《气象学与气候学教学课件》1-大气的基本特征.ppt

大气的基本特征大气的基本特征干空气：除了固、液态微粒及水汽以外的空气干空气：除了固、液态微粒及水汽以外的空气干空气的成分：氮干空气的成分：氮 N2、氧、氧 O2、氩氩 Ar为主要成分，约占为主要成分，约占99.96%，二氧化碳，二氧化碳CO2、臭氧、臭氧O3等其他气体占不到等其他气体占不到0.1%地球大气的成分:固、液、气氧气氧气O2在海拔在海拔3.54.5km高度的含量仅为海平面高度的一半高度的含量仅为海平面高度的一半临界温度：临界温度就是能够使气体液化所需要的最高温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化临界压力：临界压力就是在临界温度下，使气体液化所需要的最低压力臭氧臭氧吸收太阳短波辐射吸收太阳短波辐射滤去了滤去了70-90%太阳紫外线辐射太阳紫外线辐射集中在集中在1050km之间之间二氧化碳二氧化碳吸收地面长波辐射吸收地面长波辐射集中在集中在20km以下，占以下，占0.03%定义：存在于大气中的水的气化态。大气中唯一能够发生相变的成分，是产生天气变化的重要因素，直接影响到地面和低层大气的温度水汽来源于蒸发（江河湖海及潮湿物体表面）和蒸腾（植物）水汽定义：大气中悬浮的多种固态微粒和液态微粒降低大气能见度、影响大气和地面温度、充当水汽凝结核大气污染物：粉尘、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、硫化氢、碳氢化合物和氨PM2.5，直径小于2.5微米的颗粒物。被吸入人体后会直接进入支气管，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。气溶胶粒子对流层：水汽，CO2等温室气体1、温度随高度增加而降低2、对流运动明显3、气象要素水平分布不均平流层：臭氧集中，温度随高度增加，气流稳定，适合飞机飞行中间层：温度急剧下降暖层：温度急剧上升，氧、氮分子被分解，对无线电波有反射作用散逸层：大气质点逃逸到太空大气的垂直结构大气的状态方程p、T、V、一定质量气体的压强和体积的乘积除以其绝对温度等于常数，即标准状态，p0=1013.25hPa,T0=273K,1mol气体体积V0约为22.4L普适气体常数1mol气体质量为，那么标准状态下，质量M的气体体积是它的M/倍R=R*/,比气体常数理想气体状态方程比气体常数状态方程状态方程如果p表示湿空气的总压强，e表示其中水汽部分的压强，那么其中干空气的压强为p-e根据状态方程公式得其中，干空气湿空气湿空气密度引进物理量虚温（Tv）可以得到湿空气的状态方程虚温可以理解为:与湿空气同气压同密度的干空气温度假设：大气在垂直方向是静止状态，水平方向无压力差那么，高度为z的气柱，单位面积受力情况如下：向上：气压差形成的气压梯度力向下：重力空气处于垂直方向静力平衡时结合状态方程，得到大气静力学方程气压随高度的变化单位压强高度差：减小一个单位压强所增加的高度表明，单位压强高度差h与压强p成反比，与温度t成正比气压随高度增加按指数减小等温大气压高公式的应用：1、根据不同高度的气压值和平均气温，可求得高度差2、根据某高度的气压值和平均气温，可求得另一高度气压值3、由不同高度的气压值，可求得两高度之间的平均气温对于z1和z2高度之间，平均虚温为Tv的气层重力位势：设海平面的位势为0，把单位质量物体从平均海面上移到z高度处作的功单位：J/kg定义1个位势米（1gpm）等于9.80665J/kg位势高度与几何高度的数值几乎相同，但意义不一样重力位势高度天气分析中的标准等压面图，其中的等高线就是位势高度基本气象要素气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量、能见度等气温：表示空气冷热程度，是空气分子平均动能的表现空气获得热量，分子平均动能增加，气温升高，反之依然我国常用用摄氏度t，单位C科学计算用绝对温度T，单位K某些国家用华氏温度tF，单位F转换关系：气温是在离地面1.5m高的百叶箱内用水银温度表测得气压：大气的压强，单位面积上空气柱的重量气压值一般用水银气压表测量气压单位：曾用mmHg，现用hPa1hPa=10-2N/cm2温度为0C,纬度为45的海平面作为标准1个标准大气压=1013.25hPa=760mmHg等压面：空间各气压相等的点组成的面向上突起的部分对应高压区，下凹的部分对应低压区等高线：位势高度相等的点连成的线，等压面与水平面的交线湿度湿度：大气中水汽含量多少的物理量：大气中水汽含量多少的物理量饱和水汽压饱和水汽压：水汽压达到某极大值时便产生凝结：水汽压达到某极大值时便产生凝结绝对湿度绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量：单位体积空气中所含的水汽质量,即水汽密度即水汽密度比湿比湿：水汽的质量与气团总质量的比值，单位：水汽的质量与气团总质量的比值，单位g/g，g/kg水汽压：大气中水汽所产生的压力（e）混合比混合比：水汽质量与干空气质量的比值：水汽质量与干空气质量的比值相对湿度相对湿度：实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值：实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值饱和比湿饱和比湿饱和差饱和差：饱和水汽压与实际水汽压之差，一般用变量：饱和水汽压与实际水汽压之差，一般用变量d=es-e表示表示在研究水面蒸发的问题时，反映水分子的蒸发能力在研究水面蒸发的问题时，反映水分子的蒸发能力露点露点：空气中气压和水汽含量不变的条件下降温，使水汽相对于：空气中气压和水汽含量不变的条件下降温，使水汽相对于水面达到饱和时的温度水面达到饱和时的温度霜点霜点：同露点的过程使水汽相对于冰面达到饱和时的温度：同露点的过程使水汽相对于冰面达到饱和时的温度计算露点：计算露点：a=7.63,b=241.9计算霜点：计算霜点：a=9.5,b=265.5露点或者霜点td常常低于气温，露点越高，说明空气越接近饱和，水汽含量越高，反之亦然降水降水：从天空降落到地面的：从天空降落到地面的液液态态或者或者固态固态水水降水量单位降水量单位mm雪深单位雪深单位cm，雪压单位，雪压单位g/cm2小雨小雨 中雨中雨大雨大雨暴雨暴雨大暴雨大暴雨特大暴雨特大暴雨1h雨量雨量2.52.68.08.115.91624h雨量雨量1010.125.025.150.050.1100100.1200200风：空气的水平运动，包括风：空气的水平运动，包括风速和风向风速和风向风力等级与风速风力等级与风速风向风向指风的指风的来向来向风风地面风向用地面风向用16方位表示方位表示高空风向用方位度数表示高空风向用方位度数表示风速常用单位风速常用单位m/s、kn、km/h换算关系：1m/s=3.6km/h 1kn=1.852km/h1km/h=0.28m/s 1kn=0.52m/s云：水汽达到饱和，凝结成小水滴或者凝华成小冰晶，漂浮在空气中便成为云或雾云况通常用云量和云状来表示卷云高积云积雨云雨层云