大气科学基础复习要点.docx

大气科学基础复习要点第一章 大气概述1. 大气是地球表面运输能量与水分的主要方式，厚度大约100km，尽管相对于 地球很浅薄，但大气层里包含了相当大的质量：5.14 X 10^15公斤97%的大 气是在地球表面 30 公里（18 英里）以内2. 大气的密度随着高度的上升而下降3•大气组成：永久气体（固定比例在大气中）99.999 %的大气质量氮气、氧气、氦、氖、氩氪、氪（），氙（氙）、氢 可变气体：占很小的百分比，但影响大气的行为的气体，如水汽， 二氧化碳，臭氧，甲烷，N2O,氟化物等4. 大气演变：原始大气 氢和氦； 次级大气 水汽，二氧化碳、和其它的由于火山喷发而从地球内部带出来的气体；最终CO2含量减小，02含量上升，演变成 现在的大气5. 其它气体如氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳、甲烷、氧化亚氮和臭氧对地球 生物圈的健康是极为重要的.6. 氮气和氧气是大气的主要成分整合上述两种气体大约占干大气的99%7. 甲烷是一种很强烈的温室气体自从1750年， 大气中甲烷浓度已经上涨了超过 140 %8. 臭氧在提升温室效应过程中扮演了重要角色，大多数的臭氧（大约97 %）发现 是集中在平流层海拔15至55公里以上的地球表面。

臭氧能吸收太阳辐射中的紫 外线9. 氟氯化合物能破坏大气中的臭氧 Cl+03=Cl0+02 Cl0+0=Cl+02 03+0=202 目前科学家已发现南极上方的臭氧空洞10. 水汽的重要作用;（1） 它通过相变潜热在地球上重新分配热能的能量交换.（2）水汽凝结降水， 坠落到地球表面提供所需的新鲜水给植物和动物，形成 各种天气现象；（3）它通过温室效应帮助温暖地球大气层11. 气溶胶粒子对辐射的吸收和散射、云雾降水的形成、大气污染以及大气光学 与电学现象的产生都具有重要的作用气溶胶粒子的来源可分为人工源和自然源两大类12. 大气的物理性质和化学性质无论在水平方向还是在垂直方向上都是不均匀 的13. 划分：按照大气的化学成分划分，大气垂直方向可分为均质层和非均质层• 按照大气的压力结构划分，大气垂直方向可分为气压层和逸散层• 按照大气的电离结构划分，大气可分为电离层和磁层• 按照温度变化划分，大气在垂直方向可分为：对流层、平流层、中间层、 热层及外层14．对流层（1） 、对流层的厚度因纬度而有较大差异，低纬度地区约17-18km，中纬度地区 约11-12km，高纬度地区约8-9km2） 、集中了大气层大部分的（75%）质量和几乎全部的水汽（3） 、温度随高度下降，平均每上升100米，气温约下降0.650C（4） 、空气的对流运动明显，特别是夏季以及低纬度地区（5） 、天气复杂多变。

水汽蒸发、凝结而成云至雨造成不同的天气现象(6) 、气象要素的水平分布不均匀受地形、海陆分布等各种性质的下垫面 影响)15.平流层(1) 、从对流层顶到50-55km的高度范围是平流层( 2)、气流运动相当稳定，且以水平运动为主(3) 、除少数强对流云伸展到平流层外，很少有天气现象发生( 4)、平流层底层(约9公里厚)，温度不随高度变化，称为同温层)(5) 、大气圈大部分的臭氧集中于平流层(6) 、由于臭氧吸收太阳的紫外线辐射，平流层(20-50公里)的温度随高度 上升(逆温层定义:随高度升高而温度升高)16 ．中间层(1) 、从平流层顶到85km的高度范围是中间层(2) 、气温随高度迅速下降( 3)、垂直运动相当激烈，故称之为高空对流层(4) 、因为水汽含量极少，几乎没有云层出现，但有时能看到一种薄而带银白 色的夜光云，有人认为它是由极细微的尘埃组成17. 热层(1) 、热层大致处于中间层顶到600km高度的范围内(2) 、气体在该层在太阳和宇宙辐射的作用下发生电离，形成密度很高的带电 粒子，所以热层又称为电离层3) 、由于吸收太阳辐射的缘故，该层的温度随高度急剧升高(4) 、在高纬度的晴朗夜空，可看到美丽的极光。

这可能是由太阳发出的高速 带电粒子激发高空稀薄的空气分子或原子而发光( 5)、电离层会反射无线电波18. 散逸层【例】“神舟七号”在哪一层面上绕行？它面临怎样的空间环境？【解】“神七”的轨道位于大气层中的“热层”，有如下特点：(1) 高强度的太阳电磁辐射、太阳宇宙线辐射(太阳耀斑爆发时向外发射的高 能粒子)和太阳风(由太阳日冕吹出的高能等离子体流)(2) 几乎是真空的太空环境( 3 ) 极端的温度环境 (4)高速运动的尘埃、微流星体和流星体它们具有极大的动能，1毫克的微流 星体可以穿透3毫米厚的铝板第二章 气象要素的特征、变化和分布1. 摄氏，华氏，开式温度的转换Celsius = (Fahrenheit - 32) * 5/9Fahrenheit = Celsius * 9/5 + 32Kelvin=Celsius +2732. 百叶箱原理：百叶箱里的温度计是安装地表以上近似1.5米的地方温度计含 有酒精,顶部是用来确定每日最低温度用水银温度计的低日最高气温来确定3. 影响局地气温变化的因子：太阳辐射加热(受太阳入射，海陆分布，洋流，海拔等因素影响），冷暖平流，凝结、蒸发潜热，云覆盖。

补充：空气的温度平流——空气平流运动传热过程引起局地气温变化称为温度 平流，如果风向与水平温度梯度的交角小于900-暖平流？，是否是热胀冷缩 的，若是想到高低压的形成过程感觉不符合如果风向与水平温度梯度的交角 大于900-冷平流4. 气温的日变化•白天温度高、夜晚温度低，最高气温通常出现在午后，最低气温通常出现在凌晨• 海洋上日变化小（下垫面物质稳定）• 沙漠地区日变化大——“早穿棉，午穿纱，抱着火炉吃西瓜”（吸热强， 散热也强）• 早晴天夜无云昼夜温差大• 多云天气昼夜温差小（云的对辐射的反射造成增温5．夜间降温 夜晚是温暖湿润干燥——由于释放潜热从凝结和红外变暖 6.综合因素(E)① P2三 uWindy nightCalm nigh!Temperature (°C)0 2 4 6E) epnw<3？？？？？？这个图不懂较大的温度梯度很可能没有风7.气温的季节变化• 夏天温度高、冬天温度低• 海洋上温度的季节变化小• 陆地上温度的季节变化大• 纬度越高，气温年较差越大（和太阳的辐射有关，年变化8. 气温的空间变化• 热带地区温度高，中高纬度地区温度低• 夏季海洋比陆地温度低，冬季海洋比陆地温度高• 海洋上温度分布相对均匀• 由于下垫面的不均匀，形成了许多的冷暖中心（如：西伯利亚、格陵兰等 是冷中心；澳大利亚、非洲等地形成暖中心）• 山脉南麓气温高，北麓气温低9. 冬季气温分布特点（以北半球为例）• 等温线密集• 等温线南凸，冷空气势力大• 海洋相对于陆地显的温暖• 西伯利亚和格凌兰是冷中心，澳大利亚是暖中心10. 夏季气温分布特点• 等温线稀疏• 等温线北凸，暖空气势力大• 陆地相对于海洋温度高• 沙漠地区出现高温中心11. 等温线分布要点• 同一水平面上温度相等的点的连线称为等温线• 等温线密集，温度随空间变化大；等温线稀疏，温度的空间变化小• 等温线向高纬度地区突出，说明暖空气势力大；等温线向低纬度地区突出， 说明冷空气势力大12. 在气象工作中通用的气压单位有毫米和毫巴两种(1) 毫米(mm):是用水银柱高度来表示气压高低的单位。

2) 毫巴(mb)/百帕(hPa)：用单位面积上所受水银柱压力大小来表示气压高 低的单位13. 气压跟天气有密切的关系一般地说，地面上高气压的地区往往是晴天， 地面上低气压(注意说的是地面，只是方便理解)的地区往往是阴雨天在同 一水平面上，如果气压分布不均匀，空气就要从高气压地区向低气压地区流动 因此某地区的气压高，该地区的空气就在水平方向上向周围地区流出高气压 地区上方的空气就要下降由于大气压随高度的减小而增大，所以高处空气下 降时，它所受到的压强增大，它的体积减小，温度升高，空气中的凝结物就蒸 发消散所以，高气压中心地区不利于云雨的形成，常常是晴天如果某地区 的气压低，周围地区的空气就在水平方向上向该地区流入，结果使该地区的空 气上升，上升的空气因所受的压强减小而膨胀，温度降低，空气中的水汽凝结， 所以，低气压中心地区常常是阴雨天14. 自由大气的大尺度运动是准地转运动，亦即是地转偏向力和气压梯度力的平 衡15. 在北半球，地转偏向力与风向垂直，且偏向右侧因此，在北半球，低气压 对应着逆时针的气旋运动；高气压对应着顺时针的反气旋运动16. 边界层摩擦作用使气旋区辐合上升，反气旋区辐散下沉17. 影响大气压变化的因子(1) 高度 随着海拔高度的上升，气压下降(主要是因为空气密度的下降与温 度的下降。

2) 温度/密度 p= RT——状态方程18. 全球气压分布特征• 全球气压带的分布特征是由太阳辐射、地球自转效应、海陆分布等因子决 定的•总体而言，可分为四大气压带，即：极地高压带(Polar High)、副极地低 压带(Subpolar Low)、副热带高压带(Sub tropical High)、赤道低压带 (Equatorial Low)• 由于由于海陆分布的差异，上述的气压带并不随纬度均匀分布，在海平面 气压图上表现为永久性和季节性的大气活动中心地球自转作用——三圈环流的形成 赤道地区受热上升的气流，流向极地；在地球自转偏向力的作用下，逐步变为 偏西气流，阻滞了空气的北上，在300附近积聚下沉；下沉到达地面后一支回流 赤道，形成了 Hadley环流圈；另一支继续北上，与极地下沉的南流气流在60°附 近汇合上升；上升到高空一支南流形成中纬度Ferrel环流圈；一支北流形成极 地环流圈与三圈环流相对应，是所谓的“三风四带”，即：极地东风(Polar East erlies) 中纬度西风(Wes terlies)低纬度信风(Trades)极地高压带(Polar High)副极地低压带(Subpolar Low)副热带高压带(Subtropical High) 赤道低压带(Equatorial Low)20. 风的表述• 空气的流动产生风• 气流由不同尺度的运动叠加而成，其中包括很多小尺度的湍流• 天气报告中是2min的平均风速• 风向以100为单位，以正北为基准，顺时针方向旋转。

精度要求不高的情 况下，也可以用16个方位来表示• 当风速低于0.25m/s时，称为静风• 风力的大小划分为12个等级21. 影响风的因子(具体内容在大气动力学中)气压梯度力——风的形成 (梯度越大，风速越大) 科氏力——引起风向的改变 (地转偏向力，北半球向右，南半球向左，赤道 为0，与风速成正比)摩擦力——风速22. 准地转平衡 风的受力分析PGFLOW PRESSUREHIGH PRESSURE受力分析Net Force = PGF + G + f + Co远离地面时f=0 Net Force = PGF + G + Co (假定气压梯度力在水平方向上 的分力被重力平衡)23. 局地风环流：由于局部地表受热不均匀造成的大气环流圈主要有海陆风，山谷风与季风24. 天气分类0%云覆盖——晴 25%云覆盖——少云 75%云覆盖——多云 100%云覆盖——阴25. 云的形成（1）发生在相对湿度达到100%时（2）水汽转化为。