气候学气象与气候学教学课件
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绪论1.气象学的定义和研究内容①定义:研究发生于大气中的的一切物理现象和物理过程,探讨其演变规律和变化,并应用于实践的科学。
②研究对象:大气圈。
主要研究内容:a.大气的一般特性。
b.大气现象的发生、发展、及能量的来源。
c.探求大气现象的本质、寻求变化规律。
d.将大气现象中的规律应用于实践。
2天气学定义:研究地球条件下不同的区域内所产生的天气系统、天气过程的成因、演变规律,并在天气预报上应用的科学。
3天气学研究对象:地球上的大气4气候学定义:研究地球上气候的形成原因、分布类型、变化规律的科学。
5气候学研究对象:地球上的气候。
6天气与气候的区别:①概念不同:a天气:某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态(温度、相对湿度气压等)和大气现象(风、云、雨、雪、降水等)的综合。
属于短时间内的微观现象。
b气候:是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间相互作用下,在某一时段内大量天气过程的综合。
不仅包括该地多年平均天气状况,也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。
属于长时间宏观现象。
②变化周期不同: a天气:变化快,周期短。
b气候:变化慢,时间长。
③各自研究的系统不同:a天气:是个单纯的系统。
b气候:包括大气、水、冰雪、陆地、生物(动物、植物、人)五个子系统。
具有地方性的特点。
7大气:包围在地球表面的整个空气层,是一个连续的空气圈。
8大气的组成特点:气态:水汽、氮气、氧气等;液态:水、溶液滴;固态:冰晶、悬浮的杂质;低层大气(0-90km):干洁空气、水汽、杂质;高层大气(90km以上):氮、氧原子9根据大气中的温度、水汽、成分、垂直运动分为五层:①对流层②平流层③中间层④暖层⑤散逸层10气象要素:定性或定量描述大气物理现象和大气状态特征的物理量。
例如:气压、气温、湿度、云量、风、降水量、能见度、日照、辐射量等。
11表示湿度的方法:a水汽压(e)b绝对湿度(a)c饱和水汽压(E)d相对湿度(f)e比湿(q)f饱和差(d)g露点(Td)12风定义:空气的水平流动。
即有方向又有大小第一章1辐射定义:自然界中的一切物体,只要其温度在-273℃以上,都在不停地以电磁波的方式向外放射能量,这种传播能量的方式称为辐射。
2波长范围:10-14μm——几 km(1μm= 10-14cm)可见光:0.4——0.76 μm (七色光)太阳光:0.15——4.0 μm (短波辐射)地面(大气):3——120 μm(长波辐射)3太阳常数定义:当日、地间处于平均距离时,垂直于太阳入射光表面的太阳辐射的辐照度称为太阳常数(S0)。
常用S0=1367.7W/m24太阳高度角(h⊙):太阳高度角又叫太阳高度,太阳平行光线与水平面的交角称为太阳高度角。
5太阳方位角(A):指的是太阳光在水平面上的投影与当地子午线间的夹角。
6太阳辐射在大气中的减弱:a吸收作用:主要吸收体:水汽、臭氧、二氧化碳、固体杂质、氧气、氮气共占太阳能的24% 。
b散射作用:大气中的散射体:空气分子、尘粒、云滴,但它们只改变运动方向不改变辐射能量的大小。
c反射作用7直接辐射(Sb):太阳以平行光方式投射到与光线相垂直面上的辐射,称为太阳直接辐射。
8直接辐射影响因素:①太阳高度角②大气透明度③云量④海拔高度⑤纬度9散射辐射(Sd):大气粒子对太阳辐射的散射,一部分从天空到达地面的辐射。
10散射辐射影响因素:1、太阳高度角2、大气透明度3、下垫面反射率4、海拔高度11太阳总辐射(St):同时到达地面(水平面)的太阳直接辐射(Sb)和散射辐射(Sd)之和。
12太阳总辐射影响因素: ①太阳高度角②大气透明度③云量等13太阳总辐射变化规律:①日变化②年变化③纬度④海拔14地面辐射(L0):地面吸收太阳辐射能后不停地向外放射辐射,称为地面辐射。
属于长波辐射(3-120 m)。
15大气辐射(Li):大气吸收地面辐射后不地向外放射辐射,称大气辐射。
属于长波辐射。
16大气的主要吸收体:水、CO2、臭氧等。
17地表的有效辐射:地面辐射与地面所吸收的大气逆辐射之差。
18影响地面有效辐射的因素:①地面温度②大气温度③空气湿度④云况⑤CO2的影响⑥地表性质⑦风⑧海拔高度19地面辐射差额(B):地面吸收太阳总辐射与地面有效辐射之差。
20影响因子:总辐射、地面有效辐射和地面反射辐射率等。
第二章1热量交换方式:(1).辐射热交换(空气与地面、空气与空气)(2).分子传导(土壤中、贴地气层)(3).流体流动热交换a.对流(空气在垂直方向)①热力对流②动力对流b.乱流(摩擦层)c.平流(空气在水平方向)(4).潜热交换(蒸发、升华、凝结、凝华)2.土壤热特性:a. 热容量(J·m-3℃-1)单位体积的土壤温度变化1℃时所吸收或放出的热量,以Cv 表示,b.导热率表示物体传递热量的能力。
c.导温率( m2•s-1)表示土壤因热传导而消除层间温度差异的能力。
3土壤温度的日变化:影响因子:①太阳高度角②土壤热特性③土壤颜色④地形⑤天气4土壤温度变化的规律:①定律一:若土壤深度按算术级数增加,则土壤温度的振幅按几何级数减小。
②定律二:最高温度和最低温度出现的时间,随深度的增加而落后,其落后的时间与土壤深度成正比。
③定律三:不同周期的温度振幅随深度的减小不同,若使振幅缩小到同样的倍数,它们的深度与其周期的平方根成正比。
5土壤温度的垂直分布:①日射型②辐射型③过渡型6影响气温变化的因素:a.太阳高度角和日照时间b. 海陆热力性质不同c. 地形d. 大气环流不同7空气温度的变化:a.气温的日变化b.气温的年变化c.气温的非周期变化d.气温的垂直分布8绝热冷却过程:气块上升的过程中,外界气压减小,气块体积膨胀,气块对外界做功,气块内能减少,气温降低的过程。
9绝热增温过程:气块下降的过程中,外界气压增大,气块体积被压缩,外界对气块做功,气块内能增加,气温升高的过程。
10大气稳定度:大气层结使气团具有远离或返回原来位置的趋势或程度。
11气块的垂直加速度:若T’>T,则a>0,气块具有向上的加速度;若T’=T,则a=0,气块的加速度为零;若T’<T,则a<0,气块具有向下的加速度。
12未饱和湿空气的判据:r < rd时,大气层结稳定r = rd时,大气层结为中性r > rd时,大气层结不稳定13饱和湿空气的判据:r > rm时,大气层结是不稳定的;r < rm时,大气层结是稳定的;r = rm时,大气层结是中性的14积温的种类:活动积温、有效积温、负积温、地积温、净效积温和危害积温等。
15造成积温不稳定的原因:影响植物生长发育的外界环境因子较多,它们与生育速度的关系,各自遵循特定的规律。
积温学说是建立在假定条件下,在自然条件下,这一假定是难以满足的。
第三章1大气水分来源:海洋、湖泊、河流、潮湿土壤的蒸发以及植物的蒸腾。
2大气中水分的作用:形成云、雾、雨、雪等天气现象,参与地球表面的水分循环。
3空气湿度的变化:①绝对湿度的日变化a.单波型 b.双波型②绝对湿度的年变化③相对湿度的日变化④相对湿度的年变化⑤空气湿度的垂直分布4水面蒸发影响因子:①水温②水汽压差值③风速④气压5土壤蒸发影响因子:①外界条件②供水能力6水汽凝结的条件:a.空气中的水汽达到过饱和状态b.空气中要有凝结核或凝华核7水汽凝结物:a.地面上的凝结物①露和霜②雾凇③雨凇b.近地气层中的凝结物(雾) ①辐射雾②平流雾③平流辐射雾c.自由大气中的凝结物(云)①低云②中云③高云8云种:a低云:积云积雨云层积云层云雨层云b中云: 高层云高积云c高云: 卷云卷层云卷积云9降水的成因: 云滴的增长过程①凝结增长过程②碰并增长过程10降水的种类: a.根据降水的形态①雨②雪③霰④冰雹 b.根据天气学方法分类①连续性降水②阵性降水③毛毛雨 c.按降水强度分类:小雨(0.0~10.0mm)中雨(10.1~21.0mm)大雨(25.1~50.0mm)暴雨(50.1~100.0mm)大暴雨(100.1~200.0mm)特大暴雨(>200.0mm)雪:小雪(≤2.4mm)中雪(2.5~5.0mm)大雪(>5.0mm)d.按降水的成因分类①地形雨②对流雨③气旋雨(锋面雨)④台风雨11降水的表示方法: ①降水量②降水强度③降水变率a.绝对变率(d)b.相对变率(D)④降水保证率12人工降水:①“人造冰晶”降水法②“人造大雨滴”降水法13林木对水分的需要: 1.林木对水分的吸收2.林木对水分的消耗 3.林木体内的水分平衡14树木对水分的适应:①耐旱树种②湿生树种③中生树种15水分与林木的生长:1.水分亏缺对林木生长的影响2.水污染对林木生长的影响第四章1气压:大气作用于单位面积上的力。
单位面积上空气柱的重量。
2气压单位:百帕(hPa)、毫米汞柱(mmHg)、毫巴(mbar)。
换算关系:1mbar=1hPa=0.75mmHg3标准大气压:一般将纬度45°的海平面上,气温为0℃时,760mmHg的气压称为1个标准大气压(≈1013.2hPa)4气压的变化:(1)气压随时间的变化a.气压的周期性变化b.气压的非周期性变化(2)气压随空间的变化a.气压的垂直变化大气静力学方程压高公式b.气压的水平分布5气压场的表示方法:1、等压线和等压面2、位势高度6气压场的基本型式:1、低气压:2、低压槽3、高气压4、高压脊5、鞍形气压场7气压系统的空间结构:A、温压场对称系统:(1)暖性高压高压中心区为暖区,四周为冷区,等压线和等温线基本平行,暖中心与高压中心基本重合的气压系统。
(2)冷性低压低压中心区为冷区,四周为暖区,等温线与等压线基本平行,冷中心与低压中心基本重合的气压系统。
(3)暖性低压低压中心为暖区,暖中心与低压中心基本重合的气压系统。
(4)冷性高压高压中心为冷区,冷中心与高压中心基本重合的气压系统。
B、温压场不对称系统8作用于空气的力:1、气压梯度力(G):2、地转偏向力(A)3、惯性离心力(C)4、摩擦力(R)9自由大气中的空气水平运动:1、地转风:2、梯度风3、自由大气中风随高度的变化:热成风,变化形式①等温线与等压线平行②等压线与等温线相交10地面摩擦力对风的影响:1平直等压线的气压场中的风 C=0;弯曲等压线的气压场中的风 C≠0 2、摩擦层中风随高度的变化3、风的日变化和风的阵性11空气的垂直运动:1、对流运动:2、系统性垂直运动12大气环流:大范围(全球范围)的大尺度大气运动的基本(平均)状况及其随时间和空间的变化过程。
13大气环流形成的主要因素:1、太阳辐射作用2、地球自转作用3、地表性质作用4、地面摩擦作用14三圈环流模式:极地高压带,副极地低压带,副热带高压带,赤道低气压带,副热带高压带,副极地低压带,极地高压带;东风带(高纬环流圈),西风带(中纬环流圈),东北信风带(低纬环流圈),东南信风带(低纬环流圈),西风带(中纬环流圈),东风带(高纬度环流)15大气环流平均状况:1、平均纬向环流:2、平均水平环流3、平均经圈环流16大气环流的变化:1、年变化:2、中短期变化17季风的定义:以一年为周期,大范围地区的盛行风随季节而有显著改变的现象。