1.3大气物理性状解析.ppt

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1、n在气象学上，大气的物理性状主要以在气象学上，大气的物理性状主要以 气象要素气象要素和和空气状态方程空气状态方程来表征。来表征。n第三节第三节 大气物理性质大气物理性质 一、大气质量一、大气质量 二、气象要素二、气象要素 三、气体状态方程三、气体状态方程第三节第三节 大气的物理性质大气的物理性质一、大气的质量一、大气的质量一、大气的质量一、大气的质量 假定大气是均质的，以气温假定大气是均质的，以气温假定大气是均质的，以气温假定大气是均质的，以气温0000时、时、时、时、45N45N45N45N（或或或或45S45S45S45S）处、海平面上的大气密度处、海平面上的大气密度处、海平面上的大气密度

2、处、海平面上的大气密度0 0 0 0为标准（为标准（为标准（为标准（0 0 0 0 =1.293kg.m=1.293kg.m=1.293kg.m=1.293kg.m-3-3-3-3），），），），则此时大气厚度（则此时大气厚度（则此时大气厚度（则此时大气厚度（Z Z Z Z0 0 0 0）经理论计算约经理论计算约经理论计算约经理论计算约为为为为8,000m8,000m8,000m8,000m。于是于是于是于是单位截面积单位截面积单位截面积单位截面积的大气柱中空气的质量为：的大气柱中空气的质量为：的大气柱中空气的质量为：的大气柱中空气的质量为：m m m m0 0 0 0=0 0 0 0ZZZZ

3、o o o o=1.2938000=10344kg.m=1.2938000=10344kg.m=1.2938000=10344kg.m=1.2938000=10344kg.m-2 2 2 2 假定条件下的大气质量：假定条件下的大气质量：假定条件下的大气质量：假定条件下的大气质量：据此推算，地球表面大气的总质量大约有据此推算，地球表面大气的总质量大约有据此推算，地球表面大气的总质量大约有据此推算，地球表面大气的总质量大约有51051051051015151515t t t t。n地球大气圈气体的总质量约为5.1361021克，相当于地球总质量的百万分之0.86。大气压强p是恒量，约1.0105P

4、a。大气压强可认为是大气的重量产生的，1m2地面所受的大气压力大小即为其上气柱的重力，约1.0105N，由G=mg可得其质量m=G/g=1.0104kg。地球的表面积S=4R2，大气层的总质量M=mS=4R2m=43.14(6.4106)21.0104kg51018kg。z z z z为为为为Z Z Z Z高度处的大气密度；高度处的大气密度；高度处的大气密度；高度处的大气密度；0 0 0 0为标准状态下的大气密度；为标准状态下的大气密度；为标准状态下的大气密度；为标准状态下的大气密度；Z Z Z Z0 0 0 0为均质大气的高度，为均质大气的高度，为均质大气的高度，为均质大气的高度，Z Z Z

5、 Z为对应于要计算为对应于要计算为对应于要计算为对应于要计算z z z z的高度。的高度。的高度。的高度。大气密度的计算公式：大气密度的计算公式：大气密度的计算公式：大气密度的计算公式：（2-12-12-12-1）n第三节第三节 大气物理性质大气物理性质 一、大气质量一、大气质量 二、气象要素二、气象要素 三、气体状态方程三、气体状态方程主要气象要素：主要气象要素：n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。是指表示大气属性和大气现象的物理量。按观测手段的不同，分两大类：按观测手段的不同，分两大类：n目测目测：主要靠目力和分析判断，定性或半定量地主要靠目力和分析判断，定性或半定量地测

6、定。如：云、能见度、天气现象（雨、雪、冰测定。如：云、能见度、天气现象（雨、雪、冰雹、雾等）雹、雾等）n器测器测：利用仪表定量地测定。如：温度、湿度、：利用仪表定量地测定。如：温度、湿度、气压气压n气象要素，特别是其中的若干器测项目，是气候气象要素，特别是其中的若干器测项目，是气候学研究的基础。学研究的基础。二、气象要素二、气象要素二、气象要素二、气象要素 定义：定义：定义：定义：表示大气状态和特征的物理量和物理现象。表示大气状态和特征的物理量和物理现象。表示大气状态和特征的物理量和物理现象。表示大气状态和特征的物理量和物理现象。内容：内容：内容：内容：日射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸

7、日射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸日射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸日射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸发、能见度发、能见度发、能见度发、能见度和和和和天气现象天气现象天气现象天气现象等。等。等。等。天气现象：天气现象：天气现象：天气现象：在大气中或地面上产生的在大气中或地面上产生的在大气中或地面上产生的在大气中或地面上产生的降水、水汽凝结物降水、水汽凝结物降水、水汽凝结物降水、水汽凝结物（云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电的现象，（云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电的现象，（云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电的现象，（云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电的现象，也包括一

8、些也包括一些也包括一些也包括一些风的特征风的特征风的特征风的特征。大风、飑大风、飑大风、飑大风、飑 常见天气现象：常见天气现象：常见天气现象：常见天气现象：雨、阵雨、毛毛雨雨、阵雨、毛毛雨雨、阵雨、毛毛雨雨、阵雨、毛毛雨 雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、米雪、冰粒、雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、米雪、冰粒、雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、米雪、冰粒、雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、米雪、冰粒、冰雹、冰针冰雹、冰针冰雹、冰针冰雹、冰针 雾、轻雾、露、霜、雨淞、雾淞雾、轻雾、露、霜、雨淞、雾淞雾、轻雾、露、霜、雨淞、雾淞雾、轻雾、露、霜、雨淞、雾淞 吹雪、雪暴、龙卷、积雪、结冰吹雪、雪暴

9、、龙卷、积雪、结冰吹雪、雪暴、龙卷、积雪、结冰吹雪、雪暴、龙卷、积雪、结冰 沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、霾、尘卷风沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、霾、尘卷风沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、霾、尘卷风沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、霾、尘卷风 雷暴、闪电、极光雷暴、闪电、极光雷暴、闪电、极光雷暴、闪电、极光二、气象要素：（一）二、气象要素：（一）气压气压n1、定义：单位面积上受到的整个空气柱、定义：单位面积上受到的整个空气柱的质量，即空气的压力。的质量，即空气的压力。n 实质：气压的大小决定于整个空气柱的实质：气压的大小决定于整个空气柱的质量多少。质量多少。n大气压强存在事例：大气压强存在事例：n实验一：马德堡半球

10、实验实验一：马德堡半球实验n实验二：实验二：“瓶吞蛋瓶吞蛋”实验。实验。n实验三：实验三：“覆杯实验覆杯实验”n三个试验说明：三个试验说明：n大气存在压强大气存在压强“瓶吞蛋瓶吞蛋”表明大气竖直向下表明大气竖直向下有压强，有压强，“覆杯实验覆杯实验”表明大气向上有压强。表明大气向上有压强。n大气向各个方向都有压强。大气向各个方向都有压强。n2 2、大气压强的大小、大气压强的大小 ：n托里拆利实验：托里拆利实验：托托里里拆拆利利实实验验：2 2、大气压强的大小、大气压强的大小 ：由于由于P气气=P水水=水水gh水水，而，而水太小，需水太小，需h水很大，玻水很大，玻璃管的长度有限，改用增璃管的长度

11、有限，改用增大大液，减小液，减小h液的方法，液的方法，取取液很大的液体液很大的液体水水银来测大气压的大小。银来测大气压的大小。伽利略的学生托里拆利伽利略的学生托里拆利1644年年 1662年年,往往A处灌汞，处灌汞，B处有何变化？处有何变化？ABn3、影响气压因素、影响气压因素n（1）湿度与大气压强）湿度与大气压强 湿度越大大气压强越大湿度越大大气压强越大 吗？吗？n湿衣服湿衣服 干衣服干衣服n湿空气湿空气 干空气干空气n大气压随空气湿度的增大而减小大气压随空气湿度的增大而减小 -1mol干空气，1mol湿空气n（2）温度与压强：温度越高大气压强越）温度与压强：温度越高大气压强越大大 吗？吗？

12、n当我们给盛有空气的当我们给盛有空气的 密闭容器密闭容器 加热的加热的时候，则其压强当然也会增大时候，则其压强当然也会增大n而对大气来说情况就不同了而对大气来说情况就不同了n（3）为什么海拔越高。气压越低呢？）为什么海拔越高。气压越低呢？n影响气压的因素：海拔、空气湿度、温影响气压的因素：海拔、空气湿度、温度、大气的运动状态等因素。度、大气的运动状态等因素。ABC1000hPa650hPa500hPa0km4km5km5.5km温度相同温度相同ABC1000hPa650hPa500hPa0km4km5km5.5kmA：变冷；变冷；B:温度不变；温度不变；C:变暖变暖4、气压的单位、气压的单位：

13、n（1）毫米）毫米(mm)：是用水银柱高度来是用水银柱高度来表示气压高低的单表示气压高低的单位。例如，气压为位。例如，气压为760mm，表示当时，表示当时的大气压强与的大气压强与760mm高的水银柱高的水银柱所产生的压强相等。所产生的压强相等。n4 4、气压单位、气压单位：n（1）毫米）毫米(mm)n（2）毫巴）毫巴(mb)：用单位面积上所受水银柱压用单位面积上所受水银柱压力大小来表示气压高低的单位。（物理学中的力大小来表示气压高低的单位。（物理学中的单位）单位）n（3）hpan（2 2）毫巴）毫巴(mbmb)：n物理学上，压强的单位是用物理学上，压强的单位是用“巴巴”表示的：每一平方表示的：

14、每一平方厘米面积上受到一达因的力，称为一巴。厘米面积上受到一达因的力，称为一巴。n 在气象上，嫌这个单位太小，取在气象上，嫌这个单位太小，取1,000,000达因达因/平方平方厘米为厘米为1巴，以巴的千分之一作为气压的单位，称为巴，以巴的千分之一作为气压的单位，称为1毫毫巴。即：巴。即：1巴巴=1000毫巴（毫巴（mb）1毫巴毫巴=1000达因达因/厘米厘米2nn因此，1毫巴表示在1平方厘米面积上受到1000达因的力。例如，气压为1000mb，表示当时大气柱在每平方厘米面积上的力有1,000,000达因(1百万)。nn毫米与毫巴可以相互换算毫米与毫巴可以相互换算：n根据压强与水银柱高度的关系式

15、：nP(压强压强)=h(水银柱高度水银柱高度)d(水银在水银在0时的密度时的密度)n气压为水银柱高度1毫米=0.1厘米13.596克重/厘米3=1.3596克重/厘米2nn在纬度45的海平面上,1克重=980.6达因n故:1毫米毫米=1.3596980.6=1333.22达因达因/厘米厘米2=1.33322毫巴毫巴=4/3毫巴毫巴n根据这个关系,气压为760毫米时相当于1013.25毫巴，这个气压值称为一个标准大气压。n7601.333221013.25毫巴或毫巴或hpahpan4 4、气压单位、气压单位：n（3）hpan百帕即为100个“帕”（国际代号Pa），与以前用的“毫巴”完全等值。帕的

16、全称为“帕斯卡”。帕斯卡（BlaisePascal,1623-1662）是17世纪法国著名的数学家、物理学家，流体力学的创始人，同时还是哲学家、散文家。他提出的密闭流体能传递压强的定律被命名为“帕斯卡定律”。为了纪念这位对物理学、流体力学有突出贡献的科学家，1973年国际标准组织决定，用帕斯卡的名字来命名国际标准气压的单位。5 5、标准大气压、标准大气压：n n大气是均质的，以气温大气是均质的，以气温0时、时、45N（或（或45S）处、所测得的水银柱高度为）处、所测得的水银柱高度为760MM的大气压强，为一个标准大气压，的大气压强，为一个标准大气压，即即1013.25mb 或或 hpan二、气

17、象要素二、气象要素n（一）气压（一）气压n1、气压定义、气压定义n2、压强的大小、压强的大小n3、影响气压因素、影响气压因素n4、气压单位、气压单位n5、标准大气压、标准大气压n第三节第三节 大气物理性质大气物理性质 一、大气质量一、大气质量 二、气象要素二、气象要素 三、气体状态方程三、气体状态方程气压气压气温气温风风湿度湿度能见度能见度云云n二、气象要素二、气象要素-(-(二二)气温气温n定义：大气的冷热程度的物理量定义：大气的冷热程度的物理量n大气温度以百叶箱中的干湿温度计的读大气温度以百叶箱中的干湿温度计的读数为标准。数为标准。大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表，大气中的温度一般

18、以百叶箱中干球温度为代表，距地面距地面1.5m1.5m高处高处n气温的单位：摄氏温标气温的单位：摄氏温标n我国规定我国规定:以气压为以气压为1013.25时纯水的冰点时纯水的冰点为为00C，沸点温度为，沸点温度为1000C，其间等分，其间等分100等份，每一份等份，每一份 为为10C。气温的单位气温的单位n（1 1）摄氏度温标（）摄氏度温标（o oC C）n（2 2）绝对温标（）绝对温标（K K）：）：开尔文、开开尔文、开n一度的间隔与摄氏度相一度的间隔与摄氏度相同，但其零度称为同，但其零度称为“绝绝对零度对零度”（任何物质系（任何物质系统达此温度时，能量变统达此温度时，能量变为最小），为为最

19、小），为-273.15-273.15 o oC CnT=t+273.15t+273T=t+273.15t+273n理论计算中常用理论计算中常用n（3 3）华氏温标（）华氏温标（o oF F）n目前某些说英语的国家目前某些说英语的国家有人使用有人使用n一个大气压下，水的冰一个大气压下，水的冰点点32 oF，沸点沸点212 oF，其间分成其间分成180等分等分ntF=9/5 t+32nt=5/9（tF-32）n世界温度极值：世界温度极值：n1936年在索马里测得年在索马里测得63.0oCn1967年挪威在南极极点附近记录到年挪威在南极极点附近记录到-94.5oC 相差近相差近160oCn我国极值：

20、我国极值：n1965年年7月新疆吐鲁番民航机场月新疆吐鲁番民航机场 48.9oCn1969年年2月月13日黑龙江漠河日黑龙江漠河 52.3oC 相差超过相差超过100oC二、气象要素二、气象要素-（三）空气湿度（三）空气湿度 空气湿度：空气湿度：空气湿度：空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。空气中水汽含量的多少或潮湿程度。空气中水汽含量的多少或潮湿程度。空气中水汽含量的多少或潮湿程度。湿度参量：湿度参量：湿度参量：湿度参量：表征空气中水汽含量的多少和潮湿程表征空气中水汽含量的多少和潮湿程表征空气中水汽含量的多少和潮湿程表征空气中水汽含量的多少和潮湿程 度的物理量。度的物理量。度的物理量。

21、度的物理量。湿度参量湿度参量湿度参量湿度参量水汽压、饱和水汽压水汽压、饱和水汽压水汽压、饱和水汽压水汽压、饱和水汽压相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度露点温度露点温度露点温度露点温度饱和差饱和差饱和差饱和差比湿比湿比湿比湿混合比混合比混合比混合比绝对湿度绝对湿度绝对湿度绝对湿度湿度：表示大气中水汽量多少的物理量。湿度：表示大气中水汽量多少的物理量。大气湿度状况与云、雾、降水等关系密切大气湿度状况与云、雾、降水等关系密切 水汽压水汽压（e）和饱和水汽压和饱和水汽压(E)大气压力是大气中各种气体压力的总和。大气压力是大气中各种气体压力的总和。水水汽汽和和其其他他气气体体一一样样，也也有有压压力力。大

22、大气气中中的的水水汽汽所所产产生生的那部分压力称水汽压。（的那部分压力称水汽压。（e）空气湿度参量空气湿度参量空气湿度参量空气湿度参量 1 1、水汽压水汽压（e e）反映空气中水汽含量的多少反映空气中水汽含量的多少反映空气中水汽含量的多少反映空气中水汽含量的多少水汽含量水汽含量水汽含量水汽含量 水汽压水汽压水汽压水汽压e e e e 定义：定义：定义：定义：空气中水汽的分压强。空气中水汽的分压强。空气中水汽的分压强。空气中水汽的分压强。单位：单位：单位：单位：百帕百帕百帕百帕 (hPahPahPahPa)1 1 1 1百帕百帕百帕百帕(hPahPahPahPa)=100)=100)=100)=

23、100帕斯卡帕斯卡帕斯卡帕斯卡(Pa)(Pa)(Pa)(Pa)饱和空气：饱和空气：饱和水汽压（饱和水汽压（E）：实验和理论都可以证明，饱和水汽压随温度的升高而增实验和理论都可以证明，饱和水汽压随温度的升高而增大。在不同的温度条件下，单位体积空气中的水汽量是大。在不同的温度条件下，单位体积空气中的水汽量是不同的，所以饱和水汽压的数值是不同的。不同的，所以饱和水汽压的数值是不同的。在温度一定情况下，单位体积空气中的水汽量有一定在温度一定情况下，单位体积空气中的水汽量有一定限度。如果水汽含量达到此限度，空气就成饱和状态，限度。如果水汽含量达到此限度，空气就成饱和状态，这时的空气称这时的空气称饱和空气

24、。饱和空气。饱和空气的水汽压称为饱和水汽压（饱和空气的水汽压称为饱和水汽压（E），），也叫最大也叫最大水气压，因为超过这个限度，水气就要凝结。水气压，因为超过这个限度，水气就要凝结。n空气中的水汽含量是有限的，当水汽含量达到极限时，空气中的水汽含量是有限的，当水汽含量达到极限时，此时的空气为饱和空气。饱和空气中水汽所产生的压此时的空气为饱和空气。饱和空气中水汽所产生的压力即为饱和水汽压。水汽压为力即为饱和水汽压。水汽压为En注意：每一个温度对应一个饱和水汽压的值。注意：每一个温度对应一个饱和水汽压的值。n水汽含量没有达到极限的空气称为未饱和湿空水汽含量没有达到极限的空气称为未饱和湿空气，其气，

25、其水汽压为水汽压为e 2 2、饱和水汽压（饱和水汽压（E E）反映空气的最大水汽容纳能力反映空气的最大水汽容纳能力.饱和水汽压取决于温度饱和水汽压取决于温度饱和水汽压取决于温度饱和水汽压取决于温度（马格奴斯半经验公式）马格奴斯半经验公式）马格奴斯半经验公式）马格奴斯半经验公式）定义：定义：定义：定义：饱和湿空气中水汽的分压强。饱和湿空气中水汽的分压强。饱和湿空气中水汽的分压强。饱和湿空气中水汽的分压强。影响因子：影响因子：影响因子：影响因子：E E E EE E E ET T T T 温度温度 T T E E n n根据影响因子讨论水汽凝结根据影响因子讨论水汽凝结n n高空有高空有 过冷却水和

26、过冷却水和 冰冰 共存共存n n高空水汽凝结高空水汽凝结 人工降水原理人工降水原理 3 3、相对湿度、相对湿度（f f）定义：定义：定义：定义：空气的实际水汽压与空气的实际水汽压与空气的实际水汽压与空气的实际水汽压与同温度下同温度下同温度下同温度下的饱和水汽压的百分比值。的饱和水汽压的百分比值。的饱和水汽压的百分比值。的饱和水汽压的百分比值。反映空气的潮湿程度，表示空气距饱和的程度反映空气的潮湿程度，表示空气距饱和的程度反映空气的潮湿程度，表示空气距饱和的程度反映空气的潮湿程度，表示空气距饱和的程度 温度不变，温度不变，温度不变，温度不变，E E E E不变：水汽含量不变：水汽含量不变：水汽含

27、量不变：水汽含量 e e e e f f f f水汽含量不变，水汽含量不变，水汽含量不变，水汽含量不变，e e e e不变：温度不变：温度不变：温度不变：温度 E E E E f f f f问题：一天中什么时候相对湿度最大？4 4 4 4、比湿（、比湿（、比湿（、比湿（q q q q）、）、）、）、混合比（混合比（混合比（混合比（S S S S）、）、）、）、绝对湿度（绝对湿度（绝对湿度（绝对湿度（a a a a）比湿：比湿：比湿：比湿：湿空气中水汽的质量与湿空气总质量湿空气中水汽的质量与湿空气总质量湿空气中水汽的质量与湿空气总质量湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。的比值。的比值。的比值

28、。=0.622e/P=0.622e/P=0.622e/P=0.622e/P n根据状态方程推到根据状态方程推到=0.622e/P=0.622e/P对于某一空气团而言，在它发生膨胀或压缩的时候，于某一空气团而言，在它发生膨胀或压缩的时候，其中水汽质量和总质量并不会发生变化。其中水汽质量和总质量并不会发生变化。也就是说，某团空气的体积发生变化时，它的比湿也就是说，某团空气的体积发生变化时，它的比湿是不变的，这就是是不变的，这就是比湿的保守性。比湿的保守性。由于比湿有这样的特性，因此在讨论空气绝热升降由于比湿有这样的特性，因此在讨论空气绝热升降过程中，通常用比湿来表示该空气团的湿度。过程中，通常用比

29、湿来表示该空气团的湿度。4 4 4 4、比湿（、比湿（、比湿（、比湿（q q q q）、）、）、）、混合比（混合比（混合比（混合比（S S S S）、）、）、）、绝对湿度（绝对湿度（绝对湿度（绝对湿度（a a a a）比湿：比湿：比湿：比湿：湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。=0.622e/P=0.622e/P=0.622e/P=0.622e/P 混合比：混合比：混合比：混合比：湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。

30、湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。m m m m水汽水汽水汽水汽m m m m干空气干空气干空气干空气S S比湿和混合比具有保守性比湿和混合比具有保守性比湿和混合比具有保守性比湿和混合比具有保守性绝对湿度（水汽密度）：绝对湿度（水汽密度）：绝对湿度（水汽密度）：绝对湿度（水汽密度）：单位体积湿空气中水汽的质量。单位体积湿空气中水汽的质量。单位体积湿空气中水汽的质量。单位体积湿空气中水汽的质量。a a a am m m m水汽水汽水汽水汽V V V V 5 5、饱和差饱和差饱和差饱和差（d d ）定义：定义：定义：定义：同一温度下饱和水汽

31、压与实际水汽压之差。同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。d=E-ed=E-e 反映空气的潮湿程度。反映空气的潮湿程度。反映空气的潮湿程度。反映空气的潮湿程度。影响因子：影响因子：影响因子：影响因子：温度不变，温度不变，温度不变，温度不变，E E E E不变：水汽含量不变：水汽含量不变：水汽含量不变：水汽含量 e e e e d d d d水汽含量不变，水汽含量不变，水汽含量不变，水汽含量不变，e e e e不变：温度不变：温度不变：温度不变：温度 E E E E d d d d水汽含量、温度水汽含量、温度水汽含量、温

32、度水汽含量、温度 6 6、露点温度、露点温度、露点温度、露点温度（T Td d ）定义：定义：定义：定义：对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。E E E Ee e e eT T T TT T T TT T T Td d d de e e eE E E E（T,eT,e

33、T,eT,e）反映空气中水汽含量的多少，水汽含量反映空气中水汽含量的多少，水汽含量反映空气中水汽含量的多少，水汽含量反映空气中水汽含量的多少，水汽含量 露点露点露点露点温度温度温度温度T T T Td d d d夏天的露水，冬天的霜，说明什么？夏天的露水，冬天的霜，说明什么？水汽含量多，露点温度就高，水汽含量少，水汽含量多，露点温度就高，水汽含量少，露点温度就低。露点温度就低。所以根据露点温度的高低就可以判断出空所以根据露点温度的高低就可以判断出空气中的水分多少。气中的水分多少。说明夏天的水汽含量多。说明夏天的水汽含量多。n6、露点：、露点：n空气中的水汽含量不变，在一定压力下，空气中的水汽含

34、量不变，在一定压力下，若要使空气达到饱和，若要使空气达到饱和，只有降温只有降温。n降到实际水汽压降到实际水汽压e与饱和水汽压与饱和水汽压E相等，相等，此时的温度称为露点。此时的温度称为露点。n例如：例如：T30，e=31.7mb,E=42.5mbn要把温度降到：要把温度降到：T=25,e=31.7mb,E=31.7mbn湿度总结：湿度总结：n表示空气中水汽含量的湿度有：表示空气中水汽含量的湿度有：n水汽压、绝对湿度、相对湿度、饱和水水汽压、绝对湿度、相对湿度、饱和水汽压、比湿、露点。汽压、比湿、露点。n表示空气距离饱和的程度的湿度有：表示空气距离饱和的程度的湿度有：相对湿度相对湿度f、饱和差、

35、饱和差d和露点和露点Tdn二、气象要素二、气象要素-（四）风：（四）风：n 1、定义：空气的水平运动。、定义：空气的水平运动。n 2、风速：单位时间内走过、风速：单位时间内走过的距离（的距离（m/s）n 3、风向：风的来向。、风向：风的来向。n 4、表示方法：、表示方法：n地面：地面：16方位表示方位表示n高空：高空：360表示表示n风向符号的意义：风向符号的意义：n风杆上的林风杆上的林 横道叫做风尾。风杆上画有风尾的一方，即横道叫做风尾。风杆上画有风尾的一方，即指示风向。指示风向。n第一道风尾为第一道风尾为4米米/秒，即风力为秒，即风力为2级。一个风旗，表示风级。一个风旗，表示风力为力为8级

36、。风尾和风旗均放在风杆的左侧。级。风尾和风旗均放在风杆的左侧。北风八级东南风级12级西南风5级二、气象要素二、气象要素-（五（五 ）云）云指高悬于空中、由水汽凝结（凝华）而指高悬于空中、由水汽凝结（凝华）而指高悬于空中、由水汽凝结（凝华）而指高悬于空中、由水汽凝结（凝华）而成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。云成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。云成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。云成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。云是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到饱和或过饱和发生凝结而

37、成。饱和或过饱和发生凝结而成。饱和或过饱和发生凝结而成。饱和或过饱和发生凝结而成。云的成因：云的成因：云的成因：云的成因：对流运动对流运动对流运动对流运动主要形成积状云；主要形成积状云；主要形成积状云；主要形成积状云；系统性上升运动系统性上升运动系统性上升运动系统性上升运动主要形成层状云；主要形成层状云；主要形成层状云；主要形成层状云；波状运动波状运动波状运动波状运动主要形成波状云；主要形成波状云；主要形成波状云；主要形成波状云；地形作用地形作用地形作用地形作用比较复杂，可以形成各种云。比较复杂，可以形成各种云。比较复杂，可以形成各种云。比较复杂，可以形成各种云。云的分类：按国际分类法，根据云

38、的形成云的分类：按国际分类法，根据云的形成云的分类：按国际分类法，根据云的形成云的分类：按国际分类法，根据云的形成高度，结合云的形态特征、结构、成因，将高度，结合云的形态特征、结构、成因，将高度，结合云的形态特征、结构、成因，将高度，结合云的形态特征、结构、成因，将云分为云分为云分为云分为 3 3 族族族族 10 10 属属属属 29 29 种。种。种。种。卫卫星星云云图图n云量：云量：n云遮蔽天空视野的成数，将地平以上全云遮蔽天空视野的成数，将地平以上全部天空划分为部天空划分为10份，被云所遮蔽的份数。份，被云所遮蔽的份数。n 无无 云：云量为云：云量为0份份n 遮空蔽日：云量为遮空蔽日：云

39、量为10份份n 半半 空空 云：云量为云：云量为5份份n二、气象要素二、气象要素-（六）能见度：（六）能见度：n视力正常的人在当时天气条件下视力正常的人在当时天气条件下，能够，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离。（水平距离。（m,km）n第三节第三节 大气物理性质大气物理性质 一、大气质量一、大气质量 二、气象要素二、气象要素 三、气体状态方程三、气体状态方程气压气压气温气温风风湿度湿度能见度能见度云云n三、气体状态方程：三、气体状态方程：n瓶子能装半瓶水，为什么不能装半瓶空气？瓶子能装半瓶水，为什么不能装半瓶空气？n空气空气分子间距大，引力小，运

40、动自由分子间距大，引力小，运动自由n即：空气比水更有流动性、膨胀性和可压缩即：空气比水更有流动性、膨胀性和可压缩性。性。n三、气体状态方程：三、气体状态方程：n 从物理学的角度，通常用质量、体积、温度和压强来从物理学的角度，通常用质量、体积、温度和压强来表征大气的物理状态，这四个参量之间是相互联系，相表征大气的物理状态，这四个参量之间是相互联系，相互影响、相互制约的。互影响、相互制约的。n 对于一定质量的空气，其体积、温度和压强之间存在对于一定质量的空气，其体积、温度和压强之间存在一定的函数关系，一定的函数关系，n例如，一个小空气块做上升运动时，随着高度的增大，例如，一个小空气块做上升运动时，

41、随着高度的增大，其所受到的环境大气的压力减小，气块的体积发生膨胀，其所受到的环境大气的压力减小，气块的体积发生膨胀，压强减小，同时由于体积膨胀做功，消耗内能，气块的压强减小，同时由于体积膨胀做功，消耗内能，气块的温度降低。温度降低。n三、气体状态方程：三、气体状态方程：n分析这四个参量之间的关系，就可以得到空气状分析这四个参量之间的关系，就可以得到空气状态变化的基本规律，概括这四个参量的变化规律，态变化的基本规律，概括这四个参量的变化规律，就可得到大气的主要物理性质。就可得到大气的主要物理性质。n描述气体质量、体积、温度和压强之间关系的数描述气体质量、体积、温度和压强之间关系的数学表达式称为气

42、体的状态方程。学表达式称为气体的状态方程。n两个简单的实验两个简单的实验-两两个基本的定律：个基本的定律：n1 1、波意耳实验：、波意耳实验：n在温度一定下：在温度一定下：nV与与P成反比成反比nP=K1/VnK1为常数为常数AB2 2、查理氏实验、查理氏实验在气压一定时，在气压一定时，体积的变化决体积的变化决定于温度：定于温度：V=K2T在标准状态下：在标准状态下：1mol的气体，体积等于的气体，体积等于22.4L三、空气状态方程三、空气状态方程反映空气状态的方程，进一步而言，是反映空气反映空气状态的方程，进一步而言，是反映空气在发生变化时各要素之间相互关系的方程。在发生变化时各要素之间相互

43、关系的方程。空气状态常用空气状态常用、V、P、T来表示，来表示，=M/V，对于一定质量的空气而言（对于一定质量的空气而言（M一定），一定），它的它的V、P、T有密切关系，概括有密切关系，概括这这些量的关系，些量的关系，就可以得到空气状就可以得到空气状态变态变化的基本化的基本规规律律状状态态方程。方程。基本公式，推基本公式，推导导1、理想气体的状态方程、理想气体的状态方程大量实验证明，常温常压下，一定质量气体大量实验证明，常温常压下，一定质量气体的的P乘以乘以V，再除以再除以T，其商不变：其商不变：P1V1/T1=P2V2/T2=PnVn/Tn，即即PV/T=常量常量凡严格符合这个方程的气体，称

44、凡严格符合这个方程的气体，称理想气体理想气体。实际上并不存在。在常温常压下，实际上并不存在。在常温常压下，干（洁）干（洁）空气空气和和未饱和的湿空气未饱和的湿空气都十分接近理想气体，都十分接近理想气体，可把它们当作理想气体处理。可把它们当作理想气体处理。下面求出下面求出“常量常量”：讨论讨论一摩尔一摩尔的气体的气体(含有含有6.021023个该气体分子）（个该气体分子）（1mol的的任何气体在标准状态下体积是一样的）。任何气体在标准状态下体积是一样的）。标准状态下：标准状态下：Po=1013.25hpa，To=273K，Vo=22.4升升/摩尔摩尔=22.4L/molPV TPoVo To=R

45、R1.01325105Pa2.2410-4m3/mol 273K=8.31441Pa m3/molK8.31J/molK这个值对这个值对1mol任何气体都适用，叫任何气体都适用，叫普适气体常数普适气体常数。对于质量为对于质量为M克的理想气体克的理想气体设设1mol气体的质量为气体的质量为（分子量）、体（分子量）、体积为积为V1，标标准状准状态态下，下，M克气体的体克气体的体积为积为：V=M/V1=M/R*T/P 或或PV=M/R*T这这是通用的是通用的质质量量为为M克的理想气体的状克的理想气体的状态态方程，又方程，又叫叫门门捷列夫捷列夫克拉珀克拉珀珑珑方程方程。它表明气体在任何状它表明气体在任

46、何状态态下下P、V、T、M四四个量之个量之间间的关系。的关系。在气象学中，常用在气象学中，常用单位体积的空气块单位体积的空气块作为研究对象作为研究对象PV=M R*TP=MVR*TR=R*=MVP=RTR比气体常数比气体常数可见：可见：T一定时，一定时，P与与成正比；成正比；一定一定时时，P与与T成正比。成正比。分子运动论分子运动论：气压大小决定于器壁单位面积上单位时间内受到：气压大小决定于器壁单位面积上单位时间内受到 的碰撞次数及每次碰撞的平均动能大小。的碰撞次数及每次碰撞的平均动能大小。大，分子数量多，碰撞次数多，大，分子数量多，碰撞次数多，P大；大；T高，分子平均高，分子平均动动能大，能

47、大，P大。大。这种形式在气象上应用最广。这种形式在气象上应用最广。2、干空气状态方程、干空气状态方程P=dRdTRd=R*/=8.31/28.97=0.287 J/gK3 3、湿空气状态方程、湿空气状态方程含有水汽的空气称为湿空气。含有水汽的空气称为湿空气。P=RT，P湿空气的湿空气的总压总压强强，湿空气密度湿空气密度R=R*/，湿空气的分子量，因湿空气中水汽含量是湿空气的分子量，因湿空气中水汽含量是变变化化的，所以的，所以是是变变量，量，R也是也是变变量，上式不能直接用。量，上式不能直接用。因为因为P=RT，所以所以=P/RT=w+d=eRwT+P-eRdTRw为水汽的比气体常数为水汽的比气

48、体常数Rw=R*/w=8.31/18=0.4615 J/gKRw与与Rd的换算关系：的换算关系：Rw=R*w=d R*w d=1.608 Rd=e1.608RdT+P-eRdT=PRdT(1-0.378eP)=PRdT(1+0.378e/P)P=RdT(1+0.378e/P)3 3、湿空气状态方程、湿空气状态方程含有水汽的空气称为湿空气。含有水汽的空气称为湿空气。P=RT，P湿空气的湿空气的总压总压强强，湿空气密度湿空气密度R=R*/，湿空气的分子量，因湿空气中水汽含量是湿空气的分子量，因湿空气中水汽含量是变变化化的，所以的，所以是是变变量，量，R也是也是变变量，上式不能直接用。量，上式不能直

49、接用。因为因为P=RT，所以所以=P/RT=w+d=eRwT+P-eRdTRw为水汽的比气体常数为水汽的比气体常数Rw=R*/w=8.31/18=0.4615 J/gKRw与与Rd的换算关系：的换算关系：Rw=R*w=d R*w d=1.608 Rd=e1.608RdT+P-eRdT=PRdT(1-0.378eP)=PRdT(1+0.378e/P)P=RdT(1+0.378e/P)为了让湿空气状态方程的形式与理想为了让湿空气状态方程的形式与理想气体状态方程一致，引进一个假想的气体状态方程一致，引进一个假想的温度温度虚温虚温（Tv）Tv=T(1+0.378e/P)P=RdTv干、湿空气状态方程中都是干、湿空气状态方程中都是Rd，可简可简记作记作R P=RT P=RTv