福建船政职院航海气象与海洋学讲义01气象要素及其观测.docxVIP

航海气象与海洋学讲义 第一章 气象要素及其观测 第一节 大气和海洋概况 第一小节 大气的组成 一、干洁空气（Dry Air） 1、主要成分：氮气（N2）、氧气（O2），二者占空气总容积的99％ 2、次要成分：二氧化碳（CO2）、臭氧（O3）、氢气、惰性气体，体积比不足1％ 3、易变成分：（质量易变）二氧化碳（CO2）、臭氧（O3） 4、对气温有影响的成分： 二氧化碳（CO2）――吸收和放射长波辐射，产生温室效应 臭氧（O3）――――－吸收紫外线 5、干洁空气的分子量：28.966 二、水汽（Vapour） 1、来源：地表的蒸发 2、水平分布：海洋多于陆地，沙漠最少 3、垂直分布：低空多于高空，随高度升高水汽含量迅速减少 4、特点： 1) 在自然条件下，水汽是大气中唯一能发生相态变化的气体，是天气演变的主角。 2) 具有吸收和放射长波辐射的性能，加上在水相变化中伴有凝结潜热的吸收或释放，对气温产生影响。 5、湿空气（Wet Air）：含有水汽的空气 三、杂质 1、杂质：悬浮在大气中的固体或液体颗粒，又称为气溶胶粒子，包括水汽凝结物（水滴、冰晶）、微小盐粒等 2、对大气的影响：使能见度降低；作为水汽凝结的凝结核 3、城市污染监测的主要成分：总悬浮颗粒物，二氧化硫、氮氧化物 第二小节 大气的垂直结构 一、大气的垂直范围和垂直分层 1、空气密度：标准状况下，近地面附近干空气的密度为1293g/m3 2、大气上界：大气与星际空间的分界面，通常以“极光”出现的最大高度1000km作为大气上界的高度 3、垂直分层： 1) 分层依据：气温和水汽的垂直分布、大气的扰动程度和电离现象等 2) 分层：自地面向高空，大气分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层 3) 平流层：空气以水平运动为主，且水汽极少，类似对流层中的云很难生成 4) 热层：又称电离层，对远程无线电通讯具有重要意义 二、对流层（Troposphere）的主要特征 1、对流层的厚度：平均10km；在赤道最厚，向两极减小；夏季厚，冬季薄 云、雨、雾、雪等主要天气现象发生在该层，是气象学研究的重点层次 2、三个主要特点： 1) 气温随高度的升高而降低，每升高100m，气温平均下降0.65℃，该值称为平均气温（垂）直（递）减率，用表示，即＝0.65℃/ 100m。 实测的气温直减率以Υ表示。通常，气温随高度升高而降低，Υ0 有时，气温随高度升高而升高，Υ0，称为逆温，出现逆温的空气层称为逆温层 或，气温随高度升高基本不变，Υ＝0，称为同温，出现同温的空气层称为同温层 2) 有强烈的对流和乱流运动 3) 气象要素（如温度、湿度等）在水平方向上分布不均匀 3、对流层的垂直分层： 1) 根据——大气运动的不同特征 2) 摩擦层：下界——地面，上界——距地面1km 高度，必须考虑摩擦力对空气运动的影响，空气运动复杂 3) 自由大气：下界距地面1km（摩擦层顶），上界——对流层顶，摩擦作用小，可忽略不计。 在自由大气中，空气运动规律清楚，常用距地面5500m(500hPa)高处的空气运动表征整个对流层大气的运动趋势。 中纬度地区上空盛行西风，风速随高度升高而增大，形成高空急流（风速≥30m/s）。 4、对流层顶：厚度约为1～2km的同温甚至逆温层，对发展旺盛的积雨云顶有阻挡作用，是云顶平衍成砧状。 第三小节 大气状态方程 一、状态方程 1、干空气的状态方程：P=ρdRdT 干空气的:P——气压，ρd——密度，Rd——比气体常数，T——气温 2、水汽的状态方程：e=aRaT 水汽的:e——气压，a——密度(绝对湿度)，Ra——比气体常数，T——气温 3、湿空气的状态方程：P=ρwRdTV TV=T(1+0.378e/P) 湿空气的:P——气压，ρW——密度，T——气温，TV——虚温 二、两个结论： 1) 气温、气压相同时，干空气的密度大于湿空气的密度 2) 气压相同时，干冷空气的密度比暖湿空气大得多 第二节 气温 气象要素――表征大气状态的物理量或物理现象，如气温、湿度、气压、风、云、能见度、雾、雷暴、雨、雪、冰雹等。 一、气温的定义和单位 1、气温（Air Temperature）：表示空气冷热程度的物理量 2、三种常有温标之间的换算关系： 1) 三种温标对纯水冰点和沸点的定义： 冰点 沸点 等分 摄氏温标（℃） 0 100 100 华氏温标（℉） 32 212 180 绝对温标（K） 273 373 100 2）三种温标的换算关系 已知X℃，