气象学基础课件

气象学气象学 姜超（林学院）姜超（林学院）气象学 课程介绍课程设置：课程设置：理论理论+实验实验教材教材气象学气象学，贺庆棠、陆佩玲主编，中国林，贺庆棠、陆佩玲主编，中国林业出版社，业出版社，20102010年年。考核方式考核方式 平时（平时（30%30%）+考试考试(70%70%)课程介绍课程设置：参考书1气象学与气候学（第三版），周淑贞主气象学与气候学（第三版），周淑贞主编，高等教育出版社，编，高等教育出版社，1996年。年。2农业气象学，段若溪、姜会飞主编，气农业气象学，段若溪、姜会飞主编，气象出版社，象出版社，2005年。年。3气象学与气候学基础，李爱贞、刘厚风气象学与气候学基础，李爱贞、刘厚风主编，气象出版社，主编，气象出版社，2006年。年。4气象学与农业气象学基础，王秀英等主气象学与农业气象学基础，王秀英等主编，气象出版社，编，气象出版社，2006年。年。参考书1气象学与气候学（第三版），周淑贞主编，高等教育出版绪论绪论1 什么是气象学？1 什么是气象学？气象学气象学(Meteorology)：研究大气中所发生研究大气中所发生 的各种的各种物理现象物理现象和和物物理过程理过程 的原因及其变化规律的学科的原因及其变化规律的学科.物理过程：水循环、碳循环物理过程：水循环、碳循环物理现象：风、雨、云、雪、光物理现象：风、雨、云、雪、光.气象学(Meteorology)：1.1气象学的主要分支 （1）按传统分为：）按传统分为：物理气象学、天气学、动力气象学物理气象学、天气学、动力气象学 （2）按研究方法上分为：按研究方法上分为：理论气象学理论气象学动力气象学、大气物理学动力气象学、大气物理学 实实验验气气象象学学大大气气探探测测、高高空空气气象象学学、无无线线电电气象学气象学 1.1气象学的主要分支 （1）按传统分为：（3）按应用上分为：）按应用上分为：农业气象学、水文气象学、污染气象学、航空农业气象学、水文气象学、污染气象学、航空 气气 象象 学、航海气象学、医疗气象学、军事气象学、森林学、航海气象学、医疗气象学、军事气象学、森林气象学等。气象学等。（4）按地理上分为：按地理上分为：热带气象学、极地气象学、南热带气象学、极地气象学、南半球气象学半球气象学（3）按应用上分为：1.2历史我国我国西汉相风鸟西汉相风鸟（公元前（公元前104 年）年）殷代甲骨文殷代甲骨文（公元前（公元前1000年）年）宋代曾有僧赞宁宋代曾有僧赞宁（公元（公元10 世纪）世纪）利用土炭湿度计利用土炭湿度计来预报晴雨来预报晴雨1.2历史我国西汉相风鸟殷代甲骨文宋代曾有僧赞宁（公元10 国外国外古代的底格里斯河和幼发拉底河流域的楔形文字碑上古代的底格里斯河和幼发拉底河流域的楔形文字碑上记载着许多有关天气的知识。记载着许多有关天气的知识。希腊哲学家希腊哲学家亚里士多德亚里士多德（AristotleAristotle）在大约公）在大约公元前元前350350年著作了年著作了气象学气象学。希腊医生希腊医生希波克拉底希波克拉底（Hippocrates)Hippocrates)在大约公在大约公元前元前400400年著作了年著作了 国外国外国外1593 年意大利学者伽利略（年意大利学者伽利略（Galileo）发明温度表；）发明温度表；1643 年意大利学者托里拆利（年意大利学者托里拆利（Torricelli）发明气压）发明气压表。表。1783 年索修尔（年索修尔（Saussure）发明毛发湿度表）发明毛发湿度表1653 年在意大利北部首先建立气象台。年在意大利北部首先建立气象台。1826 年年 Brandes第一张天气图用于事后研究第一张天气图用于事后研究1861 年年 英国弗兹罗第一张地面天气图英国弗兹罗第一张地面天气图国外18世纪中叶世纪中叶 风筝、载人气球直接探测高空风筝、载人气球直接探测高空1916-1928年年 英国第一次数值预报尝试英国第一次数值预报尝试1935年年 德国采用等压面天气图来分析等高面天气德国采用等压面天气图来分析等高面天气1941年年 英国使用雷达探测风暴英国使用雷达探测风暴1950年年 美国首次应用计算机制作数值天气预报成功美国首次应用计算机制作数值天气预报成功1960年年 美国发射第一颗气象卫星美国发射第一颗气象卫星18世纪中叶 风筝、载人气球直接探测高空我国我国 法国传教士高比（法国传教士高比（Gaubil)，他于，他于1743 年（乾隆年（乾隆8年）在北京设立测候。年）在北京设立测候。1873 年法国天主教会在上海徐家汇创建观象台；年法国天主教会在上海徐家汇创建观象台；1927 年开始天气图预报试验年开始天气图预报试验 1927 年在南京中央研究院设置气象研究所年在南京中央研究院设置气象研究所 1930 年开始正式发布天气预报和台风警报年开始正式发布天气预报和台风警报2013年底，国家级地面气象观测站年底，国家级地面气象观测站2423，178部新多部新多普勒雷达，普勒雷达，7颗卫星在轨，颗卫星在轨，我国气象学基础课件2 气象要素 表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。1.气温气温(t)定义：表示空气冷热程度的物理量。定义：表示空气冷热程度的物理量。摄氏温标（摄氏温标（）华氏温标（华氏温标（）：）：=9/5 t()+32绝对温标（绝对温标（K）：T=273+t()2 气象要素 表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、2.2.气压（气压（p p）定义：地球表面单位面积上所受到的大气压力，称定义：地球表面单位面积上所受到的大气压力，称为气压。为气压。单位：帕斯卡单位：帕斯卡(Pa)(Pa)，毫巴，毫巴 (m b),(m b),毫米水银柱毫米水银柱(mmHg)(mmHg)1mb=100Pa=1hPa=3/4 mmHg 1mb=100Pa=1hPa=3/4 mmHg2.气压（p）3.3.湿度湿度定义：表示大气中水汽含量多少的物理量。大气的定义：表示大气中水汽含量多少的物理量。大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。因素。1)1)水汽压水汽压 （e e）：指大气中所含水分的分压力。）：指大气中所含水分的分压力。p=p p=pd d+e+e3.湿度 2 2）饱和水气汽压（）饱和水气汽压（E E）定义：在一定温度和气压下定义：在一定温度和气压下,空气中水汽达到饱和时空气中水汽达到饱和时的水汽压力称为饱和水汽压。的水汽压力称为饱和水汽压。饱和水汽压与温度的关系可用马格奴斯公式表示：饱和水汽压与温度的关系可用马格奴斯公式表示：水面：水面：a=7.45 b=235 a=7.45 b=235 冰面冰面:a=9.5 b=265:a=9.5 b=265E E0 0 是是0 0时的饱和水汽压时的饱和水汽压6.1hp6.1hp 。t t为蒸发面的温度为蒸发面的温度（）。2）饱和水气汽压（E）(1)(1)饱和水汽压随温度升高而很快增大饱和水汽压随温度升高而很快增大。(2)(2)饱和水汽压除与温度有关外，还与蒸发面的饱和水汽压除与温度有关外，还与蒸发面的物态、形状以及蒸发面的溶液浓度等有关。物态、形状以及蒸发面的溶液浓度等有关。a a、同一温度下，饱和水汽压；、同一温度下，饱和水汽压；冰面冰面 水面；凹面水面；凹面 平面平面 溶液溶液 (1)饱和水汽压随温度升高而很快增大。3）饱和差饱和差(d)定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空气中水定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差称为饱和差。汽压之差称为饱和差。d=E-ed=E-ed d 表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸 发发时常用到。时常用到。当空气饱和时，当空气饱和时，d d=0=0；当未饱和时，当未饱和时，d d00；当过饱和时，当过饱和时，d d00。3）饱和差(d)定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空4）相对湿度）相对湿度定义：定义：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值。用百分数表示，即：压的比值。用百分数表示，即：U=e/E*100U=e/E*100 U U的大小直接反映空气距离饱和的程度。的大小直接反映空气距离饱和的程度。当空气饱和时：当空气饱和时：U=100%U=100%当未饱和时：当未饱和时：U 100%U 100%U 100%4）相对湿度定义：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压5）绝对湿度（绝对湿度（a）定义：单位容积湿空气中含有水汽质量，单位取g/m3。5）绝对湿度（a）定义：单位容积湿空气中含有水汽质量，单位6）比湿比湿(q)定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量（水汽质量加干空气质量）的总质量（水汽质量加干空气质量）的 比值，称为比值，称为比湿。比湿。g/gg/gq=mq=mw w/(m/(mw w+m+md d)m mw w为该团湿空气中水汽的质量；为该团湿空气中水汽的质量；m md d为该团湿空气中为该团湿空气中干空气的质量。由此公式和状态方程可得：干空气的质量。由此公式和状态方程可得：q=q=0.6220.622e/pe/p注意：上式中气压（注意：上式中气压（P P）和水汽压（）和水汽压（e e）必须采用相）必须采用相同的单位）。同的单位）。6）比湿(q)定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空7）露点露点(td)定义：在空气中水汽含量不变，定义：在空气中水汽含量不变，在一定的气压条件下使空气冷在一定的气压条件下使空气冷却达到饱和时的温度，称为露却达到饱和时的温度，称为露点温度点温度,简称露点。单位与气简称露点。单位与气温相同。温相同。7）露点(td)定义：在空气中水汽含量不变，在一定的气压 实际气温（实际气温（t t）与露点（）与露点（tdtd）之差表示空气距离）之差表示空气距离饱和的程度。值越大说明相对湿度越小。饱和的程度。值越大说明相对湿度越小。当当ttdttd时，空气未饱和时，空气未饱和 ；ttd ttd时，空气过饱和；时，空气过饱和；t=tdt=td时，空气饱和时，空气饱和 实际气温（t）与露点（td）之差表示空气距离饱4.风风风：空气的水平运动就叫风。风：空气的水平运动就叫风。风向：指风的来向。风向：指风的来向。地面风向用地面风向用16个方位表示；个方位表示；高空风向用方位度数（共分高空风向用方位度数（共分360）表示，以）表示，以0（或（或360）表示正北，）表示正北，90表示正东，表示正东，180表示正南，表示正南，270表示正西。表示正西。风速：单位时间内空气移动过的距离（风速：单位时间内空气移动过的距离（m/s、km/h）4.风风：空气的水平运动就叫风。气象学基础课件例如：南例如：南风4 4级 八八级西南西南风例如：南风4级 5.云云 云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。底部不接触地面，并有一定的厚度。底部不接触地面，并有一定的厚度。云的观测包括：云状、云量和云高云的观测包括：云状、云量和云高5.云 云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。底部不方法：将地平以上全部天空划分为方法：将地平以上全部天空划分为10份，被云遮蔽的份，被云遮蔽的份数即为云量。份数即为云量。（欧美将天空划为（欧美将天空划为8份，以云占天空八分之几的份，以云占天空八分之几的 面积面积计作云量）计作云量）例：碧空无云：例：碧空无云：云量为云量为0 天空一半为云：云量为天空一半为云：云量为5 遮空蔽日：遮空蔽日：云量为云量为10云量：云遮蔽天空视野的成数。云量：云遮蔽天空视野的成数。方法：将地平以上全部天空划分为10份，被云遮蔽的份数即为云量6.蒸发蒸发蒸发：气象学中把液态水变为水汽称为蒸发。蒸发：气象学中把液态水变为水汽称为蒸发。蒸发量：指在一定时段内，水分经蒸发而逸入蒸发量：指在一定时段内，水分经蒸发而逸入 空中的量，称为蒸发量。空中的量，称为蒸发量。mm蒸发量用小型和蒸发量用小型和E601型蒸发器测定。型蒸发器测定。6.蒸发蒸发：气象学中把液态水变为水汽称为蒸发。7.降水降水定义：从云中降落到地面的液态或固态水称为降水。定义：从云中降落到地面的液态或固态水称为降水。表示方法：降水的形态、降水的性质、降水量和降水强表示方法：降水的形态、降水的性质、降水量和降水强度表示。度表示。测定仪器：降水量采用雨量器测定，单位测定仪器：降水量采用雨量器测定，单位mm降水量连续变化采用翻斗式遥测雨量计和虹吸式雨量计降水量连续变化采用翻斗式遥测雨量计和虹吸式雨量计测定。测定。7.降水定义：从云中降落到地面的液态或固态水称为降水。定义：指视力正常的人，在当时天气条件下，能定义：指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物的最够从天空背景中看到和辨认出目标物的最大水平距离。单位大水平距离。单位:km8.水平能见度水平能见度定义：指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景空气的状态可以用密度、体积、气压、温度来表空气的状态可以用密度、体积、气压、温度来表示。示。状态方程：用来表示上述四个物理变量之间的关状态方程：用来表示上述四个物理变量之间的关系或规律的方程。系或规律的方程。3 状态方程空气的状态可以用密度、体积、气压、温度来表示。3 状态方程Pd=dRdTd 干空气的密度。在标准气压（干空气的密度。在标准气压（1013.25hp）和温）和温度（度（273K）d=1.293kg/m3Rd干空气比气体常数。干空气比气体常数。=287Jkg-1K-11.干空气状态方程干空气状态方程Pd=dRdT1.干空气状态方程2.湿空气状态方程湿空气状态方程P=RdTv空气的密度。空气的密度。Tv虚温虚温。Tv=T(1+0.378e/P)T 湿空气温度湿空气温度e 湿空气水汽的分压湿空气水汽的分压P 湿空气的气压湿空气的气压2.湿空气状态方程气象学基础课件