气象学基础.

姜超（林学院）[e-mail]课程介绍课程设置：理论+实验教材《气象学》，贺庆棠、陆佩玲主编，中国林业出版社，2010年。考核方式平时（30%）+考试(70%)参考书1．气象学与气候学（第三版），周淑贞主编，高等教育出版社，1996年。2．农业气象学，段若溪、姜会飞主编，气象出版社，2005年。3．气象学与气候学基础，李爱贞、刘厚风主编，气象出版社，2006年。4．气象学与农业气象学基础，王秀英等主编，气象出版社，2006年。1什么是气象学？气象学(Meteorology)：研究大气中所发生的各种物理现象和物理过程的原因及其变化规律的学科.物理过程：水循环、碳循环………物理现象：风、雨、云、雪、光…….1.1气象学的主要分支（1）按传统分为：物理气象学、天气学、动力气象学（2）按研究方法上分为：理论气象学——动力气象学、大气物理学实验气象学——大气探测、高空气象学、无线电气象学（3）按应用上分为：农业气象学、水文气象学、污染气象学、航空气象学、航海气象学、医疗气象学、军事气象学、森林气象学等。（4）按地理上分为：热带气象学、极地气象学、南半球气象学1.2历史我国西汉相风鸟（公元前104年）殷代甲骨文（公元前1000年）宋代曾有僧赞宁（公元10世纪）利用土炭湿度计来预报晴雨国外古代的底格里斯河和幼发拉底河流域的楔形文字碑上记载着许多有关天气的知识。希腊哲学家亚里士多德（Aristotle）在大约公元前350年著作了《气象学》。希腊医生希波克拉底（Hippocrates)在大约公元前400年著作了空气、水和地方国外1593年意大利学者伽利略（Galileo）发明温度表；1643年意大利学者托里拆利（Torricelli）发明气压表。1783年索修尔（Saussure）发明毛发湿度表1653年在意大利北部首先建立气象台。1826年Brandes第一张天气图用于事后研究1861年英国弗兹罗第一张地面天气图18世纪中叶风筝、载人气球直接探测高空1916-1928年英国第一次数值预报尝试1935年德国采用等压面天气图来分析等高面天气1941年英国使用雷达探测风暴1950年美国首次应用计算机制作数值天气预报成功1960年美国发射第一颗气象卫星我国法国传教士高比（Gaubil)，他于1743年（乾隆8年）在北京设立测候。1873年法国天主教会在上海徐家汇创建观象台；1927年开始天气图预报试验1927年在南京中央研究院设置气象研究所1930年开始正式发布天气预报和台风警报2013年底，国家级地面气象观测站2423，178部新多普勒雷达，7颗卫星在轨，2气象要素表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。1.气温(t)定义：表示空气冷热程度的物理量。摄氏温标（℃）华氏温标（℉）：℉=9/5t(℃)+32绝对温标（K）：T=273+t(℃)2.气压（p）定义：地球表面单位面积上所受到的大气压力，称为气压。单位：帕斯卡(Pa)，毫巴(mb),毫米水银柱(mmHg)1mb=100Pa=1hPa=3/4mmHg3.湿度定义：表示大气中水汽含量多少的物理量。大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。1)水汽压（e）：指大气中所含水分的分压力。p=pd+e2）饱和水气汽压（E）定义：在一定温度和气压下,空气中水汽达到饱和时的水汽压力称为饱和水汽压。饱和水汽压与温度的关系可用马格奴斯公式表示：水面：a=7.45b=235冰面:a=9.5b=265E0是0℃时的饱和水汽压6.1hp。t为蒸发面的温度（℃）。(1)饱和水汽压随温度升高而很快增大。(2)饱和水汽压除与温度有关外，还与蒸发面的物态、形状以及蒸发面的溶液浓度等有关。a、同一温度下，饱和水汽压；冰面水面；凹面平面凸面。b、凸面曲率增加，饱和水汽压增大；c、随着溶液浓度增大，饱和水汽压减小。纯水面溶液3）饱和差(d)定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差称为饱和差。d=E-ed表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸发时常用到。当空气饱和时，d=0；当未饱和时，d0；当过饱和时，d0。4）相对湿度定义：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值。用百分数表示，即：U=e/E*100U的大小直接反映空气距离饱和的程度。当空气饱和时：U=100%当未饱和时：U100%当过饱和时：U100%5）绝对湿度（a）定义：单位容积湿空气中含有水汽质量，单位取g/m3。6）比湿(q)定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量（水汽质量加干空气质量）的比值，称为比湿。g/gq=mw/(mw+md)mw为该团湿空气中水汽的质量；md为该团湿空气中干空气的质量。由此公式和状态方程可得：q=0.622e/p注意：上式中气压（P）和水汽压（e）必须采用相同的单位）。7）露点(td)定义：在空气中水汽含量不变，在一定的气压条件下使空气冷却达到饱和时的温度，称为露点温度,简称露点。单位与气温相同。实际气温（t）与露点（td）之差表示空气距离饱和的程度。值越大说明相对湿度越小。当ttd时，空气未饱和；ttd时，空气过饱和；t=td时，空气饱和4.风风：空气的水平运动就叫风。风向：指风的来向。地面风向用16个方位表示；高空风向用方位度数（共分360º）表示，以0º（或360º）表示正北，90º表示正东，180º表示正南，270º表示正西。风速：单位时间内空气移动过的距离（m/s、km/h）例如：南风4级八级西南风5.云云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。底部不接触地面，并有一定的厚度。云的观测包括：云状、云量和云高方法：将地平以上全部天空划分为10份，被云遮蔽的份数即为云量。（欧美将天空划为8份，以云占天空八分之几的面积计作云量）例：碧空无云：云量为0天空一半为云：云量为5遮空蔽日：云量为10云量：云遮蔽天空视野的成数。6.蒸发蒸发：气象学中把液态水变为水汽称为蒸发。蒸发量：指在一定时段内，水分经蒸发而逸入空中的量，称为蒸发量。mm蒸发量用小型和E601型蒸发器测定。7.降水定义：从云中降落到地面的液态或固态水称为降水。表示方法：降水的形态、降水的性质、降水量和降水强度表示。测定仪器：降水量采用雨量器测定，单位mm降水量连续变化采用翻斗式遥测雨量计和虹吸式雨量计测定。定义：指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物的最大水平距离。单位:km8.水平能见度空气的状态可以用密度、体积、气压、温度来表示。状态方程：用来表示上述四个物理变量之间的关系或规律的方程。3状态方程Pd=ρd·Rd·Tρd干空气的密度。在标准气压（1013.25hp）和温度（273K）ρd=1.293kg/m3Rd干空气比气体常数。=287J·kg-1K-11.干空气状态方程2.湿空气状态方程P=ρ·Rd·Tvρ空气的密度。Tv虚温。Tv=T(1+0.378e/P)T湿空气温度e湿空气水汽的分压P湿空气的气压