大气科学概论ppt课件.ppt

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1、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）,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

2、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：Wm-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1.49610

3、8km)，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。(0h90),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,sin hsinsin+coscoscos,式中：为观测点纬度，为赤纬，是时角。,纬度变化于-90（南半球）+90（北半球），赤纬变化于-2327（冬至）+2327（夏至）之间,(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=

4、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0，0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0，12小时；,为纬度，为赤纬,全球昼长时数的分布规律（2）,当=0时，全球处于春分日或秋分日，此时，全球日出在6时，日

5、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。夏季辐射差额最大，冬季最小；气温夏季最高，冬季最低 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 辐射差额北方地区春秋季变化快，

6、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 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 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 辐射差额39N以南全年各月均为正值，39N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

7、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 现在月或月，地面最 冷月温度一般出现在月 或月。,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,气温的日变化：

8、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：,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,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

9、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。,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

10、。,影响因子：,温度 T E 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）1hPa100P

11、a100Nm2 标准大气压（0，45NS，海平面上）P0760mm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,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）,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

12、线的单位：位势高度 位势米、位势什米 1位势什米10位势米 Hzg9.8 H 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）,槽线,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

13、、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,大范围性质均匀的下垫面；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。,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（

14、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,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）。,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2634N长时间的连阴雨天气。,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

15、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。,台风（中国及东亚地区）飓风（美国及大西洋地区）热带风暴（印度洋地区）,三、台风天气过程,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。,台风生命史,形成期,发展期,成熟期,衰亡期：台风强度减弱，影响范围缩小,台风的形成和生命史,台风降水的来源：（1）云墙降水;（2）螺旋云带降水；（3）台风与其他天气系统相互作用产生的降水；（4）与台风相联系的热带云团的降水。,四、对流性天气过程,概念,雷暴：旺盛发展的积雨云中发生的雷电交作的激烈放电现象。,天气：阵雨、大风、冰雹、龙卷等,分类,对流

16、性天气：雷暴所产生的天气现象。,强对流性天气：强雷暴所产生的天气现象。,气 候,气候形成的因素 世界气候及其分类 中国气候,第一节 气候的形成因素,太阳辐射、宇宙地球物理因子、下垫面、大气环流、人类活动。,气候形成的因素：,一、辐射因素,辐射差额的影响因子,地理纬度、海陆分布、云量、海拔高度、地形,辐射差额的变化,辐射差额呈带状分布，随纬度的增加而减小辐射差额的年较差随纬度的增加而增大,二、下垫面因素,海陆分布、地形、海气相互作用和洋流、植被、土壤、冰雪覆盖等,海陆分布,海陆分布对气候的影响,使温度的纬向带状分布发生变形，在同一气候带中 可出现不同的气候型。,使海洋和陆地在获得相同太阳辐射的前

17、提下，表面温 度变化产生差异。,冷热源上,第一节 气候的形成因素,大气中水汽的供应者，距海远近不同，使空气湿度和降 水量发生变化。,使在同一纬度带中可出现海洋性气候和大陆性气候。,在近海地区形成海陆风。,华北暖温带气候 秦岭山脉华中亚热带气候 南岭山脉华南热带气候,地形,地形对气候的影响,地形对邻近地区气候的影响。,地形本身所形成的独特的气候；,气候分界线：,海气相互作用和洋流,海气相互作用,沃克（Walker）环流,厄尔尼诺（El Nino）现象,南美西海岸的厄瓜多尔和秘鲁附近太平洋沿岸的寒流水温异常升高，并扩展到赤道东太平洋，向西延伸到日界附近的现象。,赤道东太平洋海表温度异常增暖的现象。

18、,南方涛动（Southern Oscillation）,南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压之间气压变化的负相关现象。,ENSO,厄尔尼诺现象和南方涛动的合称。,南方涛动指数（SOI）,通常用南太平洋的塔希堤岛和澳大利亚的达尔文岛的海平面气压差来表示南方涛动的振动和位相指数（SOI）。,成因,潮流：潮汐作用引起风生洋流（风洋流、吹流、漂流）：风吹海面引起密度流：密度分布不均引起补偿流,东亚近海的洋流：黑潮暖流、亲潮寒流,洋流,三、大气环流,大气环流的特性决定了进入某一地区的气团性质，从而 决定着一定气团作用下的天气和气候。,在低压经常控制的地区，云雨较多，获得的太阳辐射就比 同纬度其他地方要少，

19、温度较低；反之，在高压经常控制 的地区，则相反。,大气环流维持了气候的相对稳定性。,当大气环流形势趋向其长期平均的正常状态时，其作用下 的各地的天气气候情况也是正常的；当大气环流形势在个别年份或个别时期异常时，便会发生 该年份或该时期天气气候的反常。,第一节 气候的形成因素,人类活动对气候的影响主要体现在三个方面：改变下垫面性质 森林、草原、农田（沙漠化效应、绿洲效应）水库（湖泊效应）城市（城市热岛效应）海洋石油污染（海洋沙漠化效应）,四、人类活动,第一节 气候的形成因素,人为释放热量各种能源和人畜新陈代谢放热（城市热岛效应、火炉效应）,改变大气成分二氧化碳CO2、甲烷CH4（温室气体）一氧化

20、二氮N2O、氟氯烃化合物CFCS（温室气体，破坏臭氧层）气溶胶（阳伞效应）,第二节 世界气候及其分类,一、气候带,赤道气候带,位置：10N10S,气候特点：全年高温少变，温度年较差很小 降水丰沛，全年分配均匀,热带气候带,位置：10N、S2327N、S,气候特点：温度高，温度年较差较大 降水量大，降水集中于夏半年 一年可分为热、雨、凉三季,副热带气候带,位置：2327N、S 33N、S,气候特点：温度年较差、日较差大大陆西岸：盛行西北风，气候干燥大陆东岸：盛行东南风，气候湿润,夏季受副热带高压影响 欧亚大陆西岸 高温干燥，具大陆性 欧亚大陆东岸 炎热多雨，具海洋性冬季受盛行西风带控制 欧亚大陆

21、西岸 温暖多雨，具海洋性 欧亚大陆东岸 寒冷干燥，具大陆性,暖温带气候带,位置：33N、S 45N、S,气候特点：欧亚大陆西岸：地中海气候 欧亚大陆东岸：季风气候,欧亚大陆两岸气候特点的差异（1）,冷温带气候带,位置：45N、S6633N、S,气候特点：,欧亚大陆西岸：海洋性气候，夏季凉爽冬季温和，秋温高于春温，最冷月和最热月均落后大陆性气候一个月，温度年、日较差较小，气候湿润，降水丰富、全年分配均匀，变率小欧亚大陆东岸：大陆性气候，夏季炎热冬季严寒，春温高于秋温，温度年、日较差很大，日照丰富，气候干燥，降水少且集中于夏季，变率大。,欧亚大陆两岸气候特点的差异（2）,极地气候带,位置：极圈内,

22、气候特点：最热月月平均温度10,苔原气候带：最热月月平均温度010 夏季 极地大陆气团 冬季 北极气团,冻原气候带：最热月月平均温度0 全年 北极气团,全球行星风带的分布,从北极到南极行星风带有：极地东北风带、盛行西南风带、东北信风带、赤道无风带、东南信风带、盛行西北风带、极地东南风带。,赤道无风带,第三节 中国气候,一、中国的气候特征,季风性显著、大陆性强,冬季风与夏季风相比，夏季风弱于冬季风,黄河河套以西，西部高原气候区,黄河河套以东，东部季风气候区,终年为大陆气团（西伯利亚气团、热带大陆气团）所控制全年盛行偏西气流，气候干燥，具有显著的大陆性,温度带,范围,10,作物熟制,寒温带,中温带

23、,暖温带,亚热带,热带,黑龙江省北部、内蒙古东北部,东北和内蒙古大部分、新疆北部,黄河中下游大部分地区和新疆南部,秦岭淮河以南，青藏高原以东,滇、粤、台的南部和海南省,1600,8000,16003400,34004500,45008000,一年一熟，早熟的春小麦，大麦、马铃薯等,一年一熟，春小麦、大豆、玉米、谷子、高粱等,两年三熟或一年两熟，冬小麦复种早熟糜子、荞麦，后冬小麦复种玉米、谷子、甘薯,一年两熟到三熟，稻麦两熟或双季稻，双季稻加冬油菜或冬小麦,水稻一年三熟,二、中国温度、降水的分布特征,温度,温度的时间变化,温度年较差大 温度年较差自东南沿海向西北内陆增大温度日较差自东南沿海向西北内陆增大 温度日较差北方春季最大，南方秋季最大春季升温、秋季降温北方快于南方,中国年降水量分布图,400mm等年降水量线将我国分为东南湿润区和西北干旱区。,1.全球和中国气候与环境变化,（1）外部（天文）因子的影响太阳辐射直接变化改变了到达气候系统的能量，进而引起全球气候变化。太阳活动变化包括：发生在光球表面的黑子、光斑，发生在色球层的谱斑、耀斑，以及日珥、日冕等。太阳活动增强时太阳辐射也增强。（2）内部因子的影响：下垫面性质、地球大气成分的变化、海气相互作用、陆面过程等。,气候变化的原因,