1、1第 1 章 绪论气象：在地球大气中每时每刻都在发生着风、云、雨、雪、雷电、旱涝、寒暑等等各种各样的自然现象， 这些现象统称为大气现象，简称为气象。气象学：研究大气中各种现象的成因和演变规律及如何利用这些规律为人类服务的科学。 气象学的研究对象：大气圈及大气圈与水土岩石圈、生物圈之间的相互作用。 气象工作的三个内容：服务气象，资源气象，安全气象近代气象科学的四次飞跃：第一次飞跃:气象仪器如温度表、雨量器、气压表等相继发明，导致对信风和全球大气环流的研究。第二次飞跃:无线电报发明，地面气象观测网产生，天气图诞生，V.Bjerknes 创立了锋面学说，提出了著名的斜压概念和环流理论，从此天气学和动
2、力气象学形成并得到发展。第三次飞跃: 无线电探空仪的发明，高空观测的迅速建立，Rossby 提出了长波动力学，创立了长波理论。 Lorenz 提出奇异吸引子与混沌理论。准地转理论、适应理论、突变理论和不稳定理论等相继提出并应用，大尺度天气学进入成熟阶段。第四次飞跃:空间和地面大气遥感探测与气象信息技术系统日趋完善，大气科学试验正从局部的专业试验向全球的综合性试验过渡，气候研究正朝着更加广泛、更加综合的方向发展。第二章 地球大气第一节 大气的组成地球大气由三个部分组成:干结大气，水汽，悬浮在大气中的固液态杂质。干洁大气的定义：除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体质粒以外的整个混合气体。成分变化
3、：090km，主要成分和含量比例基本保持不变。90km 以上，氮稍有减少,氧稍有增多,氩和二氧化碳明显减少,其中氧分子和氮分子开始离解 。 各大气中气体的作用氮气（N2）：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。 作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。氧气（O2）：作用：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参加大气中的许多化学过程； 对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。臭氧（O3）：时空变化：时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。空间变化：水平：由赤道向两极增加。垂直： 5560km ，含量极少；2025km，达最大值，形成臭氧层；1215km 以上
4、，含量增加特别显著；从 10km 向上，逐渐增加；近地面，含量很少；作用：对紫外线有着极其重要的调控制作用。对高层大气有明显的增温作用。每年的 9 月 16 日为“国际保护臭氧层日” 。二氧化碳（CO2）：时间变化：a) 白天、晴天、夏季时的二氧化碳浓度小于黑夜、阴天、冬季。 b) 工业革命前小于工业革命后。 垂直： 020km，含量最高；作用：绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射） ，使地面保持较高的温度，产生“温室效应” 。2、水汽来源：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。时间：夏季多于冬季 空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层
5、。 作用：在天气气候变化中扮演了重要角色。能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周2围大气放出长波辐射，对大气起着“温室效应” 。二、大气中的杂质( Aerosols 200nm 的紫外光 690760nm 的可见光臭氧 200320nm 的紫外光 600nm 的可见光水汽 9301500nm 的红外光（三个强吸收带） 600700nm 的可见光（三个弱吸收带）5热量平衡过程：地球表面吸收太阳辐射能后，会通过各种热量收支方式，产生能量的转换和输送而达到平衡，这样的物理过程称为热量平衡过程。1、物质的热属性热容量： 在一定过程中，物体温度变化所需吸收或放出的热量。分类：1.质量热容量（比热、比热
6、容）：单位质量的物质，温度变化所需吸收或放出的热量。 单位：J/(kg)(或 J/(g)2.容积热容量定义：单位体积的物质，温度变化所需吸收或放出的热量。单位：J/(m3)(或 J/(cm3) 导热率（热导率）定义：指物体在单位厚度间、保持单位温度差时，其相对的两个面在单位时间内通过单位面积的热流量。单位： J/（m S）( 或/ （m）)热流量方程： 方程的意义：当其他条件相同时，导热率大的物质，热流量大，传热速度快；反之则小。导温率定义：单位容积的物质，通过热传导，由垂直方向获得或失去 焦耳（J）的热量时，温度升高或降低的数值称为导温率。 单位：2 /S(或2 /S)计算公式： ：导温率，
7、：导热率，：容积热容量。2、热量收支(交换)方式1.辐射热交换：任何温度在绝对零度以上的物体，通过辐射的放射和吸收而进行的热量交换方式。 2.分子传导热交换：物质通过分子碰撞，所产生的表现为热量传导的动能交换方式。3.流体流动热交换：流体在各个方向上流动时，热量随流体流动而输送的热量交换方式。 根据流体流动的方向性分为：对流、平流和乱流。 对流：定义：流体在垂直方向上有规律的升降运动。包括热力对流，动力对流作用：使上下层空气混合，产生热量交换。平流： 定义：流体在水平方向上的流动。作用：对大规模的热量传递和缓和地区之间、纬度之间温度的差异起着很大作用。 乱流（湍流）：定义：流体在各方向上的不规
8、则运动。包括热力乱流，动力乱流。近地气层乱流强度时空变化：陆地比海面强，山地比平原强，白天比夜间强，夏季比冬季强潜热交换：物质在进行相态变化时所发生的热量交换。3、热量收支(平衡)活动层（作用层）： 能够调节自身内部及相邻其它物质层的辐射、热量、水分分布完全吸收的物质层。 凡是辐射能、热能和水分交换最活跃，从而能调节邻近气层（或土层）的辐射收支、温度高低或湿度大小的物质面。 活动面（作用面）：凡是辐射能、热能和水分交换最活跃，从而能调节邻近气层（或土层）的辐射收支、温度高低或湿度大小的物质面。 农田内、外活动面（作物封行后）：外活动面：作物最密集的部位。内活动面：地面地面热量收支：地表面昼夜热
9、量收支平衡方程：地表层昼夜热量收支平衡方程：第二节 地面和土壤温度表征温度变化的几个物理量较差：指一定周期内，温度最高值与最低值之差。日较差：一日内最高温度与最低温度之差。6年较差：一年中最热月平均温度与最冷月平均温度之差。绝对年较差：年极端最高气温与极端最低气温之差。位相：最高温度与最低温度出现的时间差。2、土壤温度的变化时间变化：日变化日恒温层（土温日不变层）：土壤温度日较差为零时的深度。日恒温层深度：一般深度约为 4080，平均为 60。日恒温层的影响因子：纬度、季节、土壤热特性土壤温度位相：土壤温度位相落后于地面温度，土层越深，位相落后越多。土壤温度的年变化年恒温层（年温度不变层）：土
10、壤温度的年较差为零时的深度。影响因子：纬度垂直分布：日分布日射型（受热型）：图中 13 时辐射型（放热型）：图中 01 时上午转变型（由辐射型向日射型过渡）：图中 07 时傍晚转变型（由日射型向辐射型过渡）：图中 19 时年分布：放热型、受热型和过渡型。 影响土温变化的因素 ：土壤本身的物理特性：土壤湿度，土壤颜色，土壤机械组成及腐殖质；外界条件： 地面覆盖物，地形和天气条件第 3 节 水体的温度1、水体热量传播的特点 水体中的辐射特点：1.水体反射率小于陆地 2.水体吸收率达于陆地3.太阳辐射能在水体中传播，不同深度水体的传播情况遵循比尔定律。即 4.水体易吸收长波，散射短波，水中悬浮物散射
11、长波。水体中的热量平衡特性：热量平衡公式 ：R0=H+LE+Q+AR0：水体净辐射量，H：水面与大气热量交换的感热通量密度；LE：水体的潜热通量密度；Q：水体热储存变量；A：因水体流动产生的水平方向的热输送通量密度。 特性:海洋热量平衡主要输出项是水体蒸发潜热。海洋可以通过洋流来在水平方向传送热量。第 4 节 空气温度一、大气中的热量交换方式：平流、对流、乱流、潜热交换。平流：主宰季节更替和天气冷暖变化。对流：是对流性降水的主要原因。乱流：对一些低云和雾的生消起重要的作用。潜热交换：对气温的升降、大气中水分的三态相变起着不可替代的作用。2、空气温度的时间变化空气内能变化表达式：U=W+Q绝热变
12、化：空气内能变化过程中，未与外界进行热量交换。影响气温日较差的因子：纬度，季节，地形，下垫面性质，天气状况。土壤温度垂直分布7影响气温年较差的因子：纬度，距海远近，地形，天气状况四、空气绝热变化气温直减率：定义：气温随高度变化的程度。 表达式： Z：两高度高度差，T 两高度相应的气温差；负号表示气温垂直分布的方向。 的绝对值越大，气温随高度变化差异越大。空气干绝热变化：热力学第一定律任一孤立系统由状态微小变化至状态时，从外界吸收的热量 d，等于该系统内能的变化 d和对外作功 d之和。 干绝热过程：空气是干空气或未饱和的湿空气（没有水汽凝结） ，与外界之间无热量交换时（dQ=0 ）的状态变化过程
13、。干绝热过程可引起空气绝热增温和绝热冷却。绝热增温：当空气块下降过程中，因外界气压增大，外界对气块作功，在绝热的条件下，所作的功只能用于增加气块的内能，因而气块温度升高。这种因气块下沉而使温度上升的现象，称为绝热增温。绝热冷却：当空气块上升过程中，因外界气压减小，气块体积膨胀，对外作功，在绝热的条件下，作功所需的能量，只能由其本身内能来负担，因而气块温度下降。这种因气块绝热上升而使温度下降的现象，称为绝热冷却。干绝热直减率（d ）：在大气静力平衡的条件下，干空气和未饱和的湿空气因作干绝热升降运动而引起气块温度随高度的变化率，称之为干绝热直减率。湿绝热过程：饱和湿空气在上升或下降的绝热变化过程中
14、，会产生水的相变，从而释放或吸收热量使空气块的内能发生变化，称此过程为湿绝热过程。大气静力稳定度：处在静力平衡状态中的大气，空气因受外力因子的扰动后，大气层结（温度和湿度的垂直分布）有使其返回或远离原来平衡位置的趋势或程度称之为大气静力稳定度大气静力稳定度的判断：通常用气温直减率（）与上升气块的干绝热直减率（d）或湿绝热直减率（m）的对比来判断。 愈大，大气愈不稳定；m d 时，大气为绝对稳定； m阴天，陆地 海洋 年变化一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；我国大部份地区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风最大。第七章 大气环流第一节 大气环流模式大气环流：大范围（全球范围）的大尺度大气运
15、动的基本（平均）状况及其随时间和空间的变化过程。影响因子：太阳辐射地球自转地球表面的不均匀性单圈环流，三圈环流。二：大气活动中心：永久性的活动中心、半永久性的活动中心、 季节性活动中心。半永久性大气活动中心：北半球冬季近地层两个低压中心：冰岛低压，阿留申低压。高压：大西洋副热带高压和太平洋副热带高压。三、急流（高空急流）：指风速 30ms 以上的狭窄强风带。第二节 季 风 季 风：大范围地区盛行风向和气压系统明显的季节变化，并 且天气、气候也随之发生明显的变化。冬、夏风向的季节性反转和干、湿期的季节性交替。特点： 盛行风向随着季节变化而有很大差异，甚至接近相反； 两种季风各有不同的10源地，其
16、气团的性质有根本的不同； 能给天气现象造成明显不同的季节性差异。第八章 天气系统和天气过程天气： 一地短时间内的大气状况及其变化的总称。一地短时间内各种气象要素综合表现出的大气物理状态。天气系统：具有一定的结构特征，并能产生一定天气的大气运动系统。第一节 天气系统 尺度是表征一个系统在空间上的大小，或在时间上持续的长短。 天气尺度的划分从水平尺度及持续时间来划分：大尺度，中尺度，小尺度，微尺度天气系统气团的概念：大范围的空气团，在其内部气象要素的水平分布比较均匀，垂直分布基本一致，在其控制的区域内，天气气候特征也大致相同。形成的条件：大范围性质均匀的下垫面；适合的环流条件（反气旋） 。变性气团
17、：气团内部多晴好天气，冷暖气团交界处多阴雨天气气团的分类：地理分类、热力分类地理分类：北极气团（冰洋气团）极地气团，热带气团，赤道气团热力分类（气团的相对温度）：冷气团 ，暖气团 我国境内的气团：西伯利亚气团绝大部分热带太平洋气团（东南沿海）南海气团（云南2、锋锋区（锋面）：冷、暖气团之间的过渡区域。锋面和锋线统称为锋根据锋的移动：锋分为：冷锋，暖锋，准静止锋，锢囚锋。冷锋过境后的天气：降温和偏北大风冷锋分类：第一型冷锋（缓行冷锋）第二型冷锋（急行冷锋）气旋的概念：气旋是指在同一高度上中心气压比周围低、占有三度空间的大尺度涡旋。气旋（流场）：气流逆时针旋转（北半球）气流顺时针旋转（南半球）强
18、度：以中心气压值表示。气旋中心气压愈低，气旋愈强。气旋的分类：地理区域：温带气旋，热带气旋；热力结构：锋面气旋，无锋气旋反气旋的概念：反气旋是指在同一高度上中心气压比周围高、占有三度空间的大尺度涡旋。强度：以中心气压值表示。气旋中心气压愈高，气旋愈强。反气旋的分类：地理区域：极地反气旋，温带反气旋，副热带反气旋热力结构：冷性反气旋，暖性反气旋切变线：低空（850、700hPa）风向发生气旋性切变（逆时针偏转）的不连续线从流场上看：冷式切变线，暖式切变线，准静止式切变线第 2 节 天气过程 寒潮天气过程：一种大规模的强冷空气的活动过程。寒潮天气：剧烈的降温和大风；有时伴有雨、雪、雨凇、霜冻、风沙、雷暴冷空气的源地：新地岛以西的北冰洋上，新地岛以东的北冰洋上，冰岛以南的大西洋上，关键区中西伯利亚台风：形成在热带海洋上，具有暖中心结构的强烈发展的热带气旋。台风形成条件：初始扰动，暖性洋面，地转偏向力作用，对流层风垂直切变小第 9 章 气 候 气候系统：能够决定气候形成、分布和变化的统一的物理系统。
