大气科学基础总复习.ppt

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1、大气科学基础总复习,大气科学基础,大气圈的基本结构,大气演变的描述气象要素,大气内最基本的热力、动力及相态变化过程,静力平衡和地转运动,大气热力学,辐射过程,大气水分的相态变化,第一章 大气概述第二章 气象要素的特征、变化和分布第三章 大气静力学第四章 大气热力学基础第五章 太阳、地面和大气的辐射第六章 水份相态变化及饱和计算,第一章 大气概述,大气圈的组成 基本情况以及温室气体大气圈的结构 垂直分层以及各层的特点,第二章 气象要素的特征、变化和分布,影响温度变化的因子（辐射加热、潜热加热以及与周围的热量交换）温度的时间演变特征温度的空间分布特征,温度,大气中常见的气压型全球气压分布的基本特征

2、,气压,影响风的因子（科氏力、地转风、摩擦力的作用等）山谷风和海陆风全球风系（及其与气压型的联系）,风,水汽、云、降水及能见度,第三章 大气静力学,大气静力学方程 静止大气中的力（重力和重力位势）静力学方程压高公式静力学方程的积分形式 均质大气、等温大气、多元大气以及标准大气 压高公式的应用（计算不同高度的气压、天气系统的垂直结构静力稳定度 条件不稳定和对流不稳定,第四章 大气热力学基础,热力学第一定律,First Law of Thermodynamics:Q=U+W heat transfer change in work done internal energy,等容过程系统不作功,热力

3、学定律的(T,P)形式,热力学定律的(T,V)形式,泊松(Poisson)方程,干空气和未饱和湿空气的绝热过程,位温,干绝热过程位温守恒气块得到热量时位温升高,饱和湿空气的绝热过程,始终保持饱和状态的绝热过程，称为湿绝热过程湿绝热过程与干绝热过程的根本区别就是湿绝热过程有凝结潜热的释放可逆湿绝热过程凝结物留在气块内，下沉时蒸发减缓气块的升温过程不可逆湿绝热过程凝结物全部变为降水掉到地面，使下降时气块按干绝热过程增温。又称为假绝热过程,假相当温度和假湿球温度,假相当温度se湿空气块绝热上升到水汽全部凝结降落后，再沿干绝热过程下降到1000mb时所具有的温度。假相当温度不仅考虑了气压变化对气温的影

4、响，还考虑了水汽凝结潜热对气温的影响。假湿球温度sw气块沿干绝热过程上升到凝结高度后，再沿湿绝热过程下降到1000mb时所具有的温度。实际不存在，设想下降过程中外界不断有水汽补充以供蒸发，使气块始终保持饱和状态其目的是最大限度地考虑蒸发耗热对温度的影响。,设850mb等压面某处的气温为100C，露点温度为50C，请问它所对应的、se以及sw哪个最大？哪个最小？,温度-压力对数图及应用,确定湿度参量确定抬升凝结高度自由对流高度确定位温和假相当位温分析大气稳定度分析云底高度分析云顶高度和云顶温度分析降水类型分析锋区分析风的垂直切变,层结曲线,状态曲线,凝结高度,湿绝热过程,干绝热过程,T,自由对流

5、高度,对流上限,T-lnP图上层结曲线与状态曲线,lnP,第五章 太阳、地面和大气的辐射,辐射的度量,辐射通量,辐射通量密度,辐射强度,辐射亮度指通过某一选定方向上，单位立体角中单位面积的辐射通量。,辐射光谱,物体对辐射的反射、透射和吸收黑体,辐射的基本定律,Kirchhoffs Laws任一物体的单色辐射能力与物体对该波长的吸收率之比值，是一个温度与波长的普适函数，而与物体的性质无关。或者：任何物体的辐射能力与其吸收率之比等于相同温度下的黑体辐射能力。,Planck Radiation Law,黑体辐射能力,对应任一温度，单色辐射出射度随波长连续变化，且只有一个峰值，对应不同温度的曲线不相交

6、。因而温度能唯一确定单色辐射出射度的光谱分布和辐射出射度（即曲线下的面积）。单色辐射出射度和辐射出射度均随温度的升高而增大。单色辐射出射度的峰值随温度的升高向短波方向移动,The Wien and Stefan-Boltzmann Laws,太阳辐射,太阳光谱和太阳常数,在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的单位面积上，在单位时间内所接受的太阳辐射能量，就称为太阳常数。,太阳的全部辐射能中，波长在0.15-4.00微米之间的占99%以上。紫外光区（0.76微米）占43%。因此，太阳辐射被称为短波辐射。,到达大气上界的太阳辐射 日地距离因子的影响 太阳高度的影响 白昼长度的影响

7、到达地面的辐射 大气的吸收 大气的散射 大气的反射,地面和大气辐射,大气对长波辐射的吸收大气逆辐射和地面有效辐射射出长波辐射,辐射差额,地面辐射差额,地面获得的能量太阳直接辐射、太阳散射辐射、大气逆辐射地面失去的能量地面发射的长波辐射、地面对太阳辐射的反射,影响地面辐射差额的因子：昼夜变化和季节变化 白天为正，夜晚为负；夏季为正，冬季为负。地理纬度 低纬度以及大部分中高纬度地区为正，极区为负。地面反照率 反照率大的地方为负,大气辐射差额,大气获得的能量：太阳短波辐射的吸收地面有效长波辐射 大气失去的能量大气上界的有效长波辐射,一般而言，整层大气的辐射差额为负值，大气的热量平衡要依靠其它的热传输

8、渠道来维持，如：潜热输送等。,因此，大气辐射差额为,地-气系统的辐射差额,如果把地面和大气看做一个整体，其辐射能的净收入为地面辐射差额与大气辐射差额的总和：,地-气系统的辐射差额在不同的季节可以有正有负地-气系统的辐射差额在不同的纬度可以有正有负（以35度为界线）赤道地区全年为正，两极全年为负，其余大部分地区夏季为正，冬季为负对整个地-气系统来说，其辐射差额多年平均值为0,太阳短波辐射100,地表吸收51,大气吸收16,云吸收3,大气反射6,云反射20,地表反射4,总吸收70,总反射30,Global Radiation BudgetShortwave CascadeIncoming solar radiation100%(1365 W/m2),Global Radiation BudgetLongwave Cascade70%,地表吸收51,大气吸收16,云吸收3,直接发射到空间6,传导和对流到大气7,潜热携带到云和大气23,辐射到大气15,通过大气和云发射到空间64,70%,温室效应温室效应对全球气候变化的影响（研究方法、不确定因素等）,大气中的水分,大气水汽的量度 水汽压、绝对湿度、混合比、比湿、相对湿度、露点温度水的相变饱和水汽压,