气象学与气候学复习资料1气候系统的概念：气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在的，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。气候系统的五大子系统： 大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈2大气的结构：大气结构是指大气在垂直方向上的分层和水平方向上气象要素分布的不均匀性。3对流层：对流层是大气的最下层，它的下界为地面，集中3/4大气，90%水汽，日常所见的大气现象均发生在此层，也是对人类生活、产生最有影响的层次。 （2）对流层特点气温随着高度而降低 空气具有强烈的对流、乱流运动 气象要素水平分布不均匀：在对流层，按气流和天气现象分布特点又可分为三层。下层：又称摩擦层或扰动层。它的围自地面到2km高度。下层受地面强烈影响摩擦作用、湍流交换十分明显，各气象要素具有明显的日变化。由于本层的水汽、尘粒含量多，因而低云、雾、霾、浮尘等出现频繁。 中层：从摩擦层顶到6km左右高度。这一层受地表影响较小，气流的状况基本上可以表征整个对流层空气运动的趋势。大气中的云和降水现象大都产生在这一层。上层：从6km高度到对流层顶。由于这一层离地面更远，受地表影响更小，水汽含量极少，气温常在0以下，各种云多由冰晶和过冷水滴组成。在中、低纬度地区上层，常有风速30m/s的强风带出现。此外，在对流层和平流层之间有一个厚度为数百米至1-2km的过渡层，称为对流层顶。此层主要特征是：气温随高度增加变化很小，甚至无变化。这种温度的垂直分布抑制了对流作用的发展，上升的水汽、尘粒多聚集其下，能见度变坏。对流层顶的温度在低纬度地区平均为-83，在高纬度地区约为-53。 思考题（供参考） 一、基本概念：气象学 气候学 气候系统 气象要素 饱和水气压 相对湿度 露点 一个大气压 能见度二、基本问题：1、举例说明气象学与气候学和自然地理其它分支科学之间的关系2、大气上界的划分方法3、对流层的主要特征4、各种湿度表示法的意义5、地面、高空和地面天气图上风的表示方法 第二章一、地面、大气的辐射和地面有效辐射(一)地面和大气辐射 1. 辐射能量： Eg= T4 （Ea= T4 ) 式中：Eg为地表面的辐射能量;为地表面的相对辐射率。 如地面温度为15，以=0.9，则可算得： Eg0.95.6710-8（288）4 346.7W/地面辐射：宇宙中的任何物质，只要它的温度高于绝对零度时都能放射能量，地面吸收太阳辐射后（45%-反射掉）转变为热能后，使地面增温，然后日夜不停的向外放射辐射，这就是地面辐射。大气辐射：大气对太阳辐射的吸收很少（24%）但能强烈的吸收地面的辐射，大气主要靠吸收地面辐射后升温，它也日夜不停的向外放出辐射，叫大气辐射2、地面辐射与大气辐射的共同特点：根据斯蒂芬波尔兹曼定律物体温度越高放射辐射的能力越强所以太阳辐射的能力远远高于地面和大气，白天高于夜晚，也可以通过公式具体计算出大气、地面在一定温度下的辐射能量。根据维恩定律可以计算出大气、地面在自然温度幅度的波长围根据计算地面和大气的辐射波长围大概在3120微米属于红外辐射其辐射能最大的波段集中在1015微米。所以将地面大气的辐射称为长波辐射。而将太阳辐射称为短波辐射。地面有效辐射的变化规律： 日变化：中午前后达到最大值以后逐渐变小，到早晨达到最小年变化：夏季大，冬季小，但由于水汽和云的影响，最大值出现在春季。 3空气的增热和冷却: 空气的冷热程度只是一种现象，它实质上是空气能大小的表现。空气能变化有两种情况：一是由于空气与外界有热量交换而引起的，称为非绝热变化；二是由于外界压力的变化使空气膨胀或压缩而引起的，空气与外界没有热量交换，称为绝热变化。 气温的非绝热变化（几种与外界传递热量的方式）（ 1.）传导：就是依靠分子的热运动将热能从一个分子传递给另一分子，而分子本身并没有因此发生位置的变化 。空气与地面之间，空气团与空气团之间，当有温度差异时，就会因为传导作用而交换热量。（2）.辐射：物体之间不停地以辐射方式交换着热量。大气主要依靠吸收地面的长波辐射而增热，同时，地面也吸收大气放出的长波辐射，这样它们之间就通过长波辐射的方式不停地交换着热量。空气团之间，也可以通过长波辐射而交换热量。 （3）.对流：当暖而轻的空气上升时，周围冷而重的空气便下降来补充，这种升降运动，称为对流。通过对流、上下层空气互相混合，热量也就随之得到交换。使低层的热量传递到较高的层次，这是对流层中的热量交换的重要方式。 （4）.湍流：空气的不规则运动称为湍流，又称乱流。湍流是空气层相互之间发生摩擦或空气流过粗糙不平的地面时产生的。有湍流时，相邻空气团之间发生混合，热量也就得到了交换。湍流是摩擦层中热量交换的重要方式。（5）.蒸发(升华)和凝结(凝华)：水在蒸发(或冰在升华)时要吸收热量；相反，水汽在凝结(或凝华)时，又会放出潜热。如果蒸发(升华)的水汽，不是在原处凝结(凝华)，而是被带到别处去凝结(凝华)，就会使热量得到传送。例如，从地面蒸发的水汽，在空中发生凝结时，就把地面的热量传给了空气。因此，通过蒸发(升华)和凝结(凝华)，也能使地面和大气之间，空气团与空气团之间发生潜热交换。由于大气中的水汽主要集中在5公里以下的气层中，所以这种热量交换主要在对流层下半层起作用。 4干绝热和湿绝热直减率。当一团干空气或未饱和的湿空气与外界没有任何热量交换做升降运动，且气块没有任何水相变化时的温度变化过程叫干绝热变化。干绝热直减率（d ）-干空气或未饱和的湿空气，气块绝热上升（或下沉）单位距离时温度降低（或升高）的数值。公式：d =1C/100m 1/100m异同干绝热直减率气温直减率原因：（1）气温直减率是大气温度随着距离地面越来越远得到的热量越来越少。 （2）热直减率是干空气在绝热上升或绝热下降运动过程中由于做功气块本身的温度变化2、湿绝热变化及湿绝热直减率湿绝热变化过程：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 (1)气团中的干空气上升体积膨胀降温，也是每上升100米温度降低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d 。这整个过程就是大气温度的湿绝热变化。湿绝热直减率（m）：饱和湿空气块上升单位距离使温度降低的数值。 （下沉升高） m1C 是一个变数（3）湿绝热直减率是一个变数，它的大小是气压和温度的函数在体积、气压相等的情况下，温度高的饱和空气含水量大，降低同样的温度，要比温度低的饱和空气凝结出更多的水分，意味着放出更多的热量来。例如: 20C19C 饱和空气凝结出1克水/立方米 0C -1C 饱和空气凝结出0.33克水/立方米高温 凝结水多 放热多（T 大）m=1C- T m小低温 凝结水少 放热少（T 小）m=1C- T m大结论：当两块饱和空气气压相同，容积相等而气温不同时，气温高的m小，温度变化不大。气温低的m大，温度变化较大。T(干）T(湿）100m0 3、干湿绝热线的比较： 1）干绝热直减率d近似于常数，故是一直线。（2） m是一个变量，所以是一个曲线。 湿绝热直减率曲线始终在干绝热线的右方。mT（干） m不是恒定的，因而不是一个直线，而且是一条下陡上缓的曲线。因为大气层下层温度高，m小，随高度上升温度下降慢；大气层上部温度低，m大，随着高度上升温度下降快。（3）到了高层，两条线近于平行。 温度越降越低，水汽凝结越来越多，空气团中的水汽含量越来越少，当水汽为零时，饱和空气也就变为干空气，则m= d ，从而使两条线近于平行。三、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，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。判定大气稳定度的基本方法：（1）越小越稳定，越大越不稳定。 =0 随高度升高温度不变是同温层。 0时随高度的升高温度反而增加叫逆温层，稳定到了对流不能进行的程度，也叫阻挡层。（2）当 m时，就肯定 d时就肯定 d m，无论干空气还是饱和空气，大气总是处于不稳定状态，叫绝对不稳定。（3） m d，对于作垂直运动的饱和空气来讲，层结是不稳定的，对于作垂直运动的不饱和空气来讲，层结是稳定的，例题：一温度为 12 c 的未饱和气块在 = 0.9 c /100m 的气层中作向上运动，其温度按干绝热直减率变化，问气块上升 300m 后的温度是多少，这时它周围空气的温度呢，并说明此气块的运动趋势，这时的气层的稳定情况如何？ 2最高温为什么在14点左右？ 答:这是因为大气的热量主要来源于地面。一方面又向大气输送热量而失热。若净热量，则温度升高。若净失热量，则温度降低。这就是说地温的高低并不直接决定于地面当时吸收太阳辐射的多少，而决定于地面储存热量热量的多少. 书后的思考题（供参考） 光见一、基本概念可谱 长波辐射 短波辐射 黑体 太阳常数 蕾利（分子）散射 米散射（漫射） 1个大气质量 大气之窗 大气逆辐射 地面以及地气系统辐射差额 干（湿）绝热直减率 大气稳定度 气温年较差 逆温（各种逆温类型） 二、基本问题1、什么是地面总辐射，与大气上界的太阳辐射相比有什么变化？2、太阳辐射在大气中的减弱方式与具体过程，由此可得出什么结论？3、地面辐射差额的含义及其对气温日变化的影响。4、海陆之间的热力差异。5、大气 稳定度的含义及判断方法。 第四章 大气中的水分1饱和水汽压（E）：定义：饱和湿空气中水汽的分压强。反映空气的最大水汽容纳能力饱和水汽压取决于温度（马格奴斯半经验公式2.影响饱和水汽压的因子；因子的变化怎样影响它.影响因子：温度 T E 蒸发面性质 E过冷却水E冰 蒸发面形状 E凸面E平面E凹面 液体含盐度 含盐度 E 注：E为饱和水汽压 ，T为绝对温度3.影响水面蒸发的因子，重点道尔顿公式。温度：T温度 T E 蒸发面性质 E过冷却水E冰 蒸发面形状 E凸面E平面E凹面 液体含盐度 含盐度 E E d W气压：P W风：风速 W湿度：e