【2017年整理】气象学3周教案.doc

第3周教案（第二章 第五、六节、第三章 第一至六节） 课时：4 教学目标： 1. 通过学习了解地面热量平衡及地气系统的热量收支。 2.了解地面温度和气温的变化。 3.重点掌握干、湿绝热过程、位温、假绝热过程和大气中的逆温。大气的热能主要来自地面，而地面情况有很大的差别。不同的地面情况对大气的增温和冷却有不同的影响。海洋和陆地、高山和深谷、高原和平原、林地和草地、湿区和干区等对大气的增温和冷却有不同的影响，其中海洋和陆地的差异最大。 首先，在同样的太阳辐射强度下，海洋所吸收的太阳能多于陆地所吸收的太阳能，这是因为陆面对太阳光的反射率大于水面。就平均状况而论，陆面和水面的反射率之差约为10％—20％。换句话说，同样条件下的水面吸收的太阳能比陆面吸收的太阳能多10％—20％。 其次，陆地所吸收的太阳能分布在很薄的地表面上，而海水所吸收的太阳能分布在较厚的水层中。这是因为陆地表面的岩石和土壤对于各种波长的太阳辐射都是不透明的，而水除了对红色光和红外线不透明外，对于紫外线和波长较短的可见光是相当透明的。同时，陆地所获的太阳能主要依靠传导向地下传播，而水还有其它更有效的方式，如波浪、洋流和对流作用。这些作用使得水的热能发生垂直和水平的交换。因此，陆面所得太阳辐射集中于表面一薄层，以致地表急剧增温，这也就加强了陆面和大气之间的显热交换；反之，水面所得太阳辐射分布在较厚的一个层次，以致水温不易增高，也就相对地减弱了水面和大气之间的显热交换。据测陆面所得的太阳辐射传给大气的约占半数，而水体所得的太阳辐射传给空气的不过0.5％。 此外，海面有充分水源供应，以致蒸发量较大，失热较多，这也使得水温不容易升高。而且，空气因水分蒸发而有较多的水汽，以致空气本身有较大的吸收热量的能力，也就使得气温不易降低。陆地上的情况则正好相反。 最后，岩石和土壤的比热小于水的比热。一般常见的岩石比热大约是0.8374J/g·K，而水的比热是4.1868J/g·K。因此对等量热能的接受，如果使1g水的温度变化1，则使1g岩石的温度变化大约是5。常见岩石（例如花岗岩）的密度约2.5g/cm3。因此，如果等量热能使一定体积水的温度发生1的变化，那末该热能可使同体积岩石发生2的变化。 由于上述差异，海陆热力过程的特点是互不相同的。大陆受热快，冷却也快，温度升降变化大。而海洋上则温度变化缓慢。如大洋中，年最高及最低气温的出现要比大陆延迟一两个月。空气与外界交换热量有如下几种方式，即传导、辐射、对流、湍流和蒸发凝结（包括升华、凝华）。 1.传导 空气是依靠分子的热运动将能量从一个分子传递给另一分子，从而达到热量平衡的传热方式。空气与地面之间，空气团与空气团之间，当有温度差异时，就会以传导方式交换热量。但是地面和大气都是热的不良导体，所以通过这种方式交换的热量很少，其作用仅在贴地气层中较为明显。因在贴地气层中，空气密度大，单位距离内的温度差异也较大。 2.辐射 是物体之间依各自温度以辐射方式交换热量的传热方式。大气主要依靠吸收地面的长波辐射而增热，同时，地面也吸收大气放出的长波辐射，这样它们之间就通过长波辐射的方式不停地交换着热量。空气团之间，也可以通过长波辐射而交换热量。 3.对流 当暖而轻的空气上升时，周围冷而重的空气便下降来补充（图2·18），这种升降运动，称为对流。通过对流，上下层空气互相混合，热量也就随之得到交换，使低层的热量传递到较高的层次。这是对流层中热量交换的重要方式。 4.湍流 空气的不规则运动称为湍流，又称乱流（图2·19）。湍流是在空气层相互之间发生摩擦或空气流过粗糙不平的地面时产生的。有湍流时，相邻空气团之间发生混合，热量也就得到了交换。湍流是摩擦层中热量交换的重要方式。 5.蒸发（升华）和凝结（凝华） 水在蒸发（或冰在升华）时要吸收热量；相反，水汽在凝结（或凝华）时，又会放出潜热。如果蒸发（升华）的水汽，不是在原处凝结（凝华），而是被带到别处去凝结（凝华），就会使热量得到传送。例如，从地面蒸发的水汽，在空中发生凝结时，就把地面的热量传给了空气。因此，通过蒸发（升华）和凝结（凝华），也能使地面和大气之间、空气团与空气团之间发生潜热交换。由于大气中的水汽主要集中在5km以下的气层中，所以这种热量交换主要在对流层下半层起作用。 ? 以上分别讨论了空气与外界交换热量的方式，事实上，同一时间对同一团空气而言，温度的变化常常是几种作用共同引起的。哪个为主，哪个为次，要看具体情况。在地面与空气之间，最主要的是辐射。在气层（气团）之间，主要依靠对流和湍流，其次通过蒸发、凝结过程的潜热出入，进行热量交换。?大气温度随时间的变化地表从太阳辐射得到大量热量，同时又以长波辐射、显热和潜热的形式将部分热量传输给大气，从而失去热量。从长时间平均看，热量得失总和应该平衡，因此地面的平