大氣科學概論復習課大氣科學概論復習課大氣科學概論復習課大氣科學的研究內容大氣科學是研究大氣各種現(xiàn)象的特征、本質(包括人類活動對它的影響)及其演變規(guī)律，以及如何利用這些規(guī)律進展天氣、氣候的監(jiān)測和預測，從而趨利避害為人類效勞的一門學科。12021/2/22大氣科學的研究內容大氣科學是研究大氣各種現(xiàn)象的特征、本質(包括人類活動對它的影響)及其演變規(guī)律，以及如何利用這些規(guī)律進展天氣、氣候的監(jiān)測和預測，從而趨利避害為人類效勞的一門學科。22021/2/22大氣科學的研究對象大氣科學的研究對象主要是覆蓋整個地球的大氣圈，也研究大氣與其周圍的水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈互相作用的物理和化學過程。氣候系統(tǒng)五大圈層：大氣圈，水圈，冰雪圈，巖石圈，生物圈32021/2/22天氣預報分類天氣預報按其預測時間的長短，可分為六種：臨近預報〔0-3小時〕；短時天氣預報〔3-12小時〕；短期天氣預報〔12-72小時〕；中期天氣預報〔72-240小時〕；延伸期預報〔10-30天〕；短期氣候預測〔長期天氣預報〕〔30天以上〕42021/2/22大氣的組成干潔大氣〔即干空氣〕CleanAir水汽Moisture懸浮在大氣中的固液態(tài)雜質Impurity地球大氣由三個部分組成:52021/2/22臭氧可以吸收紫外線，減少生物直接遭受紫外線的照射，陸地上的生物便能在此一保護傘下，順利的生長與繁殖。臭氧的作用：

對紫外線有著極其重要的調控制作用。

對高層大氣有明顯的增溫作用。62021/2/22綠色植物進展光合作用不可缺少的原料。強烈吸收長波輻射〔地面輻射、大氣輻射〕，使地面保持較高的溫度，產生“溫室效應〞。溫室效應形式圖Greenhouseeffect二氧化碳〔CO2〕的作用：72021/2/22大氣中的水汽在天氣氣候變化中扮演了重要角色，水循環(huán)輸送了水汽、物質和能量。且水汽能強烈吸收地面放射的長波輻射并向地面和周圍大氣放出長波輻射，對大氣起著“溫室效應〞。

水汽的作用：82021/2/22大氣的根本物理性質在氣象學上，大氣的物理性狀主要以氣象要素和空氣狀態(tài)方程來表征。一、主要氣象要素氣象要素是指表示大氣屬性和大氣現(xiàn)象的物理量，如氣溫、氣壓、濕度、風向、風速、云量、降水量、能見度等等。92021/2/221、定義：單位面積上所承受到的整個空氣柱的質量——大氣的壓強。本質：氣壓的大小決定于整個空氣柱質量的多少。2、標準大氣壓：在緯度為45的海平面上，溫度為0℃時，所測得的水銀柱高高為760mm的大氣壓強，為一個標準大氣壓〔1atm＝〕。3、單位：1Pa=1N/m2，mb—毫巴，Pa—帕斯卡1mb=100Pa=1hPa〔百帕〕；1atm＝101325Pa＝1013.25mb=760mmHg二、氣壓〔Pressure〕102021/2/22氣壓的垂直分布由于大氣層的厚度隨高度的增高而變薄，空氣密度也隨高度增高而迅速減小，所以，氣壓隨高度增高而急劇減小。112021/2/221、定義：表示大氣中水汽量多少的物理量稱大氣濕度。意義：大氣濕度狀況直接影響了云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的形成。三、濕度〔Humidity〕水汽壓(e)及飽和水汽壓(E)相對溫度〔f〕飽和差〔d〕比濕〔q〕水汽混合比〔γ〕露點〔Td〕濕度表示方法122021/2/22水汽壓〔e〕：水汽和其它氣體一樣也有壓力，大氣中水汽產生的那一部分壓力。水汽含量，水汽壓e。單位：hPa水汽壓及飽和水汽壓飽和水汽壓〔E〕：溫度一定，單位體積空氣中的水汽含量是有一定限度，空氣到達此限度時為飽和濕空氣，飽和濕空氣中的水汽所產生的那部分壓力，即最大水汽壓。132021/2/22飽和水汽壓〔E〕saturationvapourpressure反映空氣的最大水汽包容才能飽和水汽壓取決于溫度〔馬格奴斯半經歷公式〕定義：飽和濕空氣中水汽的分壓強。影響因子：

溫度T

E

142021/2/22相對濕度相對濕度〔f〕：表示空氣中的實有水汽壓〔e〕與同溫度下飽和水氣壓〔E〕的百分比。即：f=e/E100%意義：相對濕度〔f〕直接反映了空氣間隔飽和的程度。f越大，越接近飽和，當?shù)竭_f=100%時，空氣就達飽和狀態(tài)，此時水汽就要開場凝結。152021/2/22比濕和水汽混合比比濕〔q〕：在一團濕空氣中，水汽的質量與該團空氣總質量〔水汽質量加上干空氣質量〕的比值，稱比濕。即：q=m水/(m干+m水)，其單位是g/g。水汽混合比〔S〕：相對濕一團濕空氣中，水汽質量與干空氣質量的比值稱水汽混合比。S=m水/m干，其單位是g/g。162021/2/22露點露點〔Td〕：在空氣中水汽含量不變，氣壓一定下，使空氣冷卻到達飽和時的溫度，稱露點溫度，簡稱露點。含義：氣壓一定時，露點的上下只與空氣中的水汽含量有關，水汽含量越多，露點越高，所以露點也是反映空氣中水汽含量多少的物理量。實際大氣中，空氣常處于不飽和狀態(tài)，此時露點要比氣溫低，即露點溫度差(Td-T)＜0。當Td=T時，空氣飽和；當Td-T＜0時，空氣不飽和；當Td-T≥0，空氣過飽和。172021/2/22上述各種表示濕度的物理量：水汽壓、比濕、水汽混合比、露點根本上表示空氣中水汽含量的多寡。而相對濕度、飽和差、溫度露點差則表示空氣間隔飽和的程度。各種表示濕度的物理量小結182021/2/22五、風(Wind)定義：空氣的程度運動稱為風。風是一個表示氣流運動的物理量。它不僅有數(shù)值的大小〔風速〕，還具有方向〔風向〕。因此風是向量〔矢量〕。風向是指風的來向。地面風向用16方位表示；在16方位中，每相鄰方位間的角差為。192021/2/22大氣圈的垂直構造觀測證明，大氣在垂直方向上的物理性質是有顯著差異的。根據(jù)溫度、成分、電荷等物理性質，同時考慮到大氣的垂直運動等情況，可將大氣分為五層。大氣科學研究重點：對流層，平流層202021/2/22對流層〔Troposphere,自地面到10km左右〕對流層的主要特點：對流層是大氣的最下層，它的下界為地面，集中3/4大氣，90%水汽，云、霧、雨雪等主要大氣現(xiàn)象都出如今此層，也是對人類消費、生活影響最大的一個層次，也是大氣科學研究的重點層次。①氣溫隨著高度而降低，每升高100m平均降溫0.65℃②空氣具有強烈的對流、亂流運動，大氣污染主要發(fā)生在該層③溫度和濕度等氣象要素程度分布不均勻212021/2/22①溫度隨高度升高而增加平流層這種氣溫分布特征是和它受地面溫度影響很小，特別是存在著大量臭氧可以直接吸收太陽輻射有關。雖然30km以上臭氧的含量已逐漸減少，但這里紫外線輻射很強烈，故溫度隨高度增加得以迅速增高，造成顯著的暖層。平流層〔Stratosphere,自對流層頂?shù)?5km〕222021/2/22②沒有強烈的對流運動平流層內氣流比較平穩(wěn)，空氣的垂直混合作用顯著減弱，不利于空氣對流運動開展。所以叫平流層。③水汽、塵埃含量很少平流層中水汽含量極少，大多數(shù)時間天空是晴朗的。但有時在20-30km處可看到貝母云，它常出如今冬季極區(qū)。平流層中的微塵遠較對流層中少，但是當火山猛烈爆發(fā)時，火山塵可到達平流層，影響能見度和氣溫。平流層232021/2/22北京紐約xx北京的西風Vs

紐約的西風242021/2/22摩擦力氣壓梯度力萬有引力慣性離心力地轉偏向力真實力視示力摩擦力氣壓梯度力重力地轉偏向力空氣微團的受力情況252021/2/22地轉偏向力的性質：1、大小：與速度成正比2、方向：垂直于地球自轉角速度和速度；所以，地轉偏向力不做功，只改變運動方向。背風而立，地轉偏向力指向運動方向的右邊〔北半球〕地轉偏向力指向運動方向的左邊〔南半球〕262021/2/22科氏力的方向272021/2/22重力282021/2/22旋轉坐標系中的重力：單位質量大氣所受到的地心引力與慣性離心力的合力。重力垂直于程度面，赤道最小，極地最大。292021/2/22大氣運動方程討論——推導302021/2/22假設：則，垂直方向上加速度為0，大氣的作用力是平衡的，此平衡稱為“靜力平衡〞！

實際大氣中，這種情況是近似的，但近似的程度很高；幾何高度的增加總伴隨著氣壓的下降，氣壓和高度總

是相對應的，因此氣象上常采用氣壓作為高度坐標。312021/2/221、假設等壓線為直線，無摩擦P0P1P2P2>P1>P0氣壓梯度力地轉偏向力V氣壓梯度力與地轉偏向力平衡，此時空氣塊沿等壓線作勻速直線運動，這種風稱為“地轉風〞，這種平衡稱為“地轉平衡〞。氣壓梯度力+地轉偏向力=0風沿等壓線吹，背風而立，高壓在右〔北半球〕二、程度方向322021/2/222、假設等壓線為圓形，且中心氣壓高，向外降低，稱為“高壓〞。在無摩擦情況下：P0P1氣壓梯度力地轉偏向力V慣性離心力此平衡稱為“梯度風平衡〞，此時的風稱為“梯度風〞。北半球，高壓中，風呈順時針旋轉，稱為“反氣旋〞地轉偏向力+慣性離心力+氣壓梯度力=0332021/2/223、假設等壓線為圓形，且中心氣壓低，向外升高，稱為“低壓〞，在無摩擦情況下：P1P0地轉偏向力氣壓梯度力V慣性離心力地轉偏向力+慣性離心力+氣壓梯度力=0此平衡稱為“梯度風平衡〞，此時的風稱為“梯度風〞。北半球，低壓中，風呈逆時針旋轉，稱為“氣旋〞342021/2/224、假設有摩擦存在，以平行直線等壓線為例P0P1P2氣壓梯度力地轉偏向力FVVgD稱為“地轉偏向〞地轉偏向，指向摩擦力的右側，且與之垂直，指向低壓一側352021/2/227、正壓大氣，斜壓大氣正壓大氣：大氣密度的分布僅僅隨氣壓變化，即：斜壓大氣：大氣密度的分布不僅隨氣壓變化，還隨溫度變化，即：362021/2/221.定義：氣旋：氣旋是占有三度空間的，在同一高度上中心氣壓低于四周的大尺度渦旋。氣旋中的空氣在北〔南〕半球逆〔順〕時針旋轉。反氣旋：反氣旋是占有三度空間的，在同一高度上中心氣壓高于四周的大尺度渦旋。反氣旋中的空氣在北〔南〕半球順〔逆〕時針旋轉。

氣旋與反氣旋372021/2/22

氣旋與反氣旋

各種尺度的氣旋與反氣旋是造成大氣中千變萬化的天氣現(xiàn)象的重要天氣系統(tǒng)。

氣旋一般對應輻合上升運動，而反氣旋一般對應輻散下沉運動，所以氣旋通常象征陰雨天氣，而反氣旋象征晴好天氣。382021/2/22氣旋示意圖低氣壓和氣旋是同一種天氣系統(tǒng)的兩種不同稱謂。392021/2/22氣旋〔低壓〕反氣旋〔高壓〕氣壓狀況氣流狀況天氣狀況天氣實例示意圖中心氣壓低于四周中心氣壓高于四周從四周流入中心，中心空氣被迫上升〔上升氣流〕由中心向四周流出，高層空氣下沉補充〔下沉氣流〕上升空氣容易凝云致雨，多陰雨天氣下沉氣流因升溫不易冷凝，天氣晴朗臺風副熱帶高壓高低402021/2/221.渦度的定義：渦度就是用來描繪大氣旋轉程度〔旋度〕的一個物理量〔矢量〕。渦度——流體質點塊的渦旋特征，微觀渦旋運動——大尺度環(huán)流的旋轉特征，宏觀渦旋運動是流體的一種根本運動形式，它表示了流體的轉動性質。412021/2/22

垂直渦度的表達式假如>0，空氣質塊作逆時針旋轉，假如>0，則表示空氣質塊作順時針旋轉。由上說述，是描寫程度速度場旋轉特性的物理量。它表示空氣質塊繞垂直軸的旋轉速度。422021/2/22

天氣圖上定性判斷渦度432021/2/22氣團一.氣團的概念：

氣團——氣象要素程度分布比較均勻的大范圍的空氣團

程度尺度：幾百~幾千公里垂直尺度：幾~十幾公里442021/2/22二.氣團的形成和變性1.氣團形成的兩個條件(1).大范圍性質均勻的下墊面，將地球外表的空氣物理屬性〔溫，濕等〕傳給大氣

氣團形成的物理過程： 輻射 傳導和亂流 蒸發(fā)和凝結 大范圍的垂直運動452021/2/22(2).有適當穩(wěn)定的大氣環(huán)流條件，使空氣團長時間穩(wěn)定在下墊面上 高壓系統(tǒng)——穩(wěn)定，且程度范圍大。 低壓系統(tǒng)——不穩(wěn)定，且程度范圍小。具備上述兩條的地區(qū)為氣團源地2.由于下墊面性質以及物理過程的改變而使氣團物理屬性產生的變化稱為氣團的變性——氣團變性 暖氣團變性慢 冷氣團變性快462021/2/22鋒的概念一、鋒的概念

1.定義：兩個熱力性質不同的氣團之間的狹窄過度帶稱為鋒。或兩個密度性質不同的氣團之間的狹窄過度帶稱為鋒。或冷暖氣團之間的狹窄的過渡帶，稱為鋒。472021/2/22二、鋒的分類1.按挪動分類a.冷鋒：冷氣團起主導作用，推動鋒面向暖氣團 一側挪動，稱為冷鋒。

482021/2/22b.暖鋒：暖氣團起主導作用，推動鋒面向冷氣團一側 挪動，稱為暖鋒。492021/2/22c.準靜止鋒：冷暖氣團權力相當，鋒面很少挪動的鋒， 稱為準靜止鋒。〔6小時無挪動，24小時 挪動在2個緯度之內〕502021/2/22中性錮囚d.錮囚鋒：由于冷鋒移速大于暖鋒，冷鋒趕上暖鋒后把暖空氣抬升到高空，近地面層暖鋒疊置，冷鋒后部的冷氣團與暖鋒前的冷氣團形成交界面，稱為錮囚鋒。512021/2/22暖式錮囚522021/2/22冷式錮囚532021/2/22厄爾尼諾現(xiàn)象？厄爾尼諾〔ElNi?o〕現(xiàn)象，又稱圣嬰現(xiàn)象，是指赤道中東太平洋的海表溫度持續(xù)異常增暖現(xiàn)象。ElNi?o在西班牙語中意為“圣嬰〞，也可譯作“上帝之子〞，因為這種赤道中、東太平洋持續(xù)異常增暖事件通常在圣誕節(jié)前后開場發(fā)