第一章 气象学基础知识2

第一章

气象学基础知识

§1 大气概况 §2 气温 §3 气压 大气水平运动— §4 大气水平运动—风 §5 大气环流 §6 大气湿度 §7 空气的垂直运动和大气稳定度 §8 云和降水 §9 雾和能见度 §10 船舶海洋水文气象观测

几个重要的专业术语大气(Atmosphere) 包围地球表面的整个大 大气(Atmosphere):包围地球表面的整个大 气层。 气层。 气象要素( 气象要素(Meteorology elements) :反映 大气状态的物理量或物理现象，主要有：气温、 大气状态的物理量或物理现象，主要有：气温、 气压、 湿度、 能见度和天气现象。 气压、风、湿度、云、能见度和天气现象。 Weather): 天气 (Weather):指一定区域在较短时间内各 种气象要素的综合表现。 种气象要素的综合表现。天气表示大气运动的 瞬时状态。 瞬时状态。

几个重要的专业术语气候 (Climate):指某一区域天气的多年平 指某一区域天气的多年平 均特征， 均特征，其中包括各种气象要素的多年平均 及极值。气候表示长时间的统计平均结果. 及极值。气候表示长时间的统计平均结果. 海洋要素( elements) 海洋要素(Marine elements):反映海洋 状态的物理量或物理现象。如海温、盐度、 状态的物理量或物理现象。如海温、盐度、 海浪、海流和海冰等。 海浪、海流和海冰等。

大气概况一、大 气 成 分 二、大气垂直结构

问题： 问题：哪些大气成分影响大气温度分布及 其天气变化？气候变暖？臭氧空洞？ 其天气变化？气候变暖？臭氧空洞？

大 气 成 分大气成分：主要由多种气体( 大气成分：主要由多种气体(氮、氧、氩、二氧化 碳和臭氧等) 水汽和悬浮的杂质构成。 碳和臭氧等)、水汽和悬浮的杂质构成。 干空气(Dry air) :( 除水汽和杂质以外的气体 ) air) 除水汽和杂质以外的气体) 干空气 ( 气体主要成分: 78.09% 20.95% 气体主要成分 : 氮 ( 78.09% ) 、 氧 (20.95% ) 、 氩 93% (0.93%)、 气体次要成分: 二氧化碳( 03% 气体次要成分 : 二氧化碳 ( 0.03 % ) 、 氢 、 氖 、 臭氧等稀有气体( 01% 氦 、 氪 、 氙 、 氡 、 臭氧等稀有气体 ( 0.01 % ) 。

大气是可压缩气体， 大气是可压缩气体 ， 大气密度随高度增加而迅速减 少。 观测表明，10公里以内集中了大气质量的75% 35公 公里以内集中了大气质量的75 观测表明，10公里以内集中了大气质量的75%,35公 里以下则达99% 近地面空气标准密度为1293 1293g 里以下则达99%,近地面空气标准密度为1293g m-3, 99 大气的总质量为5 大气的总质量为 5.3ⅹ 1021g , 约为地球质量的百万 分之一。 分之一。 其中影响天气、 其中影响天气 、 气候变化的主要大气易变成分

为二 氧化碳、臭氧和水汽。 氧化碳、臭氧和水汽。

大气中的易变成分二氧化碳( dioxide) 1. 二氧化碳(carbon dioxide):平均含量 0.03%,若达到0.2-0.6%,就对人体有害。 0.03%,若达到0.2-0.6%,就对人体有害。二 若达到0.2 %,就对人体有害 氧化碳能强烈地吸收和放射长波辐射，对地 氧化碳能强烈地吸收和放射长波辐射， 面和大气的温度分布有重要影响， 面和大气的温度分布有重要影响，类似温室 效应，直接影响气候变迁。 效应，直接影响气候变迁。含量城市多于农 夏季多于冬季，室内多于室外。 村，夏季多于冬季，室内多于室外。

大气中的易变成分2.

臭氧(ozone) 主要存在于20 40公 20臭氧(ozone):主要存在于20-40公 里气层中，又称臭氧层(Ozonsphere 里气层中，又称臭氧层( )。臭氧是吸收太阳紫外线的唯一大 )。臭氧是吸收太阳紫外线的唯一大 气成分，若没有臭氧层， 气成分，若没有臭氧层，人类和动 植物将受到紫外线的伤害。 物、植物将受到紫外线的伤害。

大气中的易变成分3.水汽(vapour) 含水汽的空气叫做湿空气 含水汽的空气叫做湿空气( air) 3.水汽(vapour):含水汽的空气叫做湿空气(wet air) 水汽 。空气中的水汽含量随纬度、时间、地点而变化。 空气中的水汽含量随纬度、时间、地点而变化。 湿空气在同一气压和温度下，只有干空气密度的62.2%。 湿空气在同一气压和温度下，只有干空气密度的62.2%。 62.2 大气中水汽含量范围在0~4%,具有固、气、液三态，是 大气中水汽含量范围在0 %,具有固、 具有固 液三态， 常温下发生相变的唯一大气成分，它也是造成云、 常温下发生相变的唯一大气成分，它也是造成云、雨、雪、 雾等现象的主要物质条件。 雾等现象的主要物质条件。 水汽能强烈地吸收和放出长波辐射， 水汽能强烈地吸收和放出长波辐射，并在相变过程中吸收 和放出潜热能，对地面和空气的温度影响很大。 和放出潜热能，对地面和空气的温度影响很大。

大气中的易变成成分杂质：悬浮在空气中的固体或液体微粒， 4.杂质：悬浮在空气中的固体或液体微粒， 主要包括尘埃、烟粒、细菌、病毒、 主要包括尘埃、烟粒、细菌、病毒、花粉 和微小盐粒等。它们主要集中在大气的低 和微小盐粒等。 影响能见度，能吸收部分辐射， 层，影响能见度，能吸收部分辐射，并对 太阳辐射具有散射作用。 太阳辐射具有散射作用。在水汽相变过程 杂质可以作为凝结核。 中，杂质可以作为凝结核。

测试题1.从地面向上随着高度的增加空气密度： 1.从地面向上随着高度的增加空气密度： 从地面向上随着高

度的增加空气密度 A.缓慢递减 C.缓慢递增 A.暖湿空气 C.干热空气 A.二氧化硫 B.迅速递减 D.迅速递增 B.冷湿空气 D.干冷空气 B.二氧化碳 C.氮气 D.臭氧

2.在气压相同的情况下，密度较小的空气是： 在气压相同的情况下，密度较小的空气是：

3.目前城市大气质量监测报告中通常提到的污染物种类有： 目前城市大气质量监测报告中通常提到的污染物种类有：

大气的垂直分层根据气温、水汽的垂直分布、 根据气温、水汽的垂直分布、大气扰动和电离现象等要 素的变化规律，可以将大气分为五个层次。 素的变化规律，可以将大气分为五个层次。 对流层(Troposphere) 1. 对流层(Troposphere) 2. 平流层(Stratosphere) 平流层(Stratosphere) 中间层(Mesosphere) 3. 中间层(Mesosphere) 4. 热层(Thermosphere) 热层(Thermosphere) 逸散层(Exosphere) 5. 逸散层(Exosphere)

对流层(Troposphere)下界为地面，上界随纬度和季节变化， 下界为地面，上界随纬度和季节变化，平均厚度 10-12公里。通常在高纬为6 Km,中纬度10 1010-12公里。通常在高纬为6-8Km,中纬度10公里 12Km,低纬度17-18Km。夏季对流层的厚度比冬 17- Km。 12Km,低纬度17 18Km Km 季高。对流层集中了大气质量的80%和全部水汽， 季高。对流层集中了大气质量的80%和全部水汽， 80 与人类关系最为密切， 与人类关系最为密切，大气中几乎所有的物理和 化学过程都发生在该层。 化学过程都发生在该层。对流层具有三个主要特 征。

对流层中三个主要特征

气温随高度而降低。平均幅度为⑴ 气温随高度而降低。平均幅度为0.65℃/100m 0.65℃/100m。 即 率。 ⑵ 具有强烈的对流和湍流运动。 具有强烈的对流和湍流运动。是引起大气上 下层动量、热量、 下层动量、热量、能量和水汽等交换的主要方 式。 ⑶ 气象要素沿水平方向分布不均匀。如温度、 气象要素沿水平方向分布不均匀。如温度、 γ=0.65℃/100m 称γ为气温垂直递减

摩擦层与自由大气根据大气运动的不同特征通常将对流层分为： 根据大气运动的不同特征通常将对流层分为： 摩擦层( 摩擦层又称边界层， 摩擦层(friction layer) :摩擦层又称边界层，从地面到 1Km高度，其厚度夏季高于冬季，白天高于夜间。湍流输送 Km高度，其厚度夏季高于冬季，白天高于夜间。 高度 是该层的基本运动特点。 是该层的基本运动特点。 自由大气( 自由大气(free atmosphere) :自由大气的基本运动形式 是波动，地面摩擦作用减小，可忽略不计， 是波动，地面摩擦作用减小，可忽略不计，这样大气的运 动显得比较简单和清楚。 动显得比较简单和清楚。 对流层顶：

厚度约为1 Km,温度随高度呈等温或逆温状态。 对流层顶：厚度约为1-2Km,温度随高度呈等温或逆温状态。

平流层(Stratosphere)自对流层顶到大约55Km左右。特点： 自对流层顶到大约55Km左右。特点： 55Km左右 空气的垂直运动比较弱，主要是水平运动。 ① 空气的垂直运动比较弱，主要是水平运动。 水汽含量少。 ② 水汽含量少。 气温随高度递增(最初等温， 20-25Km气温突 ③ 气温随高度递增(最初等温，到20-25Km气温突 主要是臭氧吸收太阳紫外线)。 增，主要是臭氧吸收太阳紫外线)。 气层稳定利于飞机飞行。 ④ 气层稳定利于飞机飞行。

中间层(Mesosphere)

自平流层顶到85Km左右。特点： 自平流层顶到85Km左右。特点： 85Km左右 ① 温度随高度迅速下降(无臭氧，有强 温度随高度迅速下降(无臭氧， 烈垂直运动)。 烈垂直运动)。 大约在65Km处是电离层，白天强， 65Km处是电离层 ② 大约在65Km处是电离层，白天强，夜 间弱。 间弱。

热层(Thermosphere)厚度从85km到800k 厚度从85km到800km。特点： 85km 特点： 气温随高度迅速增加。 ① 气温随高度迅速增加。 ② 空气高度电离，又称电离层。电离层的程 空气高度电离，又称电离层。 度也有差别，比较强的为E 100-120Km) 度也有差别，比较强的为E层(100-120Km) 200-240Km),反射无线电波， 和F层(200-240Km),反射无线电波，对通 信有重要意义。 信有重要意义。

逸散层(Exosphere)厚度在800k 以上。 厚度在800km以上。 800 特点：气温随高度增加，大气质点摆脱 特点：气温随高度增加， 地球引力的束缚，向星际空间散逸。 地球引力的束缚，向星际空间散逸。

大气的垂直分层按着大气的化学成分来划分。这种划分是以距海平面 公 按着大气的化学成分来划分。这种划分是以距海平面90公 里的高度为界限的。 里的高度为界限的。 均质层:在90公里高度以下，大气是均匀地混合的，组成大 公里高度以下， 均质层 在 公里高度以下 大气是均匀地混合的， 气的各种成分相对比例不随高度而变化，这一层称均质层。 气的各种成分相对比例不随高度而变化，这一层称均质层。 非均质层:在 公里高度以上 公里高度以上， 非均质层 在90公里高度以上，组成大气的各种成分的相对 比例，是随高度的升高而发生变化的， 比例，是随高度的升高而发生变化的，比较轻的气体如氧 原子、氦原子、氢原子等越来越多， 原子、氦原子、氢原子等越来越多，大气就不再是均匀的 混合了，因此，把这一层叫做非均质层。 混合了，因此，把这一层叫做非均质层。

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