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1、第四节 主要气象要素,气象要素：表征大气状态和现象的物理量。例如，气温、空气湿度、气压、风,一、气温,1、定义：表示空气冷热程度的物理量,2、温标,关系：,3、观测,地面气温指离地1.5m（我国）高处百叶箱里的气温,二、气压,1、定义：大气压力,2、单位：国际单位 帕（Pa)气象上常用 百帕（hPa）标准大气压=1013.25 hPa,3、测量：,三、空气湿度,1、定义：表示空气中水汽含量多少或潮湿程度的物理量。,2、水汽达饱和,3、湿度参量(p19),由水汽和平面纯水（或纯水）组成的系统，在某温度下达到两相平衡时，称为水汽达饱和。,有很多个,1）水汽混合比r,单位：kg/kg,2)比湿 q,
2、单位：kg/kg,q于r的关系：,3)绝对湿度（水汽密度),单位：kg/m3,V为湿空气体积,4）水汽压e：湿空气中水汽的分压强。单位 为hPa,相对于纯水(冰）平面的饱和水汽压 E w（Ei），仅是温度的函数，随温度升高而增大,饱和水汽压计算公式（p21）,5）相对湿度 f,6）露点 td、霜点 tf,湿空气在水汽含量不变的情况下，等压降温至相对于纯水平面达饱和时的温度，称为露点；等压降温至相对于纯冰平面达饱和时的温度称为霜点。,四、风,1、风的概念,1）空气相对运动形成风,大气科学中的风以地面为参照物，分水平风、垂直风,2）风是矢量，水平风是二维矢量,3）水平风有两种描述方法：分量法、方向
3、大小法,2、风向,1）指风的来向,2）表示方法：用16个地理方位,用方位角,3、风速,表示方法,1）单位时间里空气所经过的距离。单位：m/s、mile/h,地面风向表示方法,在地面天气图上，用下列图示来表示风，风尾长划风速为4米/秒，即风力为2级，短划风速为2米/秒。一个风旗，表示风力为8级。风尾和风旗均放在风杆的左侧。,西南风5级,东南风12级,天气图上风的表示方法,2)风级,热带低压(中心附近最大风力67级)热带风暴(89级)强热带风暴(1011级)台风(12级)。,例如，热带气旋用风级划分为：,第五节 大气静力学方程 一、方程推导,假定大气处于静力平衡状态，即大气相对于地面静止，达到力的
4、平衡。,任取一块截面积为1m2，厚度为dz的铅直气柱，对它进行受力分析,（）称为大气静力学方程的微分形式,（）称为大气静力学方程的导数形式,当大气静止或只做匀速垂直运动时，大气静力学方程精确成立。,当大气有弱的垂直加速度时，大气静力学方程近似成立。,二、适用条件,大气运动具有准水平性，即任意时刻大部分空间范围的大气以水平运动为主。垂直加速度一般小于0.1cm/s2,比重力加速度至少小4个数量级。,大气静力学方程不仅适用于静止大气，而且也适用于一般大气，不适用于有强垂直运动的大气（见图）,三、应用,1、用来定义平衡气压（大气静力学气压）,对（）式两边积分，,得,即以某高度z1上的平衡气压等于从该
5、高度直到大气上界的单位截面铅直气柱的重量。,2、求气压阶hp(p31),1）定义：垂直气柱中每减小单位气压所对应的几何高度增加量,3）影响因子,3、计算气压标高Hp,1）定义,标高分气压标高和密度标高，这里只介绍前者,气压标高表示气压随高度的变化趋势，定义式为(平面平行大气的假设下),2）计算式,3）等温大气的标高,对（）式变形后两边积分，得,对于等温大气，Tv不随高度变化，故Hp也不随高度变化，所以,对于等温大气，Hp在数量上等于气压减小到起始气压的1/e所需要的高度增量。,4、用来推导模式大气的压高公式,压高公式：表明气压与高度间关系的公式。,模式大气：是满足一定假设条件的大气。,1）等温
6、大气,a)定义：虚温或温度不随高度变化的大气,b)压高公式：,把（）代入，有,在气象观测中，常用（）求算等压面位势高度和海平面气压换算。,c)上界（p=0 的高度）：无上界,2）多元大气,a)定义：气温随高度线性变化的大气称 为多元大气。,b)压高公式：设,，代入大气静力学方程中可推导出,c)上界：,3）均质大气,a)定义：空气密度不随高度变化的大气称为均质大气。,b)压高公式：,c)上界：,数值上等于低层大气的标高。,卓奥友峰 8201米8000米是人类生存的极限,d)铅直温度递减率,由均质大气压高公式和状态方程，求得均质大气铅直温度递减率为：,变形，得,由（）式发现，,所以，也称为自由对流
7、铅直温度递减率,四、标准大气,1、定义（WMO的定义）,所谓标准大气，就是能够粗略地反映出周年、中纬度状况的，得到国际上承认的，假定的大气温度、压力和密度的垂直分布。它的典型用途是作为压力高度计校准、飞机性能计算、飞机和火箭设计、弹道制表和气象制图的基准。假定空气服从使温度、压力和密度与位势发生关系的理想气体定律和流体静力学方程。在一个时期内，只能规定一个标准大气，这个标准大气，除相隔多年做修正外，不允许经常变动。,2、美国1976年标准大气：,是对美国1962年标准大气的修正，它表示了中等太阳活动期间，由地面到1000km的理想化、静态的中纬度平均大气结构。,3、我国国家标准：,我国国家标准
8、总局规定，在建立我国自己的标准大气之前，可使用1976年美国标准大气，取其30 km以下部分作为国家标准。,第六节 气压场,气压场：气压的空间分布。气压的三维空间分布称为空间气压场；气压的水平分布称为水平气压场。,一、基本概念,1、等高面图,等压面：指空间气压相等各点组成的 曲面，见下页图,等高面：海拔高度相同的各点组成的曲面,等高面上的等压线：是等高面上气压相同点的连线。是等压面与等高面的交线。,目前地面天气图，就是高度为零的等高面图，在地图上填上海平面气压值，绘制等压线，此外，地面天气图上还标有其他天气符号和等值线。,2、等压面图,用高度间隔相等的若干等高面去截某等压面P，将所得截线即等高
9、线都投影到水平面上，便得P等压面上的许多等高线。构成等压面图的主体。,目前气象台绘制的高空天气图就是一组等压面图。其上除等高线，还有其他等值线和天气符号。,注：这里的高度为位势高度,3、位势高度,1）重力位势,把单位质量的物体从海平面上（重力位势为零）抬升（沿任意路径）到Z高度时，外力克服重力所作的功。,2）位势米gpm,质量为1千克的物体在标准重力加速度g0下，上升1m所增加的势能为1位势米。,3）位势高度与几何高度的关系,4）计算位势高度的测高公式,已知两个气压，求气压间的位势高度,对（）两边微分，有,把（）和状态方程代入大气静力学方程中，有,（）可化为,（）式两边积分，有,则（）式化为,二、气压场的基本型式,三、气压系统的空间结构,（1）气压场与温度场重合时的气压系统的空间结构,冷高压、暖低压系统是浅薄系统；,暖高压、冷低压系统是深厚系统,（2）气压场与温度场不重合时的气压系统的空间结构,低压的中心轴线随高度向冷区偏移，高压的中心轴线随高度向暖区偏移.,
