效辐射的最大值不一定出现在盛夏.40.影响地面辐射差额的因子有哪些？太阳高度角,大气透明度,地面温度,空气温度,空气湿度和云况,地面反射率.41.地面辐射差额日变化、年变化特点？1〕日变化：一般夜间为负,白天为正,有正值转到负值的时刻一般出现在日出后1h,有正值转到负值的时刻一般在日落前1-1.5h.2〕年变化：夏季为正,冬季为负,最大值出现于较暖的月份,最小值出现在较冷的月份.42.地面辐射差额的地理分布特征？年振幅随地理纬度增加而增大.同一纬度,陆地的年振幅大于海洋.全球各纬度绝大局部地区地面辐射差额为正值,只有在高纬度和某些终年积雪区才是负值.43.气温日变化及日较差？气温日变化最高值出现在午后2点左右,最低值出现在清晨日出左右.日较差：一天中气温最高值与最低值之差.与纬度、季节、下垫面、地形有关.日较差最大的地区在副热带,向两极减小.夏季＞冬季,陆地＞海洋,盆地、谷地日较差大,凸出地形日较差小,沙漠＞潮湿地区,晴天＞阴天.44.气温年变化及年较差？气温年变化：中纬大陆气温以7月最高,1月最低；海洋气温以8月最高,2月最低；年较差：一年中月平均气温的最高值与最低值之差.高纬大于低纬；同一纬度,陆地大于海洋.第三章45.简述影响地面气温的因子.太阳辐射；水陆加热率差异；洋流影响；高度；地理位置.46.简述气温的水平分布特点.1〕在全球平均气温分布图上,赤道地区气温高,向两极逐渐降低．这是一个根本持征.2〕7月北半球等温线比1月稀疏,那么夏季的南北温差小于冬季.3〕北半球1月陆地上的等温线凸向赤道,海洋那么凸向极地,7月完全相反.4〕南半球等温线较平直,遇有陆地的地方,等温线也发生与北半球相类似的弯曲情况.5〕夏季全球最高气温在20°N,冬季那么在5-10° No6〕北半球冬季最低气温位于东西伯利亚和格陵兰地区,夏季在极地；南半球冬夏都在南极.47.如何根据e判断水相变化？当e>E时,空气凝结〔空气过饱和〕当e=E时,空气平衡〔空气饱和〕当e<E时,空气蒸发〔空气未饱和〕48.概念：干绝热过程、湿绝热过程、假绝热过程、位温、假相当位温.干绝热过程：气块在升降过程中无水相变化,又与外界无热量交换的过程.湿绝热过程：饱和空气绝热上升中,因饱和而发生冷却凝结,同时释放凝结潜热,加热气块的过程.位温.：气块沿干绝热过程移动到一个标准高度：1000百帕时,所具有的温度称为位温."1000〕Cp/ 100010.2 U= 1P=TI P J I P J过程称假绝热过程.86假绝热过程：水汽一经凝结,其凝结物便脱离原上升的气块而降落,而把潜热留在气块中来加热气团,这种假相当位温.se：气块假绝热上升至水汽全部凝结时得到的最大.值.49.试用假绝热过程说明焚风形成原理.气流越过山脉时,在迎风坡上升冷却,按干绝热直减率降温.当空气湿度到达饱和状态时,水汽凝结,气温就按湿绝热直减率降低,大局部水分在山前落下,过山顶后,空气沿坡下降,并按干绝热增温,这样过山后,当气流到达地表时,温度高,湿度小,形成一股干热的焚风.50.大气稳定度的类型？稳定：无论上升或下降,最终回到原位；不稳定：加速远离原位.中性：随欲而安.51.大气稳定度的判别？1〕Y越大,大气层结越不稳定；2〕Y<Ym<Yd时,或Y=0〔<0〕时,大气层结是等温或逆温,绝对稳定；3〕Y>Yd时,无论空气是否饱和,都是不稳定的,绝对不稳定；4〕Ym<Y<Yd时,属于条件性不稳定,对饱和空气大气层结是不稳定的,未饱和湿空气大气层结是稳定的. 52.不稳定能量的类型？1〕不稳定型：在起始高度以上,各高度上的气块温度大于气层的温度,气块才能自由上升.2〕稳定型：在起始高度以上,各高度上的气块温度小于气层的温度,气块只有靠外力被迫上升.3〕潜在不稳定型53.影响正不稳定能量大小的因素？1〕Y越大〔降温〕：正不稳定能量面积增大；2〕湿度大：凝结潜热多,Ym小,正不稳定能量面积增大.所以只有增大正不稳定能量面积,才有利于对流的快速开展.第四章54.概念：位势高度位势高度,就是把单位质量的物体从海平面抬升到Z高度时,克服重力所作的功,其单位是位势米.55.天气图分类？地面天气图〔用于分析某大范围地区某时的地面天气系统和大气状况的图〕、高空天气图〔也称高空等压面图或高空图.用于分析高空天气系统和大气状况的图〕、辅助天气图〔热力学图表、剖面图、变量图等〕. 56.等压面的空间特点？空间等压面不是一个平面,而是一个曲面或一个倾斜的面；等压面上凸,代表是高压的空间形状；等压面下凹,代表是低压的空间形状.57.气压场的根本形式？低压、低压槽、高压、高压脊、鞍形气压场.58.气压场的空间结构？根据气压场和温度场的配置关系,主要有以下系统.〔一〕深厚的对称系统温度场中的冷、暖中央气压场中的低、高压中央〔二〕浅薄的对称系统温度场中的冷、暖中央气压场中的高、低压中央59.概念：气团、气团变性、锋、冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋、寒潮、台风、雷暴、龙卷气团：气象要素〔主要指温度、湿度和大气静力稳定度〕在水平分布比拟均匀的大范围空气团.气团变性：气团形成后,当它离开源地移到另一地区时,由于下垫面性质以及物理过程的改变,使气团的物理属性发生变化,这种气团物理属性改变的过程称为气团变性.锋：冷暖两种不同性质的气团相遇时,在两气团之间存在一个过渡带,其间气象要素发生剧烈改变,称该过渡带为锋.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.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.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,使锋面处于往返摆动状态.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.寒潮：当盘踞在高纬度地区上空的冷空气,忽然离开源地,大规模南移时,所经之地产生大风、剧烈降温、霜冻等灾害性天气,这种大范围的强烈冷空气活动,称为寒潮.台风：发生在热带海洋上,近中央最大持续风速达12级以上,具有暖中央结构的强烈气旋性涡旋,总是伴有狂风暴雨,常给受影响的地区造成严重的灾害.雷暴：是由旺盛积雨云所引起的伴有闪电、雷鸣和强阵雨的局地风暴.龙卷：从雷暴云底向下伸展并且到达地面的漏斗状涡旋云柱叫做“龙卷〞.60.气团的形成条件是什么？1〕大范围性质比拟均匀的下垫面；2〕适合的环流条件.61.什么因子会使气团变性？1〕下垫面性质差异；2〕离开源地时间长短；3〕空气运动状态变化.62.影响我国的气团是哪些气团？影响我国的气团：变性气团冬半年：极地大陆气团、热带海洋气团、北极气团夏半年：西伯利亚气团与热带海洋气团交绥,热带大陆气团,赤道气团春季：西伯利亚气团与热带海洋气团相当秋季：变性西伯利亚气团主导63.按锋在移动过程中冷暖气团所占的主次地位,锋可分为哪几类？暖锋、冷锋、准静止锋、锢囚锋64.锋面附近气象要素特征？1〕温度场：a、锋区内的水平温度梯度大b、锋区有逆温现象；2〕气压场：锋线位于低压槽中,等压线通过地面锋线时,呈气旋式〔逆时针〕弯折,折角指向高压； 3〕风场：锋线附近的风场具有气旋性切变.65.锋面天气的影响因素是什么？锋面坡度大小；锋附近空气垂直运动状态；气团含水量和稳定度等因素.66.温带气旋的天气特点是什么？气旋前方有暖锋天气特征,有连续性降水天气.气旋前方有冷锋后冷气团的天气特征.有比拟狭窄的冷锋云系和降水天气.气旋中部是暖气团天气.67.温带反气旋的天气特点是什么？势力强大、影响范围广泛,往往给活动地区造成降温、大风和降水,甚至寒潮.68.寒潮的天气特点是什么？大风：最大风速在寒潮冷锋过境3小时左右.降温：气温猛降、引起霜冻、结冰.降水：主要产生在寒潮冷锋附近.69.副热带高压的天气特点是什么？中央：下沉气流强,晴朗少云,风力弱,炎热.西北、西：气流来自低纬,潮湿、温暖,上升气流强,云雨区广,有时是雷雨天气,北侧与西风带相邻,常有气旋、锋面气旋活动.西南：受东风气流影响,天气较好,当有热带天气系统出现时,产生成片的云雨,有时出现大风、暴雨等恶劣的天气.东南、东：受偏北、偏东气流的影响,较冷,以下沉气流为主,多晴朗少云的天气.70.西太平洋副高的活动规律及对我国东部地区天气影响？冬季位置最南,夏季最北,从冬到夏向北偏西移动,强度增大；夏至冬那么向南偏东移动,强度减弱.71.热带气旋分类？热带低压—风力6~7级；热带风暴—风力8~11级；强热带风暴—风力10~11级；台风〔飓风〕—风力三12级.72.台风生成源地？台风大多数发生在南、北纬5-20度的海水温度较高的洋面上,主要发生在8个海区,即北半球的北太平洋西部和东部、北大西洋西部、孟加拉湾和阿拉伯海5个海区,南半球的南太平洋西部、南印度洋西部和东部3个海区.73.台风结构？其低层按辐合气流速度大小分为三个区域：1〕外圈,又称大风区,自台风边缘到涡旋区外缘,半径约200-300km,其主要特点是风速向中央急增,锋利可达6级以上.2〕中圈,又称涡旋区,从大风区边缘到台风眼壁,半径约100km,是台风中对流和风、雨最强烈的区域,破坏力最大.3〕内圈,又称台风眼区,半径约5-30km.多呈圆形,风速迅速减小或静风.74.台风形成的天气？1〕外螺旋云带,由层积云或浓积云组成,云带常常被高空风吹散成“飞云〞.2〕内螺旋云带,由数条积雨云或浓积云组成,直接卷入台风内部,并有降水形成.3〕云墙,由高耸的积雨云组成的围绕台风中央的同心圆状云带,形成狂风、暴雨等恶劣天气.4〕眼区,气流下沉,晴朗无云天气.75.西太平洋台风移动路径的分类？其移动路径大体有三条1〕西移路径：当北太平洋高压脊呈东西走向,而且强大、稳定时,或北太平洋副高不断增强西伸时,台风从菲律宾以东洋面向西移动,经过南海在我国海南岛或越南一带登陆.2〕西北路径：当北太平洋高压脊线呈西北-东南走向时,台风从菲律宾以东洋面向西北方向移动,穿过琉球群岛,在我国江浙或横穿台湾海峡在浙、闽一带登陆.这条路径对我国影响范围较大,尤其华东地区.3〕转向路径：北太平洋副高东退海上时,台风从菲律宾以东海区向西北方向移动,然后转向东北方向移去,路径呈抛物线型.对我国东部沿海地区及日本影响较大.76.天气预报按时效不同,可分为哪几类？1〕甚短期预报〔1—12小时〕,包括0—2小时的临近预报2〕短期预报〔1—2天〕3〕中期预报〔3—10天〕4〕长期预报〔11天—1年〕5〕超长期预报〔1年以上〕。
大气科学概论重点
大气科学概论重点
1.大气的构成与结构
大气主要由干燥空气、水蒸气和微小气溶胶组成。
干燥空气的主要成分是氮气和氧气，氮气占据大气的78%，氧气占据大气的21%。
大气的结构可分为以下几层：对流层、平流层、中间层、热层和外层等。
2.大气的物理过程
大气物理过程是指大气中的热力学和动力学过程。
其中，热力学过程主要包括大气中的温度、压力、湿度和稳定性等方面的变化规律。
动力学过程主要研究大气中的动量传递和能量传递的机制，包括各种气象现象的起源和发展规律。
3.大气的化学过程
大气化学过程是指大气中的气体、气溶胶和微生物之间的相互作用过程。
大气中的化学反应主要涉及氧氮化物、有机物、臭氧等物质的生成与消耗。
这些化学过程对大气污染物的形成和传输，以及气候变化等方面都具有重要的影响。
4.大气的动力学
大气动力学主要研究大气中的气流运动和天气系统的演变。
气流运动可以分为水平运动和垂直运动两个方面。
水平运动主要包括控制大气环流和风向风速的水平风场，垂直运动主要包括对流、边界层混合和垂直运动的不稳定性等。
5.大气的辐射学
大气科学概论是研究大气现象和气候变化的基础，它不仅对于揭示大气运动和气候变化的机制具有重要意义，而且对于预测天气和评估气候变化的影响也有重要的参考价值。
因此，深入理解大气科学概论的重点概念对于探索地球大气的奥秘和人类社会的可持续发展具有重要的意义。
大气科学概论
大气科学概论1.什么叫气候？（即气候的定义）气象要素经过长时间的平均的状态。
气象学常取30年左右。
2.区分气候突变和气候变化气候突变：气候从一种稳定状态跳跃到或转变为另一种稳定状态的现象。
气候变化：气候变化是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为10年或更长）的气候变动。
3．气候变化的原因①太阳辐射的变化; ②宇宙沙尘浓度的变化; ③地球轨道的变化;④大陆漂移;⑤山地隆升对大气环流和环境的影响;⑥洋流的改变;⑦海冰的变化; ⑧大气温室气体的变化;⑨大气气溶胶浓度的变化;⑩极地同温层云量的变化; 11、极地植被的变化; 12、同大陆沙尘气溶胶相联系的“铁假说”; 13、大陆C3 植物向C4 植物的转化;14、天体撞击; 15、火山爆发; 16、地核环流作用4.云的微观组成云是悬浮在大气中的小水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物组成的可见聚合体；有时也包含一些较大的雨滴、冰粒和雪晶；其底部不接触地面。
5.按照云的外形特征；云底的高度，大概将云分为哪几族，哪几属哪几类，并简要分析每一族的特征3族，10属，29类。
高云族：高云形成于6000米以上的高空，对流层较冷的部分。
在此高度上的水都会凝华或冻结为冰晶，所以这族云都是由冰晶所组成。
高云一般呈纤维状，薄薄的并多数会透明。
中云族：中云于2500~6000米的高空形成，它们多由过冷小水滴组成。
低云族：包括层积云，层云，雨层云，积云，积雨云五类，其中层积云，层云，雨层云由水滴组成，云底高度通常在2500米以下。
大部分低云都有可能下雨，雨层云还常有连续性雨雪。
而积云，积雨云由水滴，过冷水滴，冰晶混合组成，云底高度一般也常在2500米以下，但云顶很高。
积雨云多下雷阵雨，有时伴有狂风，冰雹等。
6．绘出雨、雪、冻雨、冰粒这四种降水所产生的大气温度随高度的分布草图！（不确定！！！！）7、什么是视程障碍现象？有哪些种类？答：视程障碍现象是指空气中因存在水汽凝结物，干质悬浮物等而使空气变得浑浊，并造成能见度下降的一种天气现象。
大气科学概论ppt课件
6.3.3.1 大气上界的太阳辐射能
一、不同日地距离日期的太阳常数 ◇ 在平均日地距离的日期，垂直到达 大气上界的太阳常数S0： ◇ 在非平均日地距离的其他日期，垂直到达 大气上界的太阳常数 须订正：
推导：设日地距离为r，平均日地距离为r0， 和S0分别为距太阳r 和r0处垂直于太阳光的
正南为0o,正西为90o,
正北为180o,正东为270o。
☺太阳赤纬δ：日地连线与赤道平面的夹角。 北半球春秋分δ=0；ω0=90o或270o 。 夏至日δ=23.5o ； 在φ=66.5处ω0=180o 。 冬至日δ=-23.5o ；在φ=66.5处ω0=0o 。
对地面上处于纬度φ和经度λ的观测者 而言，在某一时刻观测到的太阳高度角h和 方位角α可以用下列方程计算。
散射辐射一般比直接辐射弱（中纬度S散仅是直接辐射的35%-90% 但有时会大于直接辐射。如高纬云多的地区，有时会大几倍。
6.3.3.4 地面总辐射
到达地面的太阳直接辐射与散射辐射之和 称为地面总辐射。
地面总辐射=直接辐射+散射辐射
地面总辐射的日变化：
夜间为0，日出后增大，正午最大，午后逐 渐减少，有云使最大值提前和推后出现。
6.3.3.2 到达地面的太阳直接辐射
由于大气对太阳辐射有吸收和散射的消光作 用，直接到达地面的太阳辐射 有所衰减。 设S为到达大气上界的太阳直接辐射通量密度；
为到达地面的太阳直接辐射通量密度。 根据皮耳定律：（p38的指数削减定律）
m为大气质量数，P为所有波长范围内的平均透明系数。
所以，有
太阳直接辐射的日总量只要对上式积分即可：
辐射通量密度。 因为通过半径为r 的球面的太阳辐射通量与 通过半径为r0的球面的太阳辐射通量相等，
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• 下面，将主要讨论温室气体中最重要二氧 化碳问题 • 过去50年，二氧化碳浓度增长率为每年 1ppm， • 过去10年二氧化碳浓度增长率为1.8ppm/年
CO2的气候效应问题
CO2含量的变化会引起全 CO2含量的变化会引起全 球气温的变化 在约15万年前， 在约15万年前，大气中 15万年前 CO2含量也曾有激烈增 的CO2含量也曾有激烈增 加的现象， 加的现象，说明工业革 命不是大气中CO2 CO2含量增 命不是大气中CO2含量增 加的唯一原因。 加的唯一原因。
• 从此可计算出未来的u
• • • • •
一完整的预报方程，应包括 动量方程 热流量方程 连续方程 水汽与湿度方程
• 由于初值，计算与物理方程的误差，使得 预报出现误差， • 目前利用统计，集成等方法来加以补充， 来提高预报准确率
Progress of short range weather forecasting
• Climate is what you expect, weather is what you get
• 2005年，ＷＭＯ启动了ＴＨＯＲＰＥＸ计 划，主要针对观测系统与可预报性的研究 ，这也是大气科学的两个主要方面 • 在观测方面，手段与方法都有长足进步， 从常规的地面观测，发展到卫星，雷达等 遥感技术对大气现象进行观测，还利用飞 机对气象资料进行观测与转发（AMDAR)， 使我们对大气的情况了解更加深入，为气 象预报准确率的提高，提供了重要基础
臭气洞的发现
• 80年代，发现在每年春季，南极上空的平 流层出现臭氧洞 (Ozone hole)，见下图 • 其原因是冰箱与工业中应用的CFCs 氯氟碳 化物，氯氟烃 (chlorofluorocarbons ) 与平 流层的云中，与臭氧发生反应
,
• ２5km高处，氧分子由于太阳紫外辐射 （ultraviolet radiation)的光解作用 （photodissociation)成为氧原子，它很快 与氧分子结合为臭氧， • 臭氧吸收紫外辐射，保护生物细胞为紫外 线杀伤 • 臭氧洞的出现,对人类健康农作物生长都有 不利影响 • 控制CFCs的排放是重要问题
全球变暖与国家利益 密切相关
冰川消退
全球气候的小幅度波动虽然并不为人明显发觉， 但对于冰川来说则有显著影响了。气温的轻微上 升都会使高山冰川的雪线上移，海洋冰川范围缩 小。
Marr Glacier in the Antarctic peninsula, which is receding.
• 海平面升高
大气科学概论
An introductory survey of Atmospheric Sciences J. Wallace and P. Hobbs
l. Introduction and overview
• Atmospheric Sciences: 研究行星地球大气的结构与演变Structure and evolution 发生在大气中的许多现象Phenomena 其内容在近几十年来，有很多变化， 30 年前，主要内容是天气预报，weather forecasting, 风暴产生的过程Processes ， 辐射平稳radiation balances.
当今气候施扰因素——温室气体 温室气体 当今气候施扰因素 二氧化碳 水汽 微量气体
• 温室气体吸收本应从地球表面及 大气中逸出到太空的红外热辐射， 大气中逸出到太空的红外热辐射， 象给大气盖了一张毯子； 象给大气盖了一张毯子； • 若无这些温室气体，地表温度只 若无这些温室气体， 能保持在-18度左右 度左右； 能保持在-18度左右；这些气体的 存在才使得地表温度得以保持15 存在才使得地表温度得以保持15 度左右——“温室效应” 度左右 温室效应” 温室效应 • 二氧化碳是数量最多的温室气体
Mauna Loa 月平均的co2含量隋时 间变化曲线
• 从此可见，co2是隋时间增大， • Co2含量的变化, 是影响气候增暖的一个重 要因子 • Co2增大，温度升高
，
• 不同温室气体在大气中的生存时间是不同 • 有些气体生存时间在千年以上 • 温室气体不仅对当时气候变化有影响，其 后将持续很长时间 • 温室气体的增温作用是非常重要的 • 气溶胶起有冷却作用，可抵消部分增温作 用，但其生存寿命很短
低云量 宇宙射线通量
总云量
宇宙射线通量与低云量的关系在1991/2年之前吻合很好,但 1991/2之后,只有低云量与宇宙射线通量仍保持很好对应关系.
目前地球正变得越来越热的原因： 目前地球正变得越来越热的原因：太阳辐射处于近一 千年来最强烈的时期，这可能影响到了全球温度。 千年来最强烈的时期，这可能影响到了全球温度。 太阳耀斑较少的年份， 太阳耀斑较少的年份，往往对应于地球的一个低温期 但上世纪，太阳耀斑的数量明显增多， ，但上世纪，太阳耀斑的数量明显增多，地球的温度 也稳定上升。 也稳定上升。
• • • • •
• 近年来，气候与气候变化 climate and climate change, 大气化学atmospheric chemistry 已成为大气科学的主要内容 • 近年来，主要成果与进展，可概括为以下 几个方面： • 观测手段的发展与资料的丰富 • 天气与气候预报准确率的提高， • 大气化学与大气环境引起重视，气候动力 学的进展。
• 从图可以见到，现在的５天预报的水平， 相当于二十年前的３天预报的水平
l. TC的路径预报 的路径预报
随着观测手段的改进，观测资料的质量和数量 大为改观，而资料同化、集合预报技术的应用和数 值天气预报模式精度的提高和物理过程的完善，使 得TC路径预报的误差在过去10-20年的时间里大大减 小。
• 大西洋地区TC路径的准确率逐步提高，01-05年5年间， 预报时间(小时) 24 36 48 72 96 120 误差（海里） 65 91 118 171 231 300 • 24-72小时期间的预报误差只有上世纪九十年代的一半左右 • 5天的预报与15年前的三天预报准确率相当
• 我国在TC的路径预报方面也是成绩斐然，麻素红 等（2003）通过对神威机上运行的T213L31模式 进行分析，指出该模式自2002年投入业务运行后， 24、36、 48小时TC中心预报平均误差为162、 215、296km。 • 在“十一五”期间，TC24小时路径预报偏差将缩 小到120公里以内。
Greenhouse effect and global warming
• 二氧化碳 carbon dioxide ,与其他示踪气体 如甲烷methane 等通称的温室气体，这种 气体的存在，将使大气的温度升高，导致 全球增暖Global warming • 这是当前的一个重要问题,节能减排是当前 的重要政策
Methods of weather forecasting
• 从方法上来看，由天气图分析，经验外推 的主观Subjective (Experiences )，发展为 基于流体力学的数值方法Objective (Numerical weather forecasting) • Statistic +NWF • Assembly NWF
随着大气CO2浓度的进一步增加，温度是否 会这样增加下去？
各种模型预测21世纪CO2 浓度变化趋势 各种模型预测21世纪温度变化趋势
(据IPCC,2001)
“温室气体不是全球变暖的惟一原因”
? 为何地表增温显著,而大气低层增温不显著 如果温室气体是引起全球变暖的惟一原因，地表和大气的变暖程度就应该 相同，而卫星测量表明事实并非如此。事实是地球表面在过去１００年虽 然升高了０.６摄氏度，但大气层最下面８公里处的温度变化却很小。
过去16万年来气温 据氢同位素 过去 万年来气温(据氢同位素 万年来气温 推算） 含量（ 推算）和CO2含量（据南极地区 含量 冰芯资料推算）的变化。 冰芯资料推算）的变化。
CO2的增加：人为因素 的增加：
——
人为因素的证据
• “欧洲南极冰核” 计划：在过去的65万年 欧洲南极冰核” 计划：在过去的65 65万年 大气中二氧化碳的含量从未超过300PPM 里，大气中二氧化碳的含量从未超过300PPM 百万分之三百）， ），而目前的二氧化碳含量 （百万分之三百），而目前的二氧化碳含量 则达到了380PPM 380PPM， 则达到了380PPM，比工业化前的最高值还要 27％。 ％。这清楚地表明人类活动是如何影响 高27％。这清楚地表明人类活动是如何影响 到温室气体的含量的。 到温室气体的含量的。
? 为何地球的某些地区比另外一些地区变得更暖
目前的一种看法：宇宙射线 是全球变暖的原因之一
Bago and Butler (2002)等
改变低层大气中形成云层的方式使地球变暖
来自外层空间的高能粒子将原子中的电子 轰击出来，形成的带电离子可以引起水滴 的凝结，从而可增加云层的生长，从而影 响地球大气的能量收支平衡。
全球性气温上升，导致海水受热膨胀、 全球性气温上升，导致海水受热膨胀、高山 冰川融化、南极冰盖解体，使得海平面上升， 冰川融化、南极冰盖解体，使得海平面上升，人 类被迫迁居内陆。 类被迫迁居内陆。 使冰融化而让海平面升高1m所需要的热量大 使冰融化而让海平面升高 所需要的热量大 约是12W·年/m2 (就全球平均而言 ，即如果地球 就全球平均而言) 约是 年 就全球平均而言 的能量失衡达到1W/m2，则在 年内就可使海平 则在12年内就可使海平 的能量失衡达到 面上升1m。 面上升 。
大气化学的进展
• 数十年前，大气化学主要关心城市空气质 量问题，燃煤排放的 sulfur dioxide (so2), Oxides of sulfur and nitrogen （NO, NO2, N2O5) 溶解于云滴中，形成 weak solutions of sulfuric and nitric acids , 这时 下雨就形成了酸雨，对植物与农作物造成 伤害。 排放源会影响到下游公里到数千公里