总复习提纲.docx

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总复习提纲

第一章

1）区分：

天气和气候定义（时间尺度、天气状态）；

气候和天气的概念是相互区别又紧密联系的。

天气是某地区在某一瞬间或某一短时间内的大气状态（如气温、湿度、气压等）和大气现象（如风、云、雾、降水等）的综合。

天气过程是大气中的短期过程。

气候是在太阳辐射、下垫面和大气环流的影响下形成的天气的多年综合状况。

1）时间尺度上

2）天气状态上

2）气候系统；

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。

主体——大气圈

下垫面——水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈

能量源——太阳辐射

3）大气的组成（成分）；且概念：

干洁大气、大气气溶胶粒子；

大气是由多种气体混合组成的气体及悬浮其中的液态和固态杂质所组成。

其中，氮（N2）、氧（O2）和氩（Ar）三者占99.96%氮气（N2）：

生命体的基本成分，植物的养料；缓释氧化作用，氧气（02）：

生命保障（呼吸作用）、（光合作用）

其实供应大气中氧的主要来源，是在海洋、湖泊等水体表面的浮游生物——藻类。

1、水汽（H20）:

蒸发和蒸腾作用，有水相变化，

成云布雨，水循环纽带。

2、臭氧（03）:

吸收紫外线，防护和保温作用——“臭氧保护层”。

“臭氧空洞”现象

3、CO2,CH4,N20，NO2，SO2和H2S等：

含量少，温室气体。

来源—地表火山喷发、燃料燃烧、动植物呼吸及有机物腐败等，主要集中在20km以下大气浅薄底层。

含量—城市工业中心、火山周围较高，农村较少。

4、气溶胶粒子：

云、雾、霾、降水等中作用重大

干洁大气——

大气气溶胶粒子——

4）大气结构分层，特别是热力结构分层（5层，注意顺序）和每层的特征；

1、按热力结构分为五层（重点）：

对流层、平流层、中间层、热成层、散逸层

2、按大气化学成分分为两层：

匀和层（匀质层）和非匀和层（非匀质层）

3、按大气电磁特性分为两层：

电离层和电磁层

1）对流层（troposphere）

地面向上约至12Km.

此层具有三个明显特征：

*气温随高度增加而降低（γ=-dT/dZ=0.65℃/100m）；

*垂直对流混合作用强烈（云、雾、雨等重要天气出现在此层）；

*气象要素水平分布不均匀。

2）平流层（stratosphere）

对流层顶至55Km左右。

此层：

气温出现逆温现象（∵层顶附近的O3层）。

大气稳定，无垂直运动现象，多为平流运动。

适合飞行、航空运输。

3）中间层（mesosphere）

平流层顶约至85Km。

此层：

类同于对流层温度（随h↗，t↘）；

但是水汽含量少，无强烈的垂直运动，多无云层。

4）热成层（thermosphere）

又称热层或暖层，位于中间层之上，没有明显顶部。

该层：

气温随h↗迅速↗（∵光化学和电离反应）；

热量传输依靠热传导作用；

空气处于高度电离作用（又称电离层）；

对无线广播作用重大。

同时，高纬度地区的此层可能会出现极光现象。

5）散逸层

又称为外层或外逸层。

该层:

高温且变化很小，空气粒子运动速度大；

大气圈与星际空间的过渡地带。

5）大气物理性质，主要涉及气象要素——气温、气压、湿度（8个参数）、风、云量、降水量、能见度等。

1.1气温temperature（t或T）

一般指某时刻离地1.5m左右，处于通风防辐射条件下温度表读取的温度，作为当时的气温。

单位：

摄氏温标t（℃）、华氏温标F（℉）、绝对温标T（K）

当气压为1013.25hPa时，纯水的冰点为0℃，沸点为100℃，其间均分为100等分后，其中每1份即为1℃其中，摄氏温标、华氏温标及绝对温标的温度间隔均为1度。

三种温标的转化关系为：

t（℃）=T（K）-273.15;t（℃）=5/9*（F（℉）-32）

特殊地，0K=-273.15℃；

☆气温的测量：

多用温度计或温度表等来测量。

气象上，气温一般以百叶箱中的干球温度来表示；它由干球温度表来测量。

（温度表除了干球温度表外，还有湿球温度表（测湿度用））

1.2气压pressure（P）

Def:

指大气压强，是空气的分子运动与地球重力场综合作用的结果。

P=F/S

单位：

Pa（帕斯卡）或hPa（百帕）1hPa=100Pa=100N/cm2“托利拆利”试验:

P=ρgh；单位也可用mmHg.1mmHg=4/3hPa气象上还用：

mb（毫巴）。

1mb=1hPa

☆标准条件下（0℃，纬度45°的海平面处），单位面积上承受760mm水银柱的压力作为一个标准大气压强。

即：

1个标准大气压=1013.25hPa或760mmHg

☆气压测量：

多用水银气压表、空盒气压计/表等。

1.3湿度（humidity）

Def:

表示大气中水汽量多少的物理量。

大气湿度状况与云、雾、降水等关系密切。

1）混合比γ

指湿空气中水汽质量mw与干空气质量md之比，即：

γ=mw/md,单位：

g/g,mg/mg或kg/kg.

2）比湿q（又称：

质量浓度）

指湿空气中水汽的质量mw与湿空气质量m的比值，即：

q=mw/m=mw/（md+mw）,单位：

g/g或g/kg.

3）水汽压e

指大气中的水汽所产生的那部分压力而形成的压强e，单位：

hPa.

4）饱和水汽压E：

指在温度一定的状况下，单位体积空气中的水汽含量是有一定限度的，如果水汽含量达到此限度，空气就呈现饱和状态，此时的空气称为饱和空气；该饱和空气的水汽压强E就称为饱和水汽压，也称为最大水汽压。

分为两种：

水面饱和水汽压Ew和冰面饱和水汽压Ei。

水面饱和水汽压——在一定的气压和温度下，水汽和纯水平面达到汽液两相中性平衡时所需要的水汽压强；

冰面饱和水汽压——在一定的气压和温度下，水汽和纯冰平面达到汽固两相中性平衡时所需要的水汽压强。

饱和水汽压E是关于温度的函数，随t↗,E↗

（克拉珀龙——克劳修斯方程证明）.

5）饱和差d（水汽饱和差）

指一定温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差，它表示实际空气距离饱和的程度。

即：

d=E-e.

6）相对湿度f

指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：

f=e/E*100%它更能直接反映空气距离饱和的程度，百分数表示。

7）绝对湿度ρw（又称水汽密度或水汽浓度）

指单位体积湿空气中所含的水汽质量。

即：

ρw=mw/V.单位：

g/l或g/ml

8）露点Td（露点温度dew）

指空气中水汽含量不变，气压一定的前提下，使空气冷却达到饱和时的温度。

一种设想温度，反映水汽压或绝对湿度的大小。

“气温—露点差”（t-td）判断空气距饱和的程度。

总结：

☆γ、e、q、ρw和Td代表了空气中水汽含量多少；

☆f、d、t-td则代表了空气距离饱和的程度

1.4降水precipitation

Def：

指从天空降落到地面的液态或固态水。

1）降水量

指降落到地面上未经蒸发（融化）、渗透和流失（径流）的液态或固态降水的积水量。

常以积水深度表示，单位：

mm.

2）降水时数

指降水实际持续的时间，以h或min为单位.

3）降水强度

指单位时间的降水量，单位：

mm/h.

☆测量降水量的仪器有：

雨量器、虹吸式雨量计和翻斗式雨量计。

☆降水时数和强度的测量，常用降水量自记仪上获取

4）高纬度地区，测量雪深和雪压。

雪深——从积雪表面到地面的垂直深度，以cm为单位；

雪压——积雪所形成的压力。

一般当雪深超过5cm时，需测雪压（g/cm2）.

☆降水量表征某地气候干湿的状态；

特别地，雪深和雪压反映高纬度地区当地的寒冷程度

1.5风wind

Def：

空气的水平运动称为风，它表示气流运动的状况，有数值大小（风速）表示运动快慢；方向特性描述（风向）表示运动来去方位。

风是个矢量（或向量）。

1）风速V（windspeed）

指单位时间里空气所经过的距离。

单位：

m/s，km/h，mile/h或knot（海里/小时）

换算关系：

1m/s=3.6km/h1knot=1.852km/h

1km/h=0.28m/s1knot=0.5m/s

气象上，根据风速范围，制定了风级来表征风力大小。

国际上通用“蒲福风级”

2）风向（winddirection）

指风的来向，即水平气流的风向。

☆风是气流运动形成的，有瞬时性、多变性，脉动性。

☆地面风用16方位表示，高空风用方位度数来表示。

3）风的测量：

风向测量常用风向标；风速测量常用旋转式风速计。

1.6云量（cloudcover）

云是漂浮于大气中的小水滴或（和）冰晶微粒的可见聚合体，其底不接地，具有一定厚度。

Def:

云量是指云遮天空视野的成数。

云的观测项目，一般包括：

云状、云量和云高三项。

1.7能见度（visibility）

Def:

指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到和分辨出目标物的最大水平距离。

常用单位：

m或km。

能见度的影响因素主要有：

目标物与背景亮度对比、观测者的视力指标、大气透明度等。

第二章

1）太阳辐射、太阳辐射光谱图、太阳常数Io；

2.1太阳概况

巨大的炽热的等离子体球，主要由氢（约71%）、氦（约27%）以及其他元素构成。

☆太阳大气大致分为：

光球层、色球层和日冕层。

*太阳黑子、光斑、耀斑、米粒组织等细节发生于光球层表面；

*太阳黑子和日斑（光斑、耀斑）的平均周期11year,对地球通讯、气候变化、地震等现象有关系；

*日冕层外部易形成太阳风。

☆太阳内部大致分为：

日核、辐射层和对流层。

2.2太阳辐射光谱和太阳常数

1）太阳是个炽热的气体球，它不停地向外辐射能量。

太阳辐射中辐射能按照波长的分布，称为太阳辐射光谱。

如图。

2）太阳常数I0

在大气上界的日地平均距离处，垂直于太阳光线的单位面积内，单位时间内获得太阳辐射能量，称之为太阳常数。

I0=1368W/m2（WMO,1981）

2）太阳辐射在大气中的传输过程（吸收、散射、反射），分别带来什么结果或现象，能用3个传输过程解释一些现象。

3.1大气对太阳辐射的吸收

吸收是指投射到介质上面的辐射能中的一部分被转变为物质本身的内能或者其他形式的能量。

太阳辐射在大气中向前传播，能量会不断被削弱；大气会吸收能量而被加热，气温会升高。

大气对太阳辐射吸收是有选择性的：

N2和O2主要吸收紫外和可见辐射区；水汽（H2O）主要吸收红外区；CO2主要吸收大于2μm的红外；O3主要吸收紫外和红外区；悬浮的水滴、尘埃等杂质吸收红外部分

3.2大气对太阳辐射的散射

电磁辐射在遇到大气中的气体分子以及悬浮的尘埃、云滴、雨滴、冰粒和雪花粒子等时，会使一部分入射波能量改变方向射向四面八方，使原方向的辐射被削弱，产生散射现象。

散射是全波段性的，且与波长及散射介质质点的相对大小有关。

依据波长λ和粒子直径2r大小的对比关系有三种散射的分类（α=2πr/λ）:

1）α＜＜1,即r＜λ时，分子散射（或瑞利散射Rayleigh）.

气体分子对可见光的散射属于此类；如：

雨后天晴，天空呈青兰色；

2）0.1＜α＜50,即r≈λ时，米散射（或大颗粒散射）.

尘埃、云滴的散射属于此类；如：

阴霾天或雾天，天空呈灰白色；

3）α＞50,即r＞＞λ时，几何光学散射.

大雨滴对可见光的散射属于此类；如：

虹、晕现象。

3.3大气云层和尘埃对太阳辐射的反射

云层和较大颗粒的尘埃会对太阳辐射中的一部分反射到宇宙空间去，其中云的反射作用最明显.反射对波段也是无选择性的，所以反射光呈白色。

3.4太阳辐射在大气中的传输总结

太阳辐射在大气上界（I0）开始向下传输，在到达地面之前，经由大气的吸收、散射，还有云层等的反射共同作用，削弱成到达地面的太阳辐射。

以上三种方式中，反射作用最重要，散射次之，吸收作用最小。

问：

日出、日落，太阳四周呈红？

答：

波长较短的蓝色光被散射掉，剩下波长较长的红橙色光。

3）大气透明窗口的定义；

特别地，对于大气对太阳辐射的吸收很弱，透射率较高的波段，称为大气透明窗（大气光谱窗或大气窗口）。

4）太阳总辐射（包括：

直接辐射和散射辐射），这三个名词的基本定义、影响因子、时空分布规律。

其中，太阳高度角h定义记住.

到达地面的太阳辐射——太阳总辐射

分为两部分：

太阳直接辐射和太阳散射辐射。

太阳直接辐射（directradiation）——太阳以平行光线的形成直接投射到地面上的辐射能;

太阳散射辐射（scatteredradiation）——太阳辐射遇到大气中气体分子、尘埃等产生的散射，以漫射形式到达地球表面的辐射能。

直接辐射（一种平行光辐射）,影响因子主要有：

太阳高度角和大气透明度。

1）h越小，等量的太阳辐射散布的面积s越大，因而单位面积上获得的太阳直接辐射就越小；

2）h越小，太阳辐射穿过的大气层路径相对愈长，太阳辐射被削弱的越多，到达地表的太阳直接辐射就越少。

3）太阳直接辐射的时空分布

日变化：

日出和日没时，h最小，直接辐射最弱；正午时，h最大，直接辐射最强。

年变化：

夏季最强，冬季最弱。

空间变化：

年直接辐射，低纬度比中高纬度要大。

散射辐射1）影响因子：

h及p.

h增大时，散射辐射相应增强；反之，散射辐射削弱；P减小时，大气透明度不好，散射辐射增强；反之，大气透明度变好，散射辐射削弱。

解释：

阴天比晴天散射辐射要大。

2）散射辐射时间变化（h，mainly）：

一日之内，正午前后最强；一年之内，夏季最强。

4.3太阳总辐射

影响因子：

h&p.

总辐射时空规律：

1）日变化：

日出前，地面的太阳总辐射只有散射辐射；日出后，随h↗，总辐射↗（前提：

无云）（直接辐射增加最大，散射辐射也增加，但比重减小）；

2）年变化：

月均总辐射强度在夏季最大，冬季最小。

3）空间分布：

总辐射随纬度的分布一般为：

纬度越低，总辐射越大；反之，纬度高，总辐射降低。

注意：

实际总辐射并非如此，因为赤道地区多云。

5.地面对太阳辐射的反射

投射到地面的太阳辐射，会被地面吸收，但是并非完全吸收，其中一部分会被反射。

反射状况决定于地面表的性质和状态。

即使总辐射强度一样，不同性质的下垫面得到的太阳辐射仍然有很大差别，这是地面温度分布不均匀的原因之一。

1）太阳高度角h：

指太阳光线入射方向与该地作垂直于地心的地表切线的夹角，即太阳光入射方向和地平面（海平面）之间的夹角。

Sinh=SinψSinδ+CosψCosδCost,h∈[0°,90°]

5）大气辐射（长波辐射）的作用，其中注意：

大气逆辐射的保温作用，掌握大气逆辐射和温室效应的定义；

1.大气辐射

大气质点吸收地面长波辐射后，再产生向外的长波辐射，称为大气辐射。

其中，向地球表面方向辐射的部分，称之为大气逆辐射“Ea”。

大气逆辐射作用——“保温效应”（温室效应或花房效应）

6）地气系统辐射中，关于地面有效辐射定义，影响因子，并能解释一些现象；

Def:

地面辐射和地面吸收的大气逆辐射之差，称为地面有效辐射F0。

即：

F0=Eg-δEa.

F0的影响因子有：

地面温度、空气温度、空气湿度、大气透明度状况、风、云况等。

解释：

1）空气污染严重的城市较一般城市温度高？

2）有云夜晚比晴天暖？

回答：

Ea部分的大小不同。

有污染和有云的地区对地面的长波辐射强烈吸收，会使大气逆辐射部分增大，从而影响F0的减小，也是近地层和下垫面损失能量减少，温度略有提高。

7）辐射差额中，大气辐射差额Ra的时空分布特征，地面辐射差额Rg的时空分布规律；

3.1大气的辐射差额RaRa=qa+F0-F∞

整层的大气辐射差额Ra为负值，大气是损失能量的。

如果大气要维持热平衡，肯定需要依靠热源（即下垫面），以其他方式来补充损失的那部分能量。

3.2地面辐射差额RgRg=α*Q总-F0=（Q+q）*（1-γ）-F0

Rg>0,地面有热量积累；Rg<0，地面因辐射有能量亏损

Rg日变化规律：

一般，白天为正值，夜晚为负值，正午时刻max；年变化：

夏季大，冬季小。

空间变化：

低纬度地区比中高纬度要大。

8）天文气候带（半球中7个带），划分依据是什么？

将全球划分为：

赤道带、热带、副热带、温带、副寒带、寒带、极地带7个天文气候带别。

划分依据：

9）了解影响气温变化的因素；

大气热量（气温）变化的主要因素：

纬度因素、地形因素（高度、坡向）、海陆分布因素

气温变化规律:

高纬度地区，气温较低；低纬度地区气温较高。

气温变化规律:

海拔越高，气温越低；同时，山地又分阴坡和阳坡，阳坡>阴坡气温。

∵海水热容量大于大陆

特征：

①海洋吸/放热慢，升/降温慢，对热能反应

迟缓，气温变化缓慢。

②大陆吸/放热快，升/降温快，对热能反应

迅速，气温变化快。

10）大气热量变化的方式有两种，绝热和非绝热。

非绝热变化的定义和方式；绝热变化分为2种，定义和绝热递减率如何？

12.大气热量变化的方式

有两大类：

非绝热变化和绝热变化。

非绝热变化—由空气与外界有热量交换引起的

绝热变化—由外界压力对空气作功引起的，且没有与外界发生热量交换过程。

2.1气温的非绝热变化（diabaticchange）

指空气块（团）在运动过程中，与外界发生热量交换引起的气温变化。

空气块与外界通过5种方式进行热量交换。

1）传导：

指依靠分子的热运动将能量从一个分子传递给另一个分子，达到热量平衡的热交换方式。

地面和大气是热的不良导体，只在贴地层表现。

2）辐射：

大气主要吸收地面长波辐射而增温，地面吸收大气长波逆辐射进行热量交换。

3）对流

当暖而轻的空气上升，周围冷而重的空气给予补充，这种升降运动称为对流。

这种热交换方式主要针对上、下层的两空气层之间，特别是在大气对流层中。

4）湍流（乱流）turbulence

指空气的不规则运动。

产生的原因主要是空气块间的摩擦或空气流与粗糙不平的下垫面之间的摩擦所产生的。

这种方式在摩擦层中是重要的热量交换形式。

5）蒸发（升华）或凝结（凝华）

水在蒸发（冰在升华）时要吸收热量，水汽在凝结或凝华时要放出潜热。

2.2气温的绝热变化（adiabaticchange）

指空气块（团）在运动过程中，因外界压力变化使气块（团）作膨胀或压缩，引起气块（团）内部气温变化的现象。

大气中，作垂直运动的气块，其状态变化通常接近于绝热过程。

气温的绝热变化形式可分为：

干绝热变化和湿绝热变化。

1）干绝热变化

Def:

指不含水汽的干空气块（团）和未饱和的湿空气块（团），在作垂直单位距离的上升或下降运动过程中，因外界大气压力出现降低或上升后，使气块（团）本身温度发生的变化。

气块绝热上升单位距离时，其温度的降低值称为：

绝热垂直减温率。

对于干空气团和未饱和湿空气块来讲，称为干绝热直减率γd。

γd=-dT/dZ=g*Ti/Cp*T=0.98K（℃）/100m

2）湿绝热变化

饱和湿空气块（团）在垂直运动单位距离过程中，外界压力有变化，除了气块（团）内部的空气分子密度有变化外，气块（团）的水汽会发生凝结或蒸发现象，伴随会发生释放凝结潜热，由此气块（团）温度的发生相应变化。

饱和湿空气块上升运动后，水汽凝结，释放潜热，补偿了一部分空气上升降温的值，则气温比干空气上升相同距离，气温下降的少。

对于饱和的湿空气块来讲，气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称为湿绝热直减率γm。

则γm<γd<1℃

2.3总结

空气块温度变化的主要原因是空气的热量高低，变化方式也根据空气块的状况决定是绝热或是非绝热变化。

就空气块而言，存在着两种变化状态：

1）空气块在原处与周围空气块间或地表的热量交换；

2）空气块从一处移到另一处，或上升/下降到某处的热量交换。

实际中，空气块的热量变化是绝热和非绝热变化的综合。

11）大气稳定度的定义及分类，判定大气稳定度的方法和依据；

概念

指气块受任意方向扰动后，返回或远离原平衡位置的趋势和程度。

这种状况有三种趋势：

1）空气块受力移动离位后，减速并返回原来的位置的趋势（稳定层结）；

2）空气块离位后，加速运动并远离起始位置的趋势（不稳定层结）；

3）空气块离位后，不加速也不减速维持在移动后的位置的趋势（中性层结）。

3.2判别大气稳定度的基本方法：

（1）基本方法：

2）常用方法：

干绝热变化

湿绝热变化

3）总结：

a）γ越大，大气越不稳定；γ越小，大气越稳定；

b）γ<γm<γd,大气稳定（绝对稳定）；γ>γd>γm,大气不稳定（绝对不稳定）；

c）γm<γ<γd,对饱和空气来讲，大气不稳定（条件不稳定）；对未饱和空气来讲，大气稳定。

12）大气温度的特征分布（时间特征、空间特征）；

气温的时间特征

1）日变化：

一日内，有一个Max，一般出现在14时左右；有一个Min，一般出现在日出前后。

日较差特征和分布与纬度、季节、天气状况以及地理条件等有关

分布基本特征：

1）日较差最大地区在副热带，向高纬地区减小；

2）日较差夏季大于冬季，但最大值并不出现在夏至日；

3）阴天比晴天日较差小；

4）海上日较差比陆上小；山地较同纬度平地要小；沙漠地区大于潮湿地区。

2）年变化：

气温夏季明显高于冬季；海上落后于陆地。

气温年较差——一年中，气温max与气温min之差。

年较差分布特征也与纬度、海陆分布、地形等因素有关。

气温的空间特征

1）水平分布

一般用等温线（水平面上气温相等的各点的连线）图来表示，它的不同排列反映了不同的气温水平分布状况，具体来讲有如下特征：

A）等温线密集，表示气温水平变化梯度大；反之，，水平变化梯度小；

B）等温线平直，表示影响气温水平分布的因素少；反之，影响因素多；

C）等温线沿东西平行排列，表示气温变化以纬度因素为主；沿南北向（海岸线附近）平行排列，表示气温以距海远近的因素为主；

D）封闭的等温线，表示存在冷中心或者暖中心。

全球气温的水平分布特征（海平面）：

A）赤道地区气温高，向两极方向逐渐降低。

冬季等温线密集，夏季等温线稀疏，表明冬季南北温差大，夏季南北温差小；

B）南北半球等温线多有差异：

北半球不与纬圈平行，有较大弯曲，而在南半球多与纬圈平行，其原因是南北半球的海陆分布差异的影响；

C）全球气温最高的“热赤道”不与地理赤道吻合，大致随太阳直射点而变化。

一般，夏季约在20°N左右，冬季在5°N-10°N；

D）南半球最低气温出现在南极；北半球夏季最低气温在北极，冬季在西伯利亚东部地区。

热赤道——该地区1月和7月平均气温均高于24℃.

13）逆温现象定义和类型；

特殊情况：

逆温现象（一种相对稳定层结）

Def：

在一定条件下产生的上层空气温度高于下层空气温度的一种现象，称之为逆温

常见的逆温类型—五种：

辐射逆温、湍流逆温、平流逆温、下沉逆温、锋面逆温。

第三章（难点）

1）了解气压基本定义；P变化规律（定量描述角度——静力学方程和压高方程）；P变化的原因（动力