氣象學(xué)與氣候?qū)W-第一章-1

氣象學(xué)與氣候?qū)W

MeteorologyandClimatology第一章引論一氣象學(xué)與氣候?qū)W的研究對(duì)象與任務(wù)及簡(jiǎn)史二氣候系統(tǒng)概述三有關(guān)大氣的物理性狀一、氣象學(xué)與氣候?qū)W的研究對(duì)象與任務(wù)和簡(jiǎn)史

1.1有關(guān)氣象學(xué)與氣候?qū)W的基本概念

1.2氣象學(xué)與氣候?qū)W的研究對(duì)象和任務(wù)

1.3發(fā)展簡(jiǎn)史基本概念1大氣atmosphere包圍地球的圈層氣態(tài)物質(zhì)——空氣，統(tǒng)稱(chēng)為大氣氣象大氣中的冷、熱、干、濕、風(fēng)、云、雨、雪、霧、霜、雷電、光等各種物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的統(tǒng)稱(chēng)。

本學(xué)科的研究對(duì)象主要包括三個(gè),

即:氣象學(xué)、天氣學(xué)和氣候?qū)W氣象學(xué)（Meteorology）

a.氣象學(xué)的定義運(yùn)用物理學(xué)原理和數(shù)學(xué)物理方法，研究發(fā)生于大氣中一切物理性質(zhì)、物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的大氣學(xué)科。

物理現(xiàn)象：風(fēng)、云、雨、雪、雹、冷暖、干濕、光、電、聲等現(xiàn)象。

物理過(guò)程：大氣中增溫、冷卻、蒸發(fā)、凝結(jié)的過(guò)程。物理現(xiàn)象物理過(guò)程CO2增加可使大氣增溫。地球上的水汽循環(huán)b.氣象學(xué)的研究對(duì)象

——地球上的大氣其中主要內(nèi)容有：（1）大氣一般的組成、范圍、結(jié)構(gòu)及各種要素等；（2）大氣現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展及能量來(lái)源；（3）探求大氣現(xiàn)象的本質(zhì)及其變化規(guī)律；（4）將大氣現(xiàn)象中的規(guī)律應(yīng)用于實(shí)踐。

氣象學(xué)因國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活要求，已形成眾多分支（大氣物理學(xué)，天氣學(xué)，氣候?qū)W，農(nóng)業(yè)氣象學(xué)，水文氣象學(xué)，航空氣象學(xué)；各類(lèi)建設(shè)和生活需求——海洋預(yù)報(bào)、臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)、沙塵暴預(yù)報(bào)、紫外線(xiàn)預(yù)報(bào)…，穿衣指數(shù)、晾曬指數(shù)、舒適度指數(shù)、大氣環(huán)境指數(shù)、孝喘指數(shù)…）。概念2天氣某一地區(qū)在某一瞬間或某一段時(shí)間內(nèi)大氣狀況和大氣現(xiàn)象的綜合。

大氣狀態(tài)：大氣的氣壓、氣溫和濕度等。

大氣現(xiàn)象：大氣中的風(fēng)、云、霧、雨、雪等現(xiàn)象。

天氣預(yù)報(bào)：氣溫、相對(duì)濕度、露點(diǎn)、氣壓、風(fēng)速及風(fēng)向、云覆蓋度、降水等例如：大連市某日的最高氣溫30°C，最低氣溫20°C，午后有雷陣雨，這些都屬于天氣現(xiàn)象?！敖裉焯鞖夂芎?，風(fēng)和日麗，晴空萬(wàn)里；昨天天氣很差，風(fēng)雨交加”等等天氣學(xué)a.天氣學(xué)的定義:

天氣學(xué)是研究一定地理?xiàng)l件下，不同區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的天氣系統(tǒng)、天氣過(guò)程的成因演變規(guī)律，并在天氣預(yù)報(bào)上應(yīng)用的科學(xué)。天氣系統(tǒng)：引起天氣變化和分布的高壓、低壓、高壓脊和低壓槽等。天氣過(guò)程：天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展、消失和演變的全過(guò)程。天氣預(yù)報(bào)：人們根據(jù)對(duì)天氣演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)，利用多種觀(guān)測(cè)及模擬手段，對(duì)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)天氣變化作出主、客觀(guān)的判斷。b.天氣學(xué)的研究對(duì)象:地球上的天氣。天氣系統(tǒng)氣候Climate

在太陽(yáng)輻射、大氣環(huán)流、下墊面性質(zhì)和人類(lèi)活動(dòng)的長(zhǎng)期作用下，在某一時(shí)段內(nèi)大量天氣的綜合。不僅包括該地多年的平均天氣狀況，也包括某些年份偶爾出現(xiàn)的極端天氣狀況。概念3氣候?qū)WClimatologya.氣候?qū)W的定義

氣候?qū)W是在一定時(shí)段內(nèi)由大量天氣過(guò)程綜合而得出的大氣過(guò)程，是該時(shí)間段內(nèi)全部氣候成分的平均統(tǒng)計(jì)特征,廣義上講是大氣科學(xué)、海洋學(xué)、地球物理和地球化學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、冰川學(xué)、天文學(xué)、生物學(xué)以及有關(guān)的社會(huì)科學(xué)相互滲透和共同研究的交叉科學(xué)。b.氣候?qū)W的研究對(duì)象：地球上的氣候。氣候系統(tǒng)內(nèi)各成員相互作用，氣候形成和變化過(guò)程，氣候變化的機(jī)制。（氣候）探索氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)的相互關(guān)系。（氣候與人）三部分的關(guān)系：

氣象學(xué)是基礎(chǔ)，天氣學(xué)是紐帶，氣候?qū)W是綜合。天氣與氣候的關(guān)系1.氣候和天氣關(guān)系密切，卻是既有聯(lián)系又有區(qū)別的二個(gè)不同概念：a.天氣:一個(gè)地區(qū)短時(shí)間內(nèi)大氣的具體狀態(tài)。例如：大連市某日的最高氣溫30°C，最低氣溫20°C，午后有雷陣雨b.氣候：指一個(gè)地方多年的天氣平均狀況。

例如：在中國(guó)，東部地區(qū)7月較為悶熱；北方地區(qū)1月和2月多嚴(yán)寒天氣；某市年平均氣溫為25°C，昆明四季如春，這些都屬于氣候現(xiàn)象。2.氣候是長(zhǎng)期天氣狀況的綜合，但不是天氣狀況的簡(jiǎn)單平均

天氣過(guò)程——短期過(guò)程。

天氣特征——瞬息萬(wàn)變的不穩(wěn)定特性。

氣候過(guò)程——長(zhǎng)期天氣過(guò)程。

氣候特征——相對(duì)穩(wěn)定特性。氣候雖具一定穩(wěn)定性，但仍有變化

例如：南京春末初夏出現(xiàn)常規(guī)梅雨氣侯，但有些年份則出現(xiàn)無(wú)雨的空梅或雨量過(guò)多的梅雨現(xiàn)象。3.變化周期不同:

天氣：變化快，周期短。短期天氣過(guò)程：≤5天；中期天氣過(guò)程：5-10天；長(zhǎng)期天氣過(guò)程：10天-3個(gè)月。氣候：變化慢，周期長(zhǎng)。主要分：年、十年、百年、千年、萬(wàn)年例如：大冰期-120萬(wàn)年；中國(guó)明清時(shí)代的寒冷期長(zhǎng)達(dá)500年。天氣與氣候的差異時(shí)間尺度穩(wěn)定性空間尺度天氣短差小氣候長(zhǎng)強(qiáng)大20氣象學(xué)與氣候?qū)W的發(fā)展簡(jiǎn)史1.萌芽時(shí)期時(shí)間：16世紀(jì)中葉以前特點(diǎn)：由于人類(lèi)生活和生產(chǎn)的需要，進(jìn)行一些零星的、局部的氣象觀(guān)測(cè)，積累一些感性認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)某些天氣現(xiàn)象做出一定的解釋在我國(guó)在國(guó)外

在我國(guó)：三千年前殷代甲骨文中出現(xiàn)關(guān)于大氣現(xiàn)象的記載春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期確定二十四節(jié)氣秦漢時(shí)出現(xiàn)世界上最早關(guān)于物候的文獻(xiàn)——《呂氏春秋》、《淮南子》和《禮記》等風(fēng)向器、濕度計(jì)的發(fā)明和應(yīng)用，始自漢代的雨量和水旱災(zāi)記錄豐富、歷史最悠久積累了大量的預(yù)知未來(lái)天氣的天氣諺語(yǔ)

星星密，雨滴滴。星星稀，好天氣。星星明，來(lái)日晴。蜜蜂歸窠遲，來(lái)日好天氣。魚(yú)兒出水跳，風(fēng)雨就來(lái)到。水缸穿裙，大雨淋淋。朝霞不出門(mén)，晚霞行千里。三月三，脫了棉襖換布衫。日落烏云漲，半夜聽(tīng)雨響。日落胭脂紅，非雨便是風(fēng)。日落云里走，雨在半夜后。天上跑臺(tái)云，地上雨淋淋。西北起黑云，雷雨必來(lái)臨。云自東北起，必有風(fēng)和雨。有雨山戴帽，無(wú)雨山?jīng)]腰。天上魚(yú)鱗斑，曬谷不用翻。天氣諺語(yǔ)國(guó)外氣象學(xué)的萌芽：公元前4世紀(jì)希臘哲學(xué)家Aristotle著有《氣象學(xué)》一書(shū)古希臘人認(rèn)為地球上由于太陽(yáng)光線(xiàn)傾斜角度的不同，才產(chǎn)生氣候的差異，并建立了關(guān)于熱帶、溫帶和寒帶的概念在這一時(shí)期，氣象學(xué)和天文學(xué)是混在一起的，可以說(shuō)具有天象學(xué)的性質(zhì)2.發(fā)展初期時(shí)間：16世紀(jì)中葉到19世紀(jì)末特點(diǎn)：各學(xué)科的發(fā)展為氣象學(xué)與氣候?qū)W的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)氣象觀(guān)測(cè)儀器的發(fā)明，地面氣象觀(guān)測(cè)臺(tái)、站相繼建立，形成了地面氣象觀(guān)測(cè)網(wǎng)；并因無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的發(fā)明，能夠開(kāi)始繪制地面天氣圖由于具備了上述條件，氣象學(xué)、氣候?qū)W乃與天文學(xué)逐漸分離，成為獨(dú)立的學(xué)科。主要成果發(fā)明諸多氣象觀(guān)測(cè)儀器1593年，意大利學(xué)者伽利略發(fā)明溫度表1643年，意大利學(xué)者托里拆利發(fā)明氣壓表1653年，意大利北部建立了第一個(gè)地面氣象觀(guān)測(cè)站1783年，索修爾發(fā)明毛發(fā)濕度表1860-1865年間各國(guó)紛紛繪出了天氣圖伽利略溫度計(jì)托里拆利氣壓計(jì)主要成果研究成果關(guān)于海平面上風(fēng)壓關(guān)系定律、氣旋模式和結(jié)構(gòu)、大氣中光電現(xiàn)象和云雨形成的初步解釋、大氣環(huán)流的若干現(xiàn)象解釋等出版比較有質(zhì)量的世界范圍內(nèi)的氣候圖1883年，德國(guó)學(xué)者漢恩出版了世界上最早的氣候?qū)W巨著——《氣候?qū)W手冊(cè)》3.發(fā)展近期時(shí)間：20世紀(jì)以來(lái)特點(diǎn)：隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和技術(shù)的進(jìn)步，不但進(jìn)行地面氣象觀(guān)測(cè)，也進(jìn)行高空直接觀(guān)測(cè)，從而擺脫了定性描述階段，進(jìn)入到定量試驗(yàn)階段，從認(rèn)識(shí)自然，逐步向預(yù)測(cè)自然，控制和改造自然的方向發(fā)展。這一時(shí)期又可分為早期和近期兩個(gè)階段。a.早期時(shí)間：20世紀(jì)前50年特點(diǎn)：利用傳統(tǒng)探空工具，觀(guān)測(cè)開(kāi)始向高空發(fā)展，為高空氣象學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。主要成果鋒面學(xué)說(shuō)10年代挪威Bjerknes1-2天的預(yù)報(bào)長(zhǎng)波理論30-40年代瑞典Rossby2-4天的預(yù)報(bào)降雨學(xué)說(shuō)30-40年代Bergeron-Findeison人工影響天氣氣候型30-40年代Koppen,Thornthwaite,Алисов動(dòng)力氣候?qū)W小氣候我國(guó)：

竺可楨，氣象臺(tái)站和雨量站的建立。偏重于我國(guó)氣候區(qū)劃和季節(jié)的劃分，以及對(duì)我國(guó)的季風(fēng)、寒潮、臺(tái)風(fēng)和旱澇問(wèn)題的研究。

一絲不茍——座右銘

排萬(wàn)難冒百死以求真知——做人原則

博學(xué)之，審問(wèn)之，慎思之，明辨之，篤行之——處世原則b.近期時(shí)間：20世紀(jì)50年代以后主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：大規(guī)模的觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)；對(duì)大氣物理現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)；把大氣作為一個(gè)整體進(jìn)行研究；氣候?qū)W領(lǐng)域的科學(xué)革命。二、氣候系統(tǒng)概述

2.1氣候系統(tǒng)組成

2.2大氣圈（組成和結(jié)構(gòu)）

2.3水圈、陸面、冰雪圈和生物圈氣候系統(tǒng)：一個(gè)包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈在內(nèi)的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的統(tǒng)一的物理系統(tǒng)。342.1氣候系統(tǒng)組成氣候系統(tǒng)：一個(gè)包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈在內(nèi)的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的統(tǒng)一的物理系統(tǒng)。大氣圈：氣候系統(tǒng)的主體，最可變的部分。水圈：主體是海洋，海洋在氣候形成變化中起著十分重要的作用（面積大，比熱大，含有大量鹽分，水汽蒸發(fā)旺盛等）。巖石圈：影響較緩慢。冰雪圈：致冷致干效應(yīng)。生物圈：反映靈敏，變化是可見(jiàn)的。352.1氣候系統(tǒng)組成2.2大氣圈大氣圈是指因地球的引力而聚集在地表周?chē)臍怏w圈層。大氣圈無(wú)色無(wú)味，那么它是否真的存在呢？大氣圈存在的主要證據(jù)或現(xiàn)象大氣圈存在的主要證據(jù)或現(xiàn)象:

a.藍(lán)色的天空

這是由于大氣中的一些非常細(xì)小物質(zhì)成分，如氣體、粉塵等非球形微粒，它們的直徑較陽(yáng)光的波長(zhǎng)小得多，因此，藍(lán)色的散射量較之于其他任何一種顏色能更多地被選擇散射。這種散射稱(chēng)瑞利散射。b.白云

如果形成散射的粒子的形狀是球形的，而且其直徑并不比陽(yáng)光的波長(zhǎng)小，所有的波長(zhǎng)都是平均地被散射的，這種散射稱(chēng)邁耶散射。因此，云是白色的。c.風(fēng)

有風(fēng)就說(shuō)明有物質(zhì)的存在，因?yàn)轱L(fēng)是由于大氣不同部位的壓力差別造成的。如果在真空中就不會(huì)有風(fēng)了。d.流星

流星就是隕石穿過(guò)大氣層時(shí)，由于其速度太快，與大氣摩擦產(chǎn)生熱使隕石燃燒起來(lái)。

否則我們的地球也與月球一樣“千瘡百孔”。

沒(méi)有大氣保護(hù)的月球表面太空中的飛船返回艙神州飛船返回艙返回艙著地后表面留下了與大氣摩擦、燒蝕的痕跡大氣的組成1.大氣的組成a.大氣圈的總質(zhì)量：

5×1018kgb.大氣密度：

1293g/m3(氣壓1013.25hPa，0℃)c.主要成分：d.成分的分類(lèi)及其特點(diǎn)：

（1）恒定組分：氮、氧、氬

（2）可變組分：二氧化碳、臭氧、水蒸汽

（3）其他組分：粉塵、硫氧化物、氮氧化物

按體積計(jì)算按質(zhì)量計(jì)算氮，78.09％氮，75.51％氧，20.94％氧，23.15％氬，0.93%氬，1.28％其他，0.04％其他，0.06％地球大氣氣體的組成350ppm387ppm干潔大氣的主要成分：

O2、N2

、CO2

、O3

O2的作用

（1）用于呼吸作用維持生命，新陳代謝

（2）有機(jī)物燃燒、腐化、分解（3）植物光合釋放氧氣

N2的作用

（1）沖淡氧氣，控制氧化速率（2）固氮，植物養(yǎng)料

CO2的來(lái)源及作用

來(lái)源：有機(jī)物燃燒，腐爛和生物呼吸

作用：溫室氣體，植物光合作用原料O3的來(lái)源

來(lái)源：高空臭氧、低空臭氧氧分子光解作用為氧原子,再化學(xué)反應(yīng)與另外的氧分子結(jié)合O2→O+O2→O3

臭氧的形成過(guò)程在大氣層中主要由太陽(yáng)紫外輻射來(lái)完成，少量是由于有機(jī)物的氧化、雷電和火山噴發(fā)等而產(chǎn)生的。

O3層的破壞：主要為CFC

氯氟烴的英文名稱(chēng)Chloro-fluoron-carbon臭氧層空洞南極上空的臭氧層空洞是指每年的8月下旬至10月上旬，在20～25公里高度的南極大陸上空，臭氧總量開(kāi)始減少并出現(xiàn)空洞,10月初空洞面積最大，可達(dá)2,000多萬(wàn)公里，覆蓋了整個(gè)南極大陸及南美洲南端的上空；11月份臭氧濃度才重新增加，臭氧層空洞也逐漸消失。

由三個(gè)氧原子組成，平均含量為0.01—0.1ppm，大部分集中在10~30km的平流層，對(duì)流層臭氧僅占10%。臭氧在地球大氣化學(xué)中起著非常重要的作用，臭氧通過(guò)吸收太陽(yáng)輻射維護(hù)地球的能量平衡和生態(tài)平衡。臭氧—O3(Ozone)

臭氧層的破壞與保護(hù)南極上空的臭氧層空洞就像一個(gè)巨大的藍(lán)色水滴9月16日為

國(guó)際保護(hù)臭氧層日

水汽（1）水汽的來(lái)源：蒸發(fā)和蒸騰作用（2）水汽的時(shí)空分布：地面＞高空，熱帶＞極地，海洋＞沙漠，夏季＞冬季（3）水汽的作用：云和降水的源泉影響地面、空氣溫度及大氣垂直運(yùn)動(dòng)海洋湖蒸發(fā)水汽輸送地表徑流地下徑流降水降水蒸發(fā)植物蒸騰下滲大氣中的水分循環(huán)氣溶膠（Aerosols）

空氣中懸浮的固態(tài)或液態(tài)顆粒的總稱(chēng)，能在空氣中滯留至少幾個(gè)小時(shí)。尺度：10-3—102μm

數(shù)密度：102—106個(gè)/cm3城市＞農(nóng)村，陸地＞海洋，冬季＞夏季作用：形成云、霧，降水條件改變輻射平衡造成大氣污染，能見(jiàn)度降低造成光學(xué)現(xiàn)象來(lái)源：自然源和人為源海水濺沫氣溶膠可以從兩方面影響氣候：通過(guò)散射輻射和吸收輻射產(chǎn)生直接影響，作為云凝結(jié)核或改變?cè)频墓鈱W(xué)性質(zhì)和生存時(shí)間而產(chǎn)生間接影響。氣溶膠放大照片大氣的結(jié)構(gòu)a.對(duì)流層

厚度：平均11－13km，赤道17－18km，兩極8－9km。

質(zhì)量：約占大氣圈質(zhì)量的75％。

氣溫：從下向上是降溫的，大氣降溫率（氣溫直減率）是6.5℃/km，對(duì)流層頂約-83℃

。

大氣運(yùn)動(dòng)：空氣具有強(qiáng)烈的對(duì)流、亂流運(yùn)動(dòng)。

成分：含水蒸氣、塵埃，氣象要素水平分布不均勻。

氣象現(xiàn)象：風(fēng)、霜、雨、雪、雹、霧等。

主要特征：溫度隨高度增加而降低（γ=0.65OC/100m具有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)氣象要素水平分布不均對(duì)流層頂：對(duì)流層與平流層之間的過(guò)渡層，厚度數(shù)百米到1—千米，其氣溫隨高度增加變化很小，甚至沒(méi)有變化。對(duì)對(duì)流層的對(duì)流作用起阻擋作用。低緯平均為-83OC，在高緯平均為-53OC內(nèi)部差異：對(duì)流層內(nèi)部根據(jù)溫度、濕度、氣流運(yùn)動(dòng)及天氣狀況等可分為三個(gè)層次層次下層中層上層行星邊界或摩擦層自由大氣層范圍0—2Km2—6Km6—頂部受地面影響最大較小最小運(yùn)動(dòng)形式湍流對(duì)流急流天氣現(xiàn)象低云、霧、浮塵、霾云和降水冰晶云b.平流層

高度：從對(duì)流層頂?shù)?5km左右。

質(zhì)量：幾乎占大氣圈質(zhì)量的25％。

氣溫：從下向上是升溫的，到平流層的頂溫度升到0℃

。

大氣運(yùn)動(dòng)：水平運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，天氣多是晴朗的，飛機(jī)在此層飛行不易顛簸。

成分：幾乎不含水蒸氣、塵埃，存在數(shù)層臭氧層。

無(wú)天氣現(xiàn)象。

主要特征:空氣稀薄、水汽和微塵的含量很少，能見(jiàn)度高大氣以水平運(yùn)動(dòng)為主，垂直運(yùn)動(dòng)極其微弱，不易成云致雨溫度隨高度升高而升高（存在強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)輻射的紫外線(xiàn)）c.中間層高度：從平流層頂?shù)?0－90km。氣溫：從下向上是降溫的，到中間層的頂溫度降到-113℃——-83℃

。大氣運(yùn)動(dòng)：有相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)。主要特征:氣溫隨高度升高而降低

下暖上冷，再次出現(xiàn)空氣的垂直運(yùn)動(dòng)該層在80千米高度上，有一個(gè)白天出現(xiàn)的電離層稱(chēng)為D層d.暖層（熱層、熱成層）高度：從中間層頂?shù)?00km（觀(guān)測(cè)約在250-500km）。氣溫：從下向上迅速升溫，到300km高空，溫度達(dá)1000℃

。（高緯度地區(qū)的晴夜，可以出現(xiàn)彩色的極光）存在多層的電離層（E、F、G），也稱(chēng)電離層，反射無(wú)線(xiàn)電波。e.散逸層（外層）

高度：從暖層頂?shù)酵鈱涌臻g。物質(zhì)多以原子、離子狀態(tài)存在。是地球物質(zhì)向宇宙空間擴(kuò)散的部位。

大氣圈、水圈、陸面、冰雪圈和生物圈構(gòu)成的綜合體，也稱(chēng)為地球氣候系統(tǒng)1、大氣圈：包圍地球表面，厚度為1000公里的大氣層2、陸面：也稱(chēng)為巖石圈，是地殼和上地幔頂部3、水圈：海洋、河流、湖泊、沼澤、地下水和大氣圈中的水4、冰雪圈：由在一定低溫條件下固態(tài)水、冰川、冰蓋、積雪、海冰、河湖冰等以及地下冰摻雜的多年凍土、季節(jié)凍土等組成的特殊圈層5、生物圈：植物、動(dòng)物、人類(lèi)及有生物存在的部分2.3水圈、陸面、冰雪圈和生物圈陸地表面具有不同的海拔高度和起伏形勢(shì)，可分為山地、高原、平原、丘陵和盆地等類(lèi)型。陸地位置、高度和地形發(fā)生變化的時(shí)間尺度，在氣候系統(tǒng)的組成部分中是最長(zhǎng)的山脈對(duì)太陽(yáng)輻射、大氣運(yùn)動(dòng)和云雨分布都有不同的影響，往往是氣候的分界。

因巖石、沉積物和土壤等性質(zhì)的不同，其對(duì)氣候的影響更是復(fù)雜多樣。陸地表面水圈到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射能約有80％為海洋表面所吸收。無(wú)論從力學(xué)和熱力學(xué)效應(yīng)來(lái)看，海洋在氣候系統(tǒng)中具有最大的慣性，是一個(gè)巨大的能量貯存庫(kù)。100m深的表層海水占整個(gè)氣候系統(tǒng)總熱量的95.6％,水圈在氣候系統(tǒng)中非常重要。上層海洋與大氣或冰的相互作用時(shí)間尺度為幾個(gè)月到幾年，而深層海洋的熱力調(diào)整時(shí)間則為世紀(jì)尺度。冰雪圈由于冰雪具有很大的反射率，在冰雪覆蓋下，地表（包括海洋和陸地）與大氣間的熱量交換被阻止，因此冰雪對(duì)地表熱量平衡有很大影響。冰雪是氣候系統(tǒng)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)。生物圈生物圈的各部分在變化的時(shí)間尺度上有顯著差異，但它們對(duì)氣候的變化都很敏感，而且反過(guò)來(lái)又影響氣候。生物對(duì)于大氣和海洋的二氧化碳平衡，氣溶膠粒子的產(chǎn)生，以及其它與氣體成分和鹽類(lèi)有關(guān)的化學(xué)平衡等都有很重要的作用。

第三節(jié)有關(guān)大氣的物理性狀

在氣象學(xué)上，大氣的物理性狀主要以氣象要素和空氣狀態(tài)方程來(lái)表征。3.1主要?dú)庀笠貧庀笠厥侵副硎敬髿鈱傩院痛髿猬F(xiàn)象的物理量，如氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量、降水、能見(jiàn)度等。1、氣溫

物理意義：用來(lái)表示大氣冷熱程度的物理量

實(shí)質(zhì)：空氣分子平均動(dòng)能的表現(xiàn)

單位：攝氏溫標(biāo)（OC）：在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水的冰點(diǎn)為0OC，沸點(diǎn)為100OC，其間100等份，一份為1OC絕對(duì)溫標(biāo)（K）：間隔與攝氏溫標(biāo)相同，零點(diǎn)定為-273.15OC

T=t+273.15≈t+273

華氏溫標(biāo)（°F）：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32°F，水的沸點(diǎn)為212°F，中間有180等分，每等分為華氏1度。測(cè)量：大氣中的溫度一般以百葉箱中的干球溫度為代表2、氣壓

物理意義：即大氣壓強(qiáng)，每平方厘米的面積上承受的大氣柱的質(zhì)量實(shí)質(zhì)：空氣分子運(yùn)動(dòng)與地球重力場(chǎng)的綜合表現(xiàn)的結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：國(guó)際統(tǒng)一規(guī)定，溫度在0OC，緯度45O的平均海平面上的760mm汞柱為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。氣壓以百帕（hPa）為單位，取一位小數(shù)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝1013.3hPa＝760mm

Hg氣壓觀(guān)測(cè)：動(dòng)槽式水銀氣壓表和空盒氣壓計(jì)3、濕度物理意義：表示大氣中水汽量多少的物理量稱(chēng)大氣濕度。大氣濕度狀況與云、霧、降水等關(guān)系密切。（1）水汽壓和飽和水汽壓水汽壓：大氣壓力是大氣中各種氣體壓力的總和。水汽和其它氣體一樣，也有壓力。大氣中的水汽所產(chǎn)生的那部分壓力稱(chēng)水汽壓（e）。它的單位和氣壓一樣，也用hPa表示飽和水汽壓：在溫度一定情況下，單位體積空氣中的水汽量有一定限度，如果水汽含量達(dá)到此限度，空氣就呈飽和狀態(tài)，這時(shí)的空氣，稱(chēng)飽和空氣。飽和空氣的水汽壓（E）稱(chēng)飽和水汽壓，也叫最大水汽壓，因?yàn)槌^(guò)這個(gè)限度，水汽就要開(kāi)始凝結(jié)。實(shí)驗(yàn)和理論都可證明，飽和水汽壓隨溫度的升高而增大。在不同的溫度條件下，飽和水汽壓的數(shù)值是不同的。水汽壓有0<=e<=E，兩者差為飽和差d=E-e（2）相對(duì)濕度

相對(duì)濕度（f）就是空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值（用百分?jǐn)?shù)表示），即

e<E,即f<1未飽和

f=(e/E)*100%

e=E,即f=1飽和e>E,即f>1過(guò)飽和

相對(duì)濕度直接反映空氣距離飽和的程度。當(dāng)其接近100%時(shí)，表明當(dāng)時(shí)空氣接近于飽和。當(dāng)水汽壓不變時(shí)，氣溫升高，飽和水汽壓增大，相對(duì)濕度會(huì)減小。（3）飽和差

在一定溫度下，飽和水汽壓與實(shí)際空氣中水汽壓之差稱(chēng)飽和差（d）。即d=E-e，d表示實(shí)際空氣距離飽和的程度。在研究水面蒸發(fā)時(shí)常用到d，它能反映水分子的蒸發(fā)能力。（4）比濕

在一團(tuán)濕空氣中，水汽的質(zhì)量與該團(tuán)空氣總質(zhì)量（水汽質(zhì)量加上干空氣質(zhì)量）的比值，稱(chēng)比濕（q）。其單位是g/g，即表示每一克濕空氣中含有多少克的水汽。也有用每千克質(zhì)量濕空氣中所含水汽質(zhì)量的克數(shù)表示的即g/kg。

通常大氣中比濕q

都小于40g/kg，也是水汽量絕對(duì)指標(biāo)（5）水汽混合比

含水汽的濕空氣是由一團(tuán)干空氣和一團(tuán)水汽的混合而成，其中水汽的質(zhì)量與干空氣的質(zhì)量的比就是水汽混合比，用r

表示，r

可由實(shí)際大氣壓和實(shí)際水汽壓值計(jì)算得出。比濕和水汽混合比的意義：垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)空氣體積發(fā)生膨脹或收縮，溫度要改變，相對(duì)濕度、飽和差隨溫度而變，但比濕和水汽混合比不變，可用于垂直運(yùn)動(dòng)空氣的水分計(jì)算。（6）露點(diǎn)

在空氣中水汽含量不變，氣壓一定下，使空氣冷卻達(dá)到飽和時(shí)的溫度，稱(chēng)露點(diǎn)溫度，簡(jiǎn)稱(chēng)露點(diǎn)（