气象气候学第三讲第.ppt

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1、第二章 大气的热能和温度第三节 大气的增温和冷却第三节 大气的增温和冷却海陆增温和冷却的差异空气的增温和冷却空气温度的个别和局地变化大气静力稳定度一、海陆增温和冷却的差异 同样的太阳辐射到达地面也会因下垫面性质的不同而温度不同样的太阳辐射到达地面也会因下垫面性质的不同而温度不同，而大气的热源主要来自下垫面，所以下垫面的不同对大同，而大气的热源主要来自下垫面，所以下垫面的不同对大气温度有着深刻的影响。其中海洋与陆地的差异最大。气温度有着深刻的影响。其中海洋与陆地的差异最大。结论：结论：1、陆地受热快，冷却也快，所以海洋年最高气温和最低气、陆地受热快，冷却也快，所以海洋年最高气温和最低气温的出现比

2、大陆延迟温的出现比大陆延迟12个月，陆地是急性子，海洋是慢性子。个月，陆地是急性子，海洋是慢性子。2、陆地温度升降变化大。海洋好像大气热量的存储器和调节器，、陆地温度升降变化大。海洋好像大气热量的存储器和调节器，升温和冷却都较慢，且日较差和年较差都比陆地小。升温和冷却都较慢，且日较差和年较差都比陆地小。1、二者对太阳辐射的吸收和反射不同、二者对太阳辐射的吸收和反射不同2、能量分布的厚度不同、能量分布的厚度不同4、水汽含量不同、水汽含量不同5、陆地比热小于海洋比热、陆地比热小于海洋比热 3、二者的导热方式不同、二者的导热方式不同二、空气的增温和冷却空气的温度高低实质是空气分子运动快慢（内能）的表

3、现，所空气的温度高低实质是空气分子运动快慢（内能）的表现，所以空气既可以通过与外部的能量交换而升高或降低温度以空气既可以通过与外部的能量交换而升高或降低温度气气温的非绝热变化温的非绝热变化，也可以通过做功而变化，也可以通过做功而变化气温的绝热变化气温的绝热变化。气块（团）气块（团）垂直运动（绝热变化）水平运动（非绝热变化）热能转化为机械能热能转化为机械能热能在不同物热能在不同物体之间传递体之间传递1、气温的非绝热变化、气温的非绝热变化（几种与外界传递热量的方式）（几种与外界传递热量的方式）传导传导辐射辐射对流对流湍流湍流蒸发蒸发凝结凝结2、气温的绝热变化、气温的绝热变化 当某一气团在与外界没有

4、任何热量交换的情况下，做上升运当某一气团在与外界没有任何热量交换的情况下，做上升运动，如果该气团体积不变上升到某一处，则其内部的压强会比动，如果该气团体积不变上升到某一处，则其内部的压强会比周围大气的要高，气团为了与外界大气相平衡，气块体积要膨周围大气的要高，气团为了与外界大气相平衡，气块体积要膨胀，在胀，在膨胀的过程中克服外界压力而做功，气团做功所消耗的膨胀的过程中克服外界压力而做功，气团做功所消耗的能量取自气团内部，因此使气块温度降低能量取自气团内部，因此使气块温度降低，以上过程称为气温，以上过程称为气温的的绝热冷却绝热冷却。反之，气团作下沉运动时，若与外界没有热量交换的情况下，反之，气团

5、作下沉运动时，若与外界没有热量交换的情况下，由于外界气压比起团内部气压高，会压缩气块使气团体积缩小，由于外界气压比起团内部气压高，会压缩气块使气团体积缩小，同时同时气团内气体被压缩做功，内能增加，温度上升气团内气体被压缩做功，内能增加，温度上升，这种现象，这种现象称为称为绝热增温绝热增温。干绝热和湿绝热过程干绝热过程：空气运动过程中没有与外界发生热量并且其中水分的状态没有发生变化，即，没有发生蒸发或者凝结。湿绝热过程：空气运动过程中没有与外界发生热量交换，但其中水分的状态发生了改变，即，有一部分水蒸气发生凝结或者有液态水蒸发成水蒸气。PP-PP+PP+p绝热冷却绝热增温气温的绝热变化干绝热方程

6、（泊松方程）：干绝热方程（泊松方程）：P干绝热过程2、湿绝热变化、湿绝热变化湿绝热变化过程：当饱和湿空气在做绝热上升（或下沉时）湿绝热变化过程：当饱和湿空气在做绝热上升（或下沉时）温度受到两方面的影响温度受到两方面的影响 (1)气团中的干空气上升体积膨胀降温，也是每上升气团中的干空气上升体积膨胀降温，也是每上升100米温米温度降低度降低1C。（2）水汽既已是饱和，它会因为上升冷却而发生凝结，凝结水汽既已是饱和，它会因为上升冷却而发生凝结，凝结就要放热，所以放出的热量又使温度有所回升。所以可以推就要放热，所以放出的热量又使温度有所回升。所以可以推论，因为有凝结放出热量的补给，降温要小于干绝热过程

7、。论，因为有凝结放出热量的补给，降温要小于干绝热过程。这整个过程就是大气温度的湿绝热变化。这整个过程就是大气温度的湿绝热变化。三、空气温度的个别和局地变化空气温度的个别变化和局地变化是描述空气温度变化的两种方法。空气温度的个别变化是在某一团空气运动时，追踪其温度变化的情况，以此来描述空气温度发生的改变。空气温度的局地变化指的是在不同气流经过时，某一固定地点温度的变化情况。空气温度的个别变化T1T2T4T3T5时间t温度TT1T2T3T4T5空气温度的局地变化A地T1T2显然，空气温度的局地变化更容易测量。四、大气的稳定度 许多天气现象的发生都和大气稳定度有密切关系，许多天气现象的发生都和大气稳

8、定度有密切关系，大气稳定度是指气块受到任意方向的扰动后返回或大气稳定度是指气块受到任意方向的扰动后返回或远离平衡位置的趋势和程度。也即表示空气是否安远离平衡位置的趋势和程度。也即表示空气是否安于原来的层次，是否易于发生垂直运动（对流）。于原来的层次，是否易于发生垂直运动（对流）。如果容易就不稳定，不容易就稳定如果容易就不稳定，不容易就稳定。第四节 大气温度随时间的变化气温的周期性变化气温的非周期性变化一、气温的周期性变化气温的日变化气温的年变化1.1 气温的日变化太阳辐射太阳辐射地面温度地面温度大气（温度）大气（温度）短波短波长波长波最大值最大值12点点13点点1415点点原因原因太阳高度角最

9、大太阳高度角最大12点之后地面热量点之后地面热量仍然得大于失，温仍然得大于失，温度还要上升一段时度还要上升一段时间间大气接收地大气接收地面辐射需要面辐射需要一个过程而一个过程而不是瞬间不是瞬间（1）、最高气温）、最高气温（2）最低气温）最低气温次日日出前次日日出前，大地不停地向外界散失热量而没有接收任何太阳辐，大地不停地向外界散失热量而没有接收任何太阳辐射，所以地面温度最低，大气温度也达到了一天当中的最低值。射，所以地面温度最低，大气温度也达到了一天当中的最低值。日较差日较差：一天中最高温与最低温的差值。其变化规律为：一天中最高温与最低温的差值。其变化规律为：纬度纬度：低纬大于高纬，从副热带向

10、两极递减：低纬大于高纬，从副热带向两极递减？低纬低纬 正午太阳高度角大正午太阳高度角大 接受的太阳辐射多接受的太阳辐射多 最高温高最高温高 夜间放出的也多夜间放出的也多 差值大差值大高纬高纬 正午太阳高度角小正午太阳高度角小 接受的太阳辐射少接受的太阳辐射少 最高温低最高温低 夜间放出的也少夜间放出的也少 差值小差值小季节季节：夏季大于冬季：夏季大于冬季？地表性质地表性质：陆地大于海洋；山谷、河川、盆地大于山峰、凸地形：陆地大于海洋；山谷、河川、盆地大于山峰、凸地形云量云量：晴天大于阴天：晴天大于阴天1.2 气温的年变化就北半球而言，太阳辐射最强和最弱的月份分别是夏至就北半球而言，太阳辐射最强

11、和最弱的月份分别是夏至（6.22）和冬至（）和冬至（12.22），由于地面储存热量，并把热），由于地面储存热量，并把热量传给大气需要一个过程，所以气温最高和最低值出现的量传给大气需要一个过程，所以气温最高和最低值出现的时间要落后时间要落后12个月。个月。年较差年较差：一年中月平均温最高值与最低值之差。：一年中月平均温最高值与最低值之差。变化规律：变化规律：纬度纬度：随着纬度的增加而增大：随着纬度的增加而增大 在赤道地区太阳高度角终年相差不大，最冷月和最在赤道地区太阳高度角终年相差不大，最冷月和最热月热热月热 量收支差别不明显所以气温年较差较小量收支差别不明显所以气温年较差较小。在高纬地区夏季太

12、阳直射北回归线与冬季太阳直射在高纬地区夏季太阳直射北回归线与冬季太阳直射南回归南回归 线时的太阳高度角相差极大，所以年温差也较大。线时的太阳高度角相差极大，所以年温差也较大。海陆海陆：陆地大于海洋（：陆地大于海洋（1、7月月 2、8月）月）第五节 大气温度的空间分布气温的水平分布对流层中气温的垂直分布一、气温的水平分布一、气温的水平分布等温线图：把水平空间上，温度相同的各点用平滑的曲线等温线图：把水平空间上，温度相同的各点用平滑的曲线连接起来。连接起来。影响温度的因素有影响温度的因素有纬度、海陆、纬度、海陆、海拔高度海拔高度，但是一般的等，但是一般的等温线图中常温线图中常把不同海拔高度处的温度

13、统一换算到海平面的把不同海拔高度处的温度统一换算到海平面的温度温度。这样就在等温线图中突出地表现。这样就在等温线图中突出地表现纬度纬度和和海陆海陆对温对温度的影响。度的影响。相邻两条曲线之间的差值相相邻两条曲线之间的差值相同，都等于同，都等于2C。等温线稀疏说明气温变化等温线稀疏说明气温变化等温线稠密说明气温变化等温线稠密说明气温变化8C10C12C北半球北半球1月份海平面气温分布图（理想）月份海平面气温分布图（理想）02468无海陆差异的等温线图无海陆差异的等温线图只突出的反映了太阳辐射随只突出的反映了太阳辐射随纬度纬度在地球表面分布的差异在地球表面分布的差异02468A B C1月份大陆是

14、冷源，海洋是热源月份大陆是冷源，海洋是热源图图2.33 世世界界海海平平面面1月月气气温温分分布布海陆热力差异使得同纬度本该是直线的等温线变形为曲海陆热力差异使得同纬度本该是直线的等温线变形为曲线，并且海陆温差越大曲线的弯曲越大。右第线，并且海陆温差越大曲线的弯曲越大。右第3图中往往图中往往是寒、暖流经过的地方。是寒、暖流经过的地方。陆陆 海海42A B T(B)-T(A)=2CA B2468T(B)-T(A)=9-2=7C陆陆 海海02468特点：特点：1、一月份等温线图低纬温度高，从低纬向、一月份等温线图低纬温度高，从低纬向两极递减的大趋势。两极递减的大趋势。2、热带以外的区域，大陆上等温

15、线向、热带以外的区域，大陆上等温线向南凸出，表示北半球大陆的的温度低南凸出，表示北半球大陆的的温度低于海洋，这是由于海陆热力差异造成于海洋，这是由于海陆热力差异造成的，弯曲剧烈的地方往往是暖流经过的，弯曲剧烈的地方往往是暖流经过的地方，如：黑潮和墨西哥暖流。的地方，如：黑潮和墨西哥暖流。3、北半球冬季气温最低值出现在高纬度、北半球冬季气温最低值出现在高纬度大陆内部和格陵兰地区，西伯利亚的维尔大陆内部和格陵兰地区，西伯利亚的维尔霍扬斯克霍扬斯克-69.8 C；奥伊米亚康奥伊米亚康-73 C陆陆 海海特点特点1、7月份等温线图从低纬度向两极递减。月份等温线图从低纬度向两极递减。3、近赤道地区有一个

16、高温带，月平均、近赤道地区有一个高温带，月平均温度在冬夏都高于温度在冬夏都高于25C，称为热赤道。称为热赤道。热赤道的位置随太阳直射点的移动而变热赤道的位置随太阳直射点的移动而变化，冬季在化，冬季在510N，夏季在夏季在20N，因因此世界上最热的地方不在赤道，而在此世界上最热的地方不在赤道，而在2030N撒哈拉大沙漠的内部，曾出撒哈拉大沙漠的内部，曾出现现40C以上的高温。以上的高温。2、7月北半球等温线在大陆凸向高纬，海月北半球等温线在大陆凸向高纬，海洋凸向赤道洋凸向赤道二、对流层中气温的垂直分布二、对流层中气温的垂直分布逆温：气温随高度的增加而升高的现象逆温：气温随高度的增加而升高的现象一

17、般情况下，对流层中气温随高度的增加而降低。一般情况下，对流层中气温随高度的增加而降低。逆温逆温辐射逆温辐射逆温平流逆温平流逆温湍流逆温湍流逆温下沉逆温下沉逆温锋面逆温锋面逆温第一第一节 太阳太阳辐射射（一）什么是辐射（一）什么是辐射一、辐射的基本知识一、辐射的基本知识二、太阳辐射二、太阳辐射（三）辐射差额（三）辐射差额（一）太阳辐射光谱和太阳常数（一）太阳辐射光谱和太阳常数（二）太阳辐射在大气中的衰减（二）太阳辐射在大气中的衰减（三）到达地面的太阳辐射（三）到达地面的太阳辐射（四）地面对太阳辐射的反射（四）地面对太阳辐射的反射（二）物体对辐射的吸收、反射和透射（二）物体对辐射的吸收、反射和透射

18、第二节第二节 地面和大气的辐射地面和大气的辐射一、地面和大气的辐射一、地面和大气的辐射1、都是长波辐射、都是长波辐射2、大气对长波辐、大气对长波辐射的吸收射的吸收3、大气逆辐射、大气逆辐射4、大气对地面的、大气对地面的保温作用保温作用二、地面的有效辐射二、地面的有效辐射三、地面的辐射差额（正）三、地面的辐射差额（正）大气的辐射差额（负）大气的辐射差额（负）地地气系统的辐射差额（零）气系统的辐射差额（零）热量平衡热量平衡第三节、大气的第三节、大气的 增温和冷却增温和冷却一、海陆的增温和冷却的差异一、海陆的增温和冷却的差异二、空气的增温二、空气的增温 和冷却和冷却非绝热变化非绝热变化绝热变化绝热变化干绝热变化和干绝热直减率干绝热变化和干绝热直减率湿绝热变化和湿绝热直减率湿绝热变化和湿绝热直减率气温直减率、干、湿直减率气温直减率、干、湿直减率 的比较的比较第四节第四节 大气温度随时间大气温度随时间 的变化的变化日变化日变化 年变化年变化日较差日较差规律规律阴晴阴晴海陆海陆地形地形季节季节纬度纬度年较差年较差规律规律纬度纬度海陆海陆