《大氣物理學(xué)》學(xué)習(xí)資料：大氣概述修改

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1、1大氣物理學(xué)大氣物理學(xué)2成績(jī)成績(jī) 平時(shí)成績(jī):20%;期中成績(jī):30%;期末成績(jī):50%.3參考書(shū)目參考書(shū)目：1.美美 J、M 華萊士，華萊士，P.V.霍布斯著霍布斯著.大氣科學(xué)概觀大氣科學(xué)概觀.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19812.許紹祖主編許紹祖主編.大氣物理學(xué)基礎(chǔ)大氣物理學(xué)基礎(chǔ).氣象出版社氣象出版社,19913.周秀驥等編著周秀驥等編著.高等大氣物理學(xué)高等大氣物理學(xué).氣象出版社氣象出版社,19914.盛裴軒盛裴軒,毛節(jié)泰等毛節(jié)泰等.大氣物理學(xué)大氣物理學(xué),北大出版社北大出版社,20034學(xué)科位置學(xué)科位置 按研究范疇大體可劃分為：按研究范疇大體可劃分為：自然科學(xué)自然科學(xué)：數(shù)、理、

2、化、天、：數(shù)、理、化、天、地地、生、工生、工 程程 與材料科學(xué)、與材料科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)信息科學(xué)、管理科學(xué) 社會(huì)科學(xué)社會(huì)科學(xué)5地球科學(xué)地球科學(xué) 包括包括 大氣科學(xué)大氣科學(xué)、海洋科學(xué)、地理學(xué)、地、海洋科學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)等質(zhì)學(xué)等大氣科學(xué)大氣科學(xué) 基礎(chǔ)學(xué)科基礎(chǔ)學(xué)科：大氣物理學(xué)、大氣化學(xué)、大氣動(dòng)力學(xué)、天：大氣物理學(xué)、大氣化學(xué)、大氣動(dòng)力學(xué)、天氣學(xué)、氣候?qū)W、大氣探測(cè)學(xué)氣學(xué)、氣候?qū)W、大氣探測(cè)學(xué) 應(yīng)用學(xué)科應(yīng)用學(xué)科：農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、水文氣象、醫(yī)療氣象、污染：農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、水文氣象、醫(yī)療氣象、污染氣象、人工影響天氣等氣象、人工影響天氣等6 大氣物理學(xué)大氣物理學(xué)一、定義一、定義 主要研究地球主要研究地球大氣現(xiàn)象與

3、過(guò)程大氣現(xiàn)象與過(guò)程的物理機(jī)制和規(guī)律。的物理機(jī)制和規(guī)律。大氣現(xiàn)象與過(guò)程：大氣中流體運(yùn)動(dòng)、光象、電象、大氣現(xiàn)象與過(guò)程：大氣中流體運(yùn)動(dòng)、光象、電象、熱現(xiàn)象、相變過(guò)程、輻射過(guò)程。熱現(xiàn)象、相變過(guò)程、輻射過(guò)程。二、分支二、分支 大氣動(dòng)力學(xué)、大氣光學(xué)、大氣電學(xué)、大氣熱力學(xué)、大氣動(dòng)力學(xué)、大氣光學(xué)、大氣電學(xué)、大氣熱力學(xué)、云降水學(xué)、大氣輻射學(xué)云降水學(xué)、大氣輻射學(xué)71）近代大氣物理學(xué)起始階段（）近代大氣物理學(xué)起始階段（18世紀(jì)中世紀(jì)中葉葉20世紀(jì)中葉）世紀(jì)中葉）大氣物理學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史大氣物理學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1752，美國(guó)，美國(guó)Franklin第一第一次用風(fēng)箏探明雷擊的本質(zhì)次用風(fēng)箏探明雷擊的本質(zhì)就是電。就是電。1871，英國(guó)物

4、理學(xué)家，英國(guó)物理學(xué)家Rayleigh解釋了天空解釋了天空蘭色的蘭色的 現(xiàn)象現(xiàn)象81908，德國(guó)物理學(xué)家，德國(guó)物理學(xué)家G.Mie 解決了球形粒子的散射問(wèn)題解決了球形粒子的散射問(wèn)題1859-1901，這兩這兩位德國(guó)物理學(xué)家位德國(guó)物理學(xué)家開(kāi)創(chuàng)了輻射定律開(kāi)創(chuàng)了輻射定律Max Karl Ernst Ludwig Planck（1858-1947）德國(guó)物理學(xué)家，量子力學(xué)的開(kāi)德國(guó)物理學(xué)家，量子力學(xué)的開(kāi)創(chuàng)人創(chuàng)人G.R.Kirchhoff（1824-1887）德國(guó)物理學(xué)家德國(guó)物理學(xué)家92）大氣物理學(xué)高速發(fā)展階段（）大氣物理學(xué)高速發(fā)展階段（20世紀(jì)中葉以來(lái)）世紀(jì)中葉以來(lái)）具有重大實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的需要大大加速了大氣物

5、理學(xué)的發(fā)展。具有重大實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的需要大大加速了大氣物理學(xué)的發(fā)展。1）1946年，美國(guó)物理學(xué)家年，美國(guó)物理學(xué)家I.Langmuir,V.J.Schaefer發(fā)發(fā)現(xiàn)干冰可以催化云產(chǎn)生降水現(xiàn)干冰可以催化云產(chǎn)生降水2）需要掌握大氣環(huán)境演變規(guī)律，促使大氣邊界層與大需要掌握大氣環(huán)境演變規(guī)律，促使大氣邊界層與大氣湍流學(xué)科的發(fā)展氣湍流學(xué)科的發(fā)展3）衛(wèi)星、雷達(dá)等遙感技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了大氣輻射學(xué)衛(wèi)星、雷達(dá)等遙感技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了大氣輻射學(xué)的研究的研究10第一節(jié)第一節(jié) 宇宙、地球、大氣的宇宙、地球、大氣的 起源和演化起源和演化 1112第一節(jié)第一節(jié) 宇宙、地球、大氣的宇宙、地球、大氣的 起源和演化起源和演化 一、

6、宇宙的起源一、宇宙的起源大爆炸學(xué)說(shuō)大爆炸學(xué)說(shuō)按照Friedmann等人的理論，Russian American physicist George Gamow 和他的學(xué)生American physicists Ralph Alpher and Robert Herman（1940s）認(rèn)為過(guò)去必定存在一個(gè)有限的時(shí)刻，那時(shí)宇宙中的物質(zhì)被壓縮為極高密度的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)刻被稱為“大爆炸”，也就是宇宙起源的時(shí)刻。13他們的計(jì)算結(jié)論是：作為他們的計(jì)算結(jié)論是：作為“大爆炸大爆炸”過(guò)程的遺跡，過(guò)程的遺跡，目前宇宙中應(yīng)普遍存在溫度約目前宇宙中應(yīng)普遍存在溫度約5 5K K的背景黑體輻射。的背景黑體輻射。1989198

7、9年，美國(guó)宇航局專門為此發(fā)射了宇宙背景探年，美國(guó)宇航局專門為此發(fā)射了宇宙背景探測(cè)者衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，該輻射的譜分布與測(cè)者衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，該輻射的譜分布與2 2735735K K的黑體輻射完全相合，天空不同方向的相的黑體輻射完全相合，天空不同方向的相對(duì)溫差小于十萬(wàn)分之一。這就證明了背景輻射的對(duì)溫差小于十萬(wàn)分之一。這就證明了背景輻射的黑體性和普適性。這種黑體性和普適性。這種“背景輻射背景輻射”的存在是的存在是“大爆炸大爆炸”模型最令人信服的證據(jù)之一。模型最令人信服的證據(jù)之一。n通過(guò)現(xiàn)代物理學(xué)理論，可以模擬宇宙在大爆炸后通過(guò)現(xiàn)代物理學(xué)理論，可以模擬宇宙在大爆炸后1 1 1010-43-43秒的狀態(tài)

8、，但對(duì)于此時(shí)刻之前還沒(méi)有新的秒的狀態(tài)，但對(duì)于此時(shí)刻之前還沒(méi)有新的理論將萬(wàn)有引力和廣義相對(duì)論二者之間結(jié)合起來(lái)。理論將萬(wàn)有引力和廣義相對(duì)論二者之間結(jié)合起來(lái)。14膨脹理論膨脹理論n上世紀(jì)上世紀(jì)7070年代，美國(guó)科學(xué)家年代，美國(guó)科學(xué)家Alan GuthAlan Guth、Paul Paul SteinhardtSteinhardt和美籍俄裔天文學(xué)家和美籍俄裔天文學(xué)家Andreas LindeAndreas Linde提出從大爆炸后提出從大爆炸后1 1 1010-35-35秒開(kāi)始的秒開(kāi)始的1 1 1010-32-32秒內(nèi)宇宙秒內(nèi)宇宙極速膨脹為原來(lái)的極速膨脹為原來(lái)的1 1 10105050倍，然后減緩為近

9、乎常倍，然后減緩為近乎常速。認(rèn)為宇宙處于開(kāi)放與封閉系統(tǒng)的邊緣狀態(tài)。速。認(rèn)為宇宙處于開(kāi)放與封閉系統(tǒng)的邊緣狀態(tài)。n可解釋大爆炸學(xué)說(shuō)不能解釋的宇宙常速膨脹和可解釋大爆炸學(xué)說(shuō)不能解釋的宇宙常速膨脹和宇宙的均勻性等問(wèn)題，被廣大理論天文學(xué)家認(rèn)同。宇宙的均勻性等問(wèn)題，被廣大理論天文學(xué)家認(rèn)同。n上世紀(jì)上世紀(jì)9090年代以來(lái)，觀測(cè)天文學(xué)家對(duì)該理論有年代以來(lái)，觀測(cè)天文學(xué)家對(duì)該理論有不同看法，認(rèn)為宇宙應(yīng)該是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)。不同看法，認(rèn)為宇宙應(yīng)該是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)。15膨脹理論圖示：白點(diǎn)代表星系，膨脹后相互遠(yuǎn)離16宇宙無(wú)限論：宇宙無(wú)限論：有限無(wú)界論有限無(wú)界論：在在1717世紀(jì)，世紀(jì)，GalileiGalilei、Newto

10、n Newton 在經(jīng)典力學(xué)在經(jīng)典力學(xué)體系的基礎(chǔ)上，建立了宇宙無(wú)限無(wú)邊的理論，體系的基礎(chǔ)上，建立了宇宙無(wú)限無(wú)邊的理論，即宇宙的體積是無(wú)限的，沒(méi)有空間邊界，無(wú)即宇宙的體積是無(wú)限的，沒(méi)有空間邊界，無(wú)限的天體分布在無(wú)限的空間之中。限的天體分布在無(wú)限的空間之中。1917年，年，Albert EinsteinAlbert Einstein在廣義相對(duì)論的基在廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，提出了有限無(wú)界的靜態(tài)宇宙模型。認(rèn)為礎(chǔ)上，提出了有限無(wú)界的靜態(tài)宇宙模型。認(rèn)為宇宙是有限無(wú)邊的，即宇宙空間的體積是有限，宇宙是有限無(wú)邊的，即宇宙空間的體積是有限，是一個(gè)彎曲的封閉體，這個(gè)彎曲的封閉體沒(méi)有是一個(gè)彎曲的封閉體，這個(gè)彎曲的封閉

11、體沒(méi)有邊界，類似一個(gè)球面，面積有限，但沿著球面邊界，類似一個(gè)球面，面積有限，但沿著球面運(yùn)動(dòng)總是遇不到運(yùn)動(dòng)總是遇不到“邊邊”。該理論拉開(kāi)了現(xiàn)代宇。該理論拉開(kāi)了現(xiàn)代宇宙學(xué)研究的序幕。宙學(xué)研究的序幕。17二、地球與宇宙 銀河系中心銀河系與河外星系18太陽(yáng)太陽(yáng)系系192006年年08月月24日北京時(shí)間晚間日北京時(shí)間晚間9:30，第，第26屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)IAU大會(huì)就有關(guān)行星新定義的決議草案進(jìn)行了表決，通過(guò)新的行星定義。大會(huì)就有關(guān)行星新定義的決議草案進(jìn)行了表決，通過(guò)新的行星定義。國(guó)際天文從而確認(rèn)太陽(yáng)系只有國(guó)際天文從而確認(rèn)太陽(yáng)系只有8顆行星，冥王星遭到徹底顆行星，冥王星遭到徹底“降級(jí)降

12、級(jí)”。冥王星被排除在行星行列之外，而將其列入冥王星被排除在行星行列之外，而將其列入“矮行星矮行星”?，F(xiàn)在太陽(yáng)。現(xiàn)在太陽(yáng)系的天體包括：八大行星，矮行星和小天體。系的天體包括：八大行星，矮行星和小天體。202122232425262728地球形成50億年前，地球的輪廓已初步形成。最初是億年前，地球的輪廓已初步形成。最初是個(gè)火球。隨著地球逐步冷卻，較重的物質(zhì)沉個(gè)火球。隨著地球逐步冷卻，較重的物質(zhì)沉到中心，形成地核；較輕的物質(zhì)浮在上面，到中心，形成地核；較輕的物質(zhì)浮在上面，冷卻后形成地殼。冷卻后形成地殼。293031323334第二節(jié)第二節(jié) 大氣組成大氣組成一、氣體成分一、氣體成分35第二節(jié)第二節(jié) 大

13、氣組成大氣組成一、氣體成分一、氣體成分90km以上大氣以上大氣1）空氣分子大部分都發(fā)生離解；）空氣分子大部分都發(fā)生離解；2）空氣成分隨高度的分布逐漸變成按分子量）空氣成分隨高度的分布逐漸變成按分子量（或原子量）大小排列。（或原子量）大小排列。從低層到高層依次為從低層到高層依次為N2、O、He、H36第二節(jié)第二節(jié) 大氣組成大氣組成一、氣體成分一、氣體成分90km以下干潔大氣均勻混合，稱為均勻?qū)右韵赂蓾嵈髿饩鶆蚧旌?，稱為均勻?qū)?）按濃度時(shí)空變化是否明顯來(lái)分，）按濃度時(shí)空變化是否明顯來(lái)分，分為：分為：定常成分：濃度的時(shí)空變化不明顯定常成分：濃度的時(shí)空變化不明顯 的的氣體成分。主要包括氣體成分。主要包

14、括N2、O2、惰性氣體惰性氣體可變成分：定義略。例如，水汽、可變成分：定義略。例如，水汽、CO2、O3、CH4等等37 2）按濃度）按濃度主要?dú)怏w：濃度主要?dú)怏w：濃度1%，包括，包括N2、O2、Ar微量氣體：微量氣體：1ppm1%，包括，包括CO2、CH4、Ne、He、Kr、水汽（水汽（2 ppm4%痕量氣體：痕量氣體：1ppm，包括（見(jiàn)表）包括（見(jiàn)表）38Table 1.1 U.S.Standard A tm osphere.Constituent gas Content(%by volum e)N itrogen(N2)78.084 O xygen(O2)20.948 A rgon(A r

15、)0.934 Carbon dioxide(CO2)0.333 N eon(N e)18.1810-4 H elium(H e)5.2410-4 M ethane(CH4)1.510-4 Krypton(Kr)1.1410-4 H ydrogen(H2)0.510-4 N itrous oxideb(N2O)0.2710-4 Carbon monoxideb(CO)0.1910-4 O zone(O3)0-1210-4 X enon(X e)0.08910-4 A mmoniab(N H3)0.00410-4 Sulfur dioxideb(SO 2)0.00110-4 N itrogen d

16、ioxideb(N O2)0.00110-4 Water vaporb(H2O)0-0.0410-4 N itric O xideb(N O)0.000510-4 H ydrogen Sulfideb(H2S)0.0000510-4 N itric acid vapor Traces b Concentration near the earths surface.39大氣的組成餅圖一些概念40干潔大氣：不含水汽和懸浮顆粒物的大氣干潔大氣：不含水汽和懸浮顆粒物的大氣平均分子量：平均分子量：90km以下，空氣平均分子量以下，空氣平均分子量為為28.966，不隨高度變化，不隨高度變化空氣密度：空氣密

17、度：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（p=1013.25hPa,t=0）下，干空下，干空氣密度為氣密度為1.29kg/m3414、重要?dú)怏w成分的作用1）主要?dú)怏w）主要?dú)怏w氮、氧氮、氧 對(duì)生命活動(dòng)有重要意義，但對(duì)天氣、對(duì)生命活動(dòng)有重要意義，但對(duì)天氣、百萬(wàn)年尺度的氣候變化沒(méi)有什么作用。百萬(wàn)年尺度的氣候變化沒(méi)有什么作用。2）微量、痕量氣體）微量、痕量氣體水汽、水汽、CO2、O3a)水汽水汽 是云和降水的源泉；是云和降水的源泉；在全球能量平衡中起重要作用，影響在全球能量平衡中起重要作用，影響 地面和空氣溫度；地面和空氣溫度；是地球系統(tǒng)的水循環(huán)中起重要角色。是地球系統(tǒng)的水循環(huán)中起重要角色。4243地表上的水 全球年水

18、量平衡44b)CO2c)O3 45The current concentration of CO2 is about 365 ppm(part per million),as compared to the pre-industrial concentration of about 285 ppm.This is an increase of about 28%.This increase is primarily due to the burning of fossil fuels(also some loss of biomass)46Fig.1-4,p.747Fig.1-3,p.6484

19、950Source:OSTP51復(fù)習(xí)大氣物理行星大氣地球大氣的演化現(xiàn)代大氣的組成52大氣污染5354DMS(aq)DMS(gas)CCN增加云對(duì)陽(yáng)光的反照率進(jìn)入地球表面的輻射減少影響浮游生物產(chǎn)生DMS的過(guò)程SONSS24溫度下降海-氣輸送化學(xué)氧化555657585960歷年的南極臭氧6162紫外輻射的波段、人體健康影響和臭氧層的吸收作用紫外輻射的波段、人體健康影響和臭氧層的吸收作用紫外輻射區(qū)紫外輻射區(qū)波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍/nm人體健康影響人體健康影響O3層吸收情況層吸收情況UV-A315400促進(jìn)維生素促進(jìn)維生素D的的合成合成基本不吸收基本不吸收UV-B280315損害蛋白質(zhì)和損害蛋白質(zhì)和DNA吸

20、收大約吸收大約90UV-C200280可致蛋白質(zhì)和可致蛋白質(zhì)和DNA破壞，造成破壞，造成嚴(yán)重傷害作用嚴(yán)重傷害作用全部吸收全部吸收636465666768697071727374757677全球年總降水量=500000 km3 3全球年總蒸發(fā)量=500000 km3 3陸地年總降水量=110000 km3 3陸地年總蒸發(fā)量=70000 km3 3 余40000 km3 3 78三、大氣氣溶膠粒子三、大氣氣溶膠粒子1 1、定義：定義：尺度范圍：尺度范圍：1 1nm-100mnm-100m 大氣中分散、懸浮有液體或固體微粒時(shí)的氣體和懸浮物的總體系稱為大氣氣大氣氣溶膠溶膠。而其中的懸浮物就稱為氣溶膠粒

21、子。792、分類、分類 1）云降水學(xué)分類（按半徑分類）云降水學(xué)分類（按半徑分類）2）大氣環(huán)境學(xué)分類）大氣環(huán)境學(xué)分類 愛(ài)根核：半徑在0.01到0.1微米之間。大核：半徑在0.1到1微米之間。巨核：半徑大于1微米。TSP、降塵、降塵、PM10、PM2.5、塵粒、粉塵、塵粒、粉塵、灰霾、等?；姻?、等。803、大氣氣溶膠粒子的源和匯大氣氣溶膠粒子的源和匯 1）源）源 據(jù)估計(jì)，全球氣溶膠質(zhì)粒主要是自然界產(chǎn)生的，人工來(lái)源僅為自然來(lái)源的五分之一。包括海水飛沫（見(jiàn)下圖）、氣粒轉(zhuǎn)換、風(fēng)揚(yáng)沙塵、火山爆發(fā)81822）匯）匯 即即氣溶膠粒子被移出大氣的過(guò)氣溶膠粒子被移出大氣的過(guò)程。程。按是否有水質(zhì)粒參與，分為干移出、

22、按是否有水質(zhì)粒參與，分為干移出、濕移出。濕移出。83干移出過(guò)程：指質(zhì)粒在干的狀況下移出大氣的過(guò)程。包括重力下沉、附粘移出。濕移出過(guò)程：指質(zhì)粒受雨雪或云霧滴等影響而下沉到下墊面移出大氣的過(guò)程。包括凝長(zhǎng)下沉、碰并下沉。844、大氣氣溶膠粒子在大氣過(guò)程中的作用大氣氣溶膠粒子在大氣過(guò)程中的作用 1）在云霧降水中的作用在云霧降水中的作用；可作為水汽凝結(jié)和凝華以及水滴凍結(jié)的核可作為水汽凝結(jié)和凝華以及水滴凍結(jié)的核 心，即部分大氣氣溶膠粒子可作為心，即部分大氣氣溶膠粒子可作為CCN（cloud condensation nuclei)或或IN(ice nuclei)2）對(duì)大氣輻射過(guò)程的影響對(duì)大氣輻射過(guò)程的影響

23、；吸收和散射太陽(yáng)輻射，影響大氣溫度的垂吸收和散射太陽(yáng)輻射，影響大氣溫度的垂直分布。直分布。853）對(duì)大氣光學(xué)特性的影響對(duì)大氣光學(xué)特性的影響；對(duì)太陽(yáng)光的散射和吸收，會(huì)影響大氣能見(jiàn)度，對(duì)太陽(yáng)光的散射和吸收，會(huì)影響大氣能見(jiàn)度，還會(huì)影響天空顏色。一些光學(xué)現(xiàn)象的出現(xiàn)，也與它還會(huì)影響天空顏色。一些光學(xué)現(xiàn)象的出現(xiàn)，也與它們的作用有關(guān)。們的作用有關(guān)。864）對(duì)大氣電學(xué)特性的影響對(duì)大氣電學(xué)特性的影響 氣溶膠粒子捕獲小離子而成為大離子，由氣溶膠粒子捕獲小離子而成為大離子，由于大離子遷移率小，故大氣電場(chǎng)中的傳導(dǎo)電流減于大離子遷移率小，故大氣電場(chǎng)中的傳導(dǎo)電流減小小+-晴天大氣地面正離子負(fù)離子875）在大氣化學(xué)過(guò)程中的

24、作用。在大氣化學(xué)過(guò)程中的作用。氣溶膠粒子在大氣的許多化學(xué)過(guò)程中氣溶膠粒子在大氣的許多化學(xué)過(guò)程中起作用。起作用。88第三節(jié)第三節(jié) 大氣的垂直結(jié)構(gòu)大氣的垂直結(jié)構(gòu)大氣上界：大氣上界：物理現(xiàn)象上界為物理現(xiàn)象上界為 1200km(極光極光出現(xiàn)高度）；出現(xiàn)高度）；大氣密度上界為大氣密度上界為20003000km(接近于星際氣體密度接近于星際氣體密度1個(gè)個(gè)/cm3的高度）的高度）分層標(biāo)準(zhǔn)：分層標(biāo)準(zhǔn)：（1）按溫度隨高度的變化）按溫度隨高度的變化（2）按大氣成分是否混合均勻（或稱按空）按大氣成分是否混合均勻（或稱按空氣平均分子量隨高度變化）分：氣平均分子量隨高度變化）分：均勻?qū)?、非均勻?qū)泳鶆驅(qū)?、非均勻?qū)?9（3

25、）按電離狀況分（4）按O3濃度分：臭氧層（1050km)非臭氧層（5）按地磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子運(yùn)動(dòng)作用明顯與否分一、一、按溫度隨高度的變化按溫度隨高度的變化 分為對(duì)流層、平流層、中層、熱分為對(duì)流層、平流層、中層、熱層、外層層、外層90911、對(duì)流層（12km以下）l在赤道地區(qū)對(duì)流層頂?shù)母叨燃s在赤道地區(qū)對(duì)流層頂?shù)母叨燃s18千米，中緯度千米，中緯度地區(qū)約地區(qū)約12千米，極地地區(qū)約千米，極地地區(qū)約8千米。夏季的對(duì)千米。夏季的對(duì)流層厚度大于冬季。流層厚度大于冬季。l以南京為例，夏季的對(duì)流層厚度達(dá)17公里，而冬季只有11公里，冬夏厚度之差達(dá)6公里之多。特點(diǎn)：特點(diǎn)：921)、溫度隨高度的增加而降低，氣溫遞減、溫

26、度隨高度的增加而降低，氣溫遞減率率為為6.5/kmTz 定義定義氣溫遞減率氣溫遞減率：高度每升高單位高高度每升高單位高 度氣溫降低的度數(shù)。度氣溫降低的度數(shù)。2)、對(duì)流層中的垂直運(yùn)動(dòng)顯著。、對(duì)流層中的垂直運(yùn)動(dòng)顯著。3)、集中了80%的大氣質(zhì)量和幾乎全部水汽934)、云霧降水均發(fā)生在此層、云霧降水均發(fā)生在此層5)、受地表影響最強(qiáng)烈，空氣屬性的、受地表影響最強(qiáng)烈，空氣屬性的水平分布很不均勻水平分布很不均勻942、平流層（平流層（12km55km)1)2525kmkm以下溫度遞減率接近零，以下溫度遞減率接近零，2525kmkm以以上溫度隨高度明顯增加上溫度隨高度明顯增加2)平流層氣流運(yùn)動(dòng)主要以水平運(yùn)動(dòng)

27、為主平流層氣流運(yùn)動(dòng)主要以水平運(yùn)動(dòng)為主.3)水汽極少，顆粒物極少，能見(jiàn)度極好。水汽極少，顆粒物極少，能見(jiàn)度極好。4）大氣污染物進(jìn)入平流層后能長(zhǎng)期存在）大氣污染物進(jìn)入平流層后能長(zhǎng)期存在953、中層（中層（85 km)1）層內(nèi)溫度隨高度增加而下降2）空氣的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng),故又稱之為高空對(duì)流層或上對(duì)流層。964、熱層（550km)1)溫度隨高度增加而上升2)高度電離。高度電離。3）帶電粒子運(yùn)動(dòng)受地球磁場(chǎng)的作用明顯。975、外層（外層（大氣上界）大氣上界）2 2）大氣成分可以散逸到星際空間。）大氣成分可以散逸到星際空間。1）隨高度升高氣溫增加不顯著）隨高度升高氣溫增加不顯著98二、按電離狀況分二、按電離

28、狀況分 地殼和大氣中的放射性物質(zhì)主要對(duì)低層大地殼和大氣中的放射性物質(zhì)主要對(duì)低層大氣的電離起作用，而它們的作用較弱，而宇宙氣的電離起作用，而它們的作用較弱，而宇宙線和太陽(yáng)紫外線輻射對(duì)高層大氣起作用，且作線和太陽(yáng)紫外線輻射對(duì)高層大氣起作用，且作用較強(qiáng)。因此，大氣中離子濃度低層低，高層用較強(qiáng)。因此，大氣中離子濃度低層低，高層高，據(jù)此分為高，據(jù)此分為中性層（中性層（60km以下以下)電離層（電離層（60km以上）以上）99三、按地磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子運(yùn)動(dòng)作用明顯與否分1、非磁層（、非磁層（500km以下）以下）由于空氣較稠密，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)主由于空氣較稠密，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)主要受粒子間的碰撞支配要受粒子間的碰

29、撞支配2、磁層（、磁層（500km以上）以上）本層內(nèi)存在大量帶電粒子，空氣又稀本層內(nèi)存在大量帶電粒子，空氣又稀薄，粒子間碰撞稀少，所以，帶電粒薄，粒子間碰撞稀少，所以，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)主要受地磁場(chǎng)控制子的運(yùn)動(dòng)主要受地磁場(chǎng)控制100 第四節(jié)第四節(jié) 主要?dú)庀笠刂饕獨(dú)庀笠貧庀笠兀罕碚鞔髿鉅顟B(tài)和現(xiàn)象的物理氣象要素：表征大氣狀態(tài)和現(xiàn)象的物理量。例如，氣溫、空氣濕度、氣壓、風(fēng)量。例如，氣溫、空氣濕度、氣壓、風(fēng)一、氣溫一、氣溫1、定義：表示空氣冷熱程度的物理量、定義：表示空氣冷熱程度的物理量2、溫標(biāo)、溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)絕對(duì)溫標(biāo)絕對(duì)溫標(biāo)單位單位FK常用符號(hào)常用符號(hào)tFT101關(guān)系關(guān)系：2

30、73.15Tt 9325Ft3、觀測(cè)、觀測(cè)地面氣溫指離地地面氣溫指離地1.5m（我國(guó)）高處百葉我國(guó)）高處百葉箱里的氣溫箱里的氣溫102103104105世界上的極端氣溫世界上的極端氣溫106氣溫的日變化氣溫的日變化主要受地表日夜溫差的影響，而地表溫度的日變化和入太陽(yáng)輻射以及出地球能量?jī)烧卟钪涤嘘P(guān)。107二、氣壓二、氣壓1、定義：大氣壓力、定義：大氣壓力2、單位：國(guó)際單位、單位：國(guó)際單位 帕（帕（Pa)氣象上常用氣象上常用 百帕（百帕（hPa）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 =1013.25 hPa3、測(cè)量：、測(cè)量：108109110111112113114Vertical Pressure Distri

31、bution115三、空氣濕度三、空氣濕度1、定義：表示空氣中水汽含量多少或潮濕、定義：表示空氣中水汽含量多少或潮濕程度的物理量。程度的物理量。2、水汽達(dá)飽和、水汽達(dá)飽和3、濕度參量、濕度參量(p19)由水汽和平面純水（或由水汽和平面純水（或純水）組成的系統(tǒng)，在某溫純水）組成的系統(tǒng)，在某溫度下達(dá)到兩相平衡時(shí)，稱為度下達(dá)到兩相平衡時(shí)，稱為水汽達(dá)飽和。水汽達(dá)飽和。有很多個(gè)有很多個(gè)116Observations of vapor pressure as a function of temperature1171）水汽混合比）水汽混合比rvdmrm單位：?jiǎn)挝唬簁g/kg2)比濕比濕 q單位：?jiǎn)挝唬簁g

32、/kg()vvdmqmmq于于r的關(guān)系：的關(guān)系：1rqr1183)絕對(duì)濕度（水汽密度絕對(duì)濕度（水汽密度)vvvmV單位：?jiǎn)挝唬簁g/m3V為濕空氣體積為濕空氣體積4）水汽壓）水汽壓e：濕空氣中水汽的分壓強(qiáng)。單位濕空氣中水汽的分壓強(qiáng)。單位 為為hPa相對(duì)于純水相對(duì)于純水(冰）平面的飽和水汽壓冰）平面的飽和水汽壓 E w（Ei），），僅是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而增大僅是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而增大119飽和水汽壓計(jì)算公式（飽和水汽壓計(jì)算公式（p21）5）相對(duì)濕度）相對(duì)濕度 f100%efE6）露點(diǎn)）露點(diǎn) td、霜點(diǎn)霜點(diǎn) tf濕空氣在水汽含量不變的情況下，等壓降溫至相對(duì)于純濕空氣在水汽含量不變的情況

33、下，等壓降溫至相對(duì)于純水水平面達(dá)飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)；等壓降溫至相對(duì)于平面達(dá)飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)；等壓降溫至相對(duì)于純純冰冰平面達(dá)飽和時(shí)的溫度稱為霜點(diǎn)。平面達(dá)飽和時(shí)的溫度稱為霜點(diǎn)。()wdEte()ifEte120四、風(fēng)四、風(fēng)1、風(fēng)的概念、風(fēng)的概念1）空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)）空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)大氣科學(xué)中的風(fēng)以地面為參照大氣科學(xué)中的風(fēng)以地面為參照物，分水平風(fēng)、垂直風(fēng)物，分水平風(fēng)、垂直風(fēng)2）風(fēng)是矢量，水平風(fēng)是二維矢量）風(fēng)是矢量，水平風(fēng)是二維矢量3）水平風(fēng)有兩種描述方法：分量法、）水平風(fēng)有兩種描述方法：分量法、方向大小法方向大小法1212、風(fēng)向、風(fēng)向1）指風(fēng)的來(lái)向）指風(fēng)的來(lái)向2）表示方法：用）表示方法

34、：用16個(gè)地理方位個(gè)地理方位用方位角用方位角3、風(fēng)速、風(fēng)速表示方法表示方法1）單位時(shí)間里空氣所經(jīng)過(guò)的距離。）單位時(shí)間里空氣所經(jīng)過(guò)的距離。單位：?jiǎn)挝唬簃/s、mile/h1221232)風(fēng)級(jí)風(fēng)級(jí)1.熱帶低壓熱帶低壓(中心附近最大風(fēng)力中心附近最大風(fēng)力67級(jí)級(jí))2.熱帶風(fēng)暴熱帶風(fēng)暴(89級(jí)級(jí))3.強(qiáng)熱帶風(fēng)暴強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(1011級(jí)級(jí))4.臺(tái)風(fēng)臺(tái)風(fēng)(12級(jí)級(jí))。例如，熱帶氣旋用風(fēng)級(jí)劃分為：例如，熱帶氣旋用風(fēng)級(jí)劃分為：124125126127128第五節(jié)第五節(jié) 空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)方程 一、理想氣體狀態(tài)方程一、理想氣體狀態(tài)方程1mPVR TM、2、地球上自然狀態(tài)下的空氣可、地球上自然狀態(tài)下的空氣可看作理想

35、氣體看作理想氣體129二、干空氣狀態(tài)方程二、干空氣狀態(tài)方程1、方程推導(dǎo)、方程推導(dǎo)設(shè)體積為設(shè)體積為V、溫度為溫度為T的干空氣中，含有的干空氣中，含有 n 種氣體成分，其中第種氣體成分，其中第i種種 成分的狀態(tài)方成分的狀態(tài)方程為：程為：,1,1iiimPVR T inM（）對(duì)以上對(duì)以上n個(gè)式子求和，有個(gè)式子求和，有1302iiimVPR TM （）考慮到考慮到iPPimm并令并令iimMmM，則有，則有3mV PR TM（）13190km以下，以下，28.966/Mg mol令令*1138.3128728.966 10dRRJ kgKMRd稱為干空氣比氣體常數(shù)稱為干空氣比氣體常數(shù)（3）式可化為）式

36、可化為4dddPRT（）1322、比氣體常數(shù)、比氣體常數(shù)*11287dRRJ kgKM*1138.3146118 10vvRRJ kgKM1.6085vdRR （）133三、濕空氣狀態(tài)方程三、濕空氣狀態(tài)方程1、方程推導(dǎo)、方程推導(dǎo)干空氣和水汽狀態(tài)方程分別為干空氣和水汽狀態(tài)方程分別為4dddPRT（）6vveRT（）把（把（5）代入上式（）代入上式（6），有），有1.6087vdeR T（）134（4）+（7）得）得(1.608)ddvdPeRT 即即(0.608)vdPR T1 0.608)vdR T（8）135（7）/（8），得），得1.608910.608vveP（）考慮到考慮到1v（9）式

37、近似為）式近似為1101.608veP （）136把（把（10）代入（）代入（8），有），有0.6081)1.608dePR TP（1 0.378)11deR TP（）1 0.378)mdeRRP（若令若令則（則（11）式化為）式化為12mpR T（）1371 0.378)veTTP（若令若令則（則（11）式化為）式化為13dvpR T（）（11）（13）為濕空氣狀態(tài)方程的三種形式）為濕空氣狀態(tài)方程的三種形式，其中最常用的為公式（，其中最常用的為公式（13）2、虛溫、虛溫138 是關(guān)于溫度、水汽壓和壓強(qiáng)的函數(shù)。為了是關(guān)于溫度、水汽壓和壓強(qiáng)的函數(shù)。為了能在濕空氣狀態(tài)方程中使用能在濕空氣狀態(tài)方程中

38、使用 ，并且使其與，并且使其與干空氣狀態(tài)方程具有類似的簡(jiǎn)單形式所引入的干空氣狀態(tài)方程具有類似的簡(jiǎn)單形式所引入的參量。定義式為參量。定義式為dR1 0.378)veTTP（139四、常用的濕度參量間關(guān)系四、常用的濕度參量間關(guān)系1re、與一塊體積為一塊體積為V、溫度為溫度為T的濕空氣中，的濕空氣中，水汽和干空氣狀態(tài)方程分別為水汽和干空氣狀態(tài)方程分別為6vveRT（）4ddP eRT（1）（6）/（14），得），得140vvddRepeR1.608vdmm1.608r0.62215erp e即 （）2qe、和 一塊體積為一塊體積為V、溫度為溫度為T的濕空氣中，的濕空氣中，水汽和濕空氣狀態(tài)方程分別為水

39、汽和濕空氣狀態(tài)方程分別為1416vveRT（）1 0.378)11depR TP（）（6）/（11），有），有11 0.378vvdReepRpvvdRR1.608vmm1.608q1420.62216ep即 q （）1431）水汽混合比）水汽混合比rvdmrm2)比濕比濕 q()vvdmqmm3)絕對(duì)濕度（水汽密度絕對(duì)濕度（水汽密度)vvmV4）水汽壓）水汽壓e：5）相對(duì)濕度）相對(duì)濕度 f100%efE6）露點(diǎn)）露點(diǎn) td、霜點(diǎn)霜點(diǎn) tf()wdEte()ifEte6vveRT（）144q于于r的關(guān)系：的關(guān)系：1rqr1re、與0.62215erp e即 （）2qe、和0.62216ep即

40、q （）6vveRT（）1454dddPRT（）*1138.3128728.966 10dRRJ kgKMRd稱為干空氣稱為干空氣比氣體常數(shù)比氣體常數(shù)6vveRT（）*1138.3146118 10vvRRJ kgKM1.6085vdRR （）14612mpR T（）1 0.378)mdeRRP（13dvpR T（）1 0.378)veTTP（147第五節(jié)第五節(jié) 大氣靜力學(xué)方程大氣靜力學(xué)方程 一、方程推導(dǎo)一、方程推導(dǎo)假定大氣處于靜力平衡假定大氣處于靜力平衡狀態(tài)，即大氣相對(duì)于地狀態(tài)，即大氣相對(duì)于地面靜止，達(dá)到力的平衡。面靜止，達(dá)到力的平衡。任取一塊截面積為任取一塊截面積為1m2，厚度為厚度為dz

41、的鉛直氣柱，的鉛直氣柱，對(duì)它進(jìn)行受力分析對(duì)它進(jìn)行受力分析148應(yīng)有 G+(p+dp)=p即 gdz+p+dp=p整理得 dp=-gdz （1.5.1)dpgdz 或 （1.5.2)（1.5.1）稱為大氣靜力學(xué)方程的微分形式）稱為大氣靜力學(xué)方程的微分形式（1.5.2）稱為大氣靜力學(xué)方程的導(dǎo)數(shù)形式）稱為大氣靜力學(xué)方程的導(dǎo)數(shù)形式149 當(dāng)大氣靜止或只做勻速垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，大氣靜當(dāng)大氣靜止或只做勻速垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，大氣靜力學(xué)方程精確成立。力學(xué)方程精確成立。當(dāng)大氣有弱的垂直加速度時(shí)，大氣靜力學(xué)當(dāng)大氣有弱的垂直加速度時(shí)，大氣靜力學(xué)方程近似成立。方程近似成立。二、適用條件二、適用條件 大氣運(yùn)動(dòng)具有準(zhǔn)水平性，即任意時(shí)

42、刻大氣運(yùn)動(dòng)具有準(zhǔn)水平性，即任意時(shí)刻大部分空間范圍的大氣以水平運(yùn)動(dòng)為主。大部分空間范圍的大氣以水平運(yùn)動(dòng)為主。垂直加速度一般小于垂直加速度一般小于0.1cm/s2,比重力加速度比重力加速度至少小至少小4個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。150 大氣靜力學(xué)方程不僅適用于靜止大氣，而大氣靜力學(xué)方程不僅適用于靜止大氣，而且也適用于一般大氣，不適用于有強(qiáng)垂直運(yùn)動(dòng)且也適用于一般大氣，不適用于有強(qiáng)垂直運(yùn)動(dòng)的大氣（見(jiàn)圖）的大氣（見(jiàn)圖）151152三、應(yīng)用三、應(yīng)用1、用來(lái)定義平衡氣壓（大氣靜力學(xué)氣壓）、用來(lái)定義平衡氣壓（大氣靜力學(xué)氣壓）對(duì)（對(duì)（1.5.2）式兩邊積分）式兩邊積分，12:;zzz12:p pp得得21211.5.

43、3zzppgdz （）220zp 特 殊 地，當(dāng)時(shí)，則111.5.4zpg d z （）153 即以某高度即以某高度z1上的平衡氣壓等于從該高上的平衡氣壓等于從該高度直到大氣上界的單位截面鉛直氣柱的重量。度直到大氣上界的單位截面鉛直氣柱的重量。2、求氣壓階、求氣壓階hp (p31)1）定義：垂直氣柱中每減小單位氣壓所對(duì)）定義：垂直氣柱中每減小單位氣壓所對(duì)應(yīng)的幾何高度增加量應(yīng)的幾何高度增加量(10.378)121.5.5dpeR Tdzphdpgpg）計(jì)算式：（）3）影響因子）影響因子;pTh，,pph1543、計(jì)算氣壓標(biāo)高、計(jì)算氣壓標(biāo)高Hp1）定義）定義標(biāo)高分氣壓標(biāo)高和密度標(biāo)高，這里只介紹前者

44、標(biāo)高分氣壓標(biāo)高和密度標(biāo)高，這里只介紹前者 氣壓標(biāo)高表示氣壓隨高度的變化氣壓標(biāo)高表示氣壓隨高度的變化趨勢(shì)，定義式為趨勢(shì)，定義式為 (平面平行大氣的假設(shè)下平面平行大氣的假設(shè)下)1551ln()1.5.6pdpHdz（）2）計(jì)算式）計(jì)算式1lnpHdpdz pdpdz dvR Tg1.5.7dvR Tg（）vvTT與 成正比，若 不隨高度變化，p則H 也不隨高度變化。1563）等溫大氣的標(biāo)高）等溫大氣的標(biāo)高對(duì)（對(duì)（1.5.6）式變形后兩邊積分，得）式變形后兩邊積分，得21211exp()1.5.8zzpPPdzH（）對(duì)于等溫大氣，對(duì)于等溫大氣，Tv不隨高度變化，不隨高度變化，故故Hp也不隨高度變化，

45、所以也不隨高度變化，所以2121exp()1.5.9pzzPPH（）157 對(duì)于等溫大氣，對(duì)于等溫大氣，Hp在數(shù)量上等于氣壓在數(shù)量上等于氣壓減小到起始?xì)鈮旱臏p小到起始?xì)鈮旱?/e所需要的高度增量。所需要的高度增量。4、用來(lái)推導(dǎo)模式大氣的壓高公式、用來(lái)推導(dǎo)模式大氣的壓高公式壓高公式：表明氣壓與高度間關(guān)系的公式。壓高公式：表明氣壓與高度間關(guān)系的公式。模式大氣：是滿足一定假設(shè)條件的大氣。模式大氣：是滿足一定假設(shè)條件的大氣。1）等溫大氣）等溫大氣a)定義：虛溫或溫度不隨高度變化的大氣定義：虛溫或溫度不隨高度變化的大氣b)壓高公式壓高公式：2121exp()1.5.9pzzPPH（）1582121()e

46、xp1.5.10dvg zzPPR T（）把（把（1.5.7）代入，有）代入，有 在氣象觀測(cè)中，常用（在氣象觀測(cè)中，常用（1.5.10）求）求算等壓面位勢(shì)高度和海平面氣壓換算。算等壓面位勢(shì)高度和海平面氣壓換算。c)上界（上界（p=0 的高度）：無(wú)上界的高度）：無(wú)上界2）多元大氣）多元大氣a)定義：氣溫隨定義：氣溫隨高度線性變化的高度線性變化的大氣稱大氣稱 為多元為多元大氣。大氣。159b)壓高公式：設(shè)壓高公式：設(shè)0TTz，代入大氣靜力學(xué)方程中可，代入大氣靜力學(xué)方程中可推導(dǎo)出推導(dǎo)出000()1.5.11dgRTzppT（）c)上界：上界：0TH 1603）均質(zhì)大氣）均質(zhì)大氣a)定義：空氣密度不隨

47、高度變化的定義：空氣密度不隨高度變化的大氣稱為均質(zhì)大氣。大氣稱為均質(zhì)大氣。b)壓高公式壓高公式：0ppgz c)上界：上界：008dvpR THkmgg數(shù)值上等于低層大氣的標(biāo)高。數(shù)值上等于低層大氣的標(biāo)高。161卓奧友峰卓奧友峰 8201米米8000米是米是人類生存人類生存的極限的極限162163d)鉛直溫度遞減率鉛直溫度遞減率34.2/mdggK kmRRmpR Tz對(duì)兩邊關(guān)于 求導(dǎo)mmpTR TRzzzpp TgzTz 由均質(zhì)大氣壓高公式和狀態(tài)方程，由均質(zhì)大氣壓高公式和狀態(tài)方程，求得均質(zhì)大氣鉛直溫度遞減率為：求得均質(zhì)大氣鉛直溫度遞減率為：34.2/?K km164變形，得變形，得()1.5.

48、12mTgzTzR（）由（由（1.5.12）式發(fā)現(xiàn)，）式發(fā)現(xiàn)，,0,mTgzRz若則自動(dòng)發(fā)生對(duì)流,0,mTgzRz若則不會(huì)自動(dòng)發(fā)生對(duì)流所以所以 也稱為自由對(duì)也稱為自由對(duì)流鉛直溫度遞減率流鉛直溫度遞減率34.2/mdggK kmRR165四、標(biāo)準(zhǔn)大氣四、標(biāo)準(zhǔn)大氣1、定義（、定義（WMO的定義）的定義）所謂標(biāo)準(zhǔn)大氣，就是能夠粗略地反所謂標(biāo)準(zhǔn)大氣，就是能夠粗略地反映出周年、中緯度狀況的，得到國(guó)際上承映出周年、中緯度狀況的，得到國(guó)際上承認(rèn)的，假定的大氣溫度、壓力和密度的垂認(rèn)的，假定的大氣溫度、壓力和密度的垂直分布。它的典型用途是作為壓力高度計(jì)直分布。它的典型用途是作為壓力高度計(jì)校準(zhǔn)、飛機(jī)性能計(jì)算、飛機(jī)

49、和火箭設(shè)計(jì)、校準(zhǔn)、飛機(jī)性能計(jì)算、飛機(jī)和火箭設(shè)計(jì)、彈道制表和氣象制圖的基準(zhǔn)。假定空氣服彈道制表和氣象制圖的基準(zhǔn)。假定空氣服從使溫度、壓力和密度與位勢(shì)發(fā)生關(guān)系的從使溫度、壓力和密度與位勢(shì)發(fā)生關(guān)系的理想氣體定律和流體靜力學(xué)方程。在一個(gè)理想氣體定律和流體靜力學(xué)方程。在一個(gè)時(shí)期內(nèi)，只能規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣，這個(gè)標(biāo)時(shí)期內(nèi)，只能規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣，除相隔多年做修正外，不允許經(jīng)準(zhǔn)大氣，除相隔多年做修正外，不允許經(jīng)常變動(dòng)。常變動(dòng)。1662、美國(guó)、美國(guó)1976年標(biāo)準(zhǔn)大氣：年標(biāo)準(zhǔn)大氣：是對(duì)美國(guó)是對(duì)美國(guó)1962年標(biāo)準(zhǔn)大氣的修正，年標(biāo)準(zhǔn)大氣的修正，它表示了中等太陽(yáng)活動(dòng)期間，由地面到它表示了中等太陽(yáng)活動(dòng)期間，由地

50、面到1000km的理想化、靜態(tài)的中緯度平均的理想化、靜態(tài)的中緯度平均大氣結(jié)構(gòu)。大氣結(jié)構(gòu)。3、我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總局規(guī)定，在建立我國(guó)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總局規(guī)定，在建立我國(guó)自己的標(biāo)準(zhǔn)大氣之前，可使用自己的標(biāo)準(zhǔn)大氣之前，可使用1976年美國(guó)年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大氣，取其標(biāo)準(zhǔn)大氣，取其30 km以下部分作為國(guó)家以下部分作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。167168169第六節(jié)第六節(jié) 氣壓場(chǎng)氣壓場(chǎng)氣壓場(chǎng)：氣壓的空間分布。氣壓的三維氣壓場(chǎng)：氣壓的空間分布。氣壓的三維空間分布稱為空間分布稱為空間氣壓場(chǎng)空間氣壓場(chǎng)；氣壓的水平；氣壓的水平分布稱為分布稱為水平氣壓場(chǎng)水平氣壓場(chǎng)。170一、基本概念一、基本概念1、等高面圖、

51、等高面圖等壓面：指空間氣壓相等各點(diǎn)組成的等壓面：指空間氣壓相等各點(diǎn)組成的 曲面，曲面，等高面：海拔高度相同的各點(diǎn)組成的曲面等高面：海拔高度相同的各點(diǎn)組成的曲面等高面上的等壓線：是等高面上氣壓相同等高面上的等壓線：是等高面上氣壓相同點(diǎn)的連線。是等壓面與等高面的交線。點(diǎn)的連線。是等壓面與等高面的交線。171書(shū)簽 氣壓氣壓 hPa 亞洲亞洲:10月月 11日日 北京時(shí)北京時(shí)間間 08:00 172目前地面天氣圖，就是高度為零的等高目前地面天氣圖，就是高度為零的等高面圖，在地圖上填上海平面氣壓值，繪面圖，在地圖上填上海平面氣壓值，繪制等壓線，此外，地面天氣圖上還標(biāo)有制等壓線，此外，地面天氣圖上還標(biāo)有其

52、他天氣符號(hào)和等值線。其他天氣符號(hào)和等值線。1732、等壓面圖、等壓面圖 用高度間隔相等的若干等高面去截用高度間隔相等的若干等高面去截某等壓面某等壓面P，將所得截線即等高線都投將所得截線即等高線都投影到水平面上，便得影到水平面上，便得P等壓面上的許多等壓面上的許多等高線。構(gòu)成等壓面圖的主體。等高線。構(gòu)成等壓面圖的主體。目前氣象臺(tái)繪制的高空天氣圖就目前氣象臺(tái)繪制的高空天氣圖就是一組等壓面圖。其上除等高線，還是一組等壓面圖。其上除等高線，還有其他等值線和天氣符號(hào)。有其他等值線和天氣符號(hào)。注：這里的高度為位勢(shì)高度注：這里的高度為位勢(shì)高度174175位勢(shì)位勢(shì) 500 hPa gpdm 亞洲亞洲:10月月

53、 11日日 北京時(shí)間北京時(shí)間 08:00 1763、位勢(shì)高度、位勢(shì)高度1）重力位勢(shì)）重力位勢(shì)把單位質(zhì)量的物體從海平面上（重力位把單位質(zhì)量的物體從海平面上（重力位勢(shì)為零）抬升（沿任意路徑）到勢(shì)為零）抬升（沿任意路徑）到Z高度高度時(shí)，外力克服重力所作的功。時(shí)，外力克服重力所作的功。01.6.1zgdz（）1772）位勢(shì)米）位勢(shì)米gpm 質(zhì)量為質(zhì)量為1千克的物體在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度千克的物體在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度g0下，上升下，上升1m所增加的勢(shì)能為所增加的勢(shì)能為1位勢(shì)米。位勢(shì)米。19.80665/1.6.2gpmJ kg（）3）位勢(shì)高度與幾何高度的關(guān)系）位勢(shì)高度與幾何高度的關(guān)系01.6.39.80665Zg

54、dzH（）1784）計(jì)算位勢(shì)高度的測(cè)高公式）計(jì)算位勢(shì)高度的測(cè)高公式已知兩個(gè)氣壓，求氣壓間的位勢(shì)高度已知兩個(gè)氣壓，求氣壓間的位勢(shì)高度對(duì)（對(duì)（1.6.3）兩邊微分，有）兩邊微分，有01.6.4gdHdzg（）把（把（1.6.4）和狀態(tài)方程代入大氣靜力）和狀態(tài)方程代入大氣靜力學(xué)方程中，有學(xué)方程中，有01.6.5vdpgdpdHT R（）179（1.6.5）可化為）可化為0ln1.6.6vdgTdpdHR（）（1.6.6）式兩邊積分，有）式兩邊積分，有21021ln()1.6.7pvpdgTdpHHR（）2112lnlnlnpvpvT dpTpp設(shè)則（則（1.6.7）式化為）式化為18012102ln

55、1.6.8d vRTpHHgp（）二、氣壓場(chǎng)的基本型式二、氣壓場(chǎng)的基本型式(1)低氣壓(簡(jiǎn)稱低壓)，其等壓線閉合，中心氣壓低，向外逐漸增高?？臻g等壓面向下凹，形如盆地。181（2）高氣壓）高氣壓(簡(jiǎn)稱高壓簡(jiǎn)稱高壓)，其等壓線閉合，其等壓線閉合，中心氣壓高，向外逐漸減低?？臻g等壓面中心氣壓高，向外逐漸減低?？臻g等壓面向上凸形狀，形似山。向上凸形狀，形似山。182(3)低壓槽低壓槽(簡(jiǎn)稱槽簡(jiǎn)稱槽)。是低壓向外伸出的狹長(zhǎng)部分，或一組。是低壓向外伸出的狹長(zhǎng)部分，或一組未閉合的等壓線向氣壓較高的方突出的部分。在槽中，各未閉合的等壓線向氣壓較高的方突出的部分。在槽中，各等壓線彎曲最大處的連線叫槽線。氣壓沿

56、槽線最低，向兩等壓線彎曲最大處的連線叫槽線。氣壓沿槽線最低，向兩邊遞增。槽的尖端，可以指向各個(gè)方向，但在邊遞增。槽的尖端，可以指向各個(gè)方向，但在北半球中緯北半球中緯度地區(qū)大多指向南方度地區(qū)大多指向南方。因此，尖端指向北的稱為倒槽，指。因此，尖端指向北的稱為倒槽，指向東西的稱為橫槽，槽附近的空間等壓面類似山向東西的稱為橫槽，槽附近的空間等壓面類似山谷。谷。1834)高壓脊高壓脊(簡(jiǎn)稱脊簡(jiǎn)稱脊)是高壓向外伸出的狹長(zhǎng)部分，是高壓向外伸出的狹長(zhǎng)部分，或一組未閉合的等壓線向氣壓較低的方突出的或一組未閉合的等壓線向氣壓較低的方突出的部分。在脊中，各等壓線彎曲最大處的連線叫部分。在脊中，各等壓線彎曲最大處的連線叫脊線。氣壓沿脊線最高，向兩邊遞減。脊附近脊線。氣壓沿脊線最高，向兩邊遞減。脊附近的空間等壓面，類似山脊。的空間等壓面，類似山脊。184(5)鞍形氣壓區(qū)鞍形氣壓區(qū)(簡(jiǎn)稱鞍部簡(jiǎn)稱鞍部)，是兩個(gè)低壓與兩，是兩個(gè)低壓與兩個(gè)高壓交錯(cuò)組成的中間區(qū)域，其附近空間個(gè)高壓交錯(cuò)組成的中間區(qū)域，其附近空間等壓面形如馬鞍。等壓面形如馬鞍。