气象学基础气候系统PPT学习教案.pptx

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1、会计学 1气象学基础(jch)气候系统第一页，共68页。第二章 气候系统n n第一节第一节 气候系统的组成气候系统的组成n n第二节第二节 主要主要(zh(zhyo)yo)的气象要素的气象要素第1页/共68页第二页，共68页。第一节 气候系统的组成(z chn)n n重点：大气圈的组成及垂直重点：大气圈的组成及垂直(chuzh)(chuzh)结结构的变化构的变化第2页/共68页第三页，共68页。空间部分：地球系统和宇宙空间如何交换能量从而(cng r)实现能量平衡大气(dq)部分：气候系统的主体部分下垫面部分：包括(boku)海洋、陆地、冰雪圈、生物圈第3页/共68页第四页，共68页。气候系统

2、定义：包括大气圈、水圈、陆地表面(biomin)、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。太阳辐射是这个系统的能源。第4页/共68页第五页，共68页。第5页/共68页第六页，共68页。一、大气圈概述(i sh)（一）大气(dq)的组成大气是由干洁大气和悬浮(xunf)在其中的液态和固态杂质所组成。干洁大气的 主要成分是 氮、氧和氩，少量的 CO2、O3、各种氮氧化物以及其他的一些惰性气体，是 次要成分。从地面到90公里高度，空气的主要成分是氮、氧、氩、还有微量的惰性气体（氖、氪氙及氦）等之间大致保持固定的比例，基本上不随时间、空间变化，称为 常定成分。其它的

3、一些气体在大气中所占的比例随时间、地点而变，称为 可变成分。第6页/共68页第七页，共68页。第7页/共68页第八页，共68页。n n 在讨论大气组成时，人们经常将所有成分按其浓度分为 在讨论大气组成时，人们经常将所有成分按其浓度分为三类：三类：n n 1 1 主要成分，其浓度在百分之一以上，它们是氮（主要成分，其浓度在百分之一以上，它们是氮（N2 N2）、）、氧 氧(O2)(O2)和氩 和氩(Ar);(Ar);n n 2 2 微量成分，其浓度在 微量成分，其浓度在1ppm 1ppm 1%1%之间，包括二氧化碳 之间，包括二氧化碳CO2)CO2)、甲烷、甲烷(ji wn)(CH4)(ji wn

4、)(CH4)、氦、氦(He)(He)、氖、氖(Ne)(Ne)、氪、氪(Kr)(Kr)等干空气成分和水汽；等干空气成分和水汽；n n 3 3 痕量成分，其浓度在 痕量成分，其浓度在1ppm 1ppm以下，主要有氢 以下，主要有氢(H)(H)、臭氧、臭氧(O3)(O3)、氙、氙(Xe)(Xe)、一氧化二氮、一氧化二氮(N2O)(N2O)、一氧化氮、一氧化氮(NO)(NO)、二氧、二氧化氮 化氮(NO2)(NO2)、氨气、氨气(NH3)(NH3)、二氧化硫、二氧化硫(SO2)(SO2)、一氧化碳、一氧化碳(CO)(CO)等。此外，还有一些人为产生的污染气体，它们的浓度 等。此外，还有一些人为产生的污

5、染气体，它们的浓度多为 多为ppt ppt量级。量级。第8页/共68页第九页，共68页。（二）大气中各种成分(chng fn)的分布和作用1、含量较多的氧气(yngq)、氮气和水汽的作用第9页/共68页第十页，共68页。一切生命所必须，植物和动物都要呼吸，在氧化作用中得到热能以维持生命；决定有机物的燃烧、腐败及分解过程；植物的光合作用过程中要吸收氧气，放出二氧化碳第10页/共68页第十一页，共68页。降低氧气浓度，使氧化作用不过于强烈；豆科植物的根瘤菌可以在常温常压下将氮固定在土壤中，成为植物体不可缺少的原料第11页/共68页第十二页，共68页。来自江、河、湖、海以及潮湿的物体表面的水分蒸发和

6、植物的蒸腾；水汽含量有明显的时空变化，夏季多于冬季，低纬度多于高纬度；在垂直方向(fngxing)上，水汽含量随高度的增加而减少 水汽的作用：天气变化的重要角色，在大气温度变化的范围内，它可以凝结或凝华为水滴或冰晶，成云致雨，落雪降雹，成为淡水的主要来源，水的相变和水分循环不仅把大气圈、海洋、陆地(ld)和生物圈紧密联系在一起，而且对大气运动的能量转换和变化，以及对地面和大气温度都有重要的影响。第12页/共68页第十三页，共68页。（二）大气(dq)中各种成分的作用2、一些微量和痕量气体(qt)的性质与作用大气微量成分和痕量成分的特点：（1）短寿命的成分（除惰性气体）；（2）有化学活性，能够参

7、与大气中的一些化学过程(guchng)，如形成酸雨、光化学烟雾等；（3）大多是温室气体，它们含量的变化会影响地球的辐射平衡，影响全球气候变化。第13页/共68页第十四页，共68页。（1）臭氧(chuyng)O3分布：1050高度(god)的平流层大气中，极大值在2030 高度(god)之间。平流层臭氧的作用：（1）阻挡强紫外辐射到达地面，保护了地球上的生命(shngmng)。（2）臭氧层吸收的太阳紫外辐射能量使平流层大气增温，对平流层的温度场和大气环流起着决定性作用。第14页/共68页第十五页，共68页。第15页/共68页第十六页，共68页。（1）是一种强氧化(ynghu)剂，能促进二氧化(y

8、nghu)硫的氧化(ynghu)及氮氧化(ynghu)物的转化，这些过程是酸雨和光化学烟雾的主要成因之一；对流层内的臭氧是一种(y zhn)大气污染物（2）在红外波段的9.6微米附近有一个(y)很强的吸收带，因此它也是使底层大气增温的重要的温室气体；（3）地表附近的臭氧是一种重要的温室气体，其浓度增加会直接危害生态环境。第16页/共68页第十七页，共68页。臭氧的空间(kngjin)分布第17页/共68页第十八页，共68页。（2）二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等温室(wnsh)气体温室气体，对太阳辐射吸收很少，但却能强烈吸收地面放射的长波辐射，同时又向周围空气(kngq)和地面放射长波辐射，所以有

9、使地面和空气(kngq)增温的效应第18页/共68页第十九页，共68页。全球(qunqi)碳循环第19页/共68页第二十页，共68页。第20页/共68页第二十一页，共68页。（二）大气(dq)中各种成分的作用3、气溶胶的作用(zuyng)大气中悬浮的各种固体微粒和液体(yt)粒子，统称为气溶胶。固体杂质能成为水汽凝结的核心，对云、雾形成起重要作用气溶胶粒子影响能见度，减弱太阳辐射和地面辐射，对地面和空气温度有一定影响第21页/共68页第二十二页，共68页。（三）大气(dq)的结构第22页/共68页第二十三页，共68页。第23页/共68页第二十四页，共68页。大气的总质量(zhling)为5.3

10、1015t，其中有50集中在离地5.5以下的气层内，在离地361000余公里的大气层只占大气总质量(zhling)的1 大气(dq)上界划分的着眼点：大气的物理上界：根据大气中才有的，在宇宙空间没有(mi yu)的物理现象确定的大气上界，为1200 着眼于大气密度：接近于星际空间的气体密度的高度作为大气上界1、大气的质量和上界第24页/共68页第二十五页，共68页。垂直温度梯度：垂直温度梯度又称为(chn wi)气温垂直递减率，简称气温直减率，它表示在垂直方向上每变化100米高度，气温的变化值，并以气温随高度的升高而降低为正值，通常以 表示，即。2、大气(dq)的垂直结构 表示气温随高度的升高

11、而降低；表示气温随温度的升高而升高，这种气层称为逆温层；表示气温随高度不产生变化，这种气层称为等温层。第25页/共68页第二十六页，共68页。根据温度、成分(chng fn)、电荷等物理性质，同时考虑大气的垂直运动状况，将大气分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层五层。垂直(chuzh)分层彩图第26页/共68页第二十七页，共68页。1）对流层（troposphere）大气(dq)垂直结构对流层是靠近地面(dmin)的大气最底层。对流层顶高度(god)平均高度：在高纬度地区为89，在中纬度地区为1012，在低纬度地区为1718 主要的天气现象对流层里集中了大气质量的3/4和几乎全部水汽再加上

12、有强烈的垂直运动，因此主要的天气现象和过程如寒潮、台风、雷雨、闪电等都发生在这一层。第27页/共68页第二十八页，共68页。对流层的三个基本特征：（1）大气温度随高度(god)而降低A B C低高低低高 高低层大气中，以太阳辐射加热地面后引起的对流、湍流交换作用(zuyng)以及地面的红外辐射为主，地面是主要热源。第28页/共68页第二十九页，共68页。（2）大气的垂直混合作用强，空气具有强烈(qin li)的对流和湍流运动 A B C低高低低高 高（3）气象要素（指温度、气压、湿度、风向、风速、辐射等）的水平分布(fnb)不均匀对流层的三个基本特征：第29页/共68页第三十页，共68页。2、

13、平流层（stratosphere）平流层的主要特征：（1）气温随高度的上升(shngshng)而升高（2）空气以水平运动为主（3）水汽含量极少，大多数时间天气晴好 第30页/共68页第三十一页，共68页。3、中间层(meosophere)特征：气温对高度(god)的增加迅速降低，气流有强烈的垂直运动，故又称为高空对流层。其顶部的气温可降至11383。第31页/共68页第三十二页，共68页。4、热层（thermosphere）特征(tzhng)：（1）气温随高度的增加迅速升高。（2）空气处于高度电离状态。第32页/共68页第三十三页，共68页。五 颜 六 色(w yn li s)的极光第33页/

14、共68页第三十四页，共68页。5）散逸(sn y)层（exosphere）大气的最高层，温度随高度很少变化；大气粒子经常散逸到宇宙空间(yzhu kngjin)，是大气圈与星际空间的过渡地带。第34页/共68页第三十五页，共68页。第二节 主要(zhyo)的气象要素第35页/共68页第三十六页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素表示(biosh)大气中物理现象和物理变化过程的物理量，统称为气象要素。包括气温、气压、湿度、风向、风速、能见度、降水量、云量、日照时数 等。一、气象要素(q xin yo s)的定义第36页/共68页第三十七页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)

15、的气象要素二、气温(qwn)气温是表示空气冷热程度的物理量。气象观测中规定以距离地面(dmin)1.5米高度处的空气温度作为衡量各地气温的标准。气象工作中所用的温标 有摄氏温标（）、华氏温标（）、绝对温标T（开）三种。第37页/共68页第三十八页，共68页。普通(ptng)干湿球温度表最低温度表最高温度表第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素第38页/共68页第三十九页，共68页。三种(sn zhn)温标之间的换算关系：t、t、T 分 别(fnbi)为 摄 氏 温 度、华 氏 温 度及绝对温度的数值。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素二、气温第39页/共68页第四十页，共68页。三、气

16、压(qy)第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素 气压就是大气压强，它指的是与大气相接触的面上(min shn)，空气分子作用在每单位面积上的力，在气象上，气压通常用观测高度到大气上界（或说顶部）单位横截面积上垂直空气柱所受的重力来表示。第40页/共68页第四十一页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素三、气压(qy)标准大气压：一般将纬度45的海平面上，温度为0 时，760毫米水银柱高（mmHg）所具有(jyu)的压强为一个标准大气压，为1013.25百帕。第41页/共68页第四十二页，共68页。动槽式水银(shuyn)气压表定槽式水银(shuyn)气压表第二章第二节 主要(

17、zhyo)的气象要素第42页/共68页第四十三页，共68页。n n 百帕、毫巴、水银柱高度、标准大气压都是气压的单位(dnwi)n n 1毫巴=1百帕=3/4毫米水银柱。一个标准大气压为1013.25百帕。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素三、气压(qy)第43页/共68页第四十四页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素四、大气(dq)湿度第44页/共68页第四十五页，共68页。湿度是表示大气中水汽含量多少的物理量。湿度是表示大气中水汽含量多少的物理量。1 1、水汽压和饱和水汽压、水汽压和饱和水汽压大气中的水汽所产生的那部分压力 大气中的水汽所产生的那部分压力(yl)(yl

18、)称为水汽压（称为水汽压（e e），其单位为），其单位为百帕（百帕（hPa hPa）。）。饱和空气的水汽压（饱和空气的水汽压（E E），称为饱和水汽压，也叫最大水汽压），称为饱和水汽压，也叫最大水汽压。它是。它是温度的指数函数。温度的指数函数。对于(duy)平水面，a=7.5，b=237.3对于(duy)平冰面，a=9.5，b=265.5第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素四、大气湿度第45页/共68页第四十六页，共68页。四、大气(dq)湿度第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素2、绝对湿度（a）绝对湿度是单位(dnwi)体积湿空气中含有的水汽质量，单位(dnwi)为/m3。3、比湿q

19、在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）的比值，称为比湿。其单位(dnwi)是g/g或g/。比湿、大气压和水汽压之间具有如下的关系：第46页/共68页第四十七页，共68页。四、大气(dq)湿度第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素4、混合比（r）水汽质量与同一容积中干空气质量(kn q zh lin)的比值，单位为g/g或g/。第47页/共68页第四十八页，共68页。四、大气(dq)湿度第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素5、相对湿度相对湿度指的是空气中的实际(shj)水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值（用百分数表示），即第48页/共68页第四十九页，共68页

20、。四、大气(dq)湿度第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素6、饱和差（d）在某一温度下，饱和水汽压与实际水汽压之差称为饱和差。7、露点温度（Td）在空气中水汽含量和气压不变的情况下，当气温降低到使空气达到饱和时的那个(n ge)温度称为露点温度。如果湿空气是对于冰面饱和，则此温度成为霜点温度（Tf）第49页/共68页第五十页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素五、降水(jingshu)降水是指从天空降落到地面的液态或固态水，包括各种强度的雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰，冰粒和冰雹等。降水的多少用降水量表示，降水量是指降水落到地面以后（固态的降水则需经融化后），未经蒸发(zhng

21、f)、渗透、流失而在水平面上积聚的深度，以毫米为单位。第50页/共68页第五十一页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素六、风 空气的水平运动称为风。风的观测包括(boku)风向和风速。风向指风的来向，风速指单位时间内空气在水平方向上移动的距离，以米/秒，公里/小时，或海里/小时为单位。第51页/共68页第五十二页，共68页。风向(fngxing)方位图第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素第52页/共68页第五十三页，共68页。蒲福风级(fngj)表 第53页/共68页第五十四页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素七、云 云是悬浮在大气中的小水滴、冰晶微粒(w

22、il)或两者的混合物的可见聚合群体，底部不接触地面（如果接触地面则称为雾），并有一定的厚度。云的观测包括云量、云状和云高。云量是指云遮蔽天空视野的成数。云高是指云底距离地面得垂直距离。第54页/共68页第五十五页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素第55页/共68页第五十六页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素八、蒸发(zhngf)气象学中把液态水变为水汽称为(chn wi)蒸发。在一定时段内，水分经蒸发而逸入空气中的量，称为(chn wi)蒸发量，用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示。蒸发量的测定用小型蒸发皿和E601型蒸发器进行测定。第56页/共68页第五十七页，

23、共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素九、水平(shupng)能见度 能见度是指视力正常的人在当时天气(tinq)条件下，能够从天空背景中看到和分辨出目标物的最大水平距离。单位用千米或米表示。第57页/共68页第五十八页，共68页。第二章第二节 主要(zhyo)的气象要素十、日照(rzho)可照时数，从日出到日落的总时数，称为可照时数。日照时数：每天太阳直射光线(gungxin)实际照射地面的时数。日照时数与可照时数的比值，称为日照百分率。第58页/共68页第五十九页，共68页。复习思考题1、地球大气由哪些成分组成？臭氧、二氧化碳、水汽和尘埃各有什么作用？2、大气垂直分层的主要依据

24、是什么？共分为哪几层？3、对流层的主要特征是什么？为什么说对流层是大气科学研究的重点层次？4、了解各种(zhn)气象要素的意义及其单位。5、名词解释：干洁空气、气温直减率、露点、相对湿度、水汽压、标准大气压第59页/共68页第六十页，共68页。返回(fnhu)第60页/共68页第六十一页，共68页。返回(fnhu)第61页/共68页第六十二页，共68页。返回(fnhu)第62页/共68页第六十三页，共68页。返回(fnhu)台风(tifng)中心第63页/共68页第六十四页，共68页。返回(fnhu)台风(tifng)中心第64页/共68页第六十五页，共68页。台风(tifng)第65页/共68页第六十六页，共68页。龙卷(ln jun)和气旋第66页/共68页第六十七页，共68页。闪电(shndin)返回(fnhu)第67页/共68页第六十八页，共68页。