1、大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素 大气热力过程大气热力过程 大气的运动和风大气的运动和风理解气象学基础知识理解气象学基础知识建议学时数：2学时.源源受体受体大气扩散大气扩散酸雨越境转移（日本、南朝鲜酸雨越境转移（日本、南朝鲜）大气科学大气科学 大气物理、化学大气物理、化学大气气象学大气气象学 污染气象学污染气象学 气象条件对污物的稀释、扩散作用气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响污染物对气象的影响.大气圈垂直结构大气圈垂直结构.Ozone layer.对流层对流层（10km左右）左右）集中了大气质量的集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都和全部的水蒸气，主要天
2、气现象都发生在这一层发生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温平均降温0.650C强烈对流作用强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均温度和湿度的水平分布不均大气边界层对流层下层大气边界层对流层下层12km，地面阻滞和摩擦，地面阻滞和摩擦 作用明显作用明显自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略 近地层地面上近地层地面上50100m，热量和动量的常通量层，热量和动量的常通量层.平流层平流层（对流层顶（对流层顶50-55km）同温层对流层顶同温层对流层顶35-40km，气温气温-550C左右左右同温层以上，气温随高
3、度增加而增加同温层以上，气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长没有对流运动，污染物停留时间很长中间层中间层（平流层顶（平流层顶85km）气温随高度升高而迅速降低气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈对流运动强烈.暖层暖层（中间层顶（中间层顶800km）气温随高度升高而增高气温随高度升高而增高气体分子高度电离电离层气体分子高度电离电离层散逸层散逸层（暖层以上）（暖层以上）气温很高，空气稀薄气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层均质大气层8085
4、km以下，成分基本不变以下，成分基本不变.1气温气温 天气预报中：天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。高、百叶箱内气温。5(32)9CF15.273 CK3259CF.2气压气压单位：单位：mb（毫巴）（毫巴）大气的压强大气的压强1atm101326Pa1013.26mb=760mmHg 静力学方程静力学方程:gzP.3气湿气湿绝对湿度绝对湿度1 1m m3 3湿空气中含有的水汽质量湿空气中含有的水汽质量相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和湿度的百分比相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和湿度的百分比含湿量湿空气中含湿量湿空气中1 1kgkg干空气包含的水汽质量干空气包含的水汽质量水汽体积分数
5、水汽在湿空气中所占的体积分数水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数露点同气压下空气达到饱和状态时的温度露点同气压下空气达到饱和状态时的温度.3气湿气湿 .4风向和风速风向和风速 水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）风的来向叫风向（风的来向叫风向（16个方位圆周等分）个方位圆周等分）风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或或10min平均）平均）(km/h)F风力级（风力级（012级）级）302.3Fu.4风向和风速风向和风速 风玫瑰图风玫瑰图.5云云 大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变
6、化小）大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）云量云量:天空被云遮蔽的成数（我国天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外分，国外8分）分）云高云高:云底距地面底高度云底距地面底高度 低云（低云（2000m以下以下）中云（中云（2000-6000m）高云（高云（6000m以上）以上）云状云状:卷云（线）卷云（线）,积云（块）积云（块）,层云（面层云（面),),雨层云雨层云(无定形）无定形）.高云（高云（6000m以上）以上）中云（中云（2000-6000m）低云（低云（2000米以下米以下）.6能见度能见度 正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离
7、 级别（级别（09级，相应距离为级，相应距离为5050000米）米）.太阳、大气和地面的热交换太阳、大气和地面的热交换太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气地面长波辐射加热大气近地层大气温度随地表温度变化近地层大气温度随地表温度变化.气温直减率气温直减率 （大气）（大气）干空气绝热绘制温度递减率干空气绝热绘制温度递减率 干绝热直减率干绝热直减率 （空气团）（空气团）一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换 zTdzdTid空气块空气块膨胀
8、（做功）膨胀（做功）耗内耗内 能能 T定性定性空气块空气块压缩（外气对它做功）压缩（外气对它做功）T内能内能（由压力变化引起）（由压力变化引起）.定量：定量：热力学第一定律热力学第一定律 （第一定律状态方程）（第一定律状态方程）其中其中 1pdTRdpkdpTCpkp1pdTRdpkdpTCpkppvCCR1.4pvkC k.zdzziipdpiivdviiTdTpdpvdvTdTiviTpvT气块：气块：环境：环境：ip（大气）（大气）（气块）气块）（高度）（高度）iiipidTdpRTCpippiipdppdpgdzdpgdzdp对气团对气团：流体准静力学条件：流体准静力学条件：，由由 代
9、入上式可得：代入上式可得：.代入上式得：代入上式得：1iTTipdTRgdzTCRT泊松方程泊松方程0.288000()()pRCTPPTPP(8.314)287RRMmpRTRTv11J KgK（空气（空气 ）0.98/100idpdTgKmdzC111004CpJ Kg K由定义：由定义：（）0.28810001000()()pRCTTPP位温位温:各高度均把压力换算为各高度均把压力换算为1000mb时的温度（绝热）时的温度（绝热）实际中，实际中，Ti T相差相差 0，正常分布层结正常分布层结 ，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）0 ，等温层结等温层结 0,a0 不稳定不稳定 0
10、,a0 稳定稳定 中性层中性层 0，a=0 中性中性 稳定层稳定层 0，a0 逆温，非常稳定逆温，非常稳定.逆温不利于扩散逆温不利于扩散辐射：辐射：1.辐射逆温：辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变暖；地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷，大气自下而上冷却地面夜间变冷，大气自下而上冷却 太阳太阳 地球地球 ：短波：短波 地球地球 大气层：长波大气层：长波 大气吸收长波强大气吸收长波强.辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程.2.2.下沉逆温下沉逆温 （多在高空大气中，高压控制压内）（多在高空大气中，高压控制压内）很厚的气层下沉很厚的气层下沉 压缩变扁压缩变扁 顶部增温比底部多顶部增温比
11、底部多.3.3.平流逆温平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成dd4.4.湍流逆温湍流逆温 下层湍流混合达下层湍流混合达 上层出现过度逆温上层出现过度逆温 .5.锋面逆温锋面逆温 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温 暖气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面.波浪型（不稳）波浪型（不稳）锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）扇型（逆温）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）.引起大气运动的作用力引起大气运动的作用力 直接作用力直接作用力重力重力水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）水
12、平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）间接作用力间接作用力 地转偏向力（相对运动：方向改变）地转偏向力（相对运动：方向改变）惯性偏向力（大气曲线运动：很小）惯性偏向力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地摩擦力（近地1 12km2km内明显）内明显）.Ekman螺旋线（北半螺旋线（北半球下视，地偏力指向球下视，地偏力指向运动右方，故顺时针；运动右方，故顺时针；南半球则相反）南半球则相反）高度增高，风速增大，高度增高，风速增大，方向逐渐接近地转风。方向逐渐接近地转风。.平均风速随高度变化平均风速随高度变化中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度*0lnuZukZ.平均风速随高度变化平均风速随高度变化非中性层结：非中性层结：指数律，稳定度参数指数律，稳定度参数11()mZuuZ.1海陆风海陆风.2山谷风山谷风.3城市热岛环流城市热岛环流.
