气象学基础第一章

考纲要求：大气圈结构及气象要素的基本特征、大气静力学、大气动力学基础、大气中的辐射过程、大气热力学基础、大气静力稳定度、大气的热状况和大气中的水分等。

主要针对大气科学基本的科学原理、理论和知识。

第一章大气概论第一节大气的组成大气：包围在地球表面的整个空气层。

原生大气：以氢、氦、氖等气态物质所组成的第一代原生大气次生大气：以二氧化碳、一氧化碳、水汽、甲烷为主的此生大气。

现代大气：以氮氧为主~~一、干洁大气1、干洁大气：不包含水汽和气溶胶等粒子的大气称为干洁大气。

次要成分：氮、养、氩主要成分：少量二氧化碳、臭氧、各种氮养化物和其他一些惰性气体常定成份：氮、养、氩和微量的惰性气体可变成分：其他成分（二氧化碳、臭氧、各种氮养化物）2、干空气的密度是温度和气压的函数干洁大气可以作为理想气体，没有任何相变二、二氧化碳1、对地表有保温效应：它对太阳的短波辐射几乎的透明的，而对地表射向太空的长波辐射，特别是13-17微米波谱区，有强烈的吸收作用，使得地表辐射的热量大部分被截留在大气层内。

2、二氧化碳的增减对气候变化有重要影响、二氧化碳的大气底浓度值变化的两个特点（1）有季节变换（2）年平均二氧化碳浓度值逐年增大三、臭氧1、臭氧的分布：5-10km开始增加，20-30km最大浓度出现，称为臭氧层，位于平流层。

2、臭氧的存在对地球上生物的重要意义：太阳辐射中的紫外线对生物体的组织有很大的危害作用，臭氧吸收了绝大部分的紫外线，才使生物有机体免遭伤害，臭氧保护了地球上的生物。

四、水汽：1、水汽的重要性，水汽对天气、气候变化的影响（2009年考点）水汽在大气中的含量虽少，但由于它在大气温度变化范围内可以进行相变，变成水滴或冰晶，因而它对大气中的物理过程起着重要的作用，是天气变化的主角，大气中的雾、云、雨、雪、雹、等天气现场都是水汽相变的重要产物。

水汽在相变过程中要吸收或放出潜热，同时水汽又易吸收额放射长波辐射，所以大气中的水汽含量的多少能直接影响地面和空气的温度，进行天气的变化。

五、大气气溶胶粒子（气溶胶）1、大气气溶胶：是指悬浮在空气中的液体和固体粒子。

它包括水滴、冰晶、悬浮着的固体灰尘微粒、烟粒、微生物、植物的孢子和花粉以及各种凝结核和带电粒子等。

2、来源：人工源（煤炭石油燃烧和工业活动）、自然源（森林火灾、火山爆发、土壤微粒和岩石的分化）3、第二节大气的结构一、大气的上界1、地球大气圈顶部没有截然的界限，而是逐步过渡到星际空间的。

2、大气物理上界：把极光现象出现的最大高度1200km 定为大气上界3、根据大气的密度接近星际空间的密度来确定，把大气上界定为2000-3000km二、大气的质量1、大气密度和大气的质量随高度减少都是服从指数规律2、海平面-5.5km 50%8km 63%18.4km 90%36km 99%三、大气的垂直分层1、根据大气本身的物理或化学性质，可将大气分成若干层（4个）大气的成份结构 均匀层和非均匀层大气的压力结构 气压层和外大气层（散逸层）大气的电离结构 电离层和磁层大气的温度结构 根据大气温度垂直分布的特点（垂直温度梯度的方向）对流层 平流层 中间层 热层和散逸层（外层）2、垂直温度梯度（气温垂直递减率） 简称（气温直减率）描绘大气温度在垂直方向上的变化，它表示垂直方向上每变化100m 高度，气温的变化值，并与温度随高度升高而降低为正值。

表达式：3、逆温层：0<λ表示气温随高度升高而升高，这种气层称为逆温层等温层：0=λ表示气温随高度不变4、五个层次的平均高度（1）对流层：高纬度 8-9km （低纬 温度高 气体膨胀 对流层顶高）中纬度 10-12km 夏季上界大于冬季低纬度 17-18km（2）平流层：对流层顶至55km（3）中间层：55km 至85km（4）热层85km 至800km（5）外层：热层以上5、五个层次的主要特点（1）对流层：第一，温度随高度的增加而降低。

对流层空气直接吸收太阳辐射很少，主要吸收地面发射的红外辐射。

低层大气受到地面加热，通过空气的对流和湍流运动，将热量输送到上层空气，所以对流层中，一般情况下，温度随高度的增加而降低。

第二、对流层大气具有强烈的对流运动和湍流运动。

这是由于地面不均匀加热所引起的。

（通过这种垂直混合作用，使得高层和低层的空气进行交换，近地面的热量、水汽和气溶胶粒子能向高层输送，对水汽凝结现象，大气能见度等都有重大影响。

）第三、温度和湿度等气象要素水平分布不均。

这是由于地面的海陆地形等不均匀性对大气的影响所致，主要表现在气团和锋的活动上。

（2）平流层第一、气温最初随高度升高而不变或微升，大约在30km 左右温度随高度是升高增加很快，到平流层顶，可以升到-3至17度。

气温的这种分布主要是由于在平流层中，空气不再受下垫面的影响，该处臭氧的密度（浓度）大，吸收的紫外辐射能转化为分子的动能所致。

第二、气流比较稳定，空气的垂直混合显著减弱，特别是上半部分，几乎没有垂直气流。

第三、空气中的水汽含量很少，天空晴朗，很少有云出现。

另外空气中尘埃也很少，大气透明度较高，加之气流稳定，适宜航空飞行。

（3）中间层第一，中间层内的气温随高度升高而降低，其顶部温度可降到-113至-86度。

这是由于大气对太阳辐射的吸收很少。

第二，该层中垂直温度梯度很大，有相当强的垂直混合，气压和密度随高度升高而降低的程度远小于低层大气。

第三，中间层的水汽极少，几乎没有云层出现。

（4）热层第一，温度随高度升高而迅速增加，小于0.17微米的紫外辐射几乎全部被该层的分子氧和原子氧吸收，加之气层内分子稀少，热量无法传递出去，热层内温度可达1000K以上第二，这层的温度与太阳活动有关，活动强，温度增加快，500KM温度可达2000K 活动弱，500km也有500k第三、在高纬度地区晴朗的夜晚，在热层中可出现瑰丽的极光（5）外层第一，空气极度稀薄，温度随高度很少变化第二、由于地球引力很小，空气分子运动的平均自由程很大，一些高速运动的空气质点不断地向星际空间逃逸，所以又称散逸层6、对流层是气象学研究的重点层虽然厚度不及1%，但是由于地球引力左右，对流层集中了大约3/4的大气质量，90%以上的水汽，以及几乎全部的气溶胶粒子。

、对流层受地表影响最大，层内对流旺盛，大气中主要的天气现象，如云、雾、降水等都发生在这一层。

7、对流层细分上层 6-11km 高云中层 2-6km 中云上部摩擦层低云下层近地面层 50-100m贴地气层（近地层）（底层） 2米（1）下层：0-2km 称为摩擦层，又称行星边界层在2km高度上的平均温度为5度，这层气流受地面摩擦作用很大，空气湍流很强，通过湍流运动把地面的热量和水汽往高处输送，并把高层大气的动量往下输送。

（2）近地面层：该层气象要素有明显的日变化（3）贴地气层：气温变化剧烈地受地表热量收支的影响，在垂直方向上的起来交换很弱，气温垂直梯度十分巨大（一般大气0.65的100倍）。

贴地层的逆温（近地层的逆温）该层的空气昼夜温度变化很大，常常可相差30度以上，而气温垂直梯度的符号白天和夜间往往相反，白天气温随高度升高而减小，夜间温度随高度升级而增加。

这层的气温特性，受下垫面的性质影响很大，尤其对农作物生长发育的影响，更有重要的意义。

（4）自由大气：行星边界层以上的大气层称为自由大气（5）中层：在6km高度上平均温度-13.5度。

这层气流受下垫面影响很小，气流运动常常可以指示整个对流层气流运动的大致趋势。

该层是天气演变的主要场所，强烈对流云系和降水多在此层中生成。

（6）上层：气温常年都在0度以下，水汽含量很少，高云和积雨云的顶部一般出现在此层，都是由冰晶和过冷却水滴组成。

（7）人们可以看到积雨云的顶部被平衍成砧状的情况对流层顶（过渡层，气温不变）对对流层的对流运动有阻挡作用，从而使下层输送上来的水汽、气溶胶粒子等集聚在下方，并使该处大气的浑浊度增加。

四、高层大气1、高层大气：平流层以上的大气称为高层大气五、大气的水平结构1、气团分类，地理分类（1）南北极气体：形成在终年冰雪覆盖的南北极地区，这种气团具有气温低，水汽少、气层稳定等特点。

（2）极地气团：形成在广大的中纬度地区。

形成在温带上的称为极地大陆气体，水汽少，气温低。

~~~~~~~极地海洋气体，其在冬季时会比极地大陆气团较暖较湿。

（3）热带气体：形成于广大的热带和副热带地区。

形成在陆地上的称为热带大陆气团，高温，干燥。

~~~~~~热带海洋气体，暖而湿。

（4）赤道气团:形成在赤道附近洋面上，具有湿热特点。

2、气体分类，热力分类（1）冷气团：气团向着比它暖的地面移动。

这种气团所经过的地面变冷（2）暖气团：~~~~~~~~~~~对相邻两气团来说，温度较低为冷气团，~~~~~为暖气团（3）气团的变性：冷暖气团不是固定不变的，而是相对比较而存在的。

当气团移到新的下垫面时，它的性质会逐渐发生变化，而失去原有的特性。

在新的物理过程中获得新的性质。

3、锋区：在两种不同性质的气团之间，存在一个过渡地带，在过渡地带中，气象要素发生激烈的变化，此过渡带称为锋区长度：几百公里——几千公里宽度：近地层 几十公里高层 200-400公里 此水平范围远比大氛围气团 小 因此称为锋面锋面与地面有一个很小的夹角 几分到1度锋面与水平面的交线称为锋线 锋面和锋线 简称为锋4、冷暖锋冷锋：向暖气团方向移动的锋暖锋：~~~~~~~~~~~~~~~~~准静止锋：冷暖气团势力相当，锋面很少移动的锋。

第三节 气象要素气象要素：表示大气中物理现象和物理变化过程的物理量。

比如气温、气压、湿度、风向、风速、能见度、降水量、云量、辐射等。

气象要素表征大气的宏观物理状态，是大气科学研究的基础。

一、气温：表示空气冷暖程度的物理量。

二、气压：大气的压强，是指与大气相接触的面上，空气分子作用在每个单位面积上的力，这个力是由空气分子对该面碰撞而引起的。

三、湿度：是表示空气中水汽含量的多少货空气干湿程度的物理量。

由于研究的角度不同，采用不同的湿度参量。

1、水汽压：大气中水汽所产生的分压强。

饱和空气的水汽压就是饱和水汽压，它是温度的函数，温度越高，饱和水汽压越大，可查表获得。

马格努斯（Magnus ）经验公式t b atE E +=10*02、绝对湿度（a ）水汽密度（公式看书）单位容积空气中所含的水汽质量，也就是水汽密度，单位用千克/立方米。

它能直接表示空气中水汽的绝对含量，但不能直接测量，通常由水汽压的数值计算得到。

v /289.0ρ水汽密度Te a =3、比湿：（公式看书）是水汽质量与同一题记中空气的总质量的比值pe q q m m m d v vd v v /622q =+=+=ρρρ4、混合比（r ）（公式看书）是水汽质量与同一容积中干空气质量的比值。