,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大气科学概论,大气科学学院,王伟,大气科学概论大气科学学院,习题,1、简述气候系统。,2、哪些自然现象能证实大气圈的存在？,3、大气圈各层的主要物理特性是怎样的？,4、试述臭氧的功用及在大气中的分布特点？,习题,2,第一章 绪论,气象学、气候学的研究对象、任务和简史,气候系统概述,有关大气的物理性状,第一章 绪论 气象学、气候学的研究对象、任务和简史,3,气象学、气候学的研究对象、任务和简史,一、气象学与气候学的研究对象,二、天气与气候的关系,三、本学科在实际生活中的应用,四、气象学与气候学的发展简史,气象学、气候学的研究对象、任务和简史 一、气象学与气候学的研,4,气候系统概述,一、气候系统,二、大气圈概述,三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述,气候系统概述 一、气候系统,5,第一章 绪论,气象学、气候学的研究对象、任务和简史,气候系统概述,有关大气的物理性状,第一章 绪论 气象学、气候学的研究对象、任务和简史,6,有关大气的物理性状,一、主要气象要素,二、空气状态方程,有关大气的物理性状 一、主要气象要素,7,问题的提出,既然大气是“,物质,”，那么它就是“,运动的,”,那么如何“,定量地描述,”大气呢？,究竟需要“,哪些量,”才能较好地描述大气呢？,通过对大气的定量描述，能够总结出“,哪些大气运动的规律,？”,问题的提出既然大气是“物质”，那么它就是“运动的”,8,有关大气的物理性状,一、主要气象要素,二、空气状态方程,在气象学上，大气的物理性状主要以,气象要素,和,空气状态方程,来表征。,因为空气存在,流动性、粘着性、连续性,等特点，所以当一个地区上空的空气上升时，必然有另一个地区的空气的下降来对它进行补充，从而形成一种,环流,。,有关大气的物理性状一、主要气象要素在气象学上，大气的物理性状,9,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、降水量和能见度等等。,1.气温,a.定义,：,表示空气冷热程度的物理量，称为气温。在一定的容积内，一定质量空气温度的高低与气体分子运动的平均动能多少有关，而气体分子运动的平均动能只与温度有关，且与绝对温度了成正比。因此，空气冷热的程度，实质上是空气分子平均动能。,物理含义：气温的升降决定于大气的内能的增多或减少。,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,10,大小的表现,：当空气获得热量时，它的分子运动的平均速度增大，随之平均动能增加，气温也就升高；反之当空气失去热量时，它的分子运动平均速度减小，随之平均动能也减少，气温也就降低。,气温的单位,：,摄氏温标（t,），我国规定用温标，以气压为1013.3hpa（,相当于760mmHg）,时纯水的冰点为0,，沸点为100,，其间等分100份中的1份即为1,。,在理论研究上常用,绝对温标,（K）,，以K表示，这种温标中一度的间隔和摄氏温标相同，但其零度规定为摄氏-273.16，称为“绝对零度”，水的冰点为273.16K，沸点定为373.16K。,两种温标之间的换算关系如下,：,T=t+273.15,t+273 (1-2),一、主要气象要素,大小的表现：当空气获得热量时，它的,11,一、主要气象要素,大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表,原理：,湿纱布上水分蒸发散热，使湿球上温度比干球的温度低，其相差度数与空气中相对湿度成一定比例。,使用方法：,1、将湿球温度计纱布润湿后固定于测定地点约10分钟后，先读湿球温度，再读干球温度，记下二者的差数。2、转动干湿球温度计上的圆滚筒，在其上端找出干湿球温度差数。3、在实测湿球度数的水平位置作一水平线与中央圆筒旁竖行相交点的读数，即相对湿度百分数。,一、主要气象要素大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表,12,一、主要气象要素,温标的对应关系,一、主要气象要素温标的对应关系,13,一、主要气象要素,2.气压,a.定义,：气压是指大气的压强，,单位面积,上所承受到的,整个空气柱的质量,，即大气的压力。实质：气压的大小决定于,整个空气柱质量,的多少,。若以P代表气压，F代表面积A上所承受的力，则：P,F/A,物理含义：空气的分子运动与地球重力场综合作用的结果。,dP=-pgdz式称为静力方程。它表达了大气在垂直方向上处于静力平衡状态时，气压变化和高度变化之间的定量关系。,地面气压分布一般在9401040mb之间，在台风中心可能低于900mb，在西伯利亚高压中心可能高于1080mb。,一、主要气象要素2.气压,14,b.单位,：mmHg,pa,mb,1hpa=1mb=3/4 mmHg,c.标准大气压,在纬度为45的海平面上，温度为0,时，所测得的水银柱高为760mmHg的大气压强，为一个标准大气压(1013.25mb)。,精确的气压值是用水银气压表来测量的。,一、主要气象要素,b.单位：mmHg,pa,mb一、主要气象要素,15,一、主要气象要素,水银柱测量气压,一般情况下，气压值是用水银气压表测量的，若水银柱的高度为h,水银的密度为,，水银的截面为S，则所测大气压强为：,一、主要气象要素水银柱测量气压,16,一、主要气象要素,有关气压的实验,1654年5月8日，德国马德堡市的市民们看到了一件令人惊奇又困惑的事情：他们的市长，就是发明抽气机的奥托格里克，把两个直径40多厘米的空心铜半 球紧贴在一起，用抽气机抽出球内的空气，然后用两队马向相反的方向拉两个半球，“连16匹马（拼命挣扎着）都不能把它们拉开，或者只有费了很大的劲才能拉 开它们，当马用尽了全力把两个半球最后拉开的时候，还发出了很大的响声，象放炮一样。”市民们惊奇得问：“是什么力量把它们压合得这么紧呢？”“没有什么，是空气。”市长这样回答。而如果把铜半球上的阀门拧开，空气经阀门流进球里，用手一拉球就开了。这就是著名的马德堡半球实验,马德堡半球实验,一、主要气象要素有关气压的实验马德堡半球实验,17,一、主要气象要素,有关气压的实验,托里拆利实验,在瓶口比鸡蛋稍小的广口瓶瓶底铺层沙子，将浸过酒精的棉花点燃后迅速放入瓶中，待会儿将剥了皮的熟鸡蛋堵住瓶口，过一会儿，由于大气压强的作用，熟鸡蛋会被玻璃瓶吞进去。,“瓶吞蛋”试验,一、主要气象要素有关气压的实验托里拆利实验,18,d.主要气压仪器,动槽式水银气压表、定槽式水银气压表,定槽式水银气压表水银面是固定不动的，不可调整。,测量仪器,：定槽式水银气压表、动槽式水银气压表、自记气压计、空盒水银气压表。,一、主要气象要素,d.主要气压仪器一、主要气象要素,19,一、主要气象要素,3.湿度,a.定义,：表示大气中水汽量多少的物理量。大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。,大气湿度可用下述几种方法表示：水汽压和饱和水汽压,b.表示湿度的方法,：,水气压（e）,：大气中所含水汽产生的压力（mb,pa）；,绝对湿度（a）,：单位体积空气中水汽的含量（g/cm,3,g/m,3,）；,饱和水气压（E）,：在温度一定的情况下，单位体积空气中能容纳的水汽数量有一定的限度，如果水汽含量达到了这个限度，空气就呈饱和状态，这时的空气，称为饱和空气。饱和空气中的水汽压，称为饱和水汽压(E)。,一、主要气象要素3.湿度,20,一、主要气象要素,相对湿度（f）,：空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比，表示空气距离饱和的程度。,(用百分数来表示),f=e/E 100%,比湿（q）,：同一团湿空气中，水汽质量与该团空气总质量的比值。,q=m,w,/(m,d,+m,w,),饱和差（d）,：,在某一温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差称为饱和差(d)：,d=E-e,，d表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸发时常用到d，它可指出水分子的蒸发能力。,一、主要气象要素相对湿度（f）：空气中实际水汽压与同温度下的,21,一、主要气象要素,露点（T,d,）,：,空气中水汽含量不变，在一定的气压下，若使空气达到饱和，只有,降温,。降到实际水汽压（e）变成饱和水汽压（E），此时的温度称为露点温度，简称为露点(T,d,)。它的单位与气温相同。,例如,：成都某日14时的气温为30，对应的饱和水汽压为42.5mb，当时的实际水汽压为31.7mb，很明显，这时的空气是未饱和的。如果实际水汽压不变，气压也不变，只有降低空气温度才能使空气达到饱和。而饱和水汽压为 31.7mb时的气温为25，故只有当温度由30降到25时，空气才由未饱和状态变为饱和状态。因此，成都该日14时的露点是25。,一、主要气象要素露点（Td）：空气中水汽含量不变，在一定的气,22,一、主要气象要素,气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量愈多，露点愈高，所以露点也是反映空气中水汽含量的物理量。在实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度常比气温低(T,d,T)。只有空气达饱和时，露点温度才和气温相等(T,d,=T)。因此，根据T和Td的差值，还可大致判断空气距离饱和的程度。,上述湿度的各种表示：绝对湿度、水汽压、比湿、露点基本上表示空气中水汽含量的多寡；而相对湿度、饱和差、温度露点差则表示空气距离饱和的程度。,即：表示空气中水汽含量的量有：a、e、q、E、T,d,表示空气距离饱和程度的量有：f、d、T,d,一、主要气象要素 气压一定时，露点的,23,一、主要气象要素,观测湿度的仪器,一、主要气象要素观测湿度的仪器,24,一、主要气象要素,4.风,a.定义,：空气的水平运动,就叫风,。,风是一个表示气流运动的物理量。,它和气压、气温、湿度等要素不同，不仅具有数值的大小(即,风速,)，还具有方向(即,风向,)。因此风是向量，它是天气预报的重要项目，又是天气预报的重要依据。,风向，指风的来向，地面用16方位表示，高空用360表示，以0度(或360度)表示正北，90度表示正东，180度表示正南，270度表示正西。在十六方位中每相邻方位间的角差为22.5度。,风速单位常用m/s、knot（海里/小时，又称“节”，）和 km/h表示，其换算关系如下：,1m/s=3.6km/h 1knot=1.852km/h,1km/h=0.28m/s 1knot=1/2m/s,一、主要气象要素4.风,25,一、主要气象要素,风速的表示有时采用压力，称为,风压(P),。如果以,V,表示,风速,（m/s），P为垂直于风的来向，1m,2,面积上所受风的压力kg/m,2,，其关系式,P,=0.125,V,2,一、主要气象要素 风速的表示有时采用压,26,天气报告中,风速：2min的平均风速,风向：10为一个单位，用电码01，02，36表示，以正北为基准，顺时针方向旋转。,风向是指风的来向。当风速低于 0.25 m/s 时称为静风。风级也是一种表达风力的常用单位。,风向,缩写,风向,缩写,风向,缩写,风向,缩写,北东北,NNE,东南,SE,西西南,WSW,北,N,东北,NE,南东南,SSE,西,W,静风,C,东东北,ENE,南,S,西西北,WNW,东,E,南西南,SSW,西北,NW,东东南,ESE,西南,SW,北西北,NNW,一、主要气象要素,天气报告中风向 缩写 风向 缩写 风向 缩写 风向 缩写 北,27,一、主要气象要素,蒲福风力等级,1805年英国人F蒲福根据风对地面（或海面）物体的影响，提出风力等级表，几经修改后得出,蒲福风力等级表,。,目测风时，根据风力等级表中各级风的特征，即可估计出,相应的风速,。,地面风指离地平面,10-12米高的风,。,一、主要气象要素蒲福风力等级,28,蒲福风力等级表,风,力,名称,相当于开阔平坦地面10米高处风速,浪高,陆上物理征象,米/秒,公里/时,海里/时,（米）,0,静风,00.2,1,1,静，烟直上。,1,软风,0.31.5,15,13,0.1,烟能表示风向，但风向标尚不能指示风向。,2,轻风,1.63.3,611,46,0.2,人面感觉有风，树叶