03 基本气象要素

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② 气压梯度
方向：垂直于等压面从高压指向低压 大小：沿这个方向单位距离内的气压差 用- Δ P/ Δ N表示
水平气压梯度
大小：Gn= - ΔP/ Δn 方向：垂直于等压线，从高压指向低压。
水平气压梯度
在天气图上，等压线的疏密程度，反 映了水平气压梯度的大小。 等压线越密，水平气压梯度越大，等 压线越稀疏，水平气压梯度越小。
二、大气压强
（一）气压概念 （二）气压的单位
（三） 气压随高度的变化
（四）航空上常用的几种气压 （五）气压与高度 （六）气压随时间的变化 （七）水平气压场
（一）气压概念
气压即大气压强，是指与大 气相接触的面上，空气分子 作用在每单位面积上的力 。 在气象上，通常用测量高度 到大气上界的单位横截面积 上的垂直大气柱的重量来表 示。
(五)气压与高度
1、飞机上常用的测高方法及特点
2、飞行中常用的气压高度
1、飞机上常用的测高方法及特点
无线电高度表测高 较精确地测得飞机距地表的距离。 飞机离地后无 线电高度表就开始连续工作一直到飞机接地。
气压式高度表测高 根据气压随高度 变化原理可以表 示飞机相对高度 的高低。
2、飞行中常用的气压高度
2、绝热变化
当饱和时空起从上升运动转为下降运动时，有两种情况 上升时产生的凝结物全部留在气块中，气块绝热上升的减温 率＝气块下降时的增温率，过程可逆，称为可逆湿绝热过程。 这种情况有云吗？有降水吗？ 气块上升时产生的凝结物全部陆续脱离气块，气块不携带凝 结物下降，当气块下降到原先的起始高度时，温度将比原来的 高。过程不可逆，称为假绝热过程。 这种情况有云吗？有降水吗？
最高值：上午9－10点 最低值：下午15－16点 次高值：21－22点 次低值：次日凌晨3－4点
年周期变化：随海陆、地理纬度不同。
（六）气压随时间的变化
气压的非周期性变化：气压变化不存在固定的周期。 实际的气压变化是这两种变化因素综合作用的结果 （主要作用，次要作用，不固定，有时双方还会互相转 化）。 热带地区，气压的周期性变化较明显； 中纬度地区，气压的非周期性变化较大。
压海拔高度而并非实际的海拔高度（除非是在标准大气
中）。它使得所有在航线上飞行的飞机都有相同的“零点” 高度 , 并按此保持航线规定的仪表高度飞行，避免飞机空 中相撞。
③ 修正海平面气压高度（QNH）
若采用QNH拨正高度表，则表示同一点海平面高度 的高度值；
高度表指示高度减去机场标高就等于飞机距机场跑道 面的高度。
随高度递减的快慢程度：低层较快，高层较慢。
在近地面层中，高度每升高100米，气压约降低
12.7hPa（9.5mmHg）。
图示
（三）气压随高度的变化
气压随高度增加而 降低：
在大气处于静止状态时， 某一高度上的气压值等于其 单位水平面积上所承受的上 部大气柱的重量。 随着高度增加，其上部 大气柱越来越短，且气柱中 空气密度越来越小。
① 场面气压高度（QFE） ② 标准海平面气压高度（QNE） ③ 修正海平面气压高度（QNH）
① 场面气压高度（QFE） 为使气压高度表指示场面气压高度，需将气 压高度表的气压刻度拨正到场压值上。民航 目前不报场压。
② 标准海平面气压高度（QNE）
飞机在航线上飞行时使用
在航线飞行，按QNE拨正高度表，此时高度表指示的是气
（一）湿度表示法
1. 水汽压(water vapor pressure) （e） 大气中的水汽所产生的那部分压力。它是大气压力的一部分。 水汽含量达到饱和限度时的水汽压－饱和水汽压（E）。 饱和水汽压的大小仅与气温有关。
④ 假定零点高度
当QFE拨正值不在高度表的设计可调范围之内时，无法采用QFE 拨正，就以QNE作为拨正基准，当飞机停在道面上时，高度表指 针读数相当于场压高“0”。由于它与障碍物标高的基准面不同， 给飞行员确定超障余度造成困难。
各种气压高度示意图
（六）气压随时间的变化
任何地方的气压都在随着时间的不同而改变。 气压的周期性变化： 日周期变化：
气 压 随 高 度 的 变 化
（三） 气压随高度的变化－方程
1. 大气静力学基本方程（Equation of Static Equilibrium） 大气静力学基本方程（简称静力方程）表示：大气在垂直 方向上所受的作用力达到平衡时，气压随高度变化的定量关系， 即
dp = - ρgdz
静止大气中气压随高度的变化特点：
QNH＝986＋70/8+10/8=996hPa？ QNH= 998＋24/8＝1001hPa？
（四）航空上常用的几种气压
1、本站气压
2、修正海平面气压
3、场面气压
4、标准海平面气压
1.本站气压（ station pressure ）
本站气压是指气象台气压表直接测得的气压； 由于各测站所处地理位置及海拨高度不同，本站气压 常有较大差异。
温、压、湿三个 基本气象要素
气象要素
表示大气状态的物理量和物理现象通称为 气象要素。 气温、气压、湿度等物理量是气象要素 风、云、降水等天气现象也包含诸多气象 要素
一、大气温度
（一）气温的概念 （二）气温的变化 （三）气温的表示
（一）气温的概念
表示空气冷热程度的物理量，实质是空气分子平 均动能大小的宏观表现。 一般生活中所说的气温－－气象观测所用的
（二）气温变化
1、非绝热变化 (Non-adiabatic Change) 指空气块通过与外 界的热量交换而产 生的温度变化
每一种天气变化的物理过程都 伴随着或起因于热量的传递或交换
1、非绝热变化 非绝热变化的方式
辐射：空气块之间、地气之间、云之间
传导：只要气块间有温差，就有热量传导 湍流：乱流使空气微团产生混合，气块间热量也随之得到 交换。
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（二）气压的单位
百帕：hPa 毫米汞柱：mmHg 英寸汞柱：inHg 1个大气压 = 1013.25 hPa = 760 mmHg = 29.92 inHg
1mmHg ≈ 1.333hPa 1hPa ≈ 0.75Βιβλιοθήκη mHg（三）气压随高度的变化
规律：
气压总是随高度递减
场面气压一般是指离跑道面三米高(相当于飞机 重心高度)处的气压。
《国际民用航空公约》附件三中，建议用着陆跑 道入口端处的气压，通常可用机场标高处的气压 代替。多在飞机起飞和着陆时使用。
场面气压由本站气压推算出来的。
4.标准海平面气压－QNE standard atmospheric pressure 大气处于标准状态下的海平面气压称为标准 海平面气压。 值为1013.25hPa或760mmHg 用于飞机在航线上的飞行。
水相变化：水通过相变释放热量或吸收热量，引起 气温变化。
相变产生的 热量通过空 气运动使得 热量被传送
（二）气温变化
2、绝热变化（ Adiabatic Change ）：
空气块与外界没有热量交换，仅 由于外界环境压强变化，使气 块膨胀或压缩而引起气块温度 变化。
是成云致雨的主要途径
2、绝热变化
（七）水平气压场 水平气压场指某一水平面上的气压分布
将海拔高度在1500m以下的各气象观测站推算出的 海平面气压填在一张图上，绘出等压线，则可显示 海平面上的气压分布
① 表示气压场的方法
1. 2.
等压线：气压相同各点的连线 等压面：曲面，气压比四周高的地方，等压 面上凸，气压比四周低的地方，则等压面下凹。
③ 气压场的基本形式
低压（Low Pressure；Cyclone） 高压（High Pressure； Anticyclone ） 低压槽（Trough） 高压脊（Ridge） 鞍形气压区（Col）
③ 气压场的基本形式
1000 hPa surface
Z 1005 hPa surface
实际大气情况又是什么样的？
2、绝热变化总结 绝热变化过程有两种情况 （1）干绝热过程
（2）湿绝热过程
（1）干绝热过程
在绝热过程中，如果气块内部没有 水相的变化，叫干绝热过程（ 即干 空气或未饱和空气的绝热过程） 干绝热直减率 γ d≈1℃/100m
（2）湿绝热过程
在绝热过程中，如果气块内部存在水相变化， 叫湿绝热过程 湿绝热直减率，用γ m表示 γ m= 0.4～0.7℃/100m
高空的h比低空的h大。 低层、高层大气密度不同 在暖的地方，单位气压高度差h比冷地方要大。 温度越高，空气密度越小
单位气压高度差h的应用举例
已知塔台高70m，机场标高10m，塔台上的气压表测得该 高度上的气压值为986hPa，求QNH?（h=8m/hPa） 平均海平面高度表拨定：已知场压为998hPa，机场跑道的 海拔高度为24m，h=8m/hPa,求QNH?
1）干空气温度的绝热变化：干空气在绝热过程中， 温度变化的直接原因是气压的变化。 干绝热直减率（rd）：干空气在绝热上升（下降） 过程中，每上升（下降）单位距离的温度变化。实 际工作中，常取rd=1oc/100m
2、绝热变化
如果空气的温度变化都是干绝 热过程，会怎么样？
2、绝热变化
2）湿空气温度的绝热变化： 对于未饱和湿空气：在绝热变化过程中，没有 水相变化，可视为干绝热过程 当未饱和湿空气上升达到饱和状态开始凝结， 就变为饱和湿空气，始终保持饱和状态的气块 所作的绝热过程，称为湿绝热过程。 湿绝热直减率（rm）：饱和湿空气绝热上升单 位距离时的温度变化。 rm< rd??
其中 α=1/273，tm为气温
可用于标准大气条件下气压与高度间的换算，并根据这些 数据制作飞机上的气压高度表。
单位气压高度差（h）
在铅直气柱中，气压变化1hpa时所对应的高度差，称为单位 气压高度差。
dp = - ρgdz
-dZ/dP：单位气压高度差h
h= -dZ/dP=1/ ρg
h的大小表示气压随高度变化的快慢。
百叶箱中离地面1.5米高处的温度。
温标
气温通常用三种温标：
（1）摄氏温标（Celsius、centigrade）温标（º C）：
（2）华氏温标（Fahrenheit）温标（ºF）： （3）开氏温标（Kelvin）温标（ K）：
三种温标的关系
摄氏度与华氏度的换算
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每小时测定一次。
2.（修正）海平面气压－QNH
sea-level pressure
（修正）海平面气压是由本站气压按标准大气条件
推算到同一地点海平面高度上的气压值 。 海拨高度大于1500米的测站不推算（修正）海平 面气压 。 海平面气压用于绘制地面天气图。
3.场面气压－QFE
aerodrome/surface pressure
△Z不变的情况下，随高度增加，空气密度减小，△P随之减小。即随高
度增加，气压随高度降低的越慢。
→同一高度处，气温高的地区气压降低得比气温低的地区慢。
三、 气压随高度的变化－方程
1. 大气静力学基本方程 2. 压高公式（Barometric height formula） 压高公式－－压力和高度间的定量关系： z2 -z1= 18400(1+ αtm)lg(p1/p2)
局地气温的变化
气温的周期变化 日较差 年较差
北京十月份气温平均日变化
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北京、广州气温的年变化
局地气温的变化 由于大规模冷暖空气运动和阴雨天气的 气温的非周期变化 影响 而产生的温度变化，没有周期性。
三、气温的表示
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天气图上表示某台站各物理量的符号。 某时刻测到的该台站的地面气温数值（单位：摄氏温 标）。
1005
L
1000
1000 1005
H
0m
③ 气压场的基本形式
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天 气 图 实 例
等 压 面 图 实 例
三、大气湿度
（一） 湿度表示法
（二）湿度的变化
大气湿度
空气湿度就是用来量度空气中水汽含量多少或 空气干燥潮湿程度的物理量。
绝对湿度a 水汽压e 饱和水汽压E 比湿q 相对湿度f 露点td 温度露点差
不同温度、气压下的γ m值（℃/100m）
t
γm
-20
-10
0
10
20
p
1000
700 500
0.86
0.81 0.76
0.76
0.69 0.62
0.63
0.56 0.48
0.54
0.47 0.41
0.44
0.38 0.33
实际大气中的温度变化
当气块作水平运动或静止不动时，非
绝热变化是主要的， 当气块作垂直运动时，绝热变化是主 要的。