气象基础知识

在理论研究上常用绝对温标，以K表示，这 种温标中一度的间隔和摄氏度相同，但其零 度称为“绝对零度”，规定为等于摄氏273.15℃。因此水的冰点为273.15K，沸点为 373.15K。两种温标之间的换算关系如下 T=t+273.15≈t+273
（二） 气压 指大气的压强。 是地表单位面积上承受的大气柱重量。 某地点气压值等于从观测高度至大气上 界单位面积上承受的大气柱重量。 （1）毫米水银柱高度（mm） （2）百帕（hpa）=毫巴 1百帕（hpa）＝100帕 1mm＝4／3hpa
现象
重要的副层
包含 了大 气 0~2㎞为行星边 质量3/4和几 乎所 有的 水 界层（磨擦层） 汽，云、雨、 2㎞以上为自由 雷电 等发 生 大气 在此层
顶部为同温层
对 流 层 顶 ~55 ㎞
天气晴好,有臭氧层, O3 的吸收紫外线作用使平流层 增暖，平流层顶比对流层温度高 出60~70℃之多 出现电离 层、夜光 云
冰雪反馈机制： 论述CO2浓度增大时的气候变化
CO2增多，大气温度上升→冰雪覆盖面积 减小→地球反射率减小→地—气系统获 得辐射能增多→气温上升→冰雪面积进 一步消融，… 当CO2浓度比现在增加50%，就可能使 极冰消融，其结果会使北半球高纬年雨 量、经流量增大，中纬地区干旱性增强， 潮湿的热带地区对流雨要加多，海平面 升高20~140厘米。
（1）水汽压（e）和饱和水汽压（E） 水汽压（e）：大气中水汽本身具有的压力叫 水汽压。单位：hpa · 饱和水汽压（E）：是指饱和湿空气中的水汽 压。因为超过这个限度，水汽就要开始凝结。 饱和水汽压随温 度按指数规律变 化，温度越高， E越大，即大气 中所能容纳的水 汽越多。
纯水面饱和水汽压与温度的定量关系式 （马格奴斯Magnus） E＝E。•10 at／（b＋t） 式中：E－饱和水汽压，E。＝6.11hpa （气温为零摄 氏度时的饱和水汽压值）， t－实际气温（℃）， a、b－经验系数（水面a＝7.5，b＝237； 冰面a＝9.5，b＝265.5）
第二章
大气的基本情况
气候系统：是一个由大气圈、水圈、陆地表 面、冰雪圈和生物圈等方面组成的物理系统， 它决定气候的形成、分布、变化。 一、大气圈 (一 )．大气的组成 1、干洁大气（N2 、O2 、O3、CO2 等 2、水汽 3、悬浮着的质粒（固体、液体）。
大气各成分的作用
大气组成 干 主要 N2 洁 成分 O2 空 CO2 气 次要 成分 O3



第二节 意义
情报服务 预报服务
气候资源利用
人工影响天气
第三节 发展史
定性观察和描述-----定量深入研究各种大气
物理过程 20世纪70年代以前—传统气候学 20世纪70年代以后—当代气候学
（二）天气学： 1、定义：研究地球条件下不同的区域 内所产生的天气过程、天气系统的成因、 演变规律，并在天气预报上应用的科学。 2、研究对象：地球上的大气 （三）气候学： 1、定义：研究地球上气候的形成原因、 分布类型、变化规律的科学。 2、研究对象：气候系统（五大圈）。
中间 层
热层
55~85km
气温递减 有垂直运动
气温迅速增高，顶部 达 2000k. 空 气 分 子 处 于高度电离状态
中间层顶的温 度180K
85~800km
电离层 极光
散 逸 层
暖层以上
空气分子向宇宙空 间逃逸
(二)、其他圈层
1.水圈：水圈是指地表上的一切液态水。 水圈对气候的影响很大。其中海洋面积最大，在 气候形成和气候变化中起的作用最为重要。 由于海洋面积大，反射率小，到达地面的太阳辐 射80％为海洋表面所吸收，全球海洋表面的平均温度要 比全球陆面高10℃。 海洋热容量大，是巨大的能量存储库。仅100米深 的海水获得热量占整个气候系统总热量的95％。 海水的异常必然会导致气候异常。如：厄尔尼诺。

氧是一切生命所必须的，这是因为动物和植 物都要进行呼吸，都要在氧化作用中得到热 能以维持生命。氧还决定着有机物质的燃烧、 腐败及分解过程。植物的光合作用又向大气 放出氧并吸收二氧化碳。 氮 (N2) 氮能够冲淡氧，使氧不致太浓，氧化作用不 过于激烈。大量的氮可以通过豆科植物的根 瘤菌固定到土壤中，成为植物体内不可缺少 的养料。 近期研究发现雷电是制造天然优质的“氮肥 厂”
臭氧( O3)： 臭氧的生成有三条途径：太阳紫外线作用； 有机物氧化；雷电作用. 臭氧垂直分布： 从5—10公里高度出现，向上逐渐增加， 20—30公里达最大，再向上逐渐减少， 50—60公里高度消失。
大气臭氧浓度随高度的变化
臭氧的作用：
①臭氧的生成与分解，吸收了全部的紫外线， 对地面生 物起屏蔽作用。
水 汽 主 要 作 用 生物体的基本成分 维持生物活动的必要物质 植物光合作用的原料；对地面保温 吸收紫外线，使地球上的生 物免遭过量紫外线的伤害 成云致雨的必要条件；对地面保温 成云致雨的必要条件
固体杂质
1、干洁大气：
大气中除固体杂质和水汽之外的全部 混合气体，称为干洁空气。 氮和氧容积占99.04％，加上氩，三者合 占99.97％，其他气体仅占0.03%。
b．大气质量的垂直分布：
50％的大气质量集中在5㎞以下； 75％的大气质量集中在10㎞以下； 90％的大气质量集中在15㎞以下； 95％的大气质量集中在20㎞以下。
C.大气的分层

大气在垂直方向上的物理性质是有显著 差异的。根据温度、成分、电荷等物理 性质，同时考虑到大气的垂直运动等情 况，可将大气分为五层
气象学与气候学
第一wenku.baidu.com 绪论
第一节：概念 第二节：意义 第三节：发展史
第一节 概念
大气科学：研究大气结构、组成、物理现象、
化学反应、运动规律及其他问题的科学 气象学：研究大气现象（风云雨雪干湿雷电） 及其状态（温度压强湿度密度）的形成原因、 变化规律和时空分布的科学 气候学：研究气候的特征、分布、变化、形 成及其与人类活动相互关系的学科。
南极臭氧洞减少的可能原因：
① 动力学效应：极夜后太阳从地平线上升 起，臭氧吸收太阳光，产生上升气流， 上升气流使臭氧减少。
② 太阳周期活动：太阳活动极小的年代 里，南极O3总量在春末会有明显的降 低。
③ 化学效应学说： 氟氯11和氟氯12化学性能稳定
并对人体无害被大量应用。这些物质的消失是到 达平流层之后，受波长0.175~0.22的紫外线照射分 解，放出氯原子（Cl），Cl原子消灭O3。
二、 有关大气的物理性状
一、主要气象要素 气象要素是指表示大气属性和大气现象 的物理量
如气温、气压、湿度、风向、风速、云 量、降水量、能见度等等。
（一）气温
概念— 表示空气冷热程度的物理量。其温 度的高低只与气体分子运动的平均动能有关。 单位：目前我国规定用摄氏度（℃）温标。 以气压为1013.3hPa时纯水的冰点为零度 （0℃），沸点为100度（100℃），其间等分 100等份中的1份即为1℃。

水汽含量虽然不多，但它在大气温度变化范 围内可以发生汽态、液态和固态三相转化;
人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象，都 是水汽相变的表现。此外; 水汽还善于吸收和放射长波辐射，显著影响 大气和地表的温度。



3、固体杂质 大气中悬浮着多种固体微粒和液体微粒， 统称大气气溶胶粒子。
固体微粒有的来源于自然界，如火山喷发的 烟尘，被风吹起的土壤微粒，海水飞溅扬入 大气后而被蒸发的盐粒，细菌、微生物、植 物的孢子花粉，流星燃烧所产生的细小微粒 和宇宙尘埃等；
氧 (O2)
2、水汽
水汽主要来源于海洋、江河湖沼和土壤， 以及潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾。 大气中的水汽含量极不固定，随时间、地 点、条件而不同。其所占容积变化范围为0— 4％。观测结果表明，在1.5—2km 高度，水 汽含量只及地面的1/2；在5km 高度，只相当 于地面的1/10，再往上更少。所以海拔较低， 比如海南等地区，降水的发生基本在700hPa 以下（3km）

多集中于大气的底层。有许多可以成为水汽 凝结的核心，对云、雾的形成起重要作用。 同时固体微粒能散射、漫射和吸收一部分太 阳辐射，也能减少地面长波辐射的外逸， 对地面和空气温度有一定影响，并会使大气 的能见度变坏。


（二）．大气的结构（大气的分层）
a．大气的厚
1)大气的物理上界：按极光出现的高度，大气上界 为1200㎞。 2) 按气体密度估计的大气上界为2000--3000㎞。

概念差别：
天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气 状态（温度、相对湿度气压等）和大气现象（风、 云、雨、雪、降水等）的综合。 属于短时间内的微观现象，研究对象：地球上的 大气 气候：是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质 和人类活动长时间相互作用下，在某一时段内天气 过程的综合。包括平均天气状况，也包括极端天气 状况。 属于长时间宏观现象，研究对象：气候系统（五 大圈）
二氧化碳(CO2 ） CO2的自然来源：燃料的燃烧，有机物的腐化， 动植 的呼吸。 CO2的人为来源： ①原子武器试验把放射性碳带进大气。 ②化学燃料的燃烧。 CO2对太阳辐射吸收甚少，但却能强烈地吸收地 面辐射，同时又向周围空气和地面放射长 波辐射。因此它们都有使空气和地面增温的效应。
二氧化碳含量逐年递增
大气分为五层：
对流层 平流层 中间层 热层 散逸层
大气的垂直分层
电 离 层
高 层 大 气
平流层 对流层
电离层能反射 无线电波，对 无线电通讯有 重要作用
气温初稳后升热 只因层中臭氧多 水平流动天气好 高空飞行很适合 对流旺盛近地面， 纬度不同厚度变； 高度增来温度减， 只因热源是地面； 天气复杂且多变， 风云雨雪较常见
上冷下热 高空对流
层 对 流 层 平 流 层
范 围
平均： 0~11㎞， 赤道附近： 0~17、18km 极 地 ： 0~8 、 9km
特 征
1、温度随高度递减 2、垂直对流强烈 3、气象要素水平分布 不均匀，对流层顶的 温度低纬-83℃，高纬 -53℃ 1、气温逆增（先等温 后逆温） 2、气流平稳 3 、 O3 在 平 流 层 顶 消 失
（2）相对湿度（f） 概念——空气中的实际水汽压(e)与同温度 下的饱和水汽压(E)之 比。 相互关系式：f=e/E×100% 相对湿度直接反映空气距离饱和的程度。当 其接近100％时，表明当时空气接近于饱和。 当水汽压不变时，气温升高，饱和水汽压增 大，相对湿度会减小。
① 当e不变，温度逐渐上升时，E增大，f 值逐渐减小。已出现的云雾会逐渐消散现 象。 ② e不变，温度逐渐下降时，E逐渐减小， f值逐渐增大。空气由未饱和→饱和→过 饱和状态，出现水汽发生凝结的云雾，甚 至降水现象。
关于南极臭氧洞的研究：
1)南极臭氧洞的特征
a、春季臭氧总量与十年前相比减少了30~40﹪。 b、臭氧总量减少主要发生在15~25㎞的高度。 c、春季减少明显，其它季节不明显。 d、臭氧减少的同时，平流层下部出现气温下降的趋 势。大气中臭氧减少可导致全球气候发生变化 。 e、臭氧减少是从1974~1979年（七十年代）开始的
1帕 （hp）压力相当于1m2面积上受到1个 牛顿的力。 即：1Pa＝1N／m2
标准大气压（也叫海平面气压）： 当选定纬度（φ）＝45°N时， T=0°C ,海平面上气压 为： （P）＝1013.3hpa＝（101325hp） =760mm水银柱高度。
（三）湿度
概念—表示大气中水汽量多少的物理量。 常用： （1）水汽压（e）和饱和水汽压（E） （2）绝对湿度（a） （3）相对湿度（f） （4）饱和差（d） （5）比湿（q）和混合比（γ ） （6）露点（td）
2.岩石圈：在近代气候变化的时间尺度内，对大气产 生作用的主要是陆地表面。特别是其海拔高度和起伏地势 构成崎岖 下垫面对气候影响复杂多样。
3.冰雪圈：全球陆地约有10.6％被冰雪所覆盖。冰具 有很大反射率，在冰雪覆盖下，地面与大气间热量交换 被阻止。冰雪对地表热量平衡有很大影响。
4.生物圈：生物圈包括陆地和海洋中的植物，在海洋 、陆地、和空气生活的动物，包括人类。生物对于大气和 海洋的二氧化碳平衡，气溶胶粒子的产生以及其它与气体 成分和盐类有关的化学平衡等有很重要的作用。