气象学第二章
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动力气象学第二章习题答案
动力气象学第二章习题答案动力气象学第二章习题答案动力气象学是研究大气运动的科学，它探讨了大气中的力学过程和气象现象之间的相互关系。
在学习动力气象学的过程中，习题是检验我们对知识理解和应用的重要方式。
下面是对动力气象学第二章习题的详细解答。
问题1：什么是大气的垂直平衡？答：大气的垂直平衡是指在垂直方向上，大气中的各种力量之间达到平衡状态。
这种平衡是由重力、压强梯度力、离心力和科里奥利力等因素共同作用所形成的。
当这些力量之间的平衡达到一定状态时，大气就呈现出稳定或不稳定的状态。
问题2：什么是静力平衡？答：静力平衡是指在水平方向上，大气中的压强梯度力与离心力之间达到平衡状态。
在静力平衡下，气体分子受到重力的作用而向下运动，同时受到压强梯度力的作用而向上运动，最终形成一个平衡状态。
问题3：为什么大气的垂直平衡是稳定的？答：大气的垂直平衡是稳定的，因为当大气中出现扰动时，系统会自动调整以恢复平衡状态。
例如，当大气中某一区域的压强较高时，周围的气体会受到压强梯度力的作用而向该区域流动，从而减小压强差。
这种调整过程会持续进行，直到压强差减小到一定程度，大气再次达到平衡状态。
问题4：什么是大气的不稳定？答：大气的不稳定是指当大气中出现扰动时，系统无法自动调整以恢复平衡状态。
在不稳定的情况下，扰动会导致气体产生剧烈的运动，从而形成对流现象和气象灾害。
例如，当大气中某一区域的温度较高时，周围的气体会受到浮力的作用而向上升腾，形成对流运动。
问题5：什么是绝热过程？答：绝热过程是指在没有热量交换的情况下，气体的温度和压强发生变化。
在绝热过程中，气体的内部能量发生改变，但没有热量的输入或输出。
绝热过程可以用来描述大气中的垂直运动和气象现象，例如对流运动和气旋的形成。
问题6：什么是绝热抬升？答：绝热抬升是指当气体上升时，由于没有热量的输入或输出，气体的温度和压强发生变化。
在绝热抬升过程中，气体上升时受到外界压强的减小而膨胀，从而导致温度的降低。
气象学 第二章
sinh sin sin cos cos cos
– 例：计算广州(φ=23°8′N)1月15日 (δ=－21°17′)正午时(ω=0)的太阳高度角。 将已知条件代入上式有： sin h=0.71427 h= 45°35′ – 中午是时太阳高度角的计算： h= δ- φ+90° (太阳在天顶以南) h= φ - δ +90° (太阳在天顶以北)
– 地平坐标：地面一点的铅直线与天球相交于天 顶和天底，地平圈与天顶轴垂直，通过天顶和 天底而与地平圈垂直的大圈为地平经圈，与地 平圈平行的小圈称为地平纬圈，地平纬圈与地 平圈间的角距为地平纬度。通过南点的地平经 圈为起算点，向西计算(顺时针)的角距为地平经 度。地平坐标就是用地平纬度(高度角)和地平经 度(方位角)决定天体位置的坐标。 – 赤道坐标：以地球中心为天球中心，地轴延长 线与天球相交，交点称为天极，与天轴垂直的 大圈为天球赤道，通过天极而与天球赤道相垂 直的大圈称为时圈或赤经圈，与天球赤道相平 行的小圈称为赤纬圈，赤纬圈与天球赤道的角 距为赤纬，向北为正，向南为负，通过天顶和 天底的时圈为子午圈。
普朗克定律
– 绝对黑体放射能量在光谱中的分布可由此定 律得出，它指出了绝对黑体的放射能力 ε0(λ,T)随波长和温度而变的关系。 – 在温度T时，黑体表面单位面积所放射的波 长介于λ到λ+ d λ之间能量为：
C1 0 (, T)d 5
1 e
C2 T
d 1
– 其中C1=2πhc2，C2=hc/k，c=3×108m· -1为光速， s h=6.63×10-34J· s为普朗克常数，k=1.38×10-23J· -1 为 K 波尔兹曼常数，即C1=3.74×10-16W· 2，C2=1.438×10m 2m· K – 该定律指出了放射能量最大值的波长随着温度的增加而 移向波长较短的区域，而且放射的总能量随着温度增加 而增大
气象学2
一、概念 天气、气候、气候系统、干结大气、冰雪反馈机制、虚温、比湿、相对湿度、露点、水汽压、 饱和差、绝对湿度等 二、气候系统 1、大气的组成：干洁大气、水汽、气溶胶 2、臭氧的生成、垂直分布、作用、减少。 3、二氧化碳 三、大气的分层 分层依据、主要层次、各层主要特征、范围
四、有关大气的物理性状
1、主要气象要素：温、压、湿、风 湿度特征量（6个），气压。 2、空气的状态方程 干空气的状态方程 湿空气状态方程与虚温第二章 大气的热能与温度
一、太阳辐射 1.基础知识：重点 黑体辐射定律及性质 2.太阳辐射：太阳常数，太阳高度角及对气候的 影响，天文辐射与天文气候。 3.太阳辐射在大气中的减弱： a.大气的吸收，吸收物质、吸收特点，高层大于低层，吸收量不大。 b.大气对太阳辐射的散射：分子散射性质，粗粒散射性质 。 4.到达地面的太阳辐射：到达地面的太阳直接辐射、 到达地面的太阳散射辐射D、到达地面的太阳总辐射,反射辐射、反射率。 二、地面和大气辐射
1.时间变化：日变化，日较差及影响因子 年变化，年较差及影响因子 ?2.空间变化：水平分布（略） 垂直变化（重点逆温现象及形成分 类。ｐ57） 第三章 大气中的水分
一、蒸发和凝结 ?1.水相变化的判据（E>ｅ蒸发、E=ｅ饱和、E<ｅ凝结）和相平衡 2.饱和水汽压 E ? a. E与温度的关系； ? b. 与蒸发面性质的关系： 冰面与过冷水面E的 差别（冰晶效应） c.凸凹平液面的E? 3.水汽凝结的条件： 凝结核 ｅ≥E 二、地面和大气凝结现象
一、气压随高度和时间变化 1.大气静力学基本方程 ： 垂直气压梯度、单位气压高度差 2. 压高公式：气压随高度指数型降低 3. 气压随时间变化的原因： ???? 4.气压日、年变化 年变化有三种类型：压梯度力、地转偏向力，惯性离 心力，摩擦力）各力的含义、表达式及对运动的影响 2.自由大气中空气的水平运动 a.? 地转风 ?? b. 梯度风 c. 热成风（地转风随高度的变化） 3.摩擦层中空气的运动 摩擦层中力平衡状况及风速与气压场的关系 摩擦层中风随高度的变化――埃克曼线 四、大气环流 第五章 天气系统
四、有关大气的物理性状
1、主要气象要素：温、压、湿、风 湿度特征量（6个），气压。 2、空气的状态方程 干空气的状态方程 湿空气状态方程与虚温第二章 大气的热能与温度
一、太阳辐射 1.基础知识：重点 黑体辐射定律及性质 2.太阳辐射：太阳常数，太阳高度角及对气候的 影响，天文辐射与天文气候。 3.太阳辐射在大气中的减弱： a.大气的吸收，吸收物质、吸收特点，高层大于低层，吸收量不大。 b.大气对太阳辐射的散射：分子散射性质，粗粒散射性质 。 4.到达地面的太阳辐射：到达地面的太阳直接辐射、 到达地面的太阳散射辐射D、到达地面的太阳总辐射,反射辐射、反射率。 二、地面和大气辐射
1.时间变化：日变化，日较差及影响因子 年变化，年较差及影响因子 ?2.空间变化：水平分布（略） 垂直变化（重点逆温现象及形成分 类。ｐ57） 第三章 大气中的水分
一、蒸发和凝结 ?1.水相变化的判据（E>ｅ蒸发、E=ｅ饱和、E<ｅ凝结）和相平衡 2.饱和水汽压 E ? a. E与温度的关系； ? b. 与蒸发面性质的关系： 冰面与过冷水面E的 差别（冰晶效应） c.凸凹平液面的E? 3.水汽凝结的条件： 凝结核 ｅ≥E 二、地面和大气凝结现象
一、气压随高度和时间变化 1.大气静力学基本方程 ： 垂直气压梯度、单位气压高度差 2. 压高公式：气压随高度指数型降低 3. 气压随时间变化的原因： ???? 4.气压日、年变化 年变化有三种类型：压梯度力、地转偏向力，惯性离 心力，摩擦力）各力的含义、表达式及对运动的影响 2.自由大气中空气的水平运动 a.? 地转风 ?? b. 梯度风 c. 热成风（地转风随高度的变化） 3.摩擦层中空气的运动 摩擦层中力平衡状况及风速与气压场的关系 摩擦层中风随高度的变化――埃克曼线 四、大气环流 第五章 天气系统
动力气象学第2章描写大气运动的基本方程组
Fi
i
→ ：单位质量空气质点受到的真实力
→ 广义牛顿粘性假设，有
→
左边：加速度项； 右边：引起大气运动变化的原因
用
近似表示，a是地球半径 －－万有引力
－－惯性离心力项 万有引力＋惯性离心力＝重力
垂直地面向下
－－压力梯度力
－－科氏力 （地转偏向力）
：分子粘性力
重力： 保守力 科氏力：不做功，只改变运动方向
sin
u)
k
(2
cos
u)
其中: ~f 2 cos , f 104 s1; 7.292 105 s1
u
t
u
u x
Hale Waihona Puke vu yw u z
1
p x
~fw
fv
Fx
v
t
u
v x
v
v y
w
v z
1
p y
fu
Fy
w
t
u
w x
v
w y
w w z
1
p z
~fu
g
Fz
u v w (u v w) 0
（运动形式） 分子粘性力：耗散 驱动大气运动的主要动力：压力梯度力
从以上讨论可见： 物理上－－压力梯度力是驱动大气运动 的主要因子，而压力的变化与热力与动 力过程相关联，因此描写大气过程必须 考虑热力过程。
数学上：运动方程：1个（矢量） 3个（分量）
未知量：速度、气压、密度 必须寻找描写气压、密度变化的方程 －－方程才能闭合
第二章 描写大气运动的基本方程组
一、运动方程： 牛顿第二定律：（单位质量的气团）
成立条件：绝对（惯性）坐标系
气象学第二章
25
大气对太阳辐射的削弱作用 作用 形式 参与作用的大 气成分 波长范围 作用特点
臭氧（平流层）
吸收 水汽、二氧化碳 （对流层）
紫外线
红外线 各种波长同 样被反射
吸收强烈，有选
择性，大部分可 见光可穿透 无选择性，反 射光呈白色 向四面八方散 射 ，有选择性
反射
云层、尘埃 空气分子、 微小尘埃
散射
7
太阳直射点所在的纬度称为太阳赤纬。
δ
8
特殊日期δ的值： 春分日(21/3)或秋分日(23/9)：δ＝0°
夏至日(22/6)：δ＝23.5°
冬至日(22/12)：δ＝-23.5°（23.5°S）
9
ω的确定 ω是用角度表示的时间，每15°为一小时 正午：ω＝0； 上午：ω＜0； 下午：ω＞0，。 正午时刻h的计算公式
13
光照时间 光照时间＝可照时数＋曙暮光时间 曙暮光 在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下
0°～ 6°时，光通过大气散射到地表产生一定的光
照强度，这种光称为曙光和暮光。 一般曙暮光随纬度升高而加长；夏季尤为显著。
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三、太阳辐射在大气中的减弱
天文辐射
同时间的纬度分布差异 → 天文气候带
同纬度的时间分布差异 → 天文季节
一把伞，减弱了到达地面的太阳辐射，对地面有降温作
用，这种现象称之为大气阳伞效应。
火山喷发形成的阳伞效应
41
五、地面辐射差额(B)
定义 在单位时间内，单位面积地面所吸收的辐射与放出的辐 射之差，称为地面辐射差额(B)。也称地面净辐射。 计算公式 B ＝(S’+ D)(1 –r) - E0
42
影响因素
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5.6
雷达气象学之第二章(雷达定量测量降水)
国家级地面基准气候站、基本气象站、一般气象站、 高空气象站等构建了中国气象观测的基本框架。
基准气候站： 基本气象站： 一般气象站： 高空气象站：
143个 685个 1588个 120个
• 雷达却能估计雷达扫描范围内各点的雨强 和一定区域上的雨量分布和总雨量、且可 以及时地取得大面积定量的降水资料。
• 对于 vDj 在静止大气中的下落末速度，根 据理论分析和实测资料，它和雨滴直径的
关系一般可用下式表示：
v Dj c2Dj
常数,一般分别为1300\0.5
详细参见教材P171-173
• 我们首先假设： （1）降水例子是均匀分布的，不随时间而
变，且雨滴谱可用经验公式表示；
（2）近地面垂直气流很弱，可忽略不计；
令雷达常数
:
C
3PtG 2h
1024 ln 22
K
2
Pr
c r2
Z
说明若回波功率相同，则回波强度Z 随距离的平方而增加，即近距离的z 小，远距离的Z大；同理，若不同距 离处的回波强度相同，则近距离的回 波功率比远距离的要大，它们的回波 功率随距离的平方而减少. 距离订正！
二、Z-I关系
•
根据反射率因子的定义：Z
• 所谓气候Z-I关系，就是一些影响Z-I 关系的不 稳定因素，如滴谱时空变化，雷达参数不稳定等 作气候平均，排除随机性，只考虑其平均情况。
• 若该地区内各点的平均降水强度基本相等，则称 该地区为气候平均的，显然，气候平均只适用于 这样的气候均匀区域。
七、影响气候Z-I关系的因素
• 主要有四个因素： 1、距离R： 当R变大时，雷达波束有效照射体变大使Z
系式中的A和b值，直到CTF达到最小为止。
气象学2
2.2对流性天气的预报对流性天气只要指雷暴、飑、冰雹、龙卷等天气。
“雷暴”即积雨云中所发生的雷电变作的激烈放电现象。
因其一般伴有阵雨，所以常与“雷雨”通称。
雷雨是夏季常见的降水形式。
通常把只伴有降雨的雷暴称为“一般雷暴”。
有的雷暴会伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等严重的灾害性天气现象。
一般把伴有这些严重灾害性天气现象之一的雷暴叫做“强雷暴”。
一般雷暴和强雷暴都是对流旺盛的积雨云的产物，所以常将它们通称为对流往天气或对流性风暴。
对流性天气十分激烈，容易成灾。
其影响范围较小，持续时间较短，所以通常是一种局部灾害性天气。
但是有时也会发生大范围的强雷暴天气过程，其影响范围可达数十县到数省，持续时间可达一天左右。
例如，1962年6月8日，在山东、江苏、安徽等省范围内有二、三十个县下了大冰雹。
又如1974年6月17日在北起山东半岛，经山东、江苏、安徽等省，南至浙北、赣北及鄂东等广大地区上，自北向南先后发生了8－12级大风或冰雹等严重天气。
国外也有类似情况。
如1974年4月3月晚至4日有一百多个龙卷袭击了美国的12个州及加拿大部分地区。
这些大范围的强雷暴会造成大范围的严重灾害。
对流性天气不仅对国民经济各部门影响很大，而且对军事活动的影响也很大。
例如，由于积雨云中有强烈的扰动、结冰和放电现象，对飞行的安全威胁很大。
因此即使是一般的雷雨天气也会对其造成危险。
所以做好对流性天气的预报，预防对流性天气的突然袭击，对于防灾、抗灾、保障国民经济和国防建设都有十分重要的意义。
鉴于对流性天气一般具有范围小，发展快的特点，所以在预报工作中，除了应用天气图方法外，最好还要配合中尺度天气分析及雷达、卫星探测等方法。
下面介绍对流性天气的基本知识及预报方法。
一、雷暴云的结构及雷暴天气的成因产生雷暴的积雨云叫做雷暴云。
一个雷暴云叫做一个雷暴单体，其水平尺度约十几公里。
多个雷暴单体成群成带地聚集在一起叫做雷暴群或雷暴带。
它们的水平尺度有时可达数百公里。
气象学与气候学第二章
3、辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的 辐射能量。
它分为入射辐射通量密度和放射辐射通量密度。
4、辐射强度（I）：单位时间内，通过垂直于投射在单 位面积上的辐射能。
5、辐射光谱：是辐射能按波长分布的函数。它能确定
物2体021/的2/22辐射特性。
5
6、吸收率（a）：物体吸收的辐射与投射于其 上的辐射之比。
地面辐射能的与支出之差，称为地面的辐射差额。辐射差额数值的大小，可反映 温度升降的程度。因此，地面温度与近地面空气温度的高低变化特点，在很大程 度上决定于地面辐射差额的大小。
1、地面辐射差额表达式：
Rg=（Q+q）（1-a）-F0 （2·21）
式中Rg 表示单位水平面积、单位时间的辐射差额，（Q+q）是到达地面的太阳总 辐射，即太阳直接辐射和散射辐射之和；a 为地面对总辐射的反射率；F0 为地面 的有效辐射。
2021/2/22
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章节介绍
第一节 太阳辐射 第二节 地面和大气辐射 第三节 大气的增温和冷却 第四节 大气温度随时间的变化
第五节 大气温度的空间变化
2021/2/22
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一、辐射的基本概念
1、辐射：自然界中一切物体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。
2、辐射能：通过辐射传播的能量称为辐射能。它是通 过电磁波的方式传输的。单位是：焦耳（J）。
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直接辐射
太阳直接辐射的强弱和许多因子有关，其中最主要的有两个，
即太阳高度角和大气透明度。
太阳高度角的大小对太阳直接辐射的影响有两个方面 。
①高度大小不同，影响到太阳辐射投射到地面上的面积的大小。
②太阳高度角的大小，还直接影响到太阳辐射通过大气层的厚度 和大气质量。
气象学第一二章复习资料
气象学第一二章复习资料气象学第一二章复习资料第一章大气一、大气组成主要是干洁大气、水汽、气溶胶粒子。
1、干洁大气:干洁大气中对人类影响较大的成分是N2，O2，O3和CO2。
（1）N2和O2:它们是大气的主要组成部分，但N2利用率低。
O2是维持人类及动植物生命活动的气体。
（2）O3:含量很低，集中在20-25km的高空，形成臭氧层。
可强烈吸收对生物有害的紫外线。
(3)CO2：是植物生命活动离不了的气体，可吸收地面辐射，对气温影响较大。
2、水汽：主要集中在低层大气中。
低纬度地区多于高纬度地区；下层多于上层；夏季多于冬季。
含量很少，但是天气变化的重要角色，云、雾、雨、雪的形成都与之有关。
3、气溶胶粒子：悬浮于空气中的固体粒子。
包括水滴、冰晶、烟粒、尘埃等。
可充当水汽凝结物，利于云、雨的形成；还可以吸收一部分辐射，对地温、气温有一定影响。
二、大气垂直结构从下到上有五层：对流层、平流层、中间层、热层、外大气层（散逸层）。
大气底界：即地球的表面。
大气上界：即大气的顶界。
有2种划分方法：根据极光出现的高度估计，在1000—1100km；据人造卫星探测，约在3000km。
（一）对流层是靠近地表的大气最低层。
其厚度随纬度和季节的不同而有变化：低纬度平均为17～18km，中纬度地区为10～12km，高纬度只有8～9km。
夏季厚、冬季薄。
特点：（1）气温随高度升高而降低。
垂直递减率为：r= 0.65℃/100m。
（2）空气具有强烈的对流运动。
易形成云和降水（雨、雪等）。
（3）温度、湿度等气象要素水平分布不均匀。
主要是受地形影响所致。
（二）平流层从对流层顶到55km的气层。
主要特点：1、垂直气流显著减弱，气流多呈水平运动，故叫平流层。
2、集中了大气中大部分O33、下部气温随高度变化小，上部气温随高度升高而显著增加。
4、水汽和尘埃很少，大气能见度好。
适合飞机航行。
（三）中间层从平流层顶到距地面85km 的高度。
主要特点：1、温度随高度升高而迅速降低，其顶部可下降到-83℃。
卫星气象学第二章 气象卫星及其轨道
• 进动角速率等于地球公转平均角速率 （0.9856度/日或360度/年）。
• 其优点是卫星每天对地球表面巡视两遍， 可以获得全球气象资料，缺点是对某一地 区每天只能观测两次。
春 15：00
地 球
轨
道
太阳
夏
15：00
秋
卫星轨道 冬
15：00
15：00
卫星轨道面 与太阳的相 对取向保持 不变，即， 每天过升交 点的局地时 间相同。
• 在绕行几圈的过程中，地面控制站对其姿态进行 调整，当其到达远地点时，启动卫星上的远地点 的发动机，使它改变航向，进入地球赤道平面， 同时加速卫星使之达到在同步轨道上运行所需的 速度后，还需对其姿态作进一步的调整，才能准 确地把卫星送入赤道上空的同步轨道。
地球同步卫星的精度要求比一般卫星高得多。 该卫星的轨道平面与地球赤道平面重合，绕地球 运行的周期T与地球自转周期Te严格相等;T=Te=23 小时56分4秒。这样每隔24小时，地球与卫星一起 转过一圈加上在地球公转轨道上转过360 °的 1/365。所以从地面上看，地球同步卫星好象是固 定在赤道某点的正上方。
• 第一阶段：垂直上升阶段。由于在地球表 面附近，大气稠密，火箭飞行时受到的阻 力很大， 为了尽快离开大气层，通常采用 垂直向上发射，况且垂直发射容易保证飞 行的稳定。发射后经很短几分钟的加速使 火箭已达相当大的速度，至第一火箭脱离 时，火箭已处于稠密大气层之外了。此后 第二级火箭点火继续加速，直至其脱落。
• 静止卫星每24小时完成一条完整的轨道， 所以运行周期约与地球自转周期同步，因 此，静止卫星又称为地球同步卫星，它在 某一地区的赤道上空静止不动。
• 静止卫星最容易通过快速自旋达到稳定 （称之为"自旋稳定"）。在自旋稳定系统 中，图象的获取方式是：扫描镜随卫星自 旋完成扫描，并以步进方式从一极倾向另 一极，步进速度恰好使得卫星每扫描一圈， 地面上被扫过的带状区域互相衔接。扫描 一幅全园盘图约需25分钟。
• 其优点是卫星每天对地球表面巡视两遍， 可以获得全球气象资料，缺点是对某一地 区每天只能观测两次。
春 15：00
地 球
轨
道
太阳
夏
15：00
秋
卫星轨道 冬
15：00
15：00
卫星轨道面 与太阳的相 对取向保持 不变，即， 每天过升交 点的局地时 间相同。
• 在绕行几圈的过程中，地面控制站对其姿态进行 调整，当其到达远地点时，启动卫星上的远地点 的发动机，使它改变航向，进入地球赤道平面， 同时加速卫星使之达到在同步轨道上运行所需的 速度后，还需对其姿态作进一步的调整，才能准 确地把卫星送入赤道上空的同步轨道。
地球同步卫星的精度要求比一般卫星高得多。 该卫星的轨道平面与地球赤道平面重合，绕地球 运行的周期T与地球自转周期Te严格相等;T=Te=23 小时56分4秒。这样每隔24小时，地球与卫星一起 转过一圈加上在地球公转轨道上转过360 °的 1/365。所以从地面上看，地球同步卫星好象是固 定在赤道某点的正上方。
• 第一阶段：垂直上升阶段。由于在地球表 面附近，大气稠密，火箭飞行时受到的阻 力很大， 为了尽快离开大气层，通常采用 垂直向上发射，况且垂直发射容易保证飞 行的稳定。发射后经很短几分钟的加速使 火箭已达相当大的速度，至第一火箭脱离 时，火箭已处于稠密大气层之外了。此后 第二级火箭点火继续加速，直至其脱落。
• 静止卫星每24小时完成一条完整的轨道， 所以运行周期约与地球自转周期同步，因 此，静止卫星又称为地球同步卫星，它在 某一地区的赤道上空静止不动。
• 静止卫星最容易通过快速自旋达到稳定 （称之为"自旋稳定"）。在自旋稳定系统 中，图象的获取方式是：扫描镜随卫星自 旋完成扫描，并以步进方式从一极倾向另 一极，步进速度恰好使得卫星每扫描一圈， 地面上被扫过的带状区域互相衔接。扫描 一幅全园盘图约需25分钟。
气象学 第二章 辐射
e= hν 或 e=hc/λ h是普朗克常数 c是光速 λ是波长
辐射能的量度单位
(1)量子数单位
用每mol（阿伏加德罗常数6.02×1023)光量子为 单位，1mol光量子称为１Ei.
(2)辐射通量
单位时间通过某一面积的辐射能量，单位是J/s或 Ｗ。
(3)辐射通量密度
单位时间、单位面积上通过的辐射能量，单位是 J/s·m2或Ｗ/m2 。
产生辐射的原因有多种。在气象学中最重 要的是热辐射。
热辐射(heat radiation)：辐射的能量和波 长分布都与温度有关的辐射。
2.辐射能(radiation energy)
根据辐射的粒子学说，电磁辐射由具有一定质 量、能量和动量的粒子组成。每个粒子称为一个量 子或光量子(quantum)，每个粒子所带的能量与其频 率成正比，或与波长成反比：
h正=90°－｜φ－δ｜ 4)太阳高度角随季节的变化
随太阳直射点的移近，h增大 随太阳直射点的远离，h减小 5)太阳高度角随纬度的变化 在太阳直射点以北的地区，h随纬度而减小 在太阳直射点以南的地区，h随纬度而增大
5.太阳方位角
太阳方位角就是太阳光线在地面 上的投影与当地子午线的夹角。
所谓子午线，就是指通过当地的 经线，即正南方和正北方的连线。
辐射能量按波长的分布就是辐射光谱（辐射波 谱）。
从理论上来说，辐射的波长可以从0到∞，但 是能够测出的辐射的波长范围约为10-10 到1010μm， 见下表。
波谱名称 X射线 γ射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波
波长范围 10-8～10-2 10-7～10-4 10-4～0.4 0.4～0.76 0.76～103 103～1010
由上式可看出,物体温度越高，发射的辐射峰 值λmax越短。
辐射能的量度单位
(1)量子数单位
用每mol（阿伏加德罗常数6.02×1023)光量子为 单位，1mol光量子称为１Ei.
(2)辐射通量
单位时间通过某一面积的辐射能量，单位是J/s或 Ｗ。
(3)辐射通量密度
单位时间、单位面积上通过的辐射能量，单位是 J/s·m2或Ｗ/m2 。
产生辐射的原因有多种。在气象学中最重 要的是热辐射。
热辐射(heat radiation)：辐射的能量和波 长分布都与温度有关的辐射。
2.辐射能(radiation energy)
根据辐射的粒子学说，电磁辐射由具有一定质 量、能量和动量的粒子组成。每个粒子称为一个量 子或光量子(quantum)，每个粒子所带的能量与其频 率成正比，或与波长成反比：
h正=90°－｜φ－δ｜ 4)太阳高度角随季节的变化
随太阳直射点的移近，h增大 随太阳直射点的远离，h减小 5)太阳高度角随纬度的变化 在太阳直射点以北的地区，h随纬度而减小 在太阳直射点以南的地区，h随纬度而增大
5.太阳方位角
太阳方位角就是太阳光线在地面 上的投影与当地子午线的夹角。
所谓子午线，就是指通过当地的 经线，即正南方和正北方的连线。
辐射能量按波长的分布就是辐射光谱（辐射波 谱）。
从理论上来说，辐射的波长可以从0到∞，但 是能够测出的辐射的波长范围约为10-10 到1010μm， 见下表。
波谱名称 X射线 γ射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波
波长范围 10-8～10-2 10-7～10-4 10-4～0.4 0.4～0.76 0.76～103 103～1010
由上式可看出,物体温度越高，发射的辐射峰 值λmax越短。
气象学第二章
有效波高
设有效波高H1/3为一个单位，则其他几种统计波高与H1/3的比值
如下：
H：0.63； H1/1000：1.94 H1/3：1.0； H1/10：1.27； H1/100：1.61；
由此可知，H1/3大于平均波高，在100个连续波中有一个大波的
波高超过H1/3的1.5倍稍多些，在1000个连续波中有一个大波的 波高接近H1/3的2倍。
一、波浪概述
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波浪要素
波峰： 波面的最高点； 波谷： 波面的最低点； 波高H： 相邻的波峰与波谷间的垂直距离； 波长λ ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； 波陡δ ：波高与波长之比（ =H/），它是表示波形陡峭的量； 波幅a： 波高的一半称为波幅； 周期T： 两相邻的波峰（或波谷）相继通过一固定点所需时间， 单位为秒； 波速c： 波形传播的速度，即波峰（或波谷）在单位时间内的水 平位移； 波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线； 波向线：垂直于波峰线的线叫波向线； 波长、波速、周期三者关系： cT
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南海海流 主要受季风影响，在东北季风期间大部分地区为西南流。 在西南季风期间大部分地区为东北流。
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1．由风对海面的切应力、地转偏向力、粘滞摩擦力达 到平衡时形成的稳定海流是： A．补偿流 B．地转流 C．风海流 D．潮流 2．由于海水密度分布不均匀而引起等压面倾斜，而产 生的梯度流称为： A．倾斜流 B．密度流 C．补偿流 D．潮流 3．若深海海面风向为SW风，则表层风海流的流向应为： A．在北半球为南流、在南半球为西流 B．在北半球为东流、在南半球为北流 C．在北半球为北流、在南半球为东流 D．在北半球为西流、在南半球为南流 4．南半球SE信风带形成的海流： A．向西南流动 B．向东流动 C．向西流动 D．向西北流动
气象学与气候学第二章 第一节 太阳辐射ppt
斯蒂芬 — 玻耳兹曼定律和维恩位移定律是测量高温、遥感 和红外追踪等的物理基础。
• 黑体的总放射能力与它本身的绝对温度 的四次方成正比：
• ET=σT4 ， σ为斯—玻常数。
• 可计算出黑体在T时的辐射强度，也可 由黑体的辐射强度求得其表面温度。
维恩 (Wilhelm Wien 德国人 1864-1928) 热辐射定律的发现
等各种颜色组成的光带，其中红光波长最长，紫光波长最短。其他各色 光的波长则依次介于其间。波长长于红色光波的，有红外线和无线电波； 波长短于紫色光波的，有紫外线，X射线、丫射线等，这些射线虽然不 能为肉眼看见，但是用仪器可以测量出来(图2-1)。
v气象上着重研究的是太阳短波辐射（0.15－4 µm） 和地气长波辐射（3－120 µm）。
4
一、辐射的基本知识
3. 波长：电磁波长范围有很大的差异，如宇宙射线的波 长为10-10 微米，而无线电波长可达几公里根据波长可将 电磁波分为γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线、 无线电波。
气象学研究的是太阳、地球、大气的热辐射，他们的 波长范围大约在0.15~120微米。
可见光经三棱镜分光后，成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫
等。各种波长的太阳辐射都要被散射。 如：当空中存在较多的尘埃、或雾等粗 粒时，太阳辐射的长短波都被同等的散 射，使天空呈现灰白色，也叫漫射。
云层、尘埃具有强烈的反射作用对各种波段的光都反射，因
而呈白色。随着云层增厚反射能力也增强。平均为50%——
55%：高云25％；中云50％；低云65％；薄云10－20％；厚云 90％。
纬度越低总辐射越大。反之，越小。
一般情况下，一年中总辐射量最大的时候往往不会 出现在雨季云量最大的时间。在我国北方出现在雨季到 来之前的5、6月份。
• 黑体的总放射能力与它本身的绝对温度 的四次方成正比：
• ET=σT4 ， σ为斯—玻常数。
• 可计算出黑体在T时的辐射强度，也可 由黑体的辐射强度求得其表面温度。
维恩 (Wilhelm Wien 德国人 1864-1928) 热辐射定律的发现
等各种颜色组成的光带，其中红光波长最长，紫光波长最短。其他各色 光的波长则依次介于其间。波长长于红色光波的，有红外线和无线电波； 波长短于紫色光波的，有紫外线，X射线、丫射线等，这些射线虽然不 能为肉眼看见，但是用仪器可以测量出来(图2-1)。
v气象上着重研究的是太阳短波辐射（0.15－4 µm） 和地气长波辐射（3－120 µm）。
4
一、辐射的基本知识
3. 波长：电磁波长范围有很大的差异，如宇宙射线的波 长为10-10 微米，而无线电波长可达几公里根据波长可将 电磁波分为γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线、 无线电波。
气象学研究的是太阳、地球、大气的热辐射，他们的 波长范围大约在0.15~120微米。
可见光经三棱镜分光后，成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫
等。各种波长的太阳辐射都要被散射。 如：当空中存在较多的尘埃、或雾等粗 粒时，太阳辐射的长短波都被同等的散 射，使天空呈现灰白色，也叫漫射。
云层、尘埃具有强烈的反射作用对各种波段的光都反射，因
而呈白色。随着云层增厚反射能力也增强。平均为50%——
55%：高云25％；中云50％；低云65％；薄云10－20％；厚云 90％。
纬度越低总辐射越大。反之，越小。
一般情况下，一年中总辐射量最大的时候往往不会 出现在雨季云量最大的时间。在我国北方出现在雨季到 来之前的5、6月份。
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0.0 ＜0.1 0.1～0.5 0.5～1.25 1.25～2.5 2.5～4.0 4.0～6.0 6.0～9.0 9.0～14.0 ＞14.0
流波效应和海气温差对波浪的影响
流波效应: 波浪与海流成一定角度时，海流会影响波浪的波高、 波速和传播方向等。当波浪与海流相向或接近于相向时，波高会 增大20～30%。 海气温差: 在风速相等的情况下，气温低于海温时的波高比海 气温度相等时的大。据统计，气温比海温每低1 ℃ ，波高增大 约5%。如气温比海温每低10 ℃ ，波高增大约50%。 在冬季西北太平洋中高纬海域，强盛的锋面气旋，气温低于海温， 加之流波效应，有时出现比预料高2-3倍的异常大浪，是海事多 发的海域，有“魔鬼海域”之称。
海洋概况
海(Sea)：大洋靠近大陆边缘部分，海的面积只占 海洋总面积的11%，一般深度浅，水色低（浑 浊），透明度小，季节变化显著。没有独立的海 流系统和潮波系统，多数受大洋影响，我国东南 海岸面临四海。
海洋概况
海湾 (Gulf、Bay): 洋或海的一部分延伸入大陆，其深度和宽度 逐渐减小的水域称为湾。湾内潮差大。
风浪的状态
过渡状态：风吹到大洋上，
风浪随着时间的增长而增
大。风浪的成长取决于风 时长短。
定常状态：指恒定的风长
时间吹在有限的水域上， 使海面各点的风浪要素趋 于稳定。
风浪
风浪充分成长状态：风速越大，风时越长，风浪 就越发展。但风浪的发展不是无限的，当波陡 H/λ 接近1/7时，波浪开始破碎。
第三节 海浪
基本概念和知识点：海浪概述；波浪要素；波浪的分类；
各种波浪特征；
重点：风浪、涌浪和近岸浪； H1/3有效波高；流波效应
和海气温差对波浪的影响；
一、波浪概述 海浪是海水运动的重要形式之一，对船舶航行有极大的影 响。大的海浪造成航速下降，舵效降低，甚至停止不前； 在狂涛巨浪中还会出现“中垂”或“中拱”使船体结构变 形，严重时造成船体断裂，导致重大海难事故。 海浪按其形成原因分为：风浪、涌浪、近岸浪、内波、潮 汐波、海啸、风暴潮等。
三、海啸、风暴潮、内波和潮汐波 1、海啸：海底发生断层、火山爆发等引起海底大面积 升降以及沿海地带的地质变化引起的巨浪。 特点：外海很难观测；到达大陆架：能量集中，引起波 浪增高。
风海流是海洋上最主要的海流，其强度较强。风海流是在海 面风作用下形成的海水流动。 海流的成因主要是盛行风带、地转偏向力、和海陆地形分布 等因子共同作用的结果。
表层风海流成因及特征 风海流(Wind Current) ：包括风生流和漂流，是在海面 风作用下形成的海水流动。通常将大范围盛行风所引起 的流向、流速常年都比较稳定的风海流称为定海流，亦 称为漂流或吹流。而将某一短期天气过程或阵风形成的 海流称为风生流。其流速和流向随风向、风速而变化。
波浪分类（成因）
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• 涌浪
• 近岸浪
• 风暴潮 • 海啸 • 内波 • 潮汐波
一、风浪、涌浪和近岸浪
风浪： 由风直接作用引起的水面波动，称为风浪。
风浪特征：周期较短，波面不规则，波长短。波向与风向一致， 波高取决于风力、风区、风时。 风浪成长与风速，风时和风区的关系: 风速：一般风速越大产生的风浪也越大。这只适用于风时和风 区不受限制时。 风时：同一方向的风连续作用的时间。一般对水面持续作用的 时间越长，海水所获得的动能越大，风浪也越大。 风区：指风在海上吹过的距离。风区的大小对风浪的成长起着 不可忽视的作用，若风区的长度不够，风浪也不能充分发展。
冷流和暖流
冷流：海流的水温低于它所流经海域的水温称为冷流，如： 拉布拉多冷流，亲潮。
暖流：海流的水温高于它所流经海域的水温称为冷流，如： 湾流、黑潮。 中性流：沿东西方向流动的属于中性流，如南北赤道流。
二、世界大洋表层海流模式
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海峡 (Strait、Channel): 海洋中相邻海区之间宽度较窄的水道
称为海峡。世界上可通航的海峡约有130个，其中较重要的 有40多个。海峡的特点是流急、速大、多涡旋
第二节 海流 基本概念和知识点：海流概念；海流的分类；大洋环 流； 重点：风海流；地转流；补偿流；世界大洋表层风海 流的分布；我国近海的海流。
透明度大，水文要素相对比较稳定，季节变化小，有独自的潮波 和强大的洋流系统。世界大洋是互相沟通的。根据岸线的轮廓、 底部起伏和水文特征，将世界大洋分为太平洋、大西洋、印度洋 和北冰洋四大洋。
海洋概况
太平洋:东西宽约19000km，南北最长约16000 km，面积约1.8亿平方千米，占 世界海洋总面积的50%，超过了世界陆地面积的总和。平均深度为3957m， 马里亚纳海沟的最深处可达11034 m。 大西洋:面积为9336.3万平方千米，约占海洋总面积的25.4%。平均深度为3627 m，最大深度为9219 m。 印度洋:总面积7491.7万平方千米，约为海洋总面积的1/5。平均深度为3897 m， 最深为7729 m。 北冰洋:大致以北极圈为中心，面积仅为1500万平方千米，不到太平洋的十分 之一。是世界大洋中最小的平均深度为1097 m，最深为5499 m。
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5．中高纬度北大西洋西边界的海流是指： A．墨西哥湾海流 B．拉布拉多海流 C．北大西洋海流 D．加那利海流 6．形成世界大洋表层海流系统的主要因素之一是： A．气温沿纬度分布不均匀 B．同一纬度气压分布不均匀 C．潮涨潮落 D．地转偏向力 7．根据世界大洋环流模式，北半球中、低纬度海域呈： A．顺时针环流，属暖水环流系统 B．顺时针环流，属冷水环流系统 C．逆时针环流，属冷水环流系统 D．逆时针环流，属暖水环流系统 8．在冬季阿拉伯海、孟加拉湾的海流为： A．左旋季风流 B．右旋季风流 C．往返式季风流 D．东向季风流
一、波浪概述
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
波浪要素
波峰： 波面的最高点； 波谷： 波面的最低点； 波高H： 相邻的波峰与波谷间的垂直距离； 波长λ ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； 波陡δ ：波高与波长之比（ =H/），它是表示波形陡峭的量； 波幅a： 波高的一半称为波幅； 周期T： 两相邻的波峰（或波谷）相继通过一固定点所需时间， 单位为秒； 波速c： 波形传播的速度，即波峰（或波谷）在单位时间内的水 平位移； 波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线； 波向线：垂直于波峰线的线叫波向线； 波长、波速、周期三者关系： cT
表层风海流的方向和大小
表层风海流的流向：在无限深海 中，由于地转偏向力作用，表层 风海流的流向在北半球偏于风去 向之右约45，在南球偏于风去 向之左约45。 在浅海中，流向与风向几乎一 致。 风海流流向随深度增加向右偏转 （北半球），流速随深度增加逐 渐减小。（见图）
地转流
地转流又称梯度流。它是指当海面发生倾斜时，海水的水平压强梯 度力和水平地转偏向力平衡时的稳定海流。按引起等压面倾斜的原 因不同，分为倾斜流和密度流。 倾斜流(Slope Current)：是在不均匀的外压场作用下的梯度。海洋 上大气压分布不均匀，使海面发生倾斜而产生海水的流动。 测者 背流而立，右侧等压面高，左侧等压面低。倾斜度越大，水平压力 梯度越大，流速就越大。 密度流(Density Current)：由于海水密度分布不均匀引起等压面倾 斜而产生的梯度流。测者背流而立，右侧等压面高，密度小（温度 高），左侧等压面低，密度大（温度低）,（南半球相反）。
涌浪
涌浪: 涌浪是指风浪离开风区后传到远处，或风区里的风停息后
所遗留下的波浪。
涌浪特征：波形规则，波面光滑，波速较快，波长和周期较大，
波陡小。
波速公式：
C =1.5T
涌浪传播过程中,在波高衰减的同时，波长和周期增大,波速加快,
比风暴的移速快很多,可以作风暴来临的先兆，亦称先行波。
近岸浪
第二章 海洋学基本知识
第一节 海洋概况 •基本概念和知识点：海洋概况；洋、海；海湾；海 峡；运河。 •重点：洋、海；海湾；海峡；
海洋概况
海洋的面积占地表总面积的70．8％，海水的密度一般为 1.01～ 1.03 g cm-3，平均盐度为35‰。
洋 (Ocean)：面积广，约占海洋总面积的89%，深度大、水色高、
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黑潮
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其他海域的海流
中国近海海流 渤海、黄海和东海海流 外海暖流：台湾暖流、对马暖流、黄海暖流。黄海暖流冬强夏 弱，北进南出，从渤海海峡北部流入渤海，南岸流出。 沿岸冷流：辽南沿岸流、辽东沿岸流、渤海沿岸流、苏北沿岸流 和闽浙沿岸流等组成。自北向南流动。
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南海海流 主要受季风影响，在东北季风期间大部分地区为西南流。 在西南季风期间大部分地区为东北流。
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1．由风对海面的切应力、地转偏向力、粘滞摩擦力达 到平衡时形成的稳定海流是： A．补偿流 B．地转流 C．风海流 D．潮流 2．由于海水密度分布不均匀而引起等压面倾斜，而产 生的梯度流称为： A．倾斜流 B．密度流 C．补偿流 D．潮流 3．若深海海面风向为SW风，则表层风海流的流向应为： A．在北半球为南流、在南半球为西流 B．在北半球为东流、在南半球为北流 C．在北半球为北流、在南半球为东流 D．在北半球为西流、在南半球为南流 4．南半球SE信风带形成的海流： A．向西南流动 B．向东流动 C．向西流动 D．向西北流动