大气科学基础第一章

1010 号 8-8 Meranti
莫兰蒂 马来西亚一种树
2021/3/9
31
§4.4 习题
1、风向、风速如何表示？
大气科学基础
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§4.5 云(1)
大气科学基础
▪ 悬浮在大气中的小水滴或冰晶微粒，或两者混合的可见聚合体， 有时也包含一些较大的雨滴、冰晶或雪粒，它底部不接触地面， 有一定的厚度。
360º方位（高空）
大气科学基础
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§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]
陆地
0 小于 0.3 静烟直上
q mv
上下同除md
mv md
mv
q
1
md （3）r mv 1
r
md
饱和比湿qs
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13
§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。
P Pd e
湿空气压强
e v P （4）
水汽摩尔 分数
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14
换算关系：
mv
mv
18
§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 。
e
v
Rv
T
v
e Rv T
水汽比气体常数 Rv 461 J kg1 K 1
e：Pa T：K ρv：kg/m3
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§4.3 空气湿度(5)
大气科学基础
9
20.8-24.5
建筑物有轻微损坏（如烟囱倒塌， 瓦片飞出）
10
24.5-28.5
陆上少见，可使树木连根拔起或将 建筑物严重损坏
11 28.5-32.7 陆上很少见，有则必引起严重破坏
12 32.7 以上
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海洋
波浪中等，浪延伸更清楚，白 浪更多 （有时出现飞沫）
浪高 [m]
2
开始产生大的波浪，到处呈现 白沫，
地面上低气压的地区往往以阴雨天气为主
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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：
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
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9
§4.3 空气湿度(1)
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§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)
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§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）
▪ 云的观测包括云状、云量、云高。
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§4.5 云(2)
大气上升运动形式和规模不同，形成的云也有所差异，可分
为积状云、层状云、波状云等。
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§4.5 云(3)
大气科学基础
▪ 云的分类：三族十属二十九类 高云（＞6000米） ：卷云、卷层云、卷积云 中云（2000—6000米） ：高层云、高积云 低云（ ＜ 2000米） ：积云、积雨云、层积云、层云、雨层
度来表示。 按外形可分为：雨、毛毛雨、雪、霰、米雪、冰粒、冰雹、
冰针等。 降水量是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、流失而积聚到水平面上的水 层深度，它以mm为单位。
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大气科学基础
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大气科学基础
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237.3
td
7.5
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§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
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。
云
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大气科学基础
游丝天外飞，久睛便可期
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大气科学基础
日晕三更雨，月晕午时风
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大气科学基础
鱼鳞天，不雨也风颠
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大气科学基础
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大气科学基础
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大气科学基础
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大气科学基础
饱和混合比rs:饱和湿空气的混合比。
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§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 mv md
（2）
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§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。
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
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§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 m（v 1） md
v-vapor d-dry s-saturated
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§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 es0 10 237.3t
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0℃时的饱和水汽 压，大小为 6.1078hPa
大气科学基础
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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
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大气科学基础
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§5 空气状态方程
一、理想气体状态方程 二、干空气状态方程 三、水汽状态方程 四、湿空气状态方程
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5
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？
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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
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7
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
成都双流机场路附近重雾弥漫，据目测能见度<20米。
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么么么么方面
▪ Sds绝对是假的
大气科学基础
受持续沙尘污染的影响，北京的空气质量从６日开始轻
度污染，9日攀升到最严重的五级重度污染，导致北京
市进2021/入3/9 ４月以来，还只有两个“蓝天”。
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§4.7 复习题
1、什么是水平能见度？
27
§4.4 风
3、问题：台风是如何命名的？
大气科学基础
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2021/3/9
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2010年生成的部分台风
1001 号 7-13 Omais 奥麦斯 美国漫游（Palauan语）
1002 号 7-14 Conson 康森 越南古迹
1003 号 8-1 Chanthu 灿都 柬埔寨一种花
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。
Uw
v vs
p,T
e es
r rs
q qs
1 U w 1
1
未饱和 饱和 过饱和
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§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。
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4
§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
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大气科学基础
2
§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
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§4.1 气温(2)
2、换算关系：
T 273.15 t
9 F =5 t + 32
大气科学基础
浪大高如山（中小船舶有时被波浪挡住 而看不见），海面全被随风流动的 泡沫覆盖。浪花顶端刮起水雾，视 11.5 线受到阻挡
空气里充满水泡和飞沫变成一片白色，
影响视线
14
26
桑美为自1949年我国建国以来登陆中国大陆最强的台风，其登陆
时近中心最大风速达到了60m/s。严重影响了中国东部沿岸地区，
20造21/3成/9 了25亿美元的损失。
r 0.622 e
(6)
pe
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0.622 e p
e和P同时取
Pa或hPa，则
r取g/g
16
换算关系：
0.622e
(6) (3) : q r p e 0.622e
(7)
1 r 1 0.622e p 0.378e
pe
0.622 e p
e和P同时取 Pa或hPa，则 q取g/g
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
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大气科学基础
天上灰布悬，雨丝定连绵
2021/3/9
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大气科学基础
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大气科学基础
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§4.4 复习题
1、云如何分类？
大气科学基础
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§4.6 降水
大气科学基础
▪ 指从云中降落到地面的液态或固态水。 ▪ 降水通常用降水的形态、降水的性质、降水量、降水强
1004 号 8-2 Dianmu 电母 中国神话中的雷电之神
1005 号 8-3 Mindule 蒲公英 朝鲜一种小黄花
1006 号 8-4 Shizishan 狮子山 中国香港香港山名
1007 号 8-5 Kompasu 圆规 日本圆规星座
1008 号 8-6 Namtheun 南川 老挝河
1009 号 8-7 Malouy 玛瑙 澳门一种宝石
冰 针
50
§4.7 水平能见度
大气科学基础
▪ 指视力正常的人，在当时的天气条件下，能从天空背景 中看到和辨认出目标物（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。雾、沙尘和 气溶胶粒子均可使能见度降低。
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2010年11月19日早上7时，四川省气象台发布大雾橙色预警，
v
nv nd nv
Mv md mv
md M v mv
r 0.622 r
(5)
M d M v M d md
2021/3/9
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换算关系：
mv
mv
v
nv nd nv
Mv md mv
md M v mv
r 0.622 r
(5)
M d M v M d md
(5) (4) :
e r p 0.622 r
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
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大气科学基础
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§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
0.6
20241/3/9 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
251
级 风速 别 [m/s]
陆地
5
8.0-10.8
有树叶的灌木摇动，池塘内的水面 起小波浪
6
10.8-13.9
大树枝摇动，电线发出响声，举伞 困难
7 13.9-17.2 整个树木摇动，人迎风行走不便
8 17.2-20.8 小的树枝折断，迎风行走很困难
浪花的范围更大（飞沫更多）
3
浪大，浪翻滚，白沫象带子一 样随风
飘动
4
波浪加大变长，浪花顶端出现 水雾， 泡沫象带子一样清楚地随风飘动 5.5
出现大的波浪，泡沫呈粗的带 子随风
对动，浪前倾，翻滚，倒卷，飞沫 7 挡住视线
浪变长，形成更大的波浪，大 块的泡
沫象白色带子随风飘动，整个海面 9 呈白色，波浪翻滚