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大气的组成大气的铅直结构大气的物理性质大气成分与结构第一节大气的组成干洁大气（即干空气）水汽悬浮在大气中的固液态杂质地球大气由三个部分组成:表2-1干洁大气的成分（高度25km以下）气体成分所占体积（%）临界温度（℃）临界压强（大气压）氮78.08-147.233.5氧20.95-118.940.7氩0.93-122.048.0二氧化碳0.03231.073.0臭氧0.00006-5.092.3干洁大气100-140.737.2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围大气放出长波辐射，对大气起着“温室效应”。二、水汽大气成分大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和大气污染物质两大部分）。三、大气中的杂质气溶胶粒子：作用：吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地面的太阳辐射；缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而失去的热量；降低大气透明度，影响大气能见度；充当水汽凝结核，对云、雾及降水形成有重要意义。第二节大气的铅直结构对流层：特点：主要天气现象均发生在此层。温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m，气温下降0.65℃。）空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。气象要素的水平分布不均匀。第二节大气的铅直结构地面辐射差额太阳辐射辐射第二节太阳辐射一、太阳辐射强度和太阳常数太阳辐射强度（太阳辐射通量密度）太阳辐射强度及单位定义：单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量。单位：W·m-2太阳常数（S0）太阳常数及变化范围定义：当地球位于日地平均距离时(约为1.496×108km)，在地球大气上界投射到垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度。定义二、太阳高度角、太阳方位角和昼长太阳高度角（h）太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)赤道地区一年中春分和秋分时太阳高度角最大，冬至和夏至时，太阳高度角最小。水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。h的计算公式sinh＝sinφsinδ+cosφcosδcosω式中：φ为观测点纬度，δ为赤纬，ω是时角。纬度Φ变化于-90°（南半球）—+90°（北半球），赤纬δ变化于-23°27ˊ（冬至）—+23°27ˊ（夏至）之间coscoshsinsinsinhcosA…………(3-12)太阳方位角（A）定义太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。计算公式式中A值：正南：A=0正南以西：A0正南以东：A0北半球太阳方位角的季节变化规律（1）除北极外，一年中只有春分日和秋分日，日出正东日没正西（2）夏半年内，日出东偏北方向，日没西偏北方向；且愈近夏至日，日出日没方位愈偏北（3）冬半年内，日出东偏南方向，日没西偏南方向；且愈近冬至日，日出日没方位愈偏南（4）南半球除春分日和秋分日外，季节变化与北半球相反全球昼长时数的分布规律（1）当Φ0，δ0时，北半球处于夏半年（春分至秋分之间），此时，日出在6时之前，日落在18时之后，昼长时数12小时；当Φ0，δ0时，北半球处于冬半年（秋分至春分之间），此时，日出在6时之后，日落在18时之前，昼长时数12小时；当Φ﹤0，δ﹥0时，南半球处于冬半年（春分至秋分之间），此时，南半球日出在6时之后，日落在18时之前，昼长时数12小时；当Φ0，δ0时，南半球处于夏半年（秋分至春分之间），此时，南半球日出在6时之前，日落在18时之后，昼长时数12小时；φ为纬度，δ为赤纬全球昼长时数的分布规律（2）当δ=0时，全球处于春分日或秋分日，此时，全球日出在6时，日落在18时，昼长时数=12小时；北半球处于夏半年而南半球处于冬半年时，北极圈内为永昼、南极圈内为永夜；反之，南极圈内为永昼、北极圈内为永夜。从冬至到夏至：北回归线以北随纬度升高，昼长时数逐渐变长，南回归线以南随纬度升高，昼长时数逐渐变短；从夏至到冬至：北回归线以北随纬度升高，昼长时数逐渐变短，南回归线以南随纬度升高，昼长时数逐渐变长。辐射差额分布对中国气候分布有何影响？年总辐射差额最大的地区为海南岛，最小的地区为川黔地区。①夏季辐射差额最大，冬季最小；气温夏季最高，冬季最低②辐射差额北方地区春季＞秋季，南方地区秋季＞春季；气温北方地区春温＞秋温，南方地区秋温＞春温③辐射差额北方地区春秋季变化快，南方地区春秋季变化慢；气温北方地区春秋季升降快，南方地区春秋季升降慢④辐射差额年较差随纬度增加而增大，气温年较差随纬度增加而增大⑤辐射差额夏季南北差异小，冬季南北差异大；气温夏季南北温差小，冬季南北温差大⑥辐射差额39°N以南全年各月均为正值，39°N以北冬季出现负值；气温愈往北方，冬季愈长，温度愈低热量收支空气的温度热量第一节热量收支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。二、热量收支(交换)方式一、地面温度和热量收支的关系地面温度变化与地面热量收支示意图1．地面温度日变化曲线；2．地面热量支出日变化曲线；3．地面热量收入日变化曲线。Tm：地面最低温度；TM：地面最高温度一天中地面最高温度、地面最低温度出现在地面热量收支相抵（平衡）的时刻。对于北半球而言,一年中地面最热月温度，一般出现在７月或８月，地面最冷月温度一般出现在１月或２月。第四节空气温度一、大气中的热量交换方式交换方式以平流热交换、对流热交换、乱流热交换、潜热交换为主。作用平流：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。近地层气温的日变化极值温度出现的时间季节最高气温最低气温夏季14～15h05～06h冬季13～14h04～05h气温的日变化：气温一天中有一个最高值和一个最低值。通常最高温度出现在14时，最低温度出现在05时，即日出前后。气温日较差随着距地面高度的增加逐渐减小，位相也在不断落后。二、空气温度的时间变化空气内能变化表达式△U=△W+△Q天气状况：陆地＞海洋裸地＞覆盖地沙土、深色土、干松土＞粘土、浅色土、潮湿土下垫面性质：晴天＞阴天地形：凹地＞平地＞凸地季节：夏季＞冬季，一年中春季气温日较差最大。影响气温日较差的因子纬度：随纬度增加而减小。近地层气温的年变化最冷、最热月出现的时间最热月最冷月大陆性气候区季风气候区7月1月海洋性气候区8月2月气温的年变化对于北半球大陆性气候区和季风性气候区，一年中最热月和最冷月分别出现在7月和1月，海洋性气候区落后一个月左右，分别出现在8月和2月。气温年较差的影响因子纬度：随纬度增加而增大。距海远近：远海区＞近海区地形及天气状况：与日较差同近地层气温的非周期变化由大规模冷暖空气活动所引起,出现在季节交替之际。由气候异常如厄尔尼诺效应、拉尼娜效应引起。大气中的水分空气湿度蒸发和蒸散凝结和凝结物降水第一节空气湿度空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。湿度参量：表征空气中水汽含量的多少和潮湿程度的物理量。湿度参量水汽压相对湿度露点温度饱和差比湿混合比绝对湿度一、空气湿度参量水汽压（e）反映空气中水汽含量的多少水汽含量水汽压e定义：空气中水汽的分压强。单位：百帕(hPa)1百帕(hPa)=100帕斯卡(Pa)饱和水汽压（E）反映空气的最大水汽容纳能力饱和水汽压取决于温度（马格奴斯半经验公式）定义：饱和湿空气中水汽的分压强。影响因子：EET温度TE蒸发面性质E过冷却水＞E冰蒸发面形状E凸面＞E平面＞E凹面液体含盐度含盐度E影响水面蒸发速率的因子影响水面蒸发速率的因子有气温、湿度、气压、风、蒸发面性质、蒸发面形状和含盐度等气温升高，E饱和水汽压增大，饱和差增大，水面蒸发速率增大水汽压（湿度）增大，饱和差变小，水面蒸发速率减小气压升高，水面蒸发速率减小风速增大，水面蒸发速率增大蒸发面性质：过冷却水面上方的蒸发速率大于冰面上方的蒸发速率蒸发面形状：W凸面＞W平面＞W凹面含盐度增大，水面蒸发速率减小气压和风气压作用于空气的力风国际标准单位：帕（帕斯卡Pa）和百帕（百帕斯卡hPa）1hPa＝100Pa＝100N／m2标准大气压（0℃，45°N／S，海平面上）P0＝760mm汞柱＝1013.25hPa第一节气压气压（大气压强）P单位面积上所受到的大气压力。单位面积上空气柱的重量。气压的单位铅直气压梯度﹣——＝gzPdPdz气压高度海拔高度（m）气压（hPa）3000012160001001100025055005003000700150085001000一、气压随高度的变化地面天气形势图（地面天气图、地面图）本站气压海平面气压等高面（海拔高度为0）上的等压线（每隔2.5hPa）图二、气压的水平分布气压订正海平面气压场海平面气压场的基本型式（气压系统）低压（低气压、气旋）高压（高气压、反气旋）D逆时针旋转向中心辐合绝热上升多阴雨天气G顺时针旋转向四周辐散绝热下沉多晴好天气北半球，低压控制区内水平气流呈逆时针旋转，高压控制区内呈顺时针旋转高空天气形势图（高空天气图、高空图）等压面上的等高线（每隔4位势什米）图等高线的单位：位势高度位势米、位势什米1位势什米＝10位势米H＝z·g／9.8H位势高度（位势米）z海拔高度（米）g重力加速度高空气压场高空气压场的基本型式（气压系统）D低压逆时针旋转高压顺时针旋转G脊G脊线脊前脊后槽线槽D槽前槽后二、摩擦层中风的变化日变化近地层白天午后最大，夜间和清晨最小；上层白天午后风小，夜间风大晴天阴天，陆地海洋年变化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。一般北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；垂直变化摩擦层中，在气压场随高度不变的前提下，风速随高度升高逐渐增大，风向随高度上升而逐渐右转。天气系统和天气过程天气系统天气过程第一节天气系统气团锋气旋反气旋高空槽脊切变线、低涡、低空急流一、气团定义大范围的空气团，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。气团的概念尺度水平尺度几十千米，垂直尺度几至几十千米气团的形成和变性形成的条件①大范围性质均匀的下垫面；②适合的环流条件（反气旋）。气团的变性变性气团气团内部多晴好天气冷暖气团交界处多阴雨天气二、锋锋的概念锋区（锋面）：冷、暖气团之间的过渡区域。700hPa地面冷气团暖气团锋的移动方向冷锋暖锋准静止锋锢囚锋冷暖冷暖冷暖冷冷暖冷锋暖锋准静止锋锢囚锋第二节天气过程寒潮天气过程大型降水天气过程台风天气过程对流性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（春秋的江南地区）寒潮大风：西北大风（东北、内蒙古）偏北大风（华北、黄淮）东北大风（长江以南）一、寒潮天气过程概念我国各地的雨季华南沿海4月～10月中旬长江流域6月上旬～9月初华北、东北7月中旬～8月底云贵高原5月下旬～10月下旬青藏高原北部6月中旬～10月下旬新疆全年分配较均匀二、大型降水天气过程概念范围广大的降水（连续性或阵性的大范围雨雪及夏季暴雨）。3月下旬～5月上旬江南地区江南春雨期5月中旬～6月上旬（25天）华南地区华南前汛期6月中旬～7月上旬（20天）江淮地区江淮梅雨7月中旬～8月下旬（40天）华北、东北地区华北、东北雨季华南地区华南后汛期9月中旬～10月上旬淮河流域淮河秋雨期我国雨带每年初夏，发生在我国：东西向从湖北宜昌至上海，南北向为26～34N长时间的连阴雨天气。宜昌江淮梅雨定义江淮梅雨天气过程在对流层中不同高度的主要天气系统对流层上层（100、200hPa等压面）：南亚高压（青藏高压）。对流层中层（500hPa等压面）：高纬度地区为阻塞形势（阻塞高压）；中纬度地区为较平直的西风气流，浅槽东移；副热带地区为带状副高，脊线位于日本南部至华南。低空（700、850hPa等压面）：西南涡、西南低空急流和江淮切变线。地面：江淮气旋和江淮静止锋。