第一章绪论 1,1气象学气候学的研究对象，任务和简史 气象学 气候学的研究对象和任务 我们知道，由于地球引力的作用，地球周围聚集着一个气体圈层 一大气圈。什么 是大气？包围地球的空气称为大气。在地表，大气分布广而厚。我们人类生活在地球大气 的底部，并且一刻也离不开大气。就象鱼离不开水，瓜离不开秧一样。 大气上界一1200km Q 大气中极光出现的最高高度 地 太阳 Earth +大气圈 地球上最高峰（珠峰）8848m,8.848/1200=7.5%0 地球最低注地（死海沿岸）392m,大气最厚处1200km+392m=2 大气组成：水，N2,O2,A虹C02H2,O3 ,太阳辐射是地球大气坛动的取动 力，太阳辐射通过大气到达地而。每射大 地面 1.在地球大气中 ,不断地发生者各种各样的物理过程（辐射、冷却、蒸发、凝结） 和物理现象（风、雨、雪、电、雾、露、霜、雹） 气象。 气象学：研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，指导生产实践的科学。大 气中各种物理过程和物理现象可以用一些物理量来表示。 (1)用温度表示大气冷暖程度。热量、积温。候均温稳定通过10℃、22℃的时间 划分春夏秋冬四季 气候带划分指标：最热月气温=10℃为温带和寒带分界线，最冷月 气温=18℃为热带和温带分界线 (2)空气湿度表示大气干湿程度，人体最适的是50~70%，范围0~100%。 (3)降水是指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、雪、冰雹等mm)。降 水量表示降雨/雪的多少。年降水量400mm、800mm为干旱半干旱、湿润半湿润分界。 年降水量>400mm可植乔木： 300-400mm耐用早乔木，适于灌木：200300mm灌木 下限： 200mm特大暴雨：≤24mm小雪，2.5~5.0mm中雪，>5mm大 香。 高纬度地区冬季降香多，还需测舌深cm)和舌压(gcm),当舌深>5cm时测舌压。 NNW- NNE 降水量是表征某地干湿状态，雪深和雪压反赋 NW (4)用风向，风速描述 EWE 风指空气的水平运动，是矢量（向量）， 有方向和速度。 南 SSE
第一章 绪论 §1.1 气象学气候学的研究对象，任务和简史 一、气象学，气候学的研究对象和任务 我们知道，由于地球引力的作用，地球周围聚集着一个气体圈层——大气圈。什么 是大气？包围地球的空气称为大气。在地表，大气分布广而厚。我们人类生活在地球大气 的底部，并且一刻也离不开大气。就象鱼离不开水，瓜离不开秧一样。 大气上界 1200km 大气中极光出现的最高高度 地 表 太阳 大气圈 地球上最高峰（珠峰）8848m，8.848/1200=7.5‰ 地球最低洼地（死海沿岸）-392m，大气最厚处 1200km+392m=? 大气组成：水，N2，O2，Ar, CO2 ,H2 ,O3 .，太阳辐射是地球大气运动的驱动 力，太阳辐射通过大气到达地面。辐射 大 气 地面 1. 在地球大气中，不断地发生着各种各样的物理过程（辐射、冷却、蒸发、凝结） 和物理现象（风、雨、雪、电、雾、露、霜、雹）——气象。 气象学：研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，指导生产实践的科学。大 气中各种物理过程和物理现象可以用一些物理量来表示。 （1）用温度表示大气冷暖程度。热量、积温。候均温稳定通过 10℃、22℃的时间 划分春夏秋冬四季。气候带划分指标：最热月气温=10℃为温带和寒带分界线，最冷月 气温=18℃为热带和温带分界线。 （2）空气湿度表示大气干湿程度，人体最适的是 50～70%，范围 0～100%。 （3）降水是指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、雪、冰雹等(mm)。降 水量表示降雨/雪的多少。年降水量 400mm、800mm 为干旱半干旱、湿润半湿润分界。 年降水量＞400mm 可植乔木；300～400mm 耐用旱乔木，适于灌木；200～300mm 灌木 下限；＜200mm 植树难以成活。西北干旱区年降水量＜200mm，无灌溉便无农业，是 天然的放牧畜牧业的集中分布区。我国东部季风区，800mm（多雨年 900mm）年等雨 量线大致经过秦岭、伏牛山、淮河一带，将东部分为半湿润的北方和湿润的南方（旱作 不需灌溉），长江中下游以南年降水量 1000mm 以上。 降水量的划分（雨量等级为 24h 的降水量 mm）：日降水量≤0.1mm 微量（雨），0.1～ 9.9mm 为小雨，10.0～24.9mm 中雨，25.0～49.9mm 大雨 50.0～99.9mm 为暴雨，100.0～ 199.9mm 为大暴雨，＞200mm 特大暴雨；≤2.4mm 小雪，2.5～5.0mm 中雪，＞5mm 大 雪。 高纬度地区冬季降雪多，还需测雪深(cm)和雪压(g/cm2 )，当雪深＞5cm 时测雪压。 降水量是表征某地干湿状态，雪深和雪压反映 当地的寒冷程度。 （4）用风向，风速描述 风指空气的水平运动，是矢量（向量）， 有方向和速度。 Earth
风向指风的来向，有16个方位的风，农业常用9个方位的风：东、南、西、北、 东北、西北、东南、西南和静风。上风向为城市规划中居民区，下风向为工业区。农大 地处西北郊 气质量好 速度m也对应有风级。风向风速是随时空变化的，气流的湍流性造成风的脉动和 库性（持续时问32.6 >33 在强风暴或热带气旋中，地面上个别连风的风速可达100ms。记录到的最大瞬时风 桌出现在Wsh ton193441211032m 海拔1010m 处在对流层上部急流中，风速可达150-200m5,垂直风速几cms~10m =Vo0.233+0.656g(h+4.75刃V为h米(m)高处风速，V。为10m处风速 (5)用云量、云状描述云的状况 云量的观测：对云度蔽天空的成数讲行估计，将天空分为10份，其中为云遮蓝的 份数称为云 量 般日. 也有用红外辐射计对全天扫描测量是否有云 云量的多少 云形状不同预示着未来天气变化趋势不同： “鱼鳞天不雨也风颠”、“瓦块云，晒死人 2.天气和气候既有联系又有区别。 这些表征大气状态（气温，温度，压强等）和大气性质（风、云、雾、降水等）的 物理量称为气象要素。各种气象要素相互联系，相互影响，并日在不同地点和时间出现 不同组合，构成了各地的天气和气候。 天气是指某地区某 一瞬间或某一时间内大气状态和大气现象的综合。 “今天很热” “中午下雨了”，“下午刮大风 “。天气过程是大气中的短期过程。气候是在太阳辐 射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间相互作用下，在某一时段内大量天气过程 的综合。包括常年平均状况和极端状况。如北京春季气候特点是气温回升快、多风、少 雨，几平年年如此。除了地风气候外，还有温宝小气候等 气候与天气相比具有相对的稳定性，天气是气候的基础，气候是天气的背景 ,天气 的时间尺度最长只有10多天，而气候的时间尺度从1月、1年至上千年甚至几万年。我 们平时说“南方高温高湿，西北干燥，东北寒冷”等都是气候特点。 天气变化快，变化周期短。天气过程的时间分段一般以分为：5天以下（短期天气 过程)，5一10天（中期天气过程），10天一3个月（长期天气过程）。气候有明显的年周
风向指风的来向，有 16 个方位的风，农业常用 9 个方位的风：东、南、西、北、 东北、西北、东南、西南和静风。上风向为城市规划中居民区，下风向为工业区。农大 地处西北郊，空气质量好。 速度 m/s 也对应有风级。风向风速是随时空变化的，气流的湍流性造成风的脉动和 阵性(持续时间＜2 分钟)。 在一个地点的分布状况常用玫瑰图表示。 0～12 级风等级表如下： 等级 名称 陆上地物征象 范围 均速(m/s) 0 无风 静，烟直上 0.0～0.2 0 1 软风 烟能表示风向，树枝略摇 0.3～1.5 1 2 轻风 树叶微响，人面感觉有风 1.6～3.3 2 3 微风 树叶、高草和小枝摇动不息，旗展开 3.4～5.4 4 4 和风 能吹起地面灰尘和纸张，树枝摇动，高草呈波浪起伏 5.5～7.9 7 5 清劲风 有叶小树摇摆，内陆水面有水波 8.0～10.7 9 6 强风 撑伞困难，高草不时倾伏于地 10.8～13.8 12 7 疾风 全树摇，迎风步感觉不便 13.9～17.1 16 8 大风 可折毁小树枝，人迎风进困难 17.2～20.7 19 9 烈风 草房被破坏，屋瓦被掀起，大树枝可折断 20.8～24.4 23 10 狂风 树木可被吹倒，一般建筑物严重破坏 24.5～28.4 26 11 暴风 大树可被吹倒，建筑物严重破坏 28.5～32.6 31 12 飓风 陆上少见，其摧毁力极大 ＞32.6 ＞33 在强风暴或热带气旋中，地面上个别阵风的风速可达 100m/s。记录到的最大瞬时风 速出现在 Wshington(1934.4.12)103.2m/s。 海拔 1010m 处在对流层上部急流中，风速可达 150-200m/s，垂直风速几 cm/s～10m/s。 0.233 0.656lg( 4.75) Vh =V10 + h + Vh 为 h 米(m)高处风速， V10 为 10m 处风速。 （5）用云量、云状描述云的状况 云量的观测：对云遮蔽天空的成数进行估计，将天空分为 10 份，其中为云遮蔽的 份数称为云量，一般目测，也有用红外辐射计对全天扫描测量是否有云，云量的多少。 云形状不同预示着未来天气变化趋势不同。“鱼鳞天不雨也风颠”、“瓦块云，晒死人”。 2. 天气和气候既有联系又有区别。 这些表征大气状态（气温，温度，压强等）和大气性质（风、云、雾、降水等）的 物理量称为气象要素。各种气象要素相互联系，相互影响，并且在不同地点和时间出现 不同组合，构成了各地的天气和气候。 天气是指某地区某一瞬间或某一时间内大气状态和大气现象的综合。“今天很热”， “中午下雨了”，“下午刮大风”.。天气过程是大气中的短期过程。气候是在太阳辐 射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间相互作用下，在某一时段内大量天气过程 的综合。包括常年平均状况和极端状况。如北京春季气候特点是气温回升快、多风、少 雨，几乎年年如此。除了地区气候外，还有温室小气候等。 气候与天气相比具有相对的稳定性，天气是气候的基础，气候是天气的背景，天气 的时间尺度最长只有 10 多天，而气候的时间尺度从 1 月、1 年至上千年甚至几万年。我 们平时说“南方高温高湿，西北干燥，东北寒冷”等都是气候特点。 天气变化快，变化周期短。天气过程的时间分段一般以分为：5 天以下（短期天气 过程），5～10 天（中期天气过程），10 天～3 个月（长期天气过程）。气候有明显的年周
期变化，所以严格地说气候的时间尺度应当是1年以上时期的大气状态。“今天的天 气”“今年的气候，.” WM0规定把30年作为描述气候的标准时段，即用30年（最短年限）内各种气象 要素和气象现象的统计特征来描述气候，30年内各年份之间的气候差异称为气候变率 气候所包含的内容比天气复杂很多。例如：对农作物来说，气候的干早与否不仅决定于 大气状况（降水量、空气湿度等），还取决于土壤状况和作物本身的耐早性等。这时气 候就不能以天气的总和来概括。气候系统句括大气围，水围，冰香圈，陆地表面和生物 圈5大系统。而天气系统可看作是单纯天 反气 气候与特定时段利 地区相联系，带有地方特点。如：北京的气候，美国的气候，古气候，近代气候，现代 气候。 气候既是相对稳定的，又是发展变化的。人类研究气象学和气候学就是为了探寻其 规律。充分利用气候资源，减少人类活动对气候的不利影响，防御或减少气候灾害，为 有关的生产建设服务 农业气候相似在引种中运间用，加拿大银狐→北京山区海拔2000m。湖南短日照水 稻品种引种安徽只长苗而不结果。 美国农业带的划分，我国棉花种植西北移的战略。气象战争是高层次的，德俄战争， 偷袭珍珠港、海港战争、“火烧赤壁”、“火攻”围困司马父子时大雨相救，这些都是胜 方得到有利天气形热的帮助。美国现研究利用人工控制系统干扰天气，扰乱信息接收： 盛花期降冰雹而使农业大幅减产，消弱战斗力：细菌和疾病在相应的气象条件下延 危害生命和健康 气象学与气候学发展简史（书P3-7) 早在3000年前代，殷代（殷都为今河南安阳）甲骨文中就有关于风、云、雨、雪、 龙卷、舌暴等文字记载，可卜问未来10天的天气，称卜旬。春秋战国时代已能根据风、 云、物候的观测记录，确定24节气，指导黄河流域的农业生产。春秋《左传》有春秋 分、夏冬至的记载（太阳直射点、回归线）。国外最早的气象学是古希腊哲学家亚里期 多德（公元前350年）著的。 气象观测仪器也是我国最早发明，西汉时（公元前104年），利用羽毛、木炭的吸 湿特性来测量空气湿度，利用相风铜鸟观测风，《后汉书》记载降水的记录，而欧洲到 20世纪才有候风鸟测风的记载。汉、唐、宋“气象”发展很快，直到明朝便停，由于封 建封闭的结果.直到1743年法国的哥比Gaubil到北京建立测候室，1755~1760年，Am 北京对温、湿和风观测，到1830年俄英法为了掌握我国第 手气象资料（为各自的军 事、航行和商船服务)而建立了气象观测台站。直到1958年，我国才系统地建立自己 的观测台站（全国气象观测网站，省市都有）。 国家级 一地区级（西北区以兰州为中心 省级 一县级 乡级。 常规4次观测，按世界统一观测时间800am)~800 a.m.). 格陵0时正是北京时8 时。航线每小时1次， 军事每天24小时全天时观测。地面观测是各级都要观测记录的 包括：温、压、风、湿、降水等。高空观测则省级及其以上要观测，包括(1)探空器 观测，探空气球带若深测器每天早700升空。(2)雷达观测(3)卫星观测。（见附图 11气象观测图，在Microsoft Word文件中.) 将记录集中到天气图上，动态分析，进行天气预报。我国的天气预报已较先进和准 确，是国际水平中的上等水平的下级。天气预报能达到50%的准确率很难，我国目前准 确率只有40%。其中，降水最难预报，采用概率预报。者、帝、县三级色象部门伯发布
期变化，所以严格地说气候的时间尺度应当是 1 年以上时期的大气状态。“今天的天 气.”“今年的气候.”。 WMO 规定把 30 年作为描述气候的标准时段，即用 30 年（最短年限）内各种气象 要素和气象现象的统计特征来描述气候，30 年内各年份之间的气候差异称为气候变率。 气候所包含的内容比天气复杂很多。例如：对农作物来说，气候的干旱与否不仅决定于 大气状况（降水量、空气湿度等），还取决于土壤状况和作物本身的耐旱性等。这时气 候就不能以天气的总和来概括。气候系统包括大气圈，水圈，冰雪圈，陆地表面和生物 圈 5 大系统。而天气系统可看作是单纯天气系统（气旋，反气旋）。气候与特定时段和 地区相联系，带有地方特点。如：北京的气候，美国的气候，古气候，近代气候，现代 气候。 气候既是相对稳定的，又是发展变化的。人类研究气象学和气候学就是为了探寻其 规律。充分利用气候资源，减少人类活动对气候的不利影响，防御或减少气候灾害，为 有关的生产建设服务。 农业气候相似在引种中运间用，加拿大银狐→北京山区海拔 2000m。湖南短日照水 稻品种引种安徽只长苗而不结果。 美国农业带的划分，我国棉花种植西北移的战略。气象战争是高层次的，德俄战争， 偷袭珍珠港、海港战争、“火烧赤壁”、“火攻”围困司马父子时大雨相救，这些都是胜 方得到有利天气形势的帮助。美国现研究利用人工控制系统干扰天气，扰乱信息接收； 盛花期降冰雹而使农业大幅减产，消弱战斗力；细菌和疾病在相应的气象条件下蔓延， 危害生命和健康.。 二、气象学与气候学发展简史（书 P3-7） 早在 3000 年前代，殷代（殷都为今河南安阳）甲骨文中就有关于风、云、雨、雪、 龙卷、雷暴等文字记载，可卜问未来 10 天的天气，称卜旬。春秋战国时代已能根据风、 云、物候的观测记录，确定 24 节气，指导黄河流域的农业生产。春秋《左传》有春秋 分、夏冬至的记载（太阳直射点、回归线）。国外最早的气象学是古希腊哲学家亚里斯 多德（公元前 350 年）著的。 气象观测仪器也是我国最早发明，西汉时（公元前 104 年），利用羽毛、木炭的吸 湿特性来测量空气湿度，利用相风铜鸟观测风，《后汉书》记载降水的记录，而欧洲到 20 世纪才有候风鸟测风的记载。汉、唐、宋“气象”发展很快，直到明朝便停，由于封 建封闭的结果。直到1743 年法国的哥比Gaubil到北京建立测候室，1755～1760 年，Amiot 北京对温、湿和风观测，到 1830 年俄英法为了掌握我国第一手气象资料（为各自的军 事、航行和商船服务）而建立了气象观测台站。直到 1958 年，我国才系统地建立自己 的观测台站（全国气象观测网站，省市都有）。 国家级 地区级（西北区以兰州为中心） 省级 县级 乡级。 常规 4 次观测，按世界统一观测时间 8:00(a.m.)～8:00(a.m.)。格陵 0 时正是北京时 8 时。航线每小时 1 次，军事每天 24 小时全天时观测。地面观测是各级都要观测记录的， 包括：温、压、风、湿、降水等。高空观测则省级及其以上要观测，包括（1）探空器 观测，探空气球带着探测器每天早 7:00 升空。（2）雷达观测（3）卫星观测。（见附图 1.1 气象观测图，在 Microsoft Word 文件中。） 将记录集中到天气图上，动态分析，进行天气预报。我国的天气预报已较先进和准 确，是国际水平中的上等水平的下级。天气预报能达到 50%的准确率很难，我国目前准 确率只有 40%。其中，降水最难预报，采用概率预报。省、市、县三级气象部门均发布
长、中、短朗天先预框：者、希两级送发布短时天无隔帽。短时隔根(3-6h)和短期隔超12-48h 具有高的准率：中预3-10)具有一定的参考价值：长预（一个月以上，跑短宅 候预测)是世界上尚来完全攻克的难题，其分析意见只能供领导和有关部门内雾不对外 发布。 §1.2气候系统概述 大气图 大气组成 原生 ·次生大气 ”现代大气 46亿年前， CO2,C0,H,O,CH为主， 千洁大气(N,0,C02以 复气云团以 没有O。H,0竖外速H2↑+O2↑ 水汽、气溶胶三部分。 氢氨包为主 H,0+CO2叶绿素，(CH,O)n+O21 火山爆发产生大景N 没有层 光 (1)0的形成过程：0，紫外线一0十0， 02+0→0 闪电 生命从海底到地面，大气中O↑，到达地面的紫外线！。 温室气体C02、CH、O,的温室效应及其作用原理异同？ C0,和CH吸收太阳长波辐射，透过短波辐射，使地表升温，吸收地球长波辐射 使它不进入太空，对地球起保 作用 同时向地球发射长波辐射 O吸收太阳短波紫外线，使O层升温，向大气、地球发射长波辐射，对地球起保 温、增暖作用。 实际上O,只占大气成分的百万分之一(1ppm),如压缩只占3mm大气厚，最大浓 度中在20一20km平克厚.斤h面，20一20km品多60 n就几乎没有了。0，有强 氧化性，可直接氧化细胞组分，使细胞膜磷脂，蛋白质等大分 化合物 生有机自由基 使脂肪酸氧化形成有毒的过氧化物，从而损害膜的功能和结构，导致组织损伤。O,不能 直接呼吸，随着“0，空洞”的出现，地面紫外线增多，白内障，皮肤癌患者增多。20 世纪80年代，科学家首先发现南极上空臭氧层在冬季出现严重的损耗，形成所谓空洞。 2000年9月，空洞面积达到2830km2,深度有点马拉雅山那么高，最近北极也发现空洞 据研究，这与制冷工业中氟利昂，C℉C一氟氯烃排放有关，CFC破坏O,层。1987年 在Canada召开全球会议， 规定 发达国家2000年停用，发展中国家2010年 当时 我国刚改革开放不久从国外购进了大量被淘汰的制冷设备，所以没有在协议上签字。到 90年才签字同意逐渐过渡停用，90年代后我国市场上出现了无氟冰箱。 (2)C0,:：是光合作用的原料，呼吸作用的物。C0,集中在地表20km以下的大气 层，占大气成分的万分之三(300ppm),是温室气体。 C02+H,0 CH,0).+O21 叶经素 1800年 1980年 2000年 CO2浓度 260~285ppm340~350ppm355~360ppm CO,↑，（气肥），提高水分利用率和产量，但促进气候变暖，所以控制CO,排放。除工 业排放C0,外，农业种植制度和耕作措施都影响C02,连作、休闲（轮作）比较，休闲 田C0,产生多 ,有机质分解，CO1 (3)水汽：含量0.01~4%，随高度1而，集中在100~200m对流层，在1.5~-2km 高度上水汽含量为地面的50%，5km高度为地面的10%。水有三态变化(change phase 相变)，是天气变化的主角Gue)。固（← →液大一汽
长、中、短期天气预报;省、市两级还发布短时天气预报。短时预报(3-6h)和短期预报(12-48h ) 具有较高的准确率;中期预报(3-10d)具有一定的参考价值;长期预报(一个月以上,现称短期气 候预测 )是世界上尚未完全攻克的难题,其分析意见只能供领导和有关部门内部掌握,不对外 发布。 §1.2 气候系统概述 一、大气圈 （一）大气组成 原生大气 次生大气 现代大气 46 亿年前， CO2，CO，H2O，CH4为主， 干洁大气(N2,O2,CO2)、 氢气云团以 没有 O3。H2O 紫外线索 H2↑+O2↑ 水汽、气溶胶三部分。 氢氦氖为主 H2O+CO2 叶绿素 (CH2O)n+O2↑ 火山爆发产生大量 N2 没有层次 光 （1）O3 的形成过程：O2紫外线 O＋O ， O2＋O → O3 闪电 生命从海底到地面，大气中 O3↑，到达地面的紫外线↓。 温室气体 CO2、CH4、O3的温室效应及其作用原理异同？ CO2 和 CH4 吸收太阳长波辐射，透过短波辐射，使地表升温，吸收地球长波辐射， 使它不进入太空，对地球起保温作用，同时向地球发射长波辐射。 O3吸收太阳短波紫外线，使 O3 层升温，向大气、地球发射长波辐射，对地球起保 温、增暖作用。 实际上 O3只占大气成分的百万分之一（1ppm），如压缩只占 3mm 大气厚，最大浓 度集中在 20～30km 平流层，近地面少→20～30km 最多→60km 就几乎没有了。O3有强 氧化性，可直接氧化细胞组分，使细胞膜磷脂，蛋白质等大分子化合物产生有机自由基， 使脂肪酸氧化形成有毒的过氧化物，从而损害膜的功能和结构，导致组织损伤。O3不能 直接呼吸，随着“O3 空洞”的出现，地面紫外线增多，白内障，皮肤癌患者增多。20 世纪 80 年代，科学家首先发现南极上空臭氧层在冬季出现严重的损耗，形成所谓空洞。 2000 年 9 月，空洞面积达到 2830km2，深度有喜马拉雅山那么高，最近北极也发现空洞。 据研究，这与制冷工业中氟利昂，CFC—氟氯烃排放有关，CFC 破坏 O3层。1987 年， 在 Canada 召开全球会议，规定发达国家 2000 年停用，发展中国家 2010 年停用。当时， 我国刚改革开放不久,从国外购进了大量被淘汰的制冷设备，所以没有在协议上签字。到 90 年才签字同意逐渐过渡停用，90 年代后我国市场上出现了无氟冰箱。 （2）CO2：是光合作用的原料，呼吸作用的产物。CO2 集中在地表 20km 以下的大气 层，占大气成分的万分之三（300ppm），是温室气体。 CO2＋H2O 光 （CH2O）n＋O2↑ 叶绿素 1800 年 1980 年 2000 年 CO2 浓度 260～285ppm 340～350ppm 355～360ppm CO2↑,(气肥)， 提高水分利用率和产量，但促进气候变暖，所以控制 CO2排放。除工 业排放 CO2 外，农业种植制度和耕作措施都影响 CO2，连作、休闲（轮作）比较，休闲 田 CO2产生多，有机质分解，CO2↑。 （3）水汽：含量 0.01～4%，随高度↑而↓，集中在 100～200m 对流层，在 1.5～2km 高度上水汽含量为地面的 50%，5km 高度为地面的 10% 。水有三态变化（change phase 相变）,是天气变化的主角(jue)。 固放热⎯⎯ ⎯吸热⎯→液⎯吸热⎯→放热⎯⎯汽
防霜冻的原理，利用相变的能量转换，果园喷灌浇水。夏天室内放盆水降温，发烧 时额头上放温水湿毛巾降温。 (4)气溶胶粒子， 大气中悬浮着的固态或液态微粒，半径10*~10m10几十μm。 气溶胶多集中于大气底层 大陆多与海洋，城市多于农村，冬季多于夏季。 气溶胶是形成雨的凝结核，对云雾的形成起重要作用。云雾是指漂浮于大气中的水 滴或（和）冰晶微粒的可见聚集体。云是离开地表的、不接地的、高空中：雾是接地的、 贴近地面的。雾出现时，水平能见度（视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背 景中看到和辨别标物的最大水平距离，单位 或km) 冬季多， 阳出来逐渐散开。云中 所含微粒的直径 月儿微米 、凝 或碰并而增长变耳 并以降水形式从云中降下。人工降雨：飞机喷Ag和干冰，增加空气中凝结核，使水附 着并不断增大而形成雨滴。 海水飞扬入大气后被蒸发的盐料粒： 饱子花粉，流星 和宇宙尘埃)：人工 颗粒物是大气中的主要污染物，按颗粒物自身重力作用、按自然沉降特性分为降尘和飘尘，降尘是指 空气介质中的颗粒物：可吸入颗粒物是指粒径<10m能进入人体呼吸道的颗粒物.粒径小的颗粒在大气 0 的入体 不同粒径颗粒物可达到肺部无纤毛区的尘粒：10m为0,54m为25%、35m为50%、25m为 100%可达到 (5)0,N:前者占20.95%，动植物呼吸离不研0，后者占78.08%，它冲淡氧.体 氧化不过于激烈。大量的从可通过豆科植物根瘤菌固定到土壤中，成为植物体不可缺 少的原料，是组成蛋白质的主要成分。 (二)大气的结构（书P10~12,®12大先垂直传构）或（见附1.2）】 空气密度随高度↑而，大气总质量50%集中在5.5km以下大气底层，在离地36~ 1000km处的大气层只占大气总质量的1%，P-Pgh所以，大气质量、密度、压力都 随h↑而！的特点。 气在垂直方向上的物理性质有显著差异，同时考虑大气的垂直运动，将大气分为 5层 1.对流层：是大气最低层，云雨雾雪等主要大气现象都出现在此层，是对人类生产 生活影响最大的一层。对流层有三个主要特点： ①气温随高度增加而降低。(“高处不胜寒”，“山高水冷”，白居易的“大林寺桃花”)。 气温垂直递减率Y=△T1△Z-0.65℃/100m,“-”表示方向，而不是数值，温度随高度 增加而增大则为 反之为 衣示 气温随高度升而降一递减层结一大气密度上大下小，空气下沉，产生 对流，有利于污染物扩散： Y<0,表示气温随升而升→逆温层结一大气密度上小下大，层结稳定，不利于 污染物扩散。阴天和早晨易产生逆温。 ②垂直对流运动。由于地表面的不均匀加热，产生垂直对流运动。对流运动的强度主要 ,对流运动强度，低纬度较强，高纬度较弱 夏季较 家季纹弱.对流层度：赤通1718km冲和02m极地89m片夏季， 薄。同大气总厚度1200km或2000~3000km相比，对流层很薄，但由于地球引力作用， 这一层集中了整个大气34的质量和几乎全部水汽。空气通过对流和湍流运动，使高低
防霜冻的原理，利用相变的能量转换，果园喷灌浇水。夏天室内放盆水降温，发烧 时额头上放温水湿毛巾降温。 （4）气溶胶粒子：大气中悬浮着的固态或液态微粒，半径 10-9～10-5m=10-3～几十μm。 气溶胶多集中于大气底层，大陆多与海洋，城市多于农村，冬季多于夏季。 气溶胶是形成雨的凝结核，对云雾的形成起重要作用。云雾是指漂浮于大气中的水 滴或（和）冰晶微粒的可见聚集体。云是离开地表的、不接地的、高空中；雾是接地的、 贴近地面的。雾出现时，水平能见度(视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背 景中看到和辨别目标物的最大水平距离，单位 m 或 km)＜1km，常为晨雾，冬季多，太 阳出来逐渐散开。云中所含微粒的直径只有几微米，可因凝结、凝华或碰并而增长变重， 并以降水形式从云中降下。人工降雨：飞机喷 AgI 和干冰，增加空气中凝结核，使水附 着并不断增大而形成雨滴。 气溶胶来源：自然源（火山喷发的烟尘，风吹起的土壤微粒，海水飞溅扬入大气后被蒸发的盐料粒， 细菌，微生物，植物的孢子花粉，流星燃烧产生的细雨小微粒和宇宙尘埃）；人工源（燃烧排放的烟尘，原 子弹爆炸的烟尘.）。 颗粒物是大气中的主要污染物，按颗粒物自身重力作用、按自然沉降特性分为降尘和飘尘，降尘是指 颗粒＞10μm 的固体颗粒物，飘尘是指粒径＜10μm 的固体颗粒物。飘尘就是气溶胶。目前常用悬浮颗粒 物和可吸入颗粒物表示，悬浮颗粒物是指粒径＜100μm 的包括液体、固体或液体和固体结合存在并悬浮于 空气介质中的颗粒物；可吸入颗粒物是指粒径＜10μm 能进入人体呼吸道的颗粒物。粒径小的颗粒在大气 中稳定程度高，沉降速度慢，一般 10μm 粒径的颗粒物沉降到地面需要 4～9h，而 1μm 的颗粒物需 19～ 98d，0.4μm 需 120～140d，＜0.1μm 需 5～10 年，颗粒物在大气中停留时间愈长，被吸入人体的机率愈 高。不同粒径颗粒物可达到肺部无纤毛区的尘粒：10μm 为 0，5μm 为 25%、3.5μm 为 50%、2.5μm 为 75%、≤2μm 颗粒物 90%～100%可达到肺泡区。 （5）O2 ，N2：前者占 20.95%，动植物呼吸离不开 O2，后者占 78.08%，它冲淡氧，使 氧化不过于激烈。大量的 N2 可通过豆科植物根瘤菌固定到土壤中，成为植物体不可缺 少的原料，是组成蛋白质的主要成分。 （二）大气的结构（书 P10～12，图 1.2 大气垂直结构图）或（见附图 1.2） 空气密度随高度↑而↓，大气总质量 50%集中在 5.5km 以下大气底层，在离地 36～ 1000km 处的大气层只占大气总质量的 1%，P = gh 所以，大气质量、密度、压力都 随 h↑而↓的特点。 大气在垂直方向上的物理性质有显著差异，同时考虑大气的垂直运动，将大气分为 5 层。 1. 对流层：是大气最低层，云雨雾雪等主要大气现象都出现在此层，是对人类生产 生活影响最大的一层。对流层有三个主要特点： ①气温随高度增加而降低。（“高处不胜寒”，“山高水冷”，白居易的“大林寺桃花”）。 气温垂直递减率γ=-ΔT/ΔZ=0.65℃/100m ,“-”表示方向，而不是数值，温度随高度 增加而增大则为-，反之为+ 。 γ＞0，表示气温随高度升而降→递减层结→大气密度上大下小，空气下沉，产生 对流，有利于污染物扩散； γ＜0，表示气温随 h 升而升→逆温层结→大气密度上小下大，层结稳定，不利于 污染物扩散。阴天和早晨易产生逆温。 ②垂直对流运动。由于地表面的不均匀加热，产生垂直对流运动。对流运动的强度主要 随纬度和季节变化而异。一般地，对流运动强度，低纬度较强，高纬度较弱；夏季较强 冬季较弱。对流层厚度：赤道(17～18km)中纬(10～12km)极地(8～9km)；夏季厚，冬季 薄。同大气总厚度 1200km 或 2000～3000km 相比，对流层很薄，但由于地球引力作用， 这一层集中了整个大气 3/4 的质量和几乎全部水汽。空气通过对流和湍流运动，使高低
层空气进行交换，近地面的热量、水汽、杂质易于向上输送，对成云致雨有主要作用。 ③气象要素水平分布不均匀。由于对流层受地表作用最大，而地表有海陆差异，地形高 低起伏也不同，所以在对流层中，温湿度的水平分布是不均匀的。 平陆>海海>陆 如海表污杀，“海洋沙溪化”，则会有湿度“陆>海” 暗连之陆 海>陆 对流层的最下层称为行星边界层或摩擦层，一般厚度1~2km,边界层范围冬0 色混池座增大。对流展项先温： 低律度 摩擦层 地后平的为83C.意伟应地后 -53℃ 2.平流层：自对流层项到55km左右为平流层。在平流层内气流平稳，空气垂直混合 作用减弱 30km以上，气温随h1明显t 55km,T=3℃。 紫外线↑稀 因为O:吸收太阳辐射增强 强 层r0 项层T=-113-83℃，因为没有0，石N2、0,直送《 传的那 平流层项55k 波长更的太阳又大部分被上尾大毛吸收掉了，故 温板低。 中间层内水汽含量极少，几乎没有云层，仅在高纬75~90km处有时能见夜光云，有人 认为夜光云是由极细微的尘埃所组成，也不是水汽。60~90km处，有一个只有白天才 出现的电离层一一D层
层空气进行交换，近地面的热量、水汽、杂质易于向上输送，对成云致雨有主要作用。 ③气象要素水平分布不均匀。由于对流层受地表作用最大，而地表有海陆差异，地形高 低起伏也不同，所以在对流层中，温湿度的水平分布是不均匀的。 温 湿 早 陆＞海 海＞陆 如海表污染，“海洋沙漠化”，则会有湿度“陆＞海”。 晚 海＞陆 海＞陆 对流层的最下层称为行星边界层或摩擦层，一般厚度 1～2km，边界层范围冬＜夏， 晚上＜白天，平稳天气＜大风和扰动强烈的天气。在这层里，大气受地面摩擦和热力影 响最大，湍流交换作用强，水汽和微尘含量较多，各种气象要素都有明显的日变化。 平流层 对 对流层顶（几百米至 1～2km 的过渡层），其特征是：气温随高度增加突然降低 缓慢或 流 自 自由大气， 几乎不变，成为一下等温。可阻 挡对流 由 地表摩擦可忽略不计。 层中的对流运协，从而使下边输 送上来 层 大 的水汽微尘聚集在其下方，而使 该处大 气 r＞0 气混浊度增大。对流层顶气温： 低纬度 摩擦层 地区平均为-83℃，高纬度地区 -53℃。 2.平流层：自对流层顶到 55km 左右为平流层。在平流层内气流平稳，空气垂直混合 作用减弱。 30km 以上，气温随 h↑明显↑，55km，T=-3℃。 紫外线 稀 暖 因为 O3 吸收太阳辐射增强。 强 ↑ 层 r＜0 ↓ 浓 弱 O3 30km r≤0 随 h↑T 最初保持不变或微有上升。 r＜0，空气密度上小下大，层 结稳定。 平流层中水汽含量极少，大多数时间天空是晴朗的，有时积雨云可发展到平流层下 部。平流层中的微尘远比对流层少，但当火山爆发时火山尘可到达平流层，影响能见度 和气温。 3.中间层：平流层顶到 85km 高空叫中间层。 气温随 h↑而迅速↓，垂直运动强烈，所以又称高空对 流层。 中间层 r＞0 顶层 T=-113～-83℃，因为没有 O3，而 N2、O2能直接吸 收的那些 平流层顶 55km 波长更的太阳辐射又大部分被上层大气吸收掉了，故气 温极低。 中间层内水汽含量极少，几乎没有云层，仅在高纬 75～90km 处有时能见夜光云，有人 认为夜光云是由极细微的尘埃所组成，也不是水汽。60～90km 处，有一个只有白天才 出现的电离层——D 层
4.热层：又叫热成层、暖层。r<0,h↑T↑。因0（氧原子）吸收波长<0.175μm 的太阳紫外线。太阳活动强时500km处T2000K,太阳活动弱时500km处T=500K。 无明显的顶部，500~8 13关于电离尾和极光 5.散逸层：大气的最高层，外层。h1,△T0,0,T高，V大，距地球D远 地心引力G小。大气粒子常散逸至星际空间，是大气圈与星际空间的过渡地带。 总之，大气是气候系统中最活跃，变化最大的组成部分，整体热容量为532×10M。 热惯性小，说明热量疹化传输快。当外界热源发生变化时，桶讨大气运动对垂直和水平 的热量传输使整个对流层热力调整到新热量平衡所需的时间尺度，大约为1个月左右 如果没有补 能过程，动能因摩擦作用而 毛尽的时间大约也是1个月。 二、水圈，陆面，冰雪圈，生物圈将在“气候学”章再讲。 §1.3大气的主要物理性质 大质景及甘铅直分在 假定把大气看成是均质的，即大气密度不随高度而变化，而以标准状态(T=273， P=1013.25hpa) 下的空气密度P=1.293kg/m计算，则 P=P8h→h=101325×100 9.8×1.293 7996.4≈8000m,于是整个大气柱中空气质量为 M。=P,V=PSh=1.293×8000×1=10344kg≈10吨。则地面上每m大约承受10吨 大气质量，地球表面积4πr?,大气总质量约为5×10亿吨。实际上大气密度随高度按指 数规律减少。关系式为：p.=Pe,Z为高度，单位m,Z均质大气厚度，p.为Z米 处空气密度。 空气密度占大气总质量%(0~Z高度) 所以，大致在5km高度以 0地表 1.2 kg/m' 0 下的空气，占大气总质量的 5km处 07 50% 50%,8km高度以下占63%， 8km 63% 19张m高度以下约占90%， 19km 90% 36km高度以下占99%。 39km 99% 可见，大气质量的绝大部 分集中在0~20（或30）km 的气层中。 二、气体状态方程：大气的物理状态，通常用4个物理量（气温T,气压P,质量m, 体积V)表示。描述大气中这几个量之间的关系式叫状态方程。 一)干空气状态方程：在物理学中证明了理想气体的状态方程为P。R,为 T u 气体的摩尔质量R为汽体常数=831×1O0l,m为航体质量.PY-P业=R, 1摩尔=22.4升。 酒常销不，可认为地球大气和理气体相近，B一层T- ,RT,→千
4. 热层：又叫热成层、暖层。r＜0，h↑T↑。因 O（氧原子）吸收波长＜0.175μm 的太阳紫外线。太阳活动强时 500km 处 T=2000K，太阳活动弱时 500km 处 T=500K。 无明显的顶部，500～800km。书 P12～13 关于电离层和极光。 5. 散逸层：大气的最高层，外层。h↑,ΔT≈0，r≈0，T 高，V 大，距地球 D 远， 地心引力 G 小。大气粒子常散逸至星际空间，是大气圈与星际空间的过渡地带。 总之，大气是气候系统中最活跃，变化最大的组成部分，整体热容量为 5.32×1015MJ。 热惯性小，说明热量变化传输快。当外界热源发生变化时，通过大气运动对垂直和水平 的热量传输使整个对流层热力调整到新热量平衡所需的时间尺度，大约为 1 个月左右， 如果没有补充大气的动能过程，动能因摩擦作用而消耗尽的时间大约也是 1 个月。 二、水圈，陆面，冰雪圈，生物圈将在“气候学”章再讲。 §1.3 大气的主要物理性质 一、大气质量及其铅直分布 假定把大气看成是均质的，即大气密度不随高度而变化，而以标准状态（T0=273K， P0=1013.25hpa ） 下 的 空 气 密 度 0 =1.293kg/m3 计 算 , 则 P gh h 7996.4 8000m 9.8 1.293 1013.25 100 0 = = → = , 于是整个大气柱中空气质量为 M0 = 0V = 0 Sh =1.29380001 =10344k g 10吨 。则地面上每㎡大约承受 10 吨 大气质量，地球表面积 4πr 2 ,大气总质量约为 5×107亿吨。实际上大气密度随高度按指 数规律减少。关系式为： 0 0 z z z e − = ,Z 为高度,单位 m，Z0均质大气厚度， z 为 Z 米 处空气密度。 所以，大致在 5km 高度以 下的空气，占大气总质量的 50%，8km 高度以下占 63%， 19km 高度以下约占 90%， 36km 高度以下占 99%。 可见，大气质量的绝大部 分集中在 0～20（或 30）km 的气层中。 二、气体状态方程：大气的物理状态，通常用 4 个物理量（气温 T，气压 P，质量 m， 体积 V）表示。描述大气中这几个量之间的关系式叫状态方程。 （一）干空气状态方程：在物理学中证明了理想气体的状态方程为 * R m T PV = ，μ为 气体的摩尔质量,R*为气体常数=8.31×103 J/(mol·k)，m 为气体质量。 * 0 0 0 R T PV T PV = = ， 1 摩尔=22.4 升。 通常情况下，可认为地球大气和理想气体相近。 T R R T V m Pd d * * = = ，μ→干 Z 空气密度 占大气总质量%(0～Z 高度) 0 地表 5km 处 8km 19km 39km 1.2 ㎏/m3 0.7 0 50% 63% 90% 99%
空气的摩尔质量=28.97，R一干空气的比气体常数（或称干空气的气体常数）=R'/μ 8,于空气的压，月=P,RT→P号由上式可知.空气密度 气压和温度的变化而变化。 (2)水汽的状态方程：大气中的水汽在没有相变的情况下，可用理想气体状态方程。 对水汽：P=mRT→n.RR,为水汽的比气体常数46KgkH,0→从，为 水汽分子量=18gmol。 (3)湿空气的状态方程：根据道尔顿分压定律，混合气体的总压强等于各气体成份分 压强之和，所以湿空气的总压强是干空气和水汽的分压强之和。即P-P十e 现在我们一起来推导 =m+m→p=P+,→p= p-ee -RT+RT-RT+RT-RT RT+R.T RT RRT RT R1+0378号 P →P=pR,7+0378号 R,110+0.378号 关键两处为：一是分子分母同乘以(1+0.378e/P):二是e/P很小，(0378ePy可忽 路不计。 虚温工，=71+0,378号月}则湿空气状态方程为P=pR,7,比较干空气挑态方程 P=p。RT与湿空气状态方程P=pRTv形式上相似，只是实际气温换成了虚温。可以 看出，虚温的意义是：在同一压强下，干空气密度等于湿空气密度时，干空气应有的温 度。虚实温差△T=Tv-T0.378TT,且e大，则温差大。在低层大气，尤其在夏季 €值很高，必须用湿空气状态方程。在高空€值相对小，△T很小，这时可用干空气状 态方程来描述，而不致造成大的误差。 三、主要气象要素 气象学上，大气的物理性状主要以气象要素（温、压、风、湿），空气状态方程（干、 湿空气状态方程)来表征。 气温通常指分离地面血处，处王通风防辐射各件下的方叶馆中干球温度读数。我 国规定：1标准大气压下，即P=1013.3hpa时，纯水冰点为0℃，沸点为100C,将100 等分，每1刻度为1C。 理论上用绝对温标(K)表示温度，1K的间隔与1℃相同，但其零度称为“绝对零度” =-273.15℃，所以水的冰点273.15k,沸点为373.15K,T=t+273.15≈t+273
空气的摩尔质量=28.97, Rd—干空气的比气体常数（或称干空气的气体常数）= R* /μ =287 J/(kg.k)，Pd干空气的压强， R T P P R T d d d = d d → d = ，由上式可知，空气密度随 气压和温度的变化而变化。 （2）水汽的状态方程：大气中的水汽在没有相变的情况下，可用理想气体状态方程。 对水汽： R T e eV mR T w = w → w = ,Rw 为水汽的比气体常数=461J/(Kg.k),H2O → w 为 水汽分子量=18g/mol。 （3）湿空气的状态方程：根据道尔顿分压定律，混合气体的总压强等于各气体成份分 压强之和，所以湿空气的总压强是干空气和水汽的分压强之和。即 P=Pd＋e 。 现在我们一起来推导： ( ) ( ) → = + + + − = = − − = − − = − + = − + − → = + → = + = + = P e P R T P e R T P P e R T P e P P e R T P P e R R R R T P R R T R R e R T P R T e R T e R T P R T e R T P e R T e R T P V m m V m d d d w d w d w d d w d d d w d w d d w d d w d w 1 0.378 10 0.378 1 0.378 1 0.378 1 1 0.378 2 关键两处为：一是分子分母同乘以（1+0.378e/P）；二是 e/P 很小，(0.378e/P)2可忽 略不计。 = + P e 虚温Tv T 1 0.378 ，则湿空气状态方程为 P = RdTv ，比较干空气状态方程 Pd=ρd RdT 与湿空气状态方程 P=ρRdTV 形式上相似，只是实际气温换成了虚温。可以 看出，虚温的意义是：在同一压强下，干空气密度等于湿空气密度时，干空气应有的温 度。虚实温差ΔT=TV－T=0.378eT/P>T，且 e 大，则温差大。在低层大气，尤其在夏季 e 值很高，必须用湿空气状态方程。在高空 e 值相对小，ΔT 很小，这时可用干空气状 态方程来描述，而不致造成大的误差。 三、主要气象要素 气象学上，大气的物理性状主要以气象要素(温、压、风、湿)，空气状态方程(干、 湿空气状态方程)来表征。 1.气温 temperature(℃) 气温通常指分离地面 1.5m 处，处于通风防辐射条件下的百叶箱中干球温度读数。我 国规定：1 标准大气压下，即 P=1013.3hpa 时，纯水冰点为 0℃,沸点为 100℃,将 100℃ 等分，每 1 刻度为 1℃。 理论上用绝对温标（K）表示温度，1K 的间隔与 1℃相同，但其零度称为“绝对零度” =-273.15℃,所以水的冰点 273.15k,沸点为 373.15K,T=t＋273.15≈t＋273
我们知道，温度是反映分子运动的能量，在一定容积内，一定质量的空气，其温度 的高低只与气体分子运动的平均动能有关。Ec1/2mv2,TcE,V↑，E↑，T↑。 速度？P=1BpV,V-485m s=1746km/ ,空气分子运动速度相 当大。分子传导输送热量是很快的，光脚走沙滩也是分子输送热量。 2.气压（书P15~16) P=F/S-G/S=Mg/S=pvgs=p shg/s-p gh单位是hpa, 1hpa=10N/cm2,1013.25hpa=760mmHg 水汽和随和水汽压E, ②相对湿度eEx100%,③饱和差d上E一e ④比湿qm./m.十mu,⑤冰汽混合比mwmg,⑥潺点Ta 绝对湿度a指的是单位体积空气中所含的水汽质量，又称水汽密度(gm3或gcm),可直 接表示空气中水汽的绝对含量，水汽多，绝对湿度就大。它不易直接测量，可通过其他测量 推算出来。水汽是大气的一部分，气体状态方程同样适用水汽。故绝对湿度α R,若 T=2730+cm),其中a为气体膨胀系数=1273，当=16.4C时，则以gm3表示的绝对湿 度a≈以mmHg表示的水汽压e。因为绝对湿度的测定比水汽压测定困难，所以在实际工作 中，常以e近似代替a 第二章太阳辐射 太阳辐射，地面辐射和大气辐射是各种大气物理、大气化学过程和天气现象的根本原因 也是各地气候形成的最重要原因之 地球大气中的一切物理过程都伴随者能量的转换，例如水分从地面蒸发到大气中是吸收 了辐射能，太阳辐射能量是地球大气最重要的来源。一年中整个地球从太阳获得5.44×102J 的辐射能量。 地球一方面吸收太阳辐射能另一方面不断地向外发射辐射能（自然界中的任何物体 只要温度高于绝对零度以上就能发出辐射能)，而地球的热状况，全球温度分布和变化又制约 若大气运动状态影响者云雨的形成。例如厄尔尼诺，拉尼娜现象都受制于热状况等大气运动： 本章主要讨论太阳，地球和大气辐射及它们的规律，为此需先介绍一下有关太阳和地球的基本 知识 S2太阳和地球 一、太阳 太阳是离地球最近的恒星，是地球上光和热的主要来源。太阳半径为6.96×10km,是地 球半径的109倍。太阳是一个炽热的气体球它的主要成分和地球原生大气一样是氢和氨氢 占75%，氢占25%。科学家们普遍认为太阳的热能来源于由四个氢原子转换成一个氢原子时 发生的聚变反应产生的。这种反映发生在太阳内部深处，那里温度高达400万度，而它的表面 的辐射温度约为6000水，因此有大量能量向外发射。 二、 地球 地球是一个扁球体，平均半径是6371.22km地球一面绕地轴自转，一面沿椭圆形黄道绕太 阳公转，因此地球与太阳之间的距离是变化的。近日点出现在1月3日1470万km,远日点 在7月4日为1520万km,平均距离出现在4月3日和10月5日1496万km。由于地球距太
我们知道，温度是反映分子运动的能量，在一定容积内，一定质量的空气，其温度 的高低只与气体分子运动的平均动能有关。E∝1/2mv2 , T∝E，V↑，E↑，T↑。 计算空气分子运动的速度？P=1/3ρV2，V=485m/s=1746km/h，空气分子运动速度相 当大。分子传导输送热量是很快的，光脚走沙滩也是分子输送热量。 2.气压（书 P15～16） P=F/S=G/S=Mg/S= ρ vg/s= ρ shg/s= ρ gh 单位是 hpa ， 1hpa=102N/cm2 ,1013.25hpa=760mmHg. 3. 湿度 书 P16～17 ① 水汽压 e 和饱和水汽压 E ，②相对湿度 f=e/E×100%，③饱和差 d=E－e ④比湿 q=mw/ mw＋md，⑤水汽混合比 r=mw/md，⑥露点 Td 绝对湿度 a 指的是单位体积空气中所含的水汽质量，又称水汽密度(g/m3 或 g/cm3 ),可直 接表示空气中水汽的绝对含量，水汽多，绝对湿度就大。它不易直接测量，可通过其他测量 推算出来。水汽是大气的一部分，气体状态方程同样适用水汽。故绝对湿度 R T e a w = ，若 T = 273(1 + t),其中为气体膨胀 系数=1/273，当 t=16.4℃时，则以 g/m3 表示的绝对湿 度 a≈以 mmHg 表示的水汽压 e。因为绝对湿度的测定比水汽压测定困难，所以在实际工作 中，常以 e 近似代替 a。 第二章 太阳辐射 太阳辐射，地面辐射和大气辐射是各种大气物理、大气化学过程和天气现象的根本原因， 也是各地气候形成的最重要原因之一。 地球大气中的一切物理过程都伴随着能量的转换，例如水分从地面蒸发到大气中是吸收 了辐射能，太阳辐射能量是地球大气最重要的来源。一年中整个地球从太阳获得 5.44×1024J 的辐射能量。 地球一方面吸收太阳辐射能,另一方面不断地向外发射辐射能（自然界中的任何物体， 只要温度高于绝对零度以上就能发出辐射能）,而地球的热状况,全球温度分布和变化又制约 着大气运动状态影响着云雨的形成。例如厄尔尼诺,拉尼娜现象都受制于热状况等大气运动。 本章主要讨论太阳,地球和大气辐射及它们的规律,为此需先介绍一下有关太阳和地球的基本 知识。 §2.1 太阳和地球 一、太阳 太阳是离地球最近的恒星,是地球上光和热的主要来源。太阳半径为 6.96×105km,是地 球半径的 109 倍。太阳是一个炽热的气体球,它的主要成分和地球原生大气一样是氢和氦,氢 占 75%,氦占 25%。科学家们普遍认为太阳的热能来源于由四个氢原子转换成一个氦原子时 发生的聚变反应产生的。这种反映发生在太阳内部深处,那里温度高达 4000 万度,而它的表面 的辐射温度约为 6000K，因此有大量能量向外发射。 二、地球 地球是一个扁球体,平均半径是 6371.22km,地球一面绕地轴自转,一面沿椭圆形黄道绕太 阳公转,因此地球与太阳之间的距离是变化的。近日点出现在 1 月 3 日 1470 万 km，远日点 在 7 月 4 日为 1520 万 km,平均距离出现在 4 月 3 日和 10 月 5 日 1496 万 km。由于地球距太
阳很远，相对太阳又太小，故地球只能接受到极窄的一束太阳光，所以投射到整个地球上的 太阳辐射可以近似作为平行光处理 地球绕太阳公转一周36： ,需要36天5小时48分46秒，因此4年就差不多多出一天 为闰年，平年2月28天，闰年2月29天。 ★为什么其它月为30或3引天，而2月是28或29天呢？为什么7,8月份又都为3引天呢？ 这是由于目前使用的公历是沿用了公元前46年古罗马独裁者恺撒大帝主持制定的。它 规定单月大为3引天，双月小为30天，这样算下来1年为366天多了1天。按罗马习俗，2 月份为死刑四犯处决月，人们认为2月不吉利 ,日于应短 于是2 月减少 1天为29天 后来有个叫奥古斯都的人当了皇帝，发现恺撒大帝的生日是在7月，所以把单月作为大月共 31天，而自己是8月生日，是双月8月才30天，认为这有损于自己的“尊严”，于是他下 令把8月份也改成大月31天，同时把下半年所有双月改成大月为3引天。这么一算下来1 年就成366天名出1天，干脆把2月减1天，所以平年2月变成28天了。以后2000多年来 直沿用龙 合法而不 理的规定 我国从春秋战国时代开始逐步地把地球在黄道上每转15°（即公转15”）就叫1个“节 气”，1年24节气，每月两个。上半月在4一8日，下半月在19一23日。24个节气反映了 年当中的四季变化，也反映了农业生产的情况(24气承：春雨惊春清谷天，夏满忙夏暑相连， 秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒)。 四委的形成 句话 ,四季形成是因太阳光线在地球上的直射点的位置在不断发生变化，即在南 北回归线上移动的结果。就整个地球来讲，一年中所获得的太阳辐射总量的变化很小，但对 南北两半球来说变化就比较大了。这是由于地球在围绕太阳公转时，地轴始终和公转轨道（即 黄道)平面保持一个66.33°的倾角，所以地球始终是斜着自转的，因而在一年中太阳有时直 考球有耐直射南丰球直点在杜结公之感北我定2公的维灵 把太阳直射地球所在的纬度叫赤纬并用6表示， 所以太阳赤纬6在南北 23.5°上变化。我们把6在北半球取为正值，如夏至6月22日8为+23.5°，冬至12月22 日6为-23.5°，而春分3月21日和秋分9月23日太阳直射赤道，则8=0 地球上某一地方收到的太阳能的多少与什么有关呢？如何来确定呢？这与农业生产关系 很大，是一个热量资源问题，如果热量资源不够，许多作物不能生长。 它与两方面有关，一是太阳高度角（一天的变化，自转：一年的变化，公转： 一是日照时 数。 1太阳高度角 所谓太阳高度角是指太阳能入射方向与地平面之间夹角。直射时是90°，斜射时< 90°。直射时单位地表面积上所获得的辐射能最多（考P28.2.8）。（附图n2.1) Q,Q分别代表斜面和垂直面的辐射强度。S,S分别代表斜面的面积 到达两个面的辐射通量是相等的，太阳高度角越高，太阳直接辐射就越多。 sinH,=sin中sin8+cos中cos8cosa 中一纬度8一太阳赤纬一各地不同时间对应的时角 2.可照时数：可照时数越长，即白昼越长，昼越长获得的太阳辐射当然越多（附图2.2） 夏季昼长是地面积累热量的时候（见业象学P4,表1.2）。(P12-14)。P13,话太和 度角针算公式：sinH,=sin中sin6+cos中cos6cosω，日出与0设时刻，太胸正好位于地平履 上，此时，h=0,c0sω=-tg中tg6,得g设+w。和日出-仙，对可强时数t=2仙/15。 3.前面讲了太阳高度角高低是时间（日和年）的函数，如何体会？以北京为例：事
阳很远，相对太阳又太小，故地球只能接受到极窄的一束太阳光,所以投射到整个地球上的 太阳辐射可以近似作为平行光处理. 地球绕太阳公转一周 365°,需要 365 天 5 小时 48 分 46 秒，因此 4 年就差不多多出一天 为闰年，平年 2 月 28 天，闰年 2 月 29 天。 ★ 为什么其它月为 30 或 31 天,而 2 月是 28 或 29 天呢?为什么 7,8 月份又都为 31 天呢? 这是由于目前使用的公历是沿用了公元前 46 年古罗马独裁者恺撒大帝主持制定的。它 规定单月大为 31 天，双月小为 30 天，这样算下来 1 年为 366 天多了 1 天。按罗马习俗，2 月份为死刑囚犯处决月，人们认为 2 月不吉利，日子应短些，于是 2 月减少 1 天为 29 天。 后来有个叫奥古斯都的人当了皇帝，发现恺撒大帝的生日是在 7 月，所以把单月作为大月共 31 天，而自己是 8 月生日，是双月 8 月才 30 天，认为这有损于自己的“尊严”，于是他下 令把 8 月份也改成大月 31 天，同时把下半年所有双月改成大月为 31 天。这么一算下来 1 年就成 366 天多出 1 天，干脆把 2 月减 1 天，所以平年 2 月变成 28 天了。以后 2000 多年来 人们一直沿用这一合法而不合理的规定。 我国从春秋战国时代开始逐步地把地球在黄道上每转 15°（即公转 15°）就叫 1 个“节 气”，1 年 24 节气，每月两个。上半月在 4～8 日，下半月在 19～23 日。24 个节气反映了一 年当中的四季变化，也反映了农业生产的情况(24 气歌：春雨惊春清谷天，夏满忙夏暑相连， 秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒)。 三、四季的形成 用一句话讲，四季形成是因太阳光线在地球上的直射点的位置在不断发生变化，即在南 北回归线上移动的结果。就整个地球来讲，一年中所获得的太阳辐射总量的变化很小，但对 南北两半球来说变化就比较大了。这是由于地球在围绕太阳公转时，地轴始终和公转轨道（即 黄道）平面保持一个 66.33°的倾角，所以地球始终是斜着自转的,因而在一年中太阳有时直 射北半球有时直射南半球。其直射点在南北纬度 23.5°之间变化，我们把南北 23.5°的纬圈 叫南北回归线。把太阳直射地球所在的纬度叫赤纬并用δ表示，所以太阳赤纬δ在南北 23.5°上变化。我们把δ在北半球取为正值，如夏至 6 月 22 日δ为＋23.5°,冬至 12 月 22 日δ为-23.5°，而春分 3 月 21 日和秋分 9 月 23 日太阳直射赤道，则δ=0 地球上某一地方收到的太阳能的多少与什么有关呢?如何来确定呢?这与农业生产关系 很大，是一个热量资源问题，如果热量资源不够，许多作物不能生长。 它与两方面有关,一是太阳高度角(一天的变化，自转；一年的变化，公转)；一是日照时 数。 1.太阳高度角 所谓太阳高度角是指太阳能入射方向与地平面之间夹角。直射时是 90°，斜射时＜ 90°。直射时单位地表面积上所获得的辐射能最多(书 P28.图 2.8)。(附图 n2.1) Q ，·S 、 =Q·S Q ，Q 分别代表斜面和垂直面的辐射强度。S ，S 分别代表斜面的面积。 到达两个面的辐射通量是相等的，太阳高度角越高，太阳直接辐射就越多。 sinHθ=sinψsinδ+cosψcosδcosω ψ—纬度 δ—太阳赤纬 ω—各地不同时间对应的时角 2. 可照时数：可照时数越长，即白昼越长，昼越长获得的太阳辐射当然越多(附图 n2.2)， 夏季昼长是地面积累热量的时候(见农业气象学 P14，表 1.2)。（P12-14）。P13，根据太阳高 度角计算公式：sinHθ=sinψsinδ+cosψcosδcosω,日出与日没时刻，太阳正好位于地平圈 上，此时，hθ=0， cosω=-tgψtgδ, 得日没+ω0和日出-ω0，则可照时数 t=2ω0/15°。 3. 前面讲了太阳高度角高低是时间(日和年)的函数,如何体会? 以北京为例：ψ