第2章-基本气象要素

9/8/2011中国民航大学空管学院基本气象要素Page2中国民航大学空管学院气象要素表示大气状态的物理量和物理现象通称为气象要素。气温、气压、湿度等物理量是气象要素风、云、降水等天气现象也是气象要素，它们都能表征大气的状况。Page3中国民航大学空管学院第一节大气温度1、气温的概念与换算2、气温的变化方式3、局地气温的变化特点4、气温对飞行的影响Page4中国民航大学空管学院气温的探测Page5中国民航大学空管学院气温的探测Page6中国民航大学空管学院1、气温的概念与换算气温是表示空气冷热程度的物理量。它实际上是空气分子平均动能大小的反映。（当空气获得热量时，分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温也就升高；反之，当空气失去热量时，分子运动的平均速度减小，平均动能减小，气温也就降低）我国常用摄氏温度，英美等国常用华氏温度，而理论工作常用绝对温度一般生活中所说的气温——气象观测所用的百叶箱中离地面1.5米高处的温度。Page7中国民航大学空管学院1、气温的概念与换算之温标气温通常用三种温标：（1）摄氏温标（Celsius、centigrade）温标（ºC）：（2）华氏温标（Fahrenheit）温标（ºF）：（3）开氏温标（Kelvin）温标（K）：三种温度之间的换算关系为：t=5/9（F-32）T=t+273.15F=9/5t+32式中t、t'及T分别为摄氏温度、华氏温度及绝对温度的数值。Page8中国民航大学空管学院2、气温的变化方式气温的变化→分子动能的变化→空气内能的变化（1）非绝热变化（2）绝热变化UQWPage9中国民航大学空管学院2、气温的变化方式之非绝热变化非绝热变化的几种形式：辐射：空气块之间、地气之间、云之间大气层白天由于太阳辐射而增温，夜间由于向外放出辐射而降温传导：只要气块间有温差，就有热量传导由于空气份子间隙大，这种方式比较少对流：对流层主要能量交换方式，就是空气的升降运动（1）非绝热变化(Non-adiabaticChange)指空气块通过与外界的热量交换而产生的温度变化Page10中国民航大学空管学院Page11中国民航大学空管学院2、气温的变化方式之非绝热变化非绝热变化的几种形式：乱流：空气无规则的小范围涡旋轻度乱流、中度乱流、强度乱流、极度乱流水相变化：水通过相变释放热量或吸收热量，引起气温变化。即由于水相的变化而导致温度的变化。Page12中国民航大学空管学院绝热变化（AdiabaticChange）：空气块与外界没有热量交换，仅由于外界环境压强变化，使气块膨胀或压缩而引起气块温度变化。这种方式是成云致雨的主要途径。2、气温的变化方式之绝热变化Page13中国民航大学空管学院2、气温的变化方式之绝热变化为了描述温度变化的快慢，引入物理量“绝热直减率”干绝热过程：绝热过程中，没有水相的变化过程。湿绝热过程：绝热过程中，存在水相的变化过程。（1）干空气温度的绝热变化：干空气在绝热过程中，温度变化的直接原因是气压的变化。干绝热直减率（）：干空气在绝热上升（下降）过程中，每上升（下降）单位距离的温度变化。实际工作中，常取=1℃/100mddPage14中国民航大学空管学院（2）湿空气温度的绝热变化：对于未饱和湿空气：在绝热变化过程中，没有水相变化，可视为干绝热过程当未饱和湿空气上升达到饱和状态开始凝结，就变为饱和湿空气，始终保持饱和状态的气块所作的绝热过程，称为湿绝热过程。湿绝热直减率（）：饱和湿空气绝热上升单位距离时的温度变化。大小约为0.4~0.7℃/100m2、气温的变化方式之绝热变化mPage15中国民航大学空管学院2、气温的变化方式之绝热变化当气块作水平运动或静止不动时，非绝热变化是主要的。当气块作垂直运动时，绝热变化是主要的。Page16中国民航大学空管学院3、局地气温的变化特点之周期变化周期变化Page17中国民航大学空管学院北京、广州气温的年变化Page18中国民航大学空管学院由于大规模冷暖空气运动和阴雨天气的影响而产生的温度变化，没有周期性。倒春寒、秋老虎局地气温的变化3、局地气温的变化特点之非周期变化Page19中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响本质上是空气密度对飞行的影响。由于飞机沿等压面飞行，故首先研究温度对飞行的影响。PVnRT理想气体状态方程：Page20中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之巡航速度与最大平飞速度22ynynGGRTVCSCpS巡航速度：结论1：空气密度越大、温度越低，巡航速度越小。空气密度越小、温度越高，巡航速度越大。Page21中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之巡航速度与最大平飞速度2mxPVCS最大平飞速度：结论2：温度越低、飞机推力越大，最大平飞速度越大。温度越高、飞机推力越小，最大平飞速度越小。0,00mmTPPT发动机推力：代入Page22中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限,hhsssPTCCPT小时燃料消耗量：结论3：温度越高，小时燃料消耗量越多。温度越低，小时燃料消耗量越少。Page23中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限hkmCCV小时耗油量巡航速度千米燃料消耗量：结论4：千米燃料消耗量与温度无关，与气压有关。飞机飞的越高，气压越低，Ckm越小。Page24中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限飞机载荷受空气密度影响：空气密度小，飞机升力小，飞机载荷小。空气密度大，飞机升力大，飞机载荷大。结论5：气温高，飞机载荷小。气温低，飞机载荷大。Page25中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限飞机所能达到的最大飞行高度为飞机升限。,hhsssPTCCPT小时燃料消耗：飞机发动机推力与气压成正比，与温度成反比。33222121121=PpTnPpTnPage26中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之燃料消耗、载荷与升限飞机由低温区进入高温区，假设气压不变，则推力减小，飞机如果已经处于升限高度，不能再增大发动机转速，则只能下降高度。结论6：气温升高，飞机升限降低。气温降低，飞机升限升高。Page27中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之起飞与着陆结论7：空气密度越小，飞机离地速度越大，起飞滑跑距离越长。空气密度越大，飞机离地速度越小，起飞滑跑距离越短。飞机最小离地速度：2yGVCSPage28中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之起飞与着陆结论8：气温越高或气压越小，离地速度和滑跑距离越大。气温越低或气压越大，离地速度和滑跑距离越小。起飞滑跑运动方程：2(())yGLCSgpfGPage29中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之起飞与着陆结论9：气温越高或气压越小，着陆速度和滑跑距离越大。气温越低或气压越大，着陆速度和滑跑距离越小。飞行员对策：早放轮，早刹车，早减速。Page30中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之气压高度表与空速表气压高度表是参考标准大气的气压标准来确定高度的，所以要针对实际和标准大气的偏差进行修正。mpmsTHHT实际平均温度标准大气平均温度表高真高Page31中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之气压高度表与空速表结论10：实际大气温度比标准大气温度小（冷空气中），则真高＜表高。实际大气温度比标准大气温度大（暖空气中），则真高＞表高。Page32中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之气压高度表与空速表空速：即飞机相对于空气的速度。空速表是参考标准大气的海平面气压密度来标定的，所以要针对实际和标准大气的偏差进行修正。00ITIhhVVV标准大气密度表速真空速实际大气密度Page33中国民航大学空管学院4、气温对飞行的影响之气压高度表与空速表结论11：实际大气密度比标准大气密度小，则表速＜真空速。实际大气密度比标准大气密度大，则表速＞真空速。Page34中国民航大学空管学院第一节小结气温是表示空气冷热程度的物理量，它实际上是空气分子平均动能大小的反映。三种温度之间的换算关系。气温的变化方式：绝热与非绝热。干绝热直减率与湿绝热直减率。局地气温的变化特点。结论1：空气密度越大、温度越低，巡航速度越小。空气密度越小、温度越高，巡航速度越大。结论2：温度越低、飞机推力越大，最大平飞速度越大。温度越高、飞机推力越小，最大平飞速度越小。Page35中国民航大学空管学院第一节小结结论3：温度越高，小时燃料消耗量越多。温度越低，小时燃料消耗量越少。结论4：千米燃料消耗量与温度无关，与气压有关。飞机飞的越高，气压越低，Ckm越小。结论5：气温高，飞机载荷小。气温低，飞机载荷大。结论6：气温升高，飞机升限降低。气温降低，飞机升限升高。Page36中国民航大学空管学院第一节小结结论7：空气密度越小，飞机离地速度越大，起飞滑跑距离越长。空气密度越大，飞机离地速度越小，起飞滑跑距离越短。结论8：气温越高或气压越小，离地速度和滑跑距离越大。气温越低或气压越大，离地速度和滑跑距离越小。结论9：气温越高或气压越小，着陆速度和滑跑距离越大。气温越低或气压越大，着陆速度和滑跑距离越小。Page37中国民航大学空管学院第一节小结结论10：实际大气温度比标准大气温度小（冷空气中），则真高＜表高。实际大气温度比标准大气温度大（暖空气中），则真高＞表高。结论11：实际大气密度比标准大气密度小，则表速＜真空速。实际大气密度比标准大气密度大，则表速＞真空速。Page38中国民航大学空管学院第二节大气压强1、气压随高度的变化2、航空常用的几种气压3、气压与高度4、气压的水平分布特点5、气压与飞行的关系Page39中国民航大学空管学院气压的概念、单位与换算气压即大气压强，是指与大气相接触的面上，空气分子作用在每单位面积上的力。气压可以用水银柱的高度来测量。因此，气压的单位也可以直接用水银柱的高度—毫米数来表示。这种单位称为毫米水银柱高（mmHg），简称毫米（mm）。空气的压强在气象上习惯用hPa来表示。Page40中国民航大学空管学院气压的概念、单位与换算在国际单位制中，压强的单位是“帕斯卡”（Pascal），简称“帕”，符号为Pa。为统一使用单位，1979年世界气象组织（WMO）规定以“百帕”（Hectopascal）为基本单位。“百帕”即100个“帕”，符号为hPa。空气的压强在气象上习惯用hPa来表示。Page41中国民航大学空管学院气压的概念、单位与换算一个标准大气压：规定气温在0℃及标准重力加速度g＝9.80665米/秒下760毫米水银柱所具有的压强。1Pa=1N/m21hPa=100Pa=1mb1013.25hPa=760mmHg=29.92inHgPage42中国民航大学空管学院大气压力指单位面积上直至大气上界整个空气柱的重量，是气象学中极其重要的一个物理量，它的分布和变化与大气运动及天气状况有密切关系。观测表明，随着海拔高度的增加，气压值按指数减少，海拔10公里高处的气压值降到只有海平面气压的25%左右。我国青藏高原平均海拔4000多米，地面平均气压仅约600hPa。（一般海平面气压值在980~1040hPa之间变动）1、气压随高度的变化Page43中国民航大学空管学院1、气压随高度的变化HHPgdz随着高度的增加，上部的大气柱越来越短，且气柱中的空气密度越来越小，所以气压也越来越小。Page44中国民航大学空管学院1、气压随高度的变化之大气静力学方程2121()PPgZZdpgdz结论1：当dz0时，dp0，说明随高度的增加气压是下降的。结论2：气压随高度的增加而降低的快慢主要取决于空气的密度。结论3：密度大的气层，气压随高度的增加而降低得快，密度小的气层，气压随高度的增加而降低得慢。大气静力学方程：Page45中国民航大学空管学院1、气压随高度的变化之