1、大 气 物 理 学,专业基础课,绪 论,1、什么是大气物理学？,春雨贵如油,“泰坦尼克号”海难,1、什么是大气物理学？,大气物理学主要研究地球大气各层结构与成分，大气现象与过程的物理机制和规律。它综合应用力学、热力学与统计物理学、电磁学、光学与量子力学等物理原理，结合地球大气的自然特点，研究大气中流体运动、光象、电象、声象、相变过程以及光辐射过程等，并由此产生了大气热力学、大气动力学、云雾降水物理学、大气电学、大气辐射与光学、大气声学、大气信号与遥感物理学等基本分支。而如果按大气层次的特点来划分，则大气物理学又可分为边界层大气物理学、对流层大气物理学和中层大气物理学。因此，大气物理学是大气科学

2、中的基础学科，又是应用物理学的一个分支。,2、大气物理发展历史（1）,古代：唯物与唯心理论观点 雷鸣电闪、华晕虹霓、云雾雨雹、冰雪霜露等 起始阶段：揭露大气现象物理机制 1752年 B.Franklin 用风筝探明雷击的本质就是电 1871年 Rayleigh 建立大气分子散射理论解释天空蓝色的现象 1908年 G.Mie 建立大粒子散射理论，解决球形粒子散射 18591901年 M.Plank和G.kirchhoff 开创辐射定律与光谱量子理论 18801881年 J.Aitken等指出凝结核在雾滴形成中的重要作用 C.T.R.Wilson 经典云室实验,2、大气物理发展历史（2）,二十世纪

3、中叶以来，重大实际应用问题的需要大大加速大气物理学的发展 19381939年 Bergeron与Findeison 降水起源于冰晶的学说， 1946年 V.J.Schaefer、B.Vonnegut等干冰与碘化银人工冰核作用的发现，促使云降水物理学获得重大发展 六十年代以来，大气污染物排放对生物圈和人类的影响促使大气边界层与大气湍流的研究 CO2含量增加，全球变暖，气象卫星的兴起，遥感技术的发展推动了大气辐射的研究,温室效应与全球气候变暖(CO2，CH4，N2O),Increase in catastrophic flood events,Increase in frequency and i

4、ntensity of droughts,卫星遥感,北京大学 兰州大学 南京大学 南京信息工程大学 中国海洋大学 中国科学技术大学 中山大学 成都信息工程学院 ,设有大气物理学与大气环境专业的大学：,第一章 大气概述,1 大气演化及组成 2 大气结构 3 气象要素 4 空气状态方程,第一章 大气概述,1 大气演化及组成 2 大气结构 3 气象要素 4 空气状态方程,一、大气演化,1、太阳系行星 2、地球大气演化,金星,水星,土星,天王星,木星,火星,冥王星,海王星,地球,问题：传统的太阳系“九大行星”概念为何如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”？,行星：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚

5、体力而使天体呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。 矮行星：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清除其轨道附近其他物体的天体。 成员包括冥王星和谷神星等。太阳系小天体：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的物体。,（1）太阳系家谱,九大行星名字的来由,水星的英文名字Mercury来自罗马神墨丘利。符号是上面一个圆形下面一个交叉的短垂线和一个半圆形(Unicode: ). 是墨丘利所拿魔杖的形状。在第5世纪，水星实际上被认为成二个不同的行星，这是因为它时常交替地出现在太阳的两侧。当它出现在傍晚时，它被叫做墨丘利；但是当它

6、出现在早晨时，为了纪念太阳神阿波罗，它被称为阿波罗。毕达哥拉斯后来指出他们实际上是相同的一颗行星。中国古代则称水星为“辰星”。 中国古人称金星为“太白”或“太白金星”，也称“启明”或“长庚”。古希腊人称为阿佛洛狄特，是希腊神话中爱与美的女神。而在罗马神话中爱与美的女神是维纳斯，因此金星也称做“维纳斯”。金星的天文符号用维纳斯的梳妆镜来表示。 金星的位相变化金星同月球一样，也具有周期性的圆缺变化（位相变化），但是由于金星距离地球太远，用肉眼是无法看出来的。关于金星的位相变化，曾经被伽利略作为证明哥白尼的日心说的有力证据。,九大行星名字的来由,地球是太阳系中行星之一，按离太阳由近及远的次序排列为第

7、三。它是太阳系类地行星中最大的一颗，也是现代科学目前确证目前惟一存在生命的行星。行星年龄估计大约有45亿年(4.5109)。在行星形成后不久，即捕获其惟一的天然卫星月球。地球上惟一的智慧生物是人类。 火星：因为它在夜空中看起来是血红色的,所以在西方，以罗马神话中的战神玛尔斯(或希腊神话对应的阿瑞斯)命名它。在古代中国，因为它荧荧如火，故称“荧惑”。火星有两颗小型天然卫星:火卫一Phobos和火卫二Deimos(阿瑞斯儿子们的名字)。两颗卫星都很小而且形状奇特，可能是被引力捕获的小行星。英文里前缀areo-指的就是火星。 木星是太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序排列为第五颗。它也是太阳系

8、最大的行星，自转最快的行星。中国古代用它来纪年，因而称为岁星。 在西方称它为朱庇特，是罗马神话中的众神之王，相当于希腊神话中的宙斯。 土星是一个巨型气体行星,是太阳系中仅次于木星的第二大行星。土星的英文名字Saturn（以及其他绝大部分欧洲语言中的土星名称）是以罗马神的农神萨杜恩命名的。中国古代称之为镇星或填星。,九大行星名字的来由,天王星是太阳系的九大行星之一，排列在土星外侧、海王星内侧而名列第七，颜色为灰蓝色，是一颗巨型气体行星(Gas Giant)。以直径计算，天王星是太阳系第三大行星；但若以质量计算，则比海王星轻而排行第四。天王星的命名，是取自希腊神话的天神乌拉诺斯。 海王星为太阳系九

9、大行星中的第八个，是一个巨行星。海王星是第一个通过天体力学计算后被发现的行星。因为天王星的轨道与计算的不同，1845年约翰可夫亚当斯和埃班勤维叶推算了在天王星外的一个未知行星可能的位置。1846年9月23日柏林天文台台长约翰格弗里恩盖尔真的在这个位置发现了一颗新的行星：海王星。 目前海王星是太阳系内离太阳第二远的行星。 海王星的名字是罗马神话中的海神涅普顿（Neptune） 冥王星是太阳系九大行星中离开太阳最远、最小的一颗行星，1930年被发现。因为它离太阳最远，因此也非常寒冷，这和罗马神话中的冥王普鲁托所住的地方很相似，因此称为“Pluto”。,(2)行星分类：,英文名: Mercury 水

10、星基本参数: 轨道半长径: 5791万 千米 (0.38 天文单位) 公转周期: 87.70 天 平均轨道速度: 47.89 千米/每秒 轨道偏心率: 0.206 轨道倾角: 7.0 度 行星赤道半径: 2440 千米 质量(地球质量1): 0.0553 密度: 5.43 克/立方厘米 自转周期: 58.65 日 卫星数: 无 公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位),水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45。 结果表明水星上既无水也无大气，昼夜温差很大。,英文名: Venus 金星基本参数: 公转半径 108,208,93

11、0 km 公转时间 224.701天 平均公转速度 35.1公里/秒 卫星数量 0 赤道直径 12,103.6千米 表面面积 4.6亿 平方千米 质量 4.869 1024 千克 表面引力 8.78 m/s2 自转时间 243.02天 逃逸速度 10.4 千米/秒 大气压 9321.9千帕 二氧化碳 96%，氮 3% ，其他各种气体极少,英文名: Mars 火星基本参数： 公转轨道半径： 22794万 千米 (1.52 天文单位) 公转周期： 686.98 日 平均轨道速度： 24.13 千米/每秒 轨道偏心率： 0.093 轨道倾角： 1.8 度 行星赤道半径： 3398 千米 质量(地球质

12、量1)： 0.1074 密度： 3.94 克/立方厘米 自转周期： 1.026 日 卫星数： 2 二氧化碳 95%，其余为氮、氩、一氧化碳，大气稀薄,30亿年前火星上下过雨,在火星的北极冰冠上，层层覆盖着水、冰和灰尘，形成的“悬崖”有两公里高。,水 手谷,1962前苏联火星1号探测器飞越火星的尝试失败。 1965美国水手4号行星际探测器飞越火星，拍摄了21张照片。1965前苏联发射探测器2号探测情况没有公布。 1969美国水手4号探测器发回75张照片。1969美国水手7号探测器发回126张照片。 1971前苏联火星2号探测器在火星着陆，探测情况没有公布。1971前苏联火星3号探测器在火星着陆并

13、发回照片。 1972美国水手9号探测器沿着火星轨道飞行，发回7329张照片。 1974前苏联火星5号探测器沿着火星轨道飞行了数天。1974前苏联火星6号和火星7号探测器在火星着陆，探测结果没有公布。 1976美国海盗1号和海盗2号探测器在火星着陆。发回了5万多张照片和大量的数据。 1989前苏联福波斯1号和福波斯2号探测器在前往火星的途中失踪。 1993美国火星观察者在预定即将到达火星轨道之前失踪。 1996俄罗斯“火星96”航天器发射失败。1996火星环球勘探者发射升空，1997年进入环绕火星的轨道。 1998美国发射火星气候探测器。 1999年9月23日，探测器与地面失去联系。1999美国

14、发射火星极地着陆者探测器。 2003年6-2欧洲宇航局发射“火星快车”探测器。03年6-8美国太空总署发射“火星探测漫步者-A”探测器。03年 6-25美国太空总署发射“火星探测漫步者-B”探测器。05年8-12美国火星勘测轨道飞行器,国际探测火星年表,形成初期都应以轻元素为主，后来由于各自的条件（距太阳远近、行星尺度及公转和自转周期等）不同，经几十亿年演化，形成了现在各自不同的大气。 内行星：水星无大气， 金星、火星以CO2为主（地球例外） 外行星：仍以H、He、CH4等原始大气成分为主。,(3)行星大气特征,一、大气演化,1、太阳系行星 2、地球大气演化,地球是太阳系九大行星之一，按离太阳

15、由近及远的次序为第三颗。它有一个天然卫星-月球，二者组成一个天体系统-地月系统。地球国际名称为“该娅”，是希腊神话中的地母神。 地球自西向东自转，同时围绕太阳公转。地球自转与公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替和四季变化。地球自转的速度是不均匀的。同时，由于日、月、行星的引力作用,（1）认识地球,以及大气海洋和地球内部物质的各种作用，使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前的略扁的旋转椭球体，极半径比赤道半径约短21千米。,（2）地球大气演化,行星地球大气：由天体物理学理论推导出来的地球大气，与实际地球大气相差甚远。

16、实际地球大气以N2、O2为主。 地球大气是如何演化而来的？,（2）地球大气演化,必须把大气看成是地球组合系统的一部分 地球大气演化的三个阶段： 原始大气：地球形成初期，以H2，He和CO为主 次生大气：4520亿年前，以CO2，CH4，NH3和H2O等为主 现代大气：以N2和O2为主,（3）地球大气O2的来源？,a、水汽被太阳紫外辐射的光致离解，能产生千分之一的氧 b、植物的光合作用6亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一，即第一关键浓度。高空臭氧浓度明显增加，使生命能到达水面。 4亿年前，达到十分之一，高空大气形成的臭氧层 。大量植物缓慢由海洋向陆地推进，,地球大气O2的来源？,最终光合作用和动

17、植物的呼吸及死亡达到平衡,（4）地球大气N2的来源？,还有待进一步研究！,（）生命的出现和地球大气的演化之间的关系,生命的出现与适当的日地距离（液态水的存在）有关。 生命的出现反过来又进一步改变了地球大气的成分。,二、大气的组成,1、干洁大气 2、水汽 3、气溶胶,（1）大气成分浓度表示法,干洁大气指除水汽以外的纯净大气。 a、绝对量法体积质量，单位为mg/m3，g/m3等，表示大气中气溶胶的浓度，但进行数值比较时要考虑大气状态。 b、相对量法，单位为ppm，ppb，ppt等，若表示该成分的质量占整个大气总质量的份数，即质量百分比m，若表示该成分的体积占整个大气总体积的份数，即体积百分比v。

18、一百万分之一（Parts Per Million） 十亿分之一 一万亿分之一,（1）大气成分浓度表示法,c、质量-体积浓度与ppm的换算关系是： 式中：X气体以每标立方米的毫克数表示的浓度值； C气体以ppm表示的浓度值； M气体的分子量。 由上式可得到如下关系： 1ppm=M/22.4(mg/m3),（1）大气成分浓度表示法,例1：求在标准状态下，30毫克/标立方米的氟化氢的ppm浓度。 解：氟化氢的分子量为20，则：C=3022.4/20=33.6ppm 例2、已知大气中二氧化硫的浓度为5ppm，求以mg/Nm3表示的浓度。 解：二氧化硫的分子量为64，则： X=564/22.4=14.3

19、mg/Nm3,（2）气体寿命表示法,气体寿命也称为平均停留时间：该种成分的所有分子更新一次所需要的时间，即平均寿命。,（3）按浓度分类：,（3）按浓度分类：,主要成分：浓度为百分之几，如N2，O2，Ar。 微量成分：浓度在1ppm到1%，如CO2， CH4， He ，Ne，Kr，H2O 。 痕量成分：浓度在1ppm以下，如H2，O3，Xe，NOX，NH3，SO2，CO，人为污染气体等。,准定常成分：寿命在1000年以上，,（4）按寿命分类：,准定常成分：寿命在1000年以上，如N2，O2，和惰性气体。 可变成分：寿命在几年到十几年，如CO2，H2，N2O，CH4，O3 等。 快变成分：寿命在1

20、年以下。如H2O，.,（4）按寿命分类：,来源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸 CO2含量变化原因：主要由燃煤、石油、天然气等燃料所引起的，火山爆发及从碳酸盐矿物、浅地层里释放的CO2是次要原因。 作用： a、对长波辐射的吸收和放 射，影响地面和大气的 温度（温室气体）。 b、是植物光合作用不可 缺少的原料。,（5）CO2的来源及作用,什么是臭氧？,（6）O3的来源及作用,来源：a、高空臭氧：高层大气中的臭氧主要是氧分子吸收一定波长的太阳辐射，形成氧原子，而后氧原子在第三种中性粒子M的参与下与氧分子结合，形成臭氧。 b、低空臭氧：低空臭氧主要是从高空输送而来，另外对流层大气的光化学反应也是臭氧的另

21、一个主要来源，还有一部分由雷暴闪电、有机物氧化生成。,（6）O3的来源及作用,作用：a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了大 气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。,（6）O3的来源及作用,臭氧层,作用：a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了大 气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。,（6）O3的来源及作用,b、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。,作用：a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了大 气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。,（6）O3的来源及作用,b、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。 c、对红外辐射的吸收，使地面向外空间的辐

22、射受阻，也促进了大气的增温。,臭氧洞,定义：80年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞”。,臭氧洞,产生的原因 大气动力学南极冬春环极涡旋 大气化学氟氯烃（蒙特利尔协定） 其他,青藏高原的臭氧洞,2003年12月14日至17日，青藏高原上空出现大面积臭氧总量极低值区，臭氧总量低于220DU（气压1标准大气压、气温0条件下，10微米厚的臭氧定义为1DU）的面积超过250万平方公里，中心极低值仅为190DU，比历史同期平均值2

23、55DU减少了25%，这是首次报道在青藏高原上空出现微型臭氧洞或臭氧极低值事件。,青藏高原的臭氧洞,对于微型臭氧洞的形成，科学界比较一致地认为是动力作用重新分配臭氧的结果：上对流层平流作用把副热带低臭氧浓度空气输送到较高纬度上空，从而引起当地臭氧总量很快减少。并分析指出，动力作用同样是造成青藏高原上空出现微型臭氧洞事件的主要原因：在200百帕高度上，青藏高原上空副热带西风急流北抬至北纬40度，致使高原上空对流层顶抬升，强大的西南气流把热带对流层低浓度臭氧空气向青藏高原上空输送，最终导致青藏高原上空臭氧总量大幅度降低。,青藏高原的臭氧洞,大型山地上空的臭氧层亏损是由于地面对大气异常的热力和动力作

24、用，使得臭氧含量较低空气上升，进入臭氧含量高的区域，从而冲淡整层臭氧含量。在青藏高原，这种臭氧亏损主要是由于青藏高原的热力作用所致。同样的原因，美国的洛基山脉、南美安第斯山脉上空也存在着不同的臭氧亏损。,二、大气的组成,1、干洁大气 2、水汽 3、气溶胶,2 、水汽,来源：来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物蒸腾作用 水汽的时空分布：地面高空，热带极地， 海洋沙漠，夏季冬季 作用：a、云和降水的源泉 b、影响地面、空气温度及大气垂直运动 c、通过水循环，将地球系统的岩石圈、水圈、生物圈、大气圈紧密联系到一起。（图）,二、大气的组成,1、干洁大气 2、水汽 3、气溶胶,什么是气溶胶？

25、,3、气溶胶,（1）定义：悬浮在大气中的各种固体和液体粒子。 （2）按尺度分类 尺度：10-3102m 数密度： 102106个/cm3， 城市农村，陆地海洋，冬季夏季,3、气溶胶,（3）来源 人工源：燃烧、工业活动产生的烟粒、煤烟粒子，核实验，气粒转化过程。 自然源：土壤岩石风化及火山爆发、 森林火灾、海洋溅沫、云滴、 冰晶、宇宙尘埃、有机质点等。,撒哈拉沙尘暴,海水溅沫,盐水滴,气溶胶粒子,海浪冲击形成空气泡,破裂,干涸,3、气溶胶,（4）作用： a、可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻结核），是形成云雾降水的条件。 b、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改变

26、地球的辐射平衡。 c、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。,NOx和HC光化学产物，呈淡蓝色烟雾，刺激人眼和呼吸道，伤害植物叶面、强氧化，导致塑料、橡胶老化。,洛杉矶光化学烟雾,3、气溶胶,（4）作用： a、可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻结核），是形成云雾降水的条件。 b、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改变地球的辐射平衡。 c、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。 d、影响大气光电特性。,第一章 大气概述,1 大气演化及组成 2 大气结构 3 气象要素 4 空气状态方程,2 大气结构,一、大气的垂直非均一性 二、对流层水平非均一性气团与锋,认识大

27、气层,天有多高？,严格地说，大气层的上部是没有明显上界的，通常可根据某些物理现象出现的最大高度来确定大气的上界，如把出现极光出现的最大的高度定为大气上界，也就是1200KM左右，若把大气密度接近于星际气体密度的地方定为大气上界，这时大气上界约在20003000KM之间。,加拿大育空地区的极光,一、大气的垂直非均一性,1、大气成分结构：均匀层、非均匀层,地面,湍流混合为主 均匀层,100km,一、大气的垂直非均一性,1、大气成分结构：均匀层、非均匀层,地面,湍流混合为主 均匀层,100km,分子扩散与湍流混合相当 湍流层顶,一、大气的垂直非均一性,1、大气成分结构：均匀层、非均匀层,地面,湍流混

28、合为主 均匀层,100km,分子扩散与湍流混合相当 湍流层顶,高空,以分子扩散为主 非均匀层,一、大气的垂直非均一性,1、大气成分结构：均匀层、非均匀层,地面,湍流混合为主 均匀层,100km,分子扩散与湍流混合相当 湍流层顶,高空,以分子扩散为主 非均匀层,干洁大气、水汽、气溶胶,一、大气的垂直非均一性,1、大气成分结构：均匀层、非均匀层,地面,湍流混合为主 均匀层,100km,分子扩散与湍流混合相当 湍流层顶,高空,以分子扩散为主 非均匀层,干洁大气、水汽、气溶胶,H 轻 He O N2 重,2、大气压力结构：气压层（500km),3、大气电离结构： a、电离层（高层大气中被电离的区域，约

29、为地表60km到5001000km ，可分为D、E、F层） 白天D、E、F层同时存在，F层可分为F1、F2层，夜间D、E层消失，而F层减弱，但仍存在。 b、磁层：5001000km以上 问题：为什么有时夜间能收到 的广播电台，白天却消失了？,60,90,100,300,无线电波传播四种类型：地波、天波、空间波、散射波。 收音机能收到的主要是中波、短波，中波主要以地波的形式存在，用于近距离传输 。短波最适宜以天波的形式进行传播。,D层反射能力弱，吸收能力较强，F2层对电波的反射能力最强。,4、大气温度结构,（1）气温垂直递减率：在垂直方向上每变化100米，气温的变化值，并以温度随高度的升高而降低

30、为正值。 （/100m） 0 表示气温随高度的升高而降低；0表示气温随高度的升高而升高，这种气层称为逆温层；=0表示气温随高度不变，这种气层称为等温层。 问题：在温高图上如何表示上述三种情况？,0 表示气温随高度的升高而降低；0表示气温随高度的升高而升高，这种气层称为逆温层；=0表示气温随高度不变，这种气层称为等温层,0,=0,0,Z,T,4 、大气温度结构,（2）温度垂直分层：对流层、平流层、中层、热层、外层 （P48，图4.1 大气分层图）,外层,85,50,30,外层,85,50,30,0,0,0,0,4、大气温度结构,（2）温度垂直分层：对流层、平流层、中层、热层、外层 （P48，图4

31、.1 大气分层图） （3）各层特征： （P49，图4.2 ） （P51，图4.3）,地 面,对流层：（1）夏季对流层的厚度大于冬季，层内对流旺盛，垂直混合强烈；（2）=0.65/100m ；,高纬8-9km 中纬10-12km 低纬17-18km,223K,夏半球,冬半球,地 面,对流层：（1）夏季对流层的厚度大于冬季，层内对流旺盛，垂直混合强烈；（2）=0.65/100m ；（3）垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化。热带对流层顶高比极地要高得多，冷得多 。温度随纬度增高而递减，但递减的梯度冬半球比夏半球陡，约为夏半球的两倍。,高纬8-9km 中纬10-12km 低纬17-18km,2

32、23K,地 面,对流层：（1）夏季对流层的厚度大于冬季，层内对流旺盛，垂直混合强烈；（2）=0.65/100m ；（3）垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化。热带对流层顶高比极地要高得多，冷得多 。温度随纬度增高而递减，但递减的梯度冬半球比夏半球陡，约为夏半球的两倍。,高纬8-9km 中纬10-12km 低纬17-18km,平流层：（1）0 ；（2）垂直混合显著减少 ；（3）水汽、尘埃少，透明度较高,50km,270290K,223K,地 面,对流层：（1）夏季对流层的厚度大于冬季，层内对流旺盛，垂直混合强烈；（2）=0.65/100m ；（3）垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化

33、。热带对流层顶高比极地要高得多，冷得多 。温度随纬度增高而递减，但递减的梯度冬半球比夏半球陡，约为夏半球的两倍。,高纬8-9km 中纬10-12km 低纬17-18km,平流层：（1）0 ；（2）垂直混合显著减少 ；（3）水汽、尘埃少，透明度较高,中层：（1）0 且值大；（2）垂直混合强烈 ；（3）水汽极少。,50km,85km,270290K,223K,173183K,地 面,对流层：（1）夏季对流层的厚度大于冬季，层内对流旺盛，垂直混合强烈；（2）=0.65/100m ；（3）垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化。热带对流层顶高比极地要高得多，冷得多 。温度随纬度增高而递减，但递减的

34、梯度冬半球比夏半球陡，约为夏半球的两倍。,高纬8-9km 中纬10-12km 低纬17-18km,平流层：（1）0 ；（2）垂直混合显著减少 ；（3）水汽、尘埃少，透明度较高,中层：（1）0 且值大；（2）垂直混合强烈 ；（3）水汽极少。,热层：（1）0 ；（2）温度受紫外辐射影响，与太阳活动有关。,50km,85km,250-500km,270290K,223K,173183K,5002000K,地 面,对流层：（1）夏季对流层的厚度大于冬季，层内对流旺盛，垂直混合强烈；（2）=0.65/100m ；（3）垂直温度廓线也存在着明显的纬度和季节的变化。热带对流层顶高比极地要高得多，冷得多 。温

35、度随纬度增高而递减，但递减的梯度冬半球比夏半球陡，约为夏半球的两倍。,高纬8-9km 中纬10-12km 低纬17-18km,平流层：（1）0 ；（2）垂直混合显著减少 ；（3）水汽、尘埃少，透明度较高,星际空间,中层：（1）0 且值大；（2）垂直混合强烈 ；（3）水汽极少。,外层：（1）空气极度稀薄 ；（2）温度高且随高度很少变化，大气大部分处于电离状态。,热层：（1）0 ；（2）温度受紫外辐射影响，与太阳活动有关。,50km,85km,250-500km,270290K,223K,173183K,5002000K,大气的垂直非均一性小结,成分结构：均匀层、非均匀层 压力结构：气压层、外大气

36、层（逸散层） 电离结构：电离层（D、E、F）、磁层 温度结构：对流层、平流层、中层、热层、外层,6.1 气温及组成的垂直结构(2),外层,85,50,30,100,500,60,500-1000,10,50,90,100,300,250-500,2 大气结构,一、大气的垂直非均一性 二、对流层水平非均一性气团与锋,二、对流层水平非均一气团与锋(1),1、气团定义：水平方向上物理属性比较均匀的巨大空气块。 气团变性：气团在源地形成后，当移到新的下垫面时，它的性质会逐渐发生变化，在新的物理过程中获得新的性质。 2、气团分类,二、对流层水平非均一气团与锋(2),3、锋的定义：冷暖两种不同性质的气团相

37、遇时，在两气团之间存在一个过渡带，其间气象要素发生剧烈改变，称该过渡带为锋。,二、对流层水平非均一气团与锋(3),4、锋的分类：,气象图上的锋面符号,暖锋,冷锋,锢囚锋,准静止锋,暖锋：锋面在移动过程中，暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动。,推向,冷锋：锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动。,推向,准静止锋：冷暖气团势力相当，锋面很少移动，有时冷气团占主导地位，有时暖气团占主导地位，使锋面处于来回摆动状态。,暖氣團,锢囚锋：当三种冷暖性质不同的气团（如暖气团、较冷气团、更冷气团）相遇时，可以产生两个锋面，前面是暖锋，后面是冷锋，如果冷锋移动速度快，追上前方的暖锋

38、，或两条冷锋迎面相遇，并逐渐合并起来，使地面完全被冷气团所占据，原来的暖气团被迫抬离地面，锢囚到高空，这种由两条锋相遇合并所形成的锋称为锢囚锋。,锋面符号,作业,补充作业：1、2,第一章 大气概述,1 大气演化及组成 2 大气结构 3 气象要素 4 空气状态方程,3 气象要素,一、气温 二、气压 三、大气湿度 四、风 五、云 六、降水 七、能见度,一、气温(1),定义：表示空气冷热程度的物理量。 1、温标： 单位 符号 冰点 沸点 t 0 100 K T 273.15 373.15 F 32 212,一、气温(2),2、换算关系：,二、气压,1、单位：Pa，hPa，mmHg，atm 2、换算关

39、系： 1Pa=1Nm-2 1hPa=100Pa 0 ,45晴天海平面气压： 1标准大气压=1013.25hPa =760 mmHg,问题：一般来说，地面上高气压的地区往往是晴天，低气压的地区往往是阴雨天，为什么？,1005.0,1002.5.5,1000.0,高,地面上高气压的地区往往以晴朗天气为主,3、气压与天气的关系(1),压强增大 体积减小 温度升高 凝结物消散,低,1005.0,1002.5,1000,3、气压与天气的关系(2),地面上低气压的地区往往以阴雨天气为主,压强减小 体积膨胀 温度降低 水汽凝结,三、大气湿度,问题：为何冬春季空气干燥，夏季天气闷热？ 大气湿度：表示大气中水汽

40、含量多少的物理量。 湿度参量： 1、混合比 2、比湿 3、水汽压 4、水汽密度 5、相对湿度 6、露点温度 难点是各个湿度参量之间的关系,基本参量,导出参量,三、大气湿度(1),1、混合比r 混合比r：湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比，单位为g/g，g/kg。 v-vapor (3-1) d-dry s-saturated 饱和混合比rs:饱和湿空气的混合比。,三、大气湿度(2),2、比湿q 比湿q：湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比，单位为g/g，g/kg。 （3-2）,三、大气湿度(3),2、比湿q 比湿q：湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比，单位为g/g，g/kg。 （3-3

41、） 饱和比湿qs,上下同除md,三、大气湿度(4),3、水汽压e 水汽压e：空气中所含水汽的分压强，单位为Pa，hPa。 （3-4）,水汽摩尔分数,湿空气压强,换算关系：,(18/28.964)=0.622,换算关系：,e和P同时取Pa或hPa，则r取g/g,换算关系：,e和P同时取Pa或hPa，则q取g/g,三、大气湿度(5),饱和水汽压e s ：某一温度下，空气中的水汽达到饱和时所具有的水汽压，它表示了空气中水汽的最大容量，也叫最大水汽压。单位为hPa。 Magnus经验公式： es0：0时的饱和水汽压，大小为6.1078hPa 对水面而言，a=7.5，b=237.3,三、大气湿度(6),

42、4、水汽密度v ：也称绝对湿度，单位体积湿空气中所含的水汽的质量，单位为gm-3 或kgm-3 。 水汽比气体常数,e：Pa T：K v：kg/m3,三、大气湿度(7),5、相对湿度Uw：一定温度和压强下，水汽与饱和水汽的摩尔分数之比，常用百分比表示。,三、大气湿度(8),6、露点温度td ：在湿空气中水汽含量和气压不变的条件下，当气温降低到对水面而言空气达到饱和时的那个温度，简称露点。,e，p，t,？，p，？,等压降温,饱和,三、大气湿度(8),6、露点温度td ：在湿空气中水汽含量和气压不变的条件下，当气温降低到对水面而言空气达到饱和时的那个温度，简称露点。,e，p，t,e s，p， td,等压降温,饱和,三、大气湿度(9),温度露点差: 问题：与外界无质量交换和热量交换的气块，垂直上升时q、e、td如何变化？,四、风,风指空气相对于地面的水平运动 1、风向：16方位（地面） 360方位（高空）,四、风,2、风速：ms-1 ， kmh-1 ， mileh-1 1 ms-1 =3.6 kmh-1 ，1 mileh-1=1.85 kmh-1 风力等级表：012级,桑美为自1949年我国建国以来登陆中国大陆最强的台风，其登陆时近中心最大