《气象学与气候学教学课件》2周一.ppt

上节课重点回顾：1、位势高度的物理意义2、等压面、等高面3、露点温度的含义及物理意义4、太阳辐射在大气中的减弱,等压面上用等高线表示气压场型等高面上用等压线表示气压场型,露点越高，水汽含量越多，湿空气越接近饱和,吸收、散射、反射,空气分子云滴和尘埃,地面和大气辐射的波长在3120m之间，属于红外或者远红外辐射,地面和大气辐射,大气辐射：大气吸收绝大部分的地面辐射，同时也放射辐射能大气辐射一部分向上外逸到太空，另一部分向下到达地面（称之为大气逆辐射）,大气逆辐射被地面吸收的部分为aFa,大气吸收地面长波辐射,地面辐射：地面以自己的温度向外放射辐射能,为地面对长波的比辐射率，与地表性质有关,地面有效辐射：地面所放射的辐射量与被地面所吸收的大气逆辐射量之差,影响因子：地面温度、地面性质、空气温度、湿度及垂直分布和云况等,地面有效辐射强度随地面温度升高而增大，因此有效辐射存在明显的日变化和年变化,地面及地气系统的辐射差额(收入-支出),地面辐射差额：地面吸收的太阳辐射与地面有效辐射之差,日变化、年变化、随纬度变化、随天空状况变化P47-48,地气系统：把地面和对流层大气看成一个整体高低纬地区之间的热量不均，靠洋流和气流，从低纬输送热量到高纬，同时输送水汽,地面热量平衡方程：R+LE+P+A=0R为地面辐射差额LE为潜热：L蒸发潜热，E蒸发量P为感热：湍流显热交换A为地表面与下层间的热传输量B和平流输送量C之和,陆地，R+LE+P=0沙漠，R+P=0海洋，R+LE+P+C=0,年平均热量平衡方程,R、LE、P、A的日变化和年变化，P49-51,地气系统的热量收支,地面温度和气温的变化,地面温度：由于地表性质（主要是水陆差异）不同，（1）吸收的辐射能不同；（2）热量转换不同,1水陆比热不同：吸收同样的能量，水体的增温迟缓，陆地的增温剧烈2水陆透射性能不同：陆地吸收太阳辐射仅限于表层，而较大一部分辐射透过水体表层深入水体内部3水陆导热方式不同：陆地导热性能差，热量多集中在表层，水体具有流动性，水平和垂直运动可以使热量迅速交换4水陆蒸发差异：水面水汽较多，大气逆辐射使得水面温度降温较缓和,给予同样的热量Q，陆地表面升温剧烈，而水面升温缓和失去同样的热量Q，陆地表面降温剧烈，而水面降温缓和,水温日变化：海洋日变化较小，0.5C以下，湖面或者大河25C,海温日变化：最高点发生在15:0016:00，最低点在日出后不久年变化：最高在8月，最低在23月，变幅比陆地要小得多,陆地表面温度变化取决于热量差额 Q=R+LE+P+A,陆地表面日变化：最高点通常在13:00前后，最低点发生在日出时年变化：与太阳辐射年变化曲线几乎平行，最高在7月，最低在1月,气温,大气主要靠地面热量向上传输而获得热量传导：依靠分子运动将能量从一个分子传递给另一个分子辐射：地面与大气、气团与气团之间的长波辐射对流：暖空气上升，冷空气下沉湍流：由于空气黏滞力而产生的不规则运动，近地面发生较多蒸发和凝结：蒸发吸收热量，凝结释放热量,气温年较差：一年中月平均气温的最高值与最低值之差，与纬度、地表性质、天气情况有关,气温年变化：陆地7月最高，1月最低；海洋8月最高，2月最低,气温是指气象观测所用的百叶箱离地面1.5m高处的温度,气温日变化：最高值一般在14:00左右，最低值一般在日出前后,气温日较差：气温最高值与最低值之差，受纬度、季节、下垫面性质、海拔高度、天气状况,第二章作业：2-22-62-9,第三章 大气热力学,热力学第一定律,能量守恒定律在理想气体中的应用,cv=0.716J/(gK)定容比热,公式：,单位质量干空气(m=1),热力学方程简化为,干空气的热力学第一定律,(1),饱和湿空气的热力学第一定律,凝结潜热：温度为t的单位质量水汽凝结为同温度的液体释放的热量 L=2499.5-2.39t(单位：J/g),水汽凝结释放潜热 dQ2=-Ldqsqs表示水汽的量,于是,干绝热过程：升降气块内部无水相变化，并且与外部无热量交换的过程。,于是,dQ=0,从初态p0、T0到状态p、T积分,泊松方程,物理意义(干绝热过程)：1、T仅与P有关2、p升高，T指数升高3、气块上升，T指数下降,干绝热直减率d,d0.98K/100m,定义：干空气或者未饱和湿空气块绝热上升单位距离时温度的降低值，用d=-dT/dz表示,位温：气块沿干绝热过程移动到标准气压（1000hPa）处所具有的温度。,干绝热过程中，位温是保守不变的,泊松方程中，取p0=1000hPa，T0=得位温公式,大气温度直减率,湿绝热过程,凝结高度：未饱和湿空气块绝热上升至某一高度上开始发生凝结。凝结高度的近似计算公式：H=123(T0-Td0),在凝结高度之下，dQ1=0，dQ2=0，仍是干绝热过程,湿绝热过程：饱和湿空气在升降过程中内部有水相变化，与外界无热量交换的过程,气块上升，气压减少，气温降低，但凝结潜热释放，降温速度减缓,dQ1=0，dQ2=-Ldqs0,于是，,湿绝热直减率s,温度较高，凝结量dqs较大，释放潜热较多，不易降温，s较小低温时，s接近d,假绝热过程和假相当位温,假绝热过程：湿空气块上升，饱和前按干绝热直减率上升，达到饱和并凝结后，产生降水，气块水汽含量减少，下降过程按干绝热直减率增温，气块回到原高度时，温度高于初始温度，是不可逆过程。假相当位温：湿空气中的水汽完全凝结并全部脱离气块，再按干绝热直减率下降到1000hPa高度时的温度，称为假相当位温。,焚风,T-lnP图,横坐标：温度纵坐标：气压的对数值,线条（1）平行于纵坐标的黄色实线为等温线（2）平行于横坐标的黄色实线为等压线（3）倾斜的黄色实线为干绝热线，也就是等位温线（4）倾斜的绿色虚线为湿绝热线，也就是假相当位温线（5）倾斜的绿色实线，为等饱和比湿线,