2010大气科学基础第一章4-6
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。
大气科学基础课件
* Water(水汽)
Argon(氩) * Carbon Dioxide(二氧化碳) Neon(氖) Helium(氦) *Methane(甲烷) Hydrogen(氢) *Nitrous Oxide(一氧化二氮) *Ozone(臭氧)
H2O
Ar CO2 Ne He CH4 H2 N2O O3
* variable gases
2. The condensation of water vapor creates precipitation that falls to the Earth's surface providing needed fresh water for plants and animals.
3. It helps warm the Earth's atmosphere through the greenhouse effect.
Key Points
• 气溶胶粒子对辐射的吸收和散射、云雾降 水的形成、大气污染以及大气光学与电学 现象的产生都具有重要的作用。 • 气溶胶粒子的来源可分为人工源和自然源 两大类。
随堂小测
1、地球的原始大气中，主要包含以下的气体成分：（ a. 氮和氧 b. 氢和氦 ） c. 水汽和二氧化碳 d. 甲烷和臭氧
Key Points(contd.)
Ozone's role in the enhancement of the greenhouse effect has been difficult to determine. concentrations of ozone gas are found in two different regions of the Earth's atmosphere. The majority of the ozone (about 97 %) found in the atmosphere is concentrated in the stratosphere at an altitude of 15 to 55 kilometers above the Earth's surface.
大气科学基础(教案)
大气科学基础理论提示：包围着地球的气体外壳称为地球大气，简称大气。
地球大气的组成包括各种气体及悬浮其中的液态和固态微粒。
大气的总质量约为kg，仅相当于地球质量的百万分之一。
地球大气对地球上的生命有着重要的作用，在大气中所发生的物理现象及物理过程都与人类活动有着密切的关系，为了研究大气中所发生的物理现象及物理过程，首先必须对大气的基本性质和特点有一概括的了解。
理论解释：一、大气的起源与组成1.1大气的起源（1）原始大气阶段根据天文学中的一种假说，地球是由宇宙中的弥漫星云凝聚而成的。
星云中的主要成分是氢和氦，它们大约占98%。
星云凝聚时，气体被禁锢在地球内部，当地球进一步收缩，气体便被排挤到表面上来。
但是，当时地球温度很高，气体分子的动能很大，加上太阳风的作用，以致地球引力不足以吸引住气体，它们大量地向宇宙空间逃逸散失。
因此有人判断，大约在45亿年前，地球形成的初期或晚些时候，地球上是没有大气的。
（2）次生大气阶段随着地球的逐渐冷却，表面形成了原始地壳，而被吸附或保藏在地球内部的一些液体和气体则通过火山活动的形式逸出地球表面。
逸出的气体主要是氢气、水汽、二氧化碳以及氮、硫及其化合物。
因为地壳相对是冷的，气体一到表面就很快冷却，其中大部分水汽凝结成水，形成水圈。
这个阶段的大气主要成分是甲烷、氢气；次要成分是水蒸汽，氨、硫化氢。
（3）大气向氧化性气体转化阶段这一阶段，水蒸汽继续凝结入海洋。
同时大气上层中的水汽分子受到太阳紫外线的照射而发生光化学分解，分解为氢和氧。
氢由于很轻，多数从地球大气向外逃逸到宇宙空间，而氧较重可留在大气中。
氧是一种非常活泼的元素，当氢气分压降到很低时，还原性气体化合物如甲烷、氨，开始氧化成二氧化碳、氮。
氮惰性大，就积聚起来。
所以，大气中的氮和二氧化碳不断增加。
这一阶段的大气主要成分是氮；次要成分是水蒸汽、二氧化碳和氧。
（4）现代大气形成阶段这个阶段是大气圈现今面貌的形成阶段，也是地球演化过程中生命形成阶段。
1-气团和锋面
北极气团： 北极气团： 北极地区全年都是冰雪覆盖的北冰洋， 北极地区全年都是冰雪覆盖的北冰洋，下 垫面性质均匀，盛行反气旋环流， 垫面性质均匀，盛行反气旋环流，在这个地区 形成的气团称为北极气团 或冰洋气团） 北极气团（ 形成的气团称为北极气团（或冰洋气团）。 极地气团： 极地气团： 靠近极圈的高纬广大地区， 靠近极圈的高纬广大地区，冬季受反气旋 环流控制，夏季亦有弱的辐散， 环流控制，夏季亦有弱的辐散，在这个地区形 极地气团。 成的气团称为极地气团 成的气团称为极地气团。
准静止锋 当冷、暖气团的势力相当时，锋面的移动 当冷、暖气团的势力相当时， 十分缓慢或相对静止， 十分缓慢或相对静止，这种锋面称为准静止锋。(6h)
2. 根据锋的伸展高度可将锋分为： 根据锋的伸展高度可将锋分为： 对流层锋、地面锋（或低层锋）和高空锋 对流层锋、 或低层锋）
3.根据锋面两侧的气团来源的地理位置不同， 3.根据锋面两侧的气团来源的地理位置不同， 根据锋面两侧的气团来源的地理位置不同 可将锋分为： 可将锋分为：
1、如果其他因子不变，锋面坡度随纬度增高而增 、如果其他因子不变， ；（赤道 赤道） 大；（赤道） 2、锋面坡度与锋两侧温度差成反比； 、锋面坡度与锋两侧温度差成反比； 3、当锋面两侧平行于锋面的地转风速差等于0时， 、当锋面两侧平行于锋面的地转风速差等于 时 锋面不存在； 锋面不存在；锋面两侧平行于它的地转风风速应具 有气旋性切变； 有气旋性切变； 4、锋面坡度是与两气团的风速差成正比而与温度差 、 成反比，但实际上，温差增大时，风速差也增大， 成反比，但实际上，温差增大时，风速差也增大， 二者相互抵消，总的来说对锋面坡度影响不大； 二者相互抵消，总的来说对锋面坡度影响不大；
1.4 我国境内的 气团活动 与气团天气
大气科学专业流体力学第一章(基础概念)
7
三、应用
地球上的大气和海洋是最常见的自然流体，因而相应 地形成了地球物理流体力学。研究大气和海洋运动规 律的动力气象学、动力气候学和动力海洋学 动力气象学、 动力气象学 动力气候学和动力海洋学，都是流 体力学领域中的不同分支，而流体力学是大气科学、 海洋科学的重要的基础理论之一。 后续相关专业课程：动力气象学、数值天气预报等。
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牛顿粘性定律（牛顿粘性假设） 牛顿粘性定律（牛顿粘性假设）
牛顿在《自然哲学的数学原理》(1687)中指出： 牛顿在《自然哲学的数学原理》(1687)中指出： 中指出 相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。 相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。 内摩擦作用 假设：“流体两部分间的阻力，同这两部分彼此分开的速度成 假设： 流体两部分间的阻力， 正比” 即在图中 图中， 正比”。即在图中，粘性切应力为
∂u 1 ∂p ∂u ∂u ∂u +u +v +w = Fx − + ν∇ 2 u ∂t ∂x ∂y ∂z ρ ∂x ∂v 1 ∂p ∂v ∂v ∂v = Fy − + ν∇ 2 v +u +v +w ∂x ∂y ∂z ρ ∂y ∂t ∂w 1 ∂p ∂w ∂w ∂w +u +v +w = Fz − + ν∇ 2 w ∂x ∂y ∂z ρ ∂z ∂t
O x
r r
，且可以表示为：
r r
y
34
假定某一流点的初始时刻
t0
( 位置位于点： x 0，y0，z 0 )
则该流点不同时刻的位置矢径为
r r
，可以表示为：
x = x ( x0 , y0 , z 0 , t ) r r r = r ( x0 , y0 , z0 , t ) 分量形式： y = y ( x , y , z , t ) 0 0 0 z = z( x , y , z , t ) 0 0 0
大气科学基础复习要点
大气科学基础复习要点第一章大气概述1.大气是地球表面运输能量与水分的主要方式，厚度大约100km，尽管相对于地球很浅薄,但大气层里包含了相当大的质量:5.14 X 10^15公斤。
97%的大气是在地球表面30公里(18英里)以内。
2.大气的密度随着高度的上升而下降。
3.大气组成：永久气体(固定比例在大气中)99.999 %的大气质量氮气、氧气、氦、氖、氩氪、氪(),氙(氙)、氢可变气体：占很小的百分比,但影响大气的行为的气体，如水汽，二氧化碳，臭氧，甲烷，N2O，氟化物等。
4.大气演变：原始大气氢和氦；次级大气水汽，二氧化碳、和其它的由于火山喷发而从地球内部带出来的气体；最终CO2含量减小，O2含量上升，演变成现在的大气。
5.其它气体如氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳、甲烷、氧化亚氮和臭氧对地球生物圈的健康是极为重要的.6.氮气和氧气是大气的主要成分。
整合上述两种气体大约占干大气的99%。
7.甲烷是一种很强烈的温室气体。
自从1750年,大气中甲烷浓度已经上涨了超过140 %。
8.臭氧在提升温室效应过程中扮演了重要角色，大多数的臭氧(大约97 %)发现是集中在平流层海拔15至55公里以上的地球表面。
臭氧能吸收太阳辐射中的紫外线。
9.氟氯化合物能破坏大气中的臭氧 Cl+O3=ClO+O2 ClO+O=Cl+O2 O3+O=2O2目前科学家已发现南极上方的臭氧空洞。
10.水汽的重要作用;(1)它通过相变潜热在地球上重新分配热能的能量交换.（2）水汽凝结降水,坠落到地球表面提供所需的新鲜水给植物和动物，形成各种天气现象；（3）它通过温室效应帮助温暖地球大气层。
11.气溶胶粒子对辐射的吸收和散射、云雾降水的形成、大气污染以及大气光学与电学现象的产生都具有重要的作用。
气溶胶粒子的来源可分为人工源和自然源两大类。
12.大气的物理性质和化学性质无论在水平方向还是在垂直方向上都是不均匀的。
13.划分：按照大气的化学成分划分，大气垂直方向可分为均质层和非均质层。
大气科学导论大气的基本知识
气溶胶的作用
吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地 面的太阳辐射； 缓冲地面辐射冷却，部分补偿 地面因长波有效辐射而失去的热量； 降低大气透明度，影响大气能 见度； 充当水汽凝结核，对云、雾及 降水的形成有重要意义。
大气中的污染物质：Pollutant
停留时间
106 年 10 年
─
─
─
─
7年 15 年 65 天 10 年 10 年 40 天 20 天 1天
? 1天 10 天 10 年
循环 生物或微生物循环 生物或微生物循环
无循环 ,在地球历史 中累计
生物和化学 人为和生物 人为和化学 生物和化学 生物和化学 准稳态 人为和化学 或平衡 生物、化学、雨除 人为、化学、闪电
1. 化石燃料和生物体的燃烧导致大气中CO2含量升高， 煤的燃烧导致SO2含量升高。
2. 汽车等的大量使用导致大气中废气增加和气溶胶含 量增加。
3. 人工固氮导致大气中氮的减少。
4. 人工制造的制冷剂CFCs的泄漏导致大气中CFCs含 量增加，CFCs在大气平流层分解后产生的氯造成 平流层O3减少。
1、定义：表示大气冷热程度的物理量，反映一定条 件下空气分子平均动能大小。
通常指距地面1.5m高处百叶箱中的空气温度。
2、单位：摄氏度（℃）温标；绝对温标，以K表示；
华氏温标：℉，水的沸点为212℉ 3、单位换算：
oC 5 ( oF 32) 9
K oC 273.15
oF 9 oC 32 5
显微镜下的气溶胶颗粒图像
大气中的可变化成分——气溶胶
液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。它们能作为水 滴和冰晶的凝结核,太阳辐射的吸收体和散射体,并参与 各种化学循环,是大气的重要组成部分。其来源包括：
大气科学基础第四章
因 为（
）
①受低压的影响
②受高压的影响
③受气旋的影响
④受反气旋的影响
A、①② B、①③ C、①④ D、 ②④
3、关于气旋的叙述，正确的是（
）
A、气旋是天气系统气压状况的描述。
B、北半球的气旋空气流动方向是呈逆时针方向。
C、气旋控制的地区，天气晴朗。
D、气旋中心的空气被迫下沉。
第五十一页，共96页
复习题
第三十六页，共96页
暖式锢囚锋 锢囚锋冷式锢囚锋
中性锢囚锋
第三十七页，共96页
锋面符号
第三十八页，共96页
复习题
▪ 锋、暖锋、冷锋、准静止锋、锢 囚锋 ▪ 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？
第三十九页，共96页
§2 温带地区天气系统 §2.1 气团 §2.2 锋 §2.3 温带气旋和反气旋
第六十三页，共96页
4、西太平洋副高的异常活动
第十七页，共96页
3、气团的形成与变性
(1)形成条件：a）大范围性质比较均匀的下垫面；
b）适合的环流条件。 形成过程：辐射、湍流和对流、蒸发和凝结
(2)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。
锋面气旋（北半球为例）
高 高压脊
高压脊线上气流以辐散为主，不易 形成锋面。
冷锋
低
低压槽
低压槽线上气流以辐合为主，易形成锋
面。
第四十八页，共96页
锋面气旋
低
暖锋
以我国为中心的地面天气系统图
反气旋
1005
1000
2010z1XD第一章 总论
1441：中国乾隆 年间发明世界上 最早的雨量器
1606：伽利略 发明温度表
1639：伽利略 的弟子发明雨 量器
发 明 气 压 表： 托 里 拆 利 1644
1654：意大利出现第一个天气 观测网
1714：华伦海特建立了可靠的 温度观测度量衡—华氏温标
17 气球 高空 探测
1932：第二次 国际极地年。
1928：1月1日在我国 南京正式开始了地面气象 观测工作，9月末，南京北 极阁气象台建成。
随机误差的特性
1、随机误差的绝对值不会超过某个界限 2、绝对值相等的正和负的误差，出现概 率相等 3、绝对值小的误差比绝对值大的误差出 现得多
过失误差是一种即 无系统规律又不符合随 机误差规律的误差，主 要是由于观测者粗枝大 叶的观测或计算所致。 具有过失误差的数值， 必须在观测值中除去。
时制：以一定的 时间间隔作为时 间单位，并以一 定的起始瞬时计 量时间的系统
世 对 界 月 上公食公 最元和元 早前金前 的 星 流 观 星年测年 雨： ： 记中 希 录国 腊 出 开 现 始 1609
1852
期日年 。月： 食巴约 的比公 沙伦元 罗发前 周现 650
公元前14世纪：中国 安阳出土甲骨文中有风、 云、雨等天气记录。 公元前1217年；中国 甲骨文有连续10天气象记 录。
北京时是 指东经120° 的地平时，为 全国通用的 标准时
采用全年真太阳日总和的平均值，称为“平均太阳日”。 再将平均太阳日平均为24小时，称为“平均太阳时”。各地的 平均太阳时，叫做该地的地方平均太阳时，简称地平时
1.4、大气探测的“三性”要求
1、代表性
一般可以表述为某一瞬间，在给定区域的任一点（或空间一定点 给定时段的任一时刻）测得的要素值在所规定的精度范围内，对该地 区（或该时刻）是可信的话，即可认为该测定值具有代表性。
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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2
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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8
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1930
9
16.09.2020
1936
10
16.09.2020
1955
11
1993
16.09.2020
12
16.09.2020
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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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大气科学基础(70h)知识点)
1.1 1.2 1.31.42.1 2.2 2.3 6.16.2 6.3 6.4 6.5 6.6 4.1 4.2 4.3 4.4 4.54.6 4.74.85.1 5.2 5.3 5.4 5.6 5.7 5.86.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 8.1 8.2 8.3大气的组成大气铅直分层空气状态方程主要气象要素大气静力学方程压高公式气压场空气微团所受的力大气中的平衡运动风随高度的变化连续方程风的日变化大气边界层基础辐射的基本概念辐射的基本定律辐射在大气中的吸收辐射在大气中的散射太阳辐射及其在大气长波辐射在大气中传辐射差额辐射平衡与气层变温热力学基本定律在大干绝热过程湿绝热与假绝热过程T－lnP图及应用静力稳定度的概念及厚气层不稳定能量气层整层升降静力稳云雾形成的基本条件云滴凝结增长冰晶凝华增长重力碰并增长降水形成的微物理过人工影响天气基础大气声学大气光学大气电学干洁大气、水汽、大气气温直减率、对流层湿空气状态方程绝对湿度、比湿、混合静力平衡均质大气、等温大气、位势高度、气压梯度、气压梯度力、科氏力地转平衡、风压定律、热成风、水平辐散局地热力环流埃克曼螺线辐射通量，辐射通量密基尔霍夫定律、普朗克布格－朗伯定律、光学分子散射、粗粒散射、太阳常数、太阳高度角传输方程、漫辐射透过地面辐射差额、大气辐辐射平衡方程、气层变第一定律、第二定律、干绝热方程、位温、干湿绝热直减率、假相当干绝热线、假绝热线未饱和、饱和气层稳定自由对流高度、真潜不下沉逆温、位势不稳定宏观过程、辐射雾、平科勒方程、云凝结核、冰晶效应、冰晶繁生末速度、碰并增长率暖云、冷云过程、冰雹人工冰核、吸湿性催化声速、声线折射、散射起电机理第二讲第三讲第四讲第四讲第五讲第六讲第七讲第八讲第九讲&第十讲第十一讲第十二讲第十三讲第十三讲第十四讲第十四讲&第十五讲第十六讲第十七讲第十八讲第十九讲第二十讲第二十讲第二十一讲第二十二讲第二十三讲第二十四讲第二十五讲第二十六讲第二十七讲第二十八讲第二十九讲第三十讲第三十一讲第三十二讲第三十二讲第三十三讲第三十四讲第三十五讲2 2 1 2 1 2 2 21 2 3 4 5 1 2 2 2 23 3 2 2 2 2 1 2 2 33 2 2 2 34 4 4 4。
《大气科学基础》复习大纲教学内容
《大气科学基础》复习大纲《大气科学基础》复习大纲大气动力学基础作用于空气的力：重力、气压梯度力、地转偏向力、摩擦力其中)(-k zp j y p i x p p ρρρ∂∂+∂∂+∂∂-=∇地转偏向力：V C ρρρ⨯Ω-=2科里奥利系数：φsin 2Ω=f 科里奥利力在各方向的分量：φφφφ cos u 2 z cos u 2 - y cos w 2 - sin v 2 x Ω=Ω=ΩΩ= 忽略摩擦，标准坐标系的动量方程为：g - cos u 2 z p 1 - dt dw sin u 2 - yp 1- dt dv cos w 2 - sin v 2 x p 1 - dt du φρφρφφρΩ+∂∂=Ω∂∂=ΩΩ+∂∂= 简化后：ρρρρg - p g - z p 1 - 0fu - yp 1 - dt dv fv x p 1 - dt du =∂∂∂∂=∂∂=+∂∂=z 连续方程：00)(0)(=∇+=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∇+∂∂v dtd zw y v x u z w y v x u t V t ρρρρρρρρρρρ 速度散度的意义：dt d dt d v z w y v x u v ααρρ11-==∇∂∂+∂∂+∂∂=∇ρρ，ρα1=为比容单位时间质量的变化率：，流出辐散，质量减少，，流入辐合，质量增加，0000>∇<<∇>v dtd v dt d ρρρρ 单位时间体积的变化率：，缩小辐合，体积减少，，膨胀辐散，体积增加，0000<∇>>∇>v dtd v dt d ρραα 水平速度散度和垂直速度的关系： 对不可压缩大气有：0=dtd ρ，即0=∇v ρ 则：zw y v x u z w y v x u ∂∂=∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂-0，有，加强上升运动，垂直速度随高度增大，水平辐合，，减弱上升运动，垂直速度随高度减小，水平辐散，0000>∂∂<∂∂+∂∂<∂∂>∂∂+∂∂z w y v x u z w y v x u 大气中的平衡运动：地转风：在水平气压梯度力与水平地转偏向力达到平衡的风，无加速度、无摩擦的空气水平运动梯度风是水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力三者相平衡时的风。
大气科学第1讲
大气科学概论课程主要内容1. 绪论2. 大气的基本知识3. 能量与温度4. 水汽、云和降水5. 气压和风6. 锋面和气旋7. 雷暴、龙卷和台风8. 大气环流和大洋环流9. 天气预报和常规气象观测10. 气候变化主要参考书1.李万彪，《大气概论》，北京大学出版社，20092.华莱士（Wallace J. M），霍布斯（Hobbs P.V），何金海等译，《大气科学》（第二版），科学出版社，20083.黄荣辉，《大气科学概论》，气象出版社，20054.何金海，《大气科学概论》，气象出版社，20125.Meteorology Today : An Introduction to Weather, Climate, and the Environment, C. Donald Ahrens, Brooks/Cole, 6th or 7th edition现象建筑与气象原因肤色与气象原因现象原因生活与气象现象1 绪论1.1大气科学的概念1.2大气科学的重要性1.3研究对象及基本内容1.4大气科学分支1.5大气科学相关概念1.6发展概况1.1 大气科学的概念什么是大气科学？美丽的彩虹1.1 大气科学的概念火焰彩虹1.1 大气科学的概念海市蜃楼日晕多日同辉1.1 大气科学的概念夜光云极光1.1 大气科学的概念位于意大利西西里岛东岸的埃特纳活火山创造出了这一令人惊叹的瞬间阿联酋迪拜被云海包围1.1 大气科学的概念1.1 大气科学的概念土星上的气旋宛如一朵红色的玫瑰美国华盛顿州雷尼尔山附近的荚状云霜1.1 大气科学的概念1.1 大气科学的概念冰圈雨凇雾凇1.1 大气科学的概念1.1 大气科学的概念1.1 大气科学的概念龙卷风1.1 大气科学的概念台风冰雹英国英格兰西北部的一座水坝形成冰瀑1.1 大气科学的概念1.1 大气科学的概念雾霾沙尘暴1.1 大气科学的概念大气科学(Atmospheric Sciences) —研究地球大气结构、组成、物理现象、化学反应、运动规律及其他问题的科学。
大气科学导论1章概论 95页PPT文档
2019/9/4
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（一）在防灾减灾中的作用
我国是世界气候脆弱区之一，气候异常给我国 带来了严重气候灾害，尤其是旱涝灾害。
一般年份，旱涝灾害的受灾面积可达 0.3×108~0.4×108hm2（hm2是公顷，1公顷=15 市亩），重灾年可达0.5×108hm2，约占耕地总面 积的 1／3。
提出斜压大气和环流理论，推动了整个宏观流体动力学的研究
1922年英国科学家理查逊（L. F. Richardson）
提出逐步积分的概念，促进了后来计算机枝术的发明和发展
30年代著名的美籍瑞典气象学家罗斯贝（C. G. Rossby）
提出，我国著名气象学家叶笃正、曾庆存所发展的大气适应理论 说明了在大气、海洋这种自然界中质量的分布与运动互相作用， 运动产生于质量分布不均匀中，而质置的分布是在运动中形成的， 这是自然辩证法的一个很好的发展；
在60年代初，美国伟大气象学者洛伦兹（E. N. Lorenz）
提握出分岔、混饨和怪吸引子概念，他提出科学上的确定论与随 机论不能截然分开，它们是可以互相联系起来的，这被公认为当 代自然科学的重大突破。
这些概念的握出不仅使气候动力学大大发展，而且使数学、物理学、 生物学等自然科学取得重大突破，同时使社会科学得到很大发展。
2019/9/4
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一、大气科学的研究内容与对象
大气科学的研究内容
大气科学是研究地球大气状态的演变和发生在 大气的动力、物理、化学的各种现象的形成原 因及其随时间和空间的演变规律，以及研究如 何采用这些规律为人类服务和人类活动对大气 影响等方面的一门科学。
大气科学的研究对象（五圈）
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q mv mv md
（2）
§4.3 空气湿度(2)
大气科学基础
2、比湿q
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。
q mv
上下同除md
mv md
饱和比湿qs
mv q m d r （3）
1 mv 1 r md
§4.3 空气湿度(3)
3、水汽压e 水汽压e：空气中所含水汽的分压强，单位为Pa，hPa。
陆地
0 小于 0.3 静烟直上
1 0.3-0.6 烟能表示风向，但风标不能转动
海洋 出现鱼鳞似的微波，但不构成浪
浪高 [m]
0.1
2
1.6-3.4
人的脸部感到有风，树叶微响，风 标能转动
小波浪清晰，出现浪花，但并 不翻滚
0.2
3
3.4-5.5
树叶和细树枝摇动不息，旌旗展开
小波浪增大，浪花开始翻滚， 水泡透 明象玻璃，并且到处出现白浪
§4.3 空气湿度(7)
大气科学基础
6、露点温度td ：在湿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达到饱和时的那个温度， 简称露点。
td
23 7 .3 7.5 1
lg e
6 .11
§4.3 习题
大气科学基础
1、试列出表示空气湿度的六种参量，并简述 其含义。
2、比较e和es、q和qs、t和td的区别。 3、试说明露点温度为什么可以表示空气中湿
1、混合比r
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。
r m v （1） md
v-vapor d-dry s-saturated
饱和混合比rs:饱和湿空气的混合比。
§4.3 空气湿度(2)
大气科学基础
2、比湿q
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。
3、气压与天气的关系(1)
高
压强增大 体积减小 温度升高 凝结物消散
地面上高气压的地区往往以晴朗天气为主
3、气压与天气的关系(2)
低
压强减小 体积膨胀 温度降低 水汽凝结
地面上低气压的地区往往以阴雨天气为主
大气科学基础
问题：为何冬春季空气干燥，夏季天气闷热？ 大气湿度：表示大气中水汽含量多少的物理量。 湿度参量：
(5) (4): e r p 0.62 r2
r 0.622 e pe
0.622 e p
(6)
e和P同时取 Pa或hPa， 则r取g/g
换算关系：
0.62e2
(6)(3): q r pe 0.62e2
(7)
1r 10.62e2 p0.37e8
pe
0.622e p
e和P同时取 Pa或hPa， 则q R v46 J1 k g 1K1
e：Pa T：K ρv：kg/m3
§4.3 空气湿度(5)
大气科学基础
5、相对湿度Uw：一定温度和压强下，水汽与饱和水汽的摩 尔分数之比，常用百分比表示。
Uwvvsp,T
e es
r rs
q qs
1 U w 1
1
未饱和 饱和 过饱和
§4.4 风
风指空气相对于地面的水平运动 1、风向：16方位（地面）
360º方位（高空）
大气科学基础
§4.4 风
大气科学基础
2、风速：m·s-1 ， km·h-1 ， mile·h-1
1 m·s-1 =3.6 km·h-1 ，1 mile·h-1=1.85 km·h-1
风力等级表：0—12级
级 风速 别 [m/s]
大气科学基础
§4.1 气温(1)
大气科学基础
概念：表示空气冷热程度的物理量。
1、温标：
单位 符号
冰点
沸点
℃
t
0
100
K
T
273.15
373.15
℉
F
32
212
§4.1 气温(2)
2、换算关系：
T27 .13 5t
9 F =5 t + 32
大气科学基础
§4.2 气压
大气科学基础
1、单位：Pa，hPa，mmHg，atm，mb
2、换算关系：
标准大气压：在温度为0 ℃，纬度为45°时，晴天海平面 上的大气压为一个标准大气压，其数值等于1013.25hPa。 1标准大气压=1013.25hPa =760 mmHg 1hPa=1mb=3/4 mmHg
大气科学基础
▪ 问题：一般来说，地面上高气压的地区往往是晴 天，低气压的地区往往是阴雨天，为什么？
1、混合比 2、比湿 3、水汽压 4、水汽密度 5、相对湿度 6、露点温度 ➢ 难点是各个湿度参量之间的关系
§4.3 空气湿度(1)
大气科学基础
1、混合比r 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。
r mv md
饱和混合比rs
§4.3 空气湿度(1)
大气科学基础
度的大小。 4、某湿空气的气压为1026.8百帕，混合比
为5.5克/千克，试求它的水汽压。
§4.3 习题
大气科学基础
5、已知某气块的温度为25 ℃ ，气压为1080 百帕，相对湿度为65%，求该气块的水汽压、 饱和水汽压、绝对湿度、比湿和露点温度的 大小。
(100.7148=5.1860，lg3.3709=0.5277)
0.6
4 5.5-8.0 沙尘风扬，纸片飘起，小树枝摇动 小波浪增长，白浪增多
PPd e
湿空气压强
ev P （4）
水汽摩尔 分数
换算关系：
m v
m v
vndn vnv m dM vm v M vm dm v 0.6r2r2
(5)
M d M v M d m d
换算关系：
m v
m v
vndn vnv m dM vm v M vm dm v 0.6r2r2
(5)
M d M v M d m d
2010大气科 学基础第一章 4-6
第一章 大气概述
§1 地球系统 §2 地球大气的成分 §3 大气的重要性 §4 主要气象要素 §5 空气状态方程 §6 大气垂直结构 §7 ＊气压场分布特征
大气科学基础
§5 主要气象要素
§4.1 气温 §4.2 气压 §4.3 空气湿度 §4.4 风 §4.5 云 §4.6 降水 §4.7 水平能见度
§4.3 空气湿度(3)
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，它表示了空气中水汽的最大容量，也叫最大水 汽压。单位为hPa。 Magnus经验公式：
7.5t
es es01023.37t
0℃时的饱和水汽 压，大小为 6.1078hPa
§4.3 空气湿度(4)
4、绝对湿度a：单位容积空气中所含的水汽的质量，即水汽的密 度ρv，单位为g·m-3 ， kg·m-3 。