最新北林气象学课件PPT课件.ppt

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1、北林气象学课件北林气象学课件本章要点大气的组成成分大气的组成成分大气的垂直结构大气的垂直结构大气的物理性状大气的物理性状大气与森林植被大气与森林植被现今大气中现今大气中CO2的浓度已升至的浓度已升至ppmv，比前工业时代以前，比前工业时代以前提高了提高了25%。目前以每年。目前以每年ppmv的速度增加。的速度增加。1.1.2臭氧 (ozone, O3)（1）来源）来源 主要是太阳紫外辐射作用形成主要是太阳紫外辐射作用形成 有机物的氧化和雷雨闪电有机物的氧化和雷雨闪电（2）形成：）形成： O2 + h O + O O + O2+ M O3+ M（3） O3的垂直分布的垂直分布在低层大气中，在低层

2、大气中， O3含量很小，而且很不固定；含量很小，而且很不固定；510 km开始，含量增加开始，含量增加;浓度最大在浓度最大在2030km，称为，称为臭氧层臭氧层;到到60 km 附近附近O3含量已趋于零。含量已趋于零。（4）空间分布）空间分布 同一季节，臭氧总量随纬度增加而增加。（春季同一季节，臭氧总量随纬度增加而增加。（春季最明显）最明显）（5）时间分布）时间分布 冬末春初最大，秋季最小。冬末春初最大，秋季最小。 随着纬度增加，臭氧总量的季节波动越明显。随着纬度增加，臭氧总量的季节波动越明显。 （5）气候效应）气候效应平流层中，臭氧吸收太阳紫外辐射，最强吸收带在平流层中，臭氧吸收太阳紫外辐射

3、，最强吸收带在0.220.32微米区，是平流层大气的主要热源，使平流层微米区，是平流层大气的主要热源，使平流层大气温度随高度增加而上升。此种温度结构抑制大气垂大气温度随高度增加而上升。此种温度结构抑制大气垂直运动，使平流层只有水平方向运动。直运动，使平流层只有水平方向运动。不利于生命存在的短波紫外辐射（不利于生命存在的短波紫外辐射（高纬，沿海高纬，沿海内陆，夏季内陆，夏季冬季。冬季。 空气中的水汽含量随高度的增高而减少。在空气中的水汽含量随高度的增高而减少。在1.52km高度上空气中水汽含量减为地面的一半，高度上空气中水汽含量减为地面的一半，在在5km高度上，减少为地面的高度上，减少为地面的1

4、/10。 （2） 水汽对天气变化的影响水汽对天气变化的影响含量虽少，但可在大气温度范围内进行含量虽少，但可在大气温度范围内进行相变相变，是，是天天气变化的主要角色气变化的主要角色。水汽在相变中吸收和放出潜热；水汽在相变中吸收和放出潜热；易吸收和放射长波辐射。易吸收和放射长波辐射。 所以大气中水汽含量的多少能直接影响地面和空气所以大气中水汽含量的多少能直接影响地面和空气的温度，影响天气及天气系统的变化和发展。的温度，影响天气及天气系统的变化和发展。 1.3 气溶胶大气中悬浮的多种固体和液体微粒，大气中悬浮的多种固体和液体微粒，0.001100微微米米固体微粒：固体微粒：是悬浮在大气中的烟粒、盐粒

5、、花粉、是悬浮在大气中的烟粒、盐粒、花粉、微生物、细菌、病菌、孢子和尘埃等。微生物、细菌、病菌、孢子和尘埃等。液体微粒：液体微粒：是悬浮在大气中的水滴、过冷水滴和是悬浮在大气中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结物。冰晶等水汽凝结物。（1） 时空分布时空分布 城市城市农村农村，内陆，内陆沿海，冬季沿海，冬季夏季。夏季。 （2）气候效应）气候效应 水汽凝结核，成云制雨重要条件水汽凝结核，成云制雨重要条件 吸收和散射太阳、大气和地面辐射，改变地球辐吸收和散射太阳、大气和地面辐射，改变地球辐射平衡射平衡改变大气能见度和空气质量改变大气能见度和空气质量1.4 大气污染物（1） 分类分类尘粒尘粒 以固体或液

6、体微小颗粒形式，存在于气体介质中以固体或液体微小颗粒形式，存在于气体介质中的分散体。包括：飘尘、降尘。的分散体。包括：飘尘、降尘。气体污染物气体污染物 主要有主要有SO2、 NO2、 CO 、CO2 和和O3 等。等。（2） 环境问题环境问题温室效应与气候变化温室效应与气候变化臭氧层的破坏臭氧层的破坏酸雨（酸雨（PH0: 表示气温随高度升高而降低；表示气温随高度升高而降低； 0: 表示气温随高度升高而升高，种气层称为表示气温随高度升高而升高，种气层称为 =0: 表示气温随高度不变，这种气层称为表示气温随高度不变，这种气层称为 dzdT2. 2. 空气具有强烈的对流运动。空气具有强烈的对流运动。

7、3. 3. 温度湿度水平分布不均匀。温度湿度水平分布不均匀。 按照气流和天气的特点，还可把对流层分按照气流和天气的特点，还可把对流层分为下层、中层、上层和对流层顶等。为下层、中层、上层和对流层顶等。2.2 平流层 从对流层顶到从对流层顶到55km左右的大气层，称为平流层，由左右的大气层，称为平流层，由于臭氧浓度高又称为臭氧层。于臭氧浓度高又称为臭氧层。1. 气温随高度的升高而升高；气温随高度的升高而升高；2. 气流比较稳定；气流比较稳定；3. 空气中水汽含量很少，天空晴朗，很少有空气中水汽含量很少，天空晴朗，很少有 云出现。云出现。2.3 中间层 平流层顶到平流层顶到85km85km 1.气温

8、随高度的升高而迅速下降，顶部温度可达气温随高度的升高而迅速下降，顶部温度可达- -8383-113-113。 2.空气垂直运动再次出现空气垂直运动再次出现。 3.几乎没有臭氧，二氧化碳、水汽稀少，无云层。几乎没有臭氧，二氧化碳、水汽稀少，无云层。 2.4热层 从中间层顶到从中间层顶到800km800km 1. 1.随高度的增高，气温迅速升高随高度的增高，气温迅速升高 2.2.空气处于高度电离状态空气处于高度电离状态2.5散逸层 最高层，大气圈与星际空间过渡带最高层，大气圈与星际空间过渡带 1. 1. 气温升高气温升高 2.2.受地球引力小受地球引力小3 大气的物理性状气象要素：气象要素：表示大

9、气属性和大气现象的物理量，如气温、气压表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。、湿度、风向、风速、云量、降水量等。空气状态方程：空气状态方程：3.1 气象要素气象要素：气象要素： 表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。 1. 气温气温 (t)定义：表示空气冷热程度的物理量。定义：表示空气冷热程度的物理量。摄氏温标（摄氏温标（）华氏温标（华氏温标（）：）：=9/5 t( )+32绝对温标（绝对温标（K） ： T=273+t( )2. 气

10、压（气压（p）定义：地球表面单位面积上所受到的大气压力，称定义：地球表面单位面积上所受到的大气压力，称为气压。为气压。单位：帕斯卡单位：帕斯卡(Pa)，毫巴，毫巴 (m b),毫米水银柱毫米水银柱(mmHg) 1mb=100Pa=1hPa=3/4 mmHg3. 湿度湿度定义：表示大气中水汽含量多少的物理量。大气的定义：表示大气中水汽含量多少的物理量。大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。因素。 1) 水汽压水汽压 （e）：指大气中所含水分的分压力。）：指大气中所含水分的分压力。 p=pd+e 2）饱和水气汽压（）饱和水气汽压（E）定义：

11、在一定温度和气压下定义：在一定温度和气压下,空气中水汽达到饱和时空气中水汽达到饱和时的水汽压力称为饱和水汽压。的水汽压力称为饱和水汽压。饱和水汽压与温度的关系可用马格奴斯（饱和水汽压与温度的关系可用马格奴斯（ Magnus）公式表示：公式表示： 水面：水面：a=7.45 b=235 冰面冰面: a=9.5 b=265E0 是是0时的饱和水汽压时的饱和水汽压6.1hp 。t为蒸发面的温度为蒸发面的温度（ ）。）。 (1)饱和水汽压随温度升高而很快增大饱和水汽压随温度升高而很快增大。 (2) 饱和水汽压除与温度有关外，还与蒸发面的物饱和水汽压除与温度有关外，还与蒸发面的物态、形状以及蒸发面的溶液浓

12、度等有关。态、形状以及蒸发面的溶液浓度等有关。a、同一温度下，饱和水汽压；、同一温度下，饱和水汽压； 冰面冰面水面；凹面水面；凹面平平 面面 溶液溶液3） 饱和差饱和差 (d)定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空气中水定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差称为饱和差。汽压之差称为饱和差。d=E-ed 表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸 发发时常用到。时常用到。 当空气饱和时，当空气饱和时，d=0； 当未饱和时，当未饱和时，d0； 当过饱和时，当过饱和时，d0。4）相对湿度）相对湿度定义：定义： 空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽

13、空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值。用百分数表示，即：压的比值。用百分数表示，即：U=e/E*100 U的大小直接反映空气距离饱和的程度。的大小直接反映空气距离饱和的程度。 当空气饱和时：当空气饱和时： U=100% 当未饱和时：当未饱和时： U 100%5） 绝对湿度绝对湿度6） 比湿比湿 (q)定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量（水汽质量加干空气质量）的总质量（水汽质量加干空气质量）的 比值，称为比值，称为比湿。比湿。g/gq=mw/(mw + md)mw为该团湿空气中水汽的质量；为该团湿空气中水汽的质量；md为该团湿

14、空气中干空气为该团湿空气中干空气的质量。由此公式和状态方程可得：的质量。由此公式和状态方程可得：q=0.622e/p注意：上式中气压（注意：上式中气压（P）和水汽压（）和水汽压（e ）必须采用相同的单）必须采用相同的单位）。位）。7） 露点露点 (td)定义：在空气中水汽含量不定义：在空气中水汽含量不 变，在一定的气压条变，在一定的气压条 件下使空气冷却达到件下使空气冷却达到 饱和时的温度，称为饱和时的温度，称为 露点温度露点温度, 简称露点。简称露点。单位与气温相同。单位与气温相同。 实际气温（实际气温（t ）与露点（）与露点（td）之差表示空气距离）之差表示空气距离饱和的程度。值越大说明相

15、对湿度越小。饱和的程度。值越大说明相对湿度越小。 当当ttd时，空气未饱和时，空气未饱和 ； ttd时，空气过饱和；时，空气过饱和； t=td时，空气饱和时，空气饱和干球温度表湿球温度表最高温度表最低温度表E=Ew-AP(t-tw)双金属片温度计双金属片温度计4. 风风风：空气的水平运动就叫风。风：空气的水平运动就叫风。风向：指风的来向。风向：指风的来向。地面风向用地面风向用16个方位表示；个方位表示；高空风向用方位度数（共分高空风向用方位度数（共分360）表示，以）表示，以0（或（或360）表示正北，）表示正北，90表示正东，表示正东，180表示正南，表示正南，270表示正西。表示正西。风速

16、：单位时间内空气移动过的距离（风速：单位时间内空气移动过的距离（m/s 、km/h）例如：南风例如：南风4 4级级 八级西南风八级西南风5. 云云 云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。底部不接触地面，并有一定的厚度。底部不接触地面，并有一定的厚度。 云的观测包括：云状、云量和云高云的观测包括：云状、云量和云高方法：将地平以上全部天空划分为方法：将地平以上全部天空划分为10份，被云遮蔽的份，被云遮蔽的份数即为云量。份数即为云量。 （欧美将天空划为（欧美将天空划为8份，以云占天空八分之几的份，以云占天空八分之几的 面积面积计作云量）计作云量） 例

17、：碧空无云：例：碧空无云： 云量为云量为0 天空一半为云：云量为天空一半为云：云量为5 遮空蔽日：遮空蔽日： 云量为云量为10云量：云遮蔽天空视野的成数。云量：云遮蔽天空视野的成数。6. 蒸发蒸发蒸发：气象学中把液态水变为水汽称为蒸发。蒸发：气象学中把液态水变为水汽称为蒸发。蒸发量：指在一定时段内，水分经蒸发而逸入蒸发量：指在一定时段内，水分经蒸发而逸入 空中的量，称为蒸发量。空中的量，称为蒸发量。mm蒸发量用小型和蒸发量用小型和E601型蒸发器测定。型蒸发器测定。7. 降水降水定义：从云中降落到地面的液态或固态水称为降水。定义：从云中降落到地面的液态或固态水称为降水。表示方法：降水的形态、降

18、水的性质、降水量和降水强表示方法：降水的形态、降水的性质、降水量和降水强度表示。度表示。测定仪器：降水量采用雨量器测定，单位测定仪器：降水量采用雨量器测定，单位mm降水量连续变化采用翻斗式遥测雨量计和虹吸式雨量计降水量连续变化采用翻斗式遥测雨量计和虹吸式雨量计测定。测定。定义：指视力正常的人，在当时天气条件下，能定义：指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物的最够从天空背景中看到和辨认出目标物的最大水平距离。单位大水平距离。单位:km8. 水平能见度水平能见度空气的状态可以用密度、体积、气压、温度来空气的状态可以用密度、体积、气压、温度来表示。表示。状态方程：用来表示上述四个物理变量之间的状态方程：用来表示上述四个物理变量之间的关系或规律的方程。关系或规律的方程。3.2 状态方程Pd=dRdTd 干空气的密度。在标准气压（干空气的密度。在标准气压（1013.25hp）和温）和温度（度（273K） d =1.293kg/m3Rd干空气比气体常数。干空气比气体常数。=287Jkg-1K-11.干空气状态方程干空气状态方程2. 湿空气状态方程湿空气状态方程P=RdTv空气的密度。空气的密度。Tv虚温虚温 。Tv=T(1+0.378e/P)T 湿空气温度湿空气温度e 湿空气水汽的分压湿空气水汽的分压P 湿空气的气压湿空气的气压