气象学与气候学0参考资料 .doc

气象学与气候学 第一章 引论 第一节 气象学、气候学的研究对象、任务和简史 一、气象学与气候学的研究对象和任务 由于地球的引力作用，地球周围聚集着一个气体圈层，构成了所谓大气圈。 气候和天气是两个既有联系又有区别的概念。 1)概念上的区别：天气是指某一地区瞬间或某一短时间内大气中气象要素(温度湿度气压等)和天气现象（云雾雨雪等）的综合。气候是在太阳辐射、下垫面性质、大气环流和人类活动等长时间相互作用下，在第一时段内大量天气过程的综合。 2)时间上的区别：天气是大气中短时间过程，是微观的。气候是一定时段内大量天气过程的长期过程，是宏观的。 3)内容上区别：天气指单纯的大气系统。气候包括大气、海洋、陆地表面、冰雪覆盖层及生物圈组成的大系统。 4)稳定性上的区别：天气具有瞬息万变的不稳定性。气候在一定时间阶段呈现相对的稳定性。 第二节 气候系统概述 气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。 在气候系统的五个子系统中，大气圈是主体部分，也是最可变的部分，水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈都可视为大气圈的下垫面。 一、大气圈概述 （一）大气的组成 氮 N2 78.08 ％ 氧 O2 20.95 ％ 氩Ar 0.93 ％ 大气是由多种气体混合组成的气体及浮悬其中的液态和固态杂质所组成。其中氮（N2）氧（O2）和氩（Ar）三者合占大气总体积的99.96％，其它气体含量甚微。除水汽外，这些气体在自然界的温度和压力下总呈气体状态，而且标准状况下（气压1013.25hPa，温度0℃）。密度约为1293g/m2。 大气中还悬浮着多种固体微粒和液体微粒，统称大气气溶胶粒子。 液体微粒是指悬浮于大气中的水滴和冰晶等水汽凝结物。 （二）大气的结构 大气总质量约5.3×1015t，其中有50％集中在离地5.5km 以下的层次内，在离地36—1000km 余的大气层只占大气总质量的1％。大气压力和密度随高度的分布如图1·2 所示。尽管空气密度愈到高空愈小，到700—800km高度处，空气分子之间的距离可达数百米远，但即使再向上，大气密度也不会减少到零的程度。通常有两种划法：一是着眼于大气中出现的某些物理现象。根据观测资料，在大气中极光是出现高度最高的现象，它可以出现在1200km 的高度上，因此可以把大气的上界定为1200km。这种根据在大气中才有，而在星际空间没有的物理现象确定的大气上界，称为大气的物理上界。另一种是着眼于大气密度，用接近于星际的气体密度的高度来估计大气的上界。按照人造卫星探测资料推算，这个上界大约在2000—3000km 高度上。观测证明，大气在垂直方向上的物理性质是有显著差异的。根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑到大气的垂直运动等情况，可将大气分为五层。 1.对流层 对流层是地球大气中最低的一层。云、雾、雨雪等主要大气现象都出现在此层。对流层是对人类生产、生活影响最大的一个层次，也是气象学、气候学研究的重点层次。 对流层有三个主要特征： （1）气温随高度增加而降低：由于对流层主要是从地面得到热量，因此气温随高度增加而降低。高山常年积雪，高空的云多为冰晶组成，就是这一特征的明显表现。对流层中，气温随高度增加而降低的量值，因所在地区、所在高度和季节等因素而异。平均而言，高度每增加100m，气温则下降约0.65℃，这称为气温直减率，也叫气温垂直梯度， （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的变化而不同。一般情况是：低纬较强，高纬较弱；夏季较强，冬季较弱。因此对流层的厚度从赤道向两极减小。在低纬度地区平均为17—18km，在中纬度地区为10—12km，在高纬度地区为8—9km。在同一纬度，尤其是中纬度，对流层厚度夏季较大，冬季较小。同大气的总厚度比较起来，对流层是非常薄的，不及整个大气层厚度的1％。但是，由于地球引力的作用，这一层却集中了整个大气3/4 的质量和几乎全部的水 汽。空气通过对流和湍流运动，高、低层的空气进行交换，使近地面的热量、水汽、杂质等易于向上输送，对成云致雨有重要的作用。 （3）气象要素水平分布不均匀：由于对流层受地表的影响最大，而地表面有海陆分异、地形起伏等差异，因此在对流层中，温度、湿度等的水平分布是不均匀的。 在对流层的最下层称为行星边界层或摩擦层。其范围一般是自地面到1—2km 高度。边界层的范围夏季高于冬季，白昼高于夜晚，大风和扰动强烈的天气高于平稳天气。在这层里大气受地面摩擦和热力的影响最大，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。行星边界层以上的大气层称为自由大气。在自由大气中，地球表面的摩擦作用可以忽略不计。在对流层的最上层，介于对流层和平流