大氣物理學(xué)概述

1、1,大氣物理學(xué),2,學(xué)科位置 按研究范疇大體可劃分為： 自然科學(xué)：數(shù)、理、化、天、 地、生、工 程 與材料科學(xué)、 信息科學(xué)、管理科學(xué) 社會(huì)科學(xué),,3,地球科學(xué) 包括 大氣科學(xué) 、海洋科學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)等大氣科學(xué) 基礎(chǔ)學(xué)科：大氣物理學(xué)、大氣化學(xué)、大氣動(dòng)力學(xué)、天氣學(xué)、氣候?qū)W、大氣探測(cè)學(xué) 應(yīng)用學(xué)科：農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、水文氣象、醫(yī)療氣象、污染氣象、人工影響天氣等,

2、,4,大氣物理學(xué)一、定義 主要研究地球大氣現(xiàn)象與過(guò)程的物理機(jī)制和規(guī)律。 大氣現(xiàn)象與過(guò)程：大氣中流體運(yùn)動(dòng)、光象、電象、熱現(xiàn)象、相變過(guò)程、輻射過(guò)程。二、分支 大氣動(dòng)力學(xué)、大氣光學(xué)、大氣電學(xué)、大氣熱力學(xué)、云降水學(xué)、大氣輻射學(xué),5,1）近代大氣物理學(xué)起始階段（18世紀(jì)中葉~20世紀(jì)中葉）,大氣物理學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,1752，美國(guó)Franklin第一次用風(fēng)箏探明雷擊的本質(zhì)就是電。,1871，英國(guó)物理學(xué)家Rayleigh解釋了

3、天空蘭色的 現(xiàn)象,6,1908，德國(guó)物理學(xué)家G.Mie 解決了球形粒子的散射問(wèn)題,1859-1901，這兩位德國(guó)物理學(xué)家開(kāi)創(chuàng)了輻射定律,Max Karl Ernst Ludwig Planck （1858-1947）德國(guó)物理學(xué)家，量子力學(xué)的開(kāi)創(chuàng)人,G.R.Kirchhoff （1824-1887） 德國(guó)物理學(xué)家,7,2）大氣物理學(xué)高速發(fā)展階段（20世紀(jì)中葉以來(lái)）,具有重大實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的需要大大加速了大氣物理學(xué)的發(fā)展。,1）1946年

4、，美國(guó)物理學(xué)家I.Langmuir, V.J.Schaefer發(fā)現(xiàn)干冰可以催化云產(chǎn)生降水,2）需要掌握大氣環(huán)境演變規(guī)律，促使大氣邊界層與大氣湍流學(xué)科的發(fā)展,3）衛(wèi)星、雷達(dá)等遙感技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了大氣輻射學(xué)的研究,8,第一節(jié) 宇宙、地球、大氣的 起源和演化,9,10,第一節(jié) 宇宙、地球、大氣的 起源和演化 一、宇宙的起源大爆炸學(xué)說(shuō),按照Friedmann等人的理論，Russian American ph

5、ysicist George Gamow 和他的學(xué)生American physicists Ralph Alpher and Robert Herman （1940s）認(rèn)為過(guò)去必定存在一個(gè)有限的時(shí)刻，那時(shí)宇宙中的物質(zhì)被壓縮為極高密度的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)刻被稱(chēng)為“大爆炸”，也就是宇宙起源的時(shí)刻。,11,他們的計(jì)算結(jié)論是：作為“大爆炸”過(guò)程的遺跡，目前宇宙中應(yīng)普遍存在溫度約5K的背景黑體輻射。1989年，美國(guó)宇航局專(zhuān)門(mén)為此發(fā)射了宇宙背景探測(cè)者

6、衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，該輻射的譜分布與2．735K的黑體輻射完全相合，天空不同方向的相對(duì)溫差小于十萬(wàn)分之一。這就證明了背景輻射的黑體性和普適性。這種“背景輻射”的存在是“大爆炸”模型最令人信服的證據(jù)之一。通過(guò)現(xiàn)代物理學(xué)理論，可以模擬宇宙在大爆炸后1?10-43秒的狀態(tài)，但對(duì)于此時(shí)刻之前還沒(méi)有新的理論將萬(wàn)有引力和廣義相對(duì)論二者之間結(jié)合起來(lái)。,12,膨脹理論,,上世紀(jì)70年代，美國(guó)科學(xué)家Alan Guth、Paul Steinhardt和美

7、籍俄裔天文學(xué)家Andreas Linde提出從大爆炸后1?10-35秒開(kāi)始的1?10-32秒內(nèi)宇宙極速膨脹為原來(lái)的1?1050倍，然后減緩為近乎常速。認(rèn)為宇宙處于開(kāi)放與封閉系統(tǒng)的邊緣狀態(tài)?？山忉尨蟊▽W(xué)說(shuō)不能解釋的宇宙常速膨脹和宇宙的均勻性等問(wèn)題，被廣大理論天文學(xué)家認(rèn)同。上世紀(jì)90年代以來(lái)，觀測(cè)天文學(xué)家對(duì)該理論有不同看法，認(rèn)為宇宙應(yīng)該是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)。,13,膨脹理論圖示：白點(diǎn)代表星系，膨脹后相互遠(yuǎn)離,14,宇宙無(wú)限論：

8、有限無(wú)界論：,在17世紀(jì)，Galilei、Newton 在經(jīng)典力學(xué)體系的基礎(chǔ)上，建立了宇宙無(wú)限無(wú)邊的理論，即宇宙的體積是無(wú)限的，沒(méi)有空間邊界，無(wú)限的天體分布在無(wú)限的空間之中。,1917年，Albert Einstein在廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，提出了有限無(wú)界的靜態(tài)宇宙模型。認(rèn)為宇宙是有限無(wú)邊的，即宇宙空間的體積是有限，是一個(gè)彎曲的封閉體，這個(gè)彎曲的封閉體沒(méi)有邊界，類(lèi)似一個(gè)球面，面積有限，但沿著球面運(yùn)動(dòng)總是遇不到“邊”。該理論拉開(kāi)了現(xiàn)代宇宙學(xué)

9、研究的序幕。,15,二、地球與宇宙,銀河系中心,銀河系與河外星系,16,太陽(yáng)系,17,,2006年08月24日北京時(shí)間晚間9:30，第26屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)IAU大會(huì)就有關(guān)行星新定義的決議草案進(jìn)行了表決，通過(guò)新的行星定義。國(guó)際天文從而確認(rèn)太陽(yáng)系只有8顆行星，冥王星遭到徹底“降級(jí)”。冥王星被排除在行星行列之外，而將其列入“矮行星”?，F(xiàn)在太陽(yáng)系的天體包括：八大行星，矮行星和小天體。,18,19,,20,21,,22,,23,,24,25,2

10、6,地球形成,50億年前，地球的輪廓已初步形成。最初是個(gè)火球。隨著地球逐步冷卻，較重的物質(zhì)沉到中心，形成地核；較輕的物質(zhì)浮在上面，冷卻后形成地殼。,27,28,29,30,31,32,第二節(jié) 大氣組成一、氣體成分,33,第二節(jié) 大氣組成一、氣體成分,,90km以上大氣,1）空氣分子大部分都發(fā)生離解；2）空氣成分隨高度的分布逐漸變成按分子量（或原子量）大小排列。 從低層到高層依次為N2 、O、 He、 H,34

11、,第二節(jié) 大氣組成一、氣體成分,,90km以下干潔大氣均勻混合，稱(chēng)為均勻?qū)?1）按濃度時(shí)空變化是否明顯來(lái)分， 分為：,定常成分：濃度的時(shí)空變化不明顯 的氣體成分。主要包括N2、O2、惰性氣體,可變成分：定義略。例如，水汽、 CO2、O3、CH4等,35,2）按濃度,主要?dú)怏w：濃度≥1%，包括N2、O2、Ar,微量氣體：1ppm—1%，包括CO2、CH4 、Ne 、 He、 K

12、r、 水汽（2 ppm—4%,痕量氣體：＜ 1ppm，包括（見(jiàn)表）,36,37,大氣的組成餅圖,一些概念,38,干潔大氣：不含水汽和懸浮顆粒物的大氣,平均分子量：90km以下，空氣平均分子量為28.966，不隨高度變化,空氣密度： 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（p=1013.25hPa, t=0℃）下，干空氣密度為1.29kg/m3,39,4、重要?dú)怏w成分的作用,1）主要?dú)怏w—氮、氧 對(duì)生命活動(dòng)有重要意義，但對(duì)天氣、百萬(wàn)年尺度的氣候變化沒(méi)

13、有什么作用。,2）微量、痕量氣體—水汽、CO2 、O3,a)水汽 是云和降水的源泉； 在全球能量平衡中起重要作用，影響 地面和空氣溫度； 是地球系統(tǒng)的水循環(huán)中起重要角色。,40,41,地表上的水 – 全球年水量平衡,42,b) CO2c) O3,43,The current concentration of CO2 is about 365 ppm (part per million), as compa

14、red to the pre-industrial concentration of about 285 ppm. This is an increase of about 28%.This increase is primarily due to the burning of fossil fuels (also some loss of biomass),44,,Fig. 1-4, p. 7,45,,Fig. 1-3, p.

15、 6,46,,,Increase in catastrophic flood events,47,,Global average sea level has risen and ocean heat content has increased,48,Increase in frequency and intensity of droughts,Source: OSTP,49,Snow cover and ice extent hav

16、e decreased,復(fù)習(xí),大氣物理行星大氣地球大氣的演化現(xiàn)代大氣的組成,50,大氣污染,51,52,,53,,54,55,56,57,58,歷年的南極臭氧,59,60,紫外輻射的波段、人體健康影響和臭氧層的吸收作用,,61,62,63,64,,65,,66,67,,68,,69,,70,,71,,72,,73,,74,75,全球年總降水量=500000 km3全球年總蒸發(fā)量=500000 km3陸地年總降水

17、量=110000 km3陸地年總蒸發(fā)量= 70000 km3 余40000 km3,76,三、大氣氣溶膠粒子1、定義： 尺度范圍：1nm-100μm,大氣中分散、懸浮有液體或固體微粒時(shí)的氣體和懸浮物的總體系稱(chēng)為大氣氣溶膠。而其中的懸浮物就稱(chēng)為氣溶膠粒子。,77,2、分類(lèi) 1）云降水學(xué)分類(lèi)（按半徑分類(lèi)） 2）大氣環(huán)境學(xué)分類(lèi),愛(ài)根核：半徑在0.0

18、1到0.1微米之間。大核：半徑在0.1到1微米之間。巨核：半徑大于1微米。,TSP、降塵、PM10、PM2.5、塵粒、粉塵、灰霾、等。,78,3、大氣氣溶膠粒子的源和匯 1）源,據(jù)估計(jì)，全球氣溶膠質(zhì)粒主要是自然界產(chǎn)生的，人工來(lái)源僅為自然來(lái)源的五分之一。 包括海水飛沫（見(jiàn)下圖）、氣粒轉(zhuǎn)換、風(fēng)揚(yáng)沙塵、火山爆發(fā),79,80,2）匯 即氣溶膠粒子被移出大氣的過(guò)程。,按是否有水質(zhì)粒參與，分為干移出、濕移出。

19、,81,干移出過(guò)程：指質(zhì)粒在干的狀況下移出大氣的過(guò)程。包括重力下沉、附粘移出。濕移出過(guò)程：指質(zhì)粒受雨雪或云霧滴等影響而下沉到下墊面移出大氣的過(guò)程。包括凝長(zhǎng)下沉、碰并下沉。,82,4、大氣氣溶膠粒子在大氣過(guò)程中的作用,1）在云霧降水中的作用； 可作為水汽凝結(jié)和凝華以及水滴凍結(jié)的核 心，即部分大氣氣溶膠粒子可作為CCN（cloud condensation nuclei)或IN (ice nuclei),2）對(duì)大氣輻

20、射過(guò)程的影響； 吸收和散射太陽(yáng)輻射，影響大氣溫度的垂直分布。,83,3）對(duì)大氣光學(xué)特性的影響； 對(duì)太陽(yáng)光的散射和吸收，會(huì)影響大氣能見(jiàn)度，還會(huì)影響天空顏色。一些光學(xué)現(xiàn)象的出現(xiàn)，也與它們的作用有關(guān)。,84,4）對(duì)大氣電學(xué)特性的影響 氣溶膠粒子捕獲小離子而成為大離子，由于大離子遷移率小，故大氣電場(chǎng)中的傳導(dǎo)電流減小,85,5）在大氣化學(xué)過(guò)程中的作用。 氣溶膠粒子在大氣的許多

21、化學(xué)過(guò)程中起作用。,86,第三節(jié) 大氣的垂直結(jié)構(gòu)大氣上界： 物理現(xiàn)象上界為 1200km( 極光出現(xiàn)高度）； 大氣密度上界為2000~3000km ( 接近于星際氣體密度1個(gè)/cm3的高度）,分層標(biāo)準(zhǔn)： （1）按溫度隨高度的變化,（2）按大氣成分是否混合均勻（或稱(chēng)按空氣平均分子量隨高度變化）分： 均勻?qū)?、非均勻?qū)?87,（3）按

22、電離狀況分,（4）按O3濃度分： 臭氧層（10~50km) 非臭氧層,（5）按地磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子運(yùn)動(dòng)作用明顯與否分,一、按溫度隨高度的變化 分為對(duì)流層、平流層、中層、熱層、外層,88,89,1、對(duì)流層（12km以下）,在赤道地區(qū)對(duì)流層頂?shù)母叨燃s18千米，中緯度地區(qū)約12千米，極地地區(qū)約8千米。夏季的對(duì)流層厚度大于冬季。以南京為例，夏季的對(duì)流層厚度達(dá)17公里，而冬季只有11公里，冬夏厚度

23、之差達(dá)6公里之多。特點(diǎn)：,90,1)、溫度隨高度的增加而降低，氣溫遞減率Γ為6.5℃/km,定義氣溫遞減率Γ：高度每升高單位高 度氣溫降低的度數(shù)。,2)、對(duì)流層中的垂直運(yùn)動(dòng)顯著。,3)、集中了80%的大氣質(zhì)量和幾乎全部水汽,91,4)、云霧降水均發(fā)生在此層,5)、受地表影響最強(qiáng)烈，空氣屬性的水平分布很不均勻,92,2、平流層（12km~55km),1)25km以下溫度遞減率接近零，25km以上溫度隨高度明顯增加,2)平流層氣流

24、運(yùn)動(dòng)主要以水平運(yùn)動(dòng)為主.,3)水汽極少，顆粒物極少，能見(jiàn)度極好。,4）大氣污染物進(jìn)入平流層后能長(zhǎng)期存在,93,3、中層（~85 km),1）層內(nèi)溫度隨高度增加而下降,2）空氣的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng),故又稱(chēng)之為高空對(duì)流層或上對(duì)流層。,94,4、熱層（~550km),1)溫度隨高度增加而上升,2)高度電離。,3）帶電粒子運(yùn)動(dòng)受地球磁場(chǎng)的作用明顯。,95,5、外層（~大氣上界）,2）大氣成分可以散逸到星際空間。,1）隨高度升高氣溫增加不顯著,96,

25、二、按電離狀況分,地殼和大氣中的放射性物質(zhì)主要對(duì)低層大氣的電離起作用，而它們的作用較弱，而宇宙線和太陽(yáng)紫外線輻射對(duì)高層大氣起作用，且作用較強(qiáng)。因此，大氣中離子濃度低層低，高層高，據(jù)此分為,中性層（60km以下)電離層（60km以上）,97,三、按地磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子運(yùn)動(dòng)作用明顯與否分,1、非磁層（500km以下）,由于空氣較稠密，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)主要受粒子間的碰撞支配,2、磁層（500km以上）,本層內(nèi)存在大量帶電粒子，空氣又稀薄，粒子間碰

26、撞稀少，所以，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)主要受地磁場(chǎng)控制,98,第四節(jié) 主要?dú)庀笠?氣象要素：表征大氣狀態(tài)和現(xiàn)象的物理量。例如，氣溫、空氣濕度、氣壓、風(fēng),一、氣溫,1、定義：表示空氣冷熱程度的物理量,2、溫標(biāo),99,關(guān)系：,3、觀測(cè),地面氣溫指離地1.5m（我國(guó)）高處百葉箱里的氣溫,100,,,101,,,,,,,,,,102,103,,世界上的極端氣溫,104,氣溫的日變化,氣溫的日變化主要受地表日夜溫差的影響，而地表溫度的日變化和入太陽(yáng)

27、輻射以及出地球能量?jī)烧卟钪涤嘘P(guān)。,105,二、氣壓,1、定義：大氣壓力,2、單位：國(guó)際單位 帕（Pa) 氣象上常用 百帕（hPa） 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 =1013.25 hPa,3、測(cè)量：,106,107,108,,109,,,110,,,111,112,,,Vertical Pressure Distribution,113,三、空氣濕度,1、定義：表示

28、空氣中水汽含量多少或潮濕程度的物理量。,2、水汽達(dá)飽和,3、濕度參量(p19),由水汽和平面純水（或純水）組成的系統(tǒng)，在某溫度下達(dá)到兩相平衡時(shí)，稱(chēng)為水汽達(dá)飽和。,有很多個(gè),114,,,Observations of vapor pressure as a function of temperature,115,1）水汽混合比r,單位：kg/kg,2)比濕 q,單位：kg/kg,q于r的關(guān)系：,116,3) 絕對(duì)濕度（水汽密度),單位：k

29、g/m3,V為濕空氣體積,4）水汽壓e：濕空氣中水汽的分壓強(qiáng)。單位 為hPa,相對(duì)于純水(冰）平面的飽和水汽壓 E w（Ei ），僅是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而增大,117,飽和水汽壓計(jì)算公式（p21）,5）相對(duì)濕度 f,6）露點(diǎn) td、霜點(diǎn) tf,濕空氣在水汽含量不變的情況下，等壓降溫至相對(duì)于純水平面達(dá)飽和時(shí)的溫度，稱(chēng)為露點(diǎn)；等壓降溫至相對(duì)于純冰平面達(dá)飽和時(shí)的溫度稱(chēng)為霜點(diǎn)。,118,四、風(fēng),1、風(fēng)的概念,1）空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成風(fēng),

30、大氣科學(xué)中的風(fēng)以地面為參照物，分水平風(fēng)、垂直風(fēng),2）風(fēng)是矢量，水平風(fēng)是二維矢量,3）水平風(fēng)有兩種描述方法：分量法、方向大小法,119,2、風(fēng)向,1）指風(fēng)的來(lái)向,2）表示方法：用16個(gè)地理方位,用方位角,3、風(fēng)速,表示方法,1）單位時(shí)間里空氣所經(jīng)過(guò)的距離。 單位： m/s、mile/h,120,121,2) 風(fēng)級(jí),熱帶低壓(中心附近最大風(fēng)力6—7級(jí))熱帶風(fēng)暴(8—9級(jí))強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(10—11級(jí))臺(tái)風(fēng)(≥12級(jí))。,例如

31、，熱帶氣旋用風(fēng)級(jí)劃分為：,122,123,124,125,126,第五節(jié) 空氣狀態(tài)方程 一、理想氣體狀態(tài)方程,2、地球上自然狀態(tài)下的空氣可看作理想氣體,127,二、干空氣狀態(tài)方程,1、方程推導(dǎo),設(shè)體積為V、溫度為T(mén)的干空氣中，含有 n 種氣體成分，其中第i種 成分的狀態(tài)方程為：,對(duì)以上n個(gè)式子求和，有,128,考慮到,并令,，則有,129,90km以下，,令,Rd稱(chēng)為干空氣比氣體常數(shù),（3）式可化為,130,2

32、、比氣體常數(shù),131,三、濕空氣狀態(tài)方程,1、方程推導(dǎo),干空氣和水汽狀態(tài)方程分別為,把（5）代入上式（6），有,132,（4）+（7）得,即,133,（7）/（8），得,考慮到,（9）式近似為,134,把（10）代入（8），有,若令,則（11）式化為,135,若令,則（11）式化為,（11）~（13）為濕空氣狀態(tài)方程的三種形式，其中最常用的為公式（13）,2、虛溫,136,是關(guān)于溫度、水汽壓和壓強(qiáng)的函數(shù)。為了能在濕空氣狀態(tài)方程中使用

33、 ，并且使其與干空氣狀態(tài)方程具有類(lèi)似的簡(jiǎn)單形式所引入的參量。定義式為,137,四、常用的濕度參量間關(guān)系,一塊體積為V 、溫度為T(mén)的濕空氣中，水汽和干空氣狀態(tài)方程分別為,（6）/（14），得,138,一塊體積為V 、溫度為T(mén)的濕空氣中，水汽和濕空氣狀態(tài)方程分別為,139,（6）/（11），有,140,141,1）水汽混合比r,2)比濕 q,3) 絕對(duì)濕度（水汽密度),4）水汽壓e：,5）相對(duì)濕度 f,6）露點(diǎn) td、霜點(diǎn) t

34、f,142,q于r的關(guān)系：,143,Rd稱(chēng)為干空氣比氣體常數(shù),144,145,第五節(jié) 大氣靜力學(xué)方程 一、方程推導(dǎo),假定大氣處于靜力平衡狀態(tài)，即大氣相對(duì)于地面靜止，達(dá)到力的平衡。,任取一塊截面積為1m2，厚度為dz的鉛直氣柱，對(duì)它進(jìn)行受力分析,146,（1.5.1）稱(chēng)為大氣靜力學(xué)方程的微分形式,（1.5.2）稱(chēng)為大氣靜力學(xué)方程的導(dǎo)數(shù)形式,147,當(dāng)大氣靜止或只做勻速垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，大氣靜力學(xué)方程精確成立。,當(dāng)大氣有弱的

35、垂直加速度時(shí)，大氣靜力學(xué)方程近似成立。,二、適用條件,大氣運(yùn)動(dòng)具有準(zhǔn)水平性，即任意時(shí)刻大部分空間范圍的大氣以水平運(yùn)動(dòng)為主。垂直加速度一般小于0.1cm/s2,比重力加速度至少小4個(gè)數(shù)量級(jí)。,148,大氣靜力學(xué)方程不僅適用于靜止大氣，而且也適用于一般大氣，不適用于有強(qiáng)垂直運(yùn)動(dòng)的大氣（見(jiàn)圖）,149,150,三、應(yīng)用,1、用來(lái)定義平衡氣壓（大氣靜力學(xué)氣壓）,對(duì)（1.5.2）式兩邊積分，,得,151,即以某高度z1上的平衡氣壓等于從該高度直到

36、大氣上界的單位截面鉛直氣柱的重量。,2、求氣壓階hp (p31),1）定義：垂直氣柱中每減小單位氣壓所對(duì)應(yīng)的幾何高度增加量,3）影響因子,152,3、計(jì)算氣壓標(biāo)高Hp,1）定義,標(biāo)高分氣壓標(biāo)高和密度標(biāo)高，這里只介紹前者,氣壓標(biāo)高表示氣壓隨高度的變化趨勢(shì)，定義式為 (平面平行大氣的假設(shè)下),153,2）計(jì)算式,154,3）等溫大氣的標(biāo)高,對(duì)（1.5.6）式變形后兩邊積分，得,對(duì)于等溫大氣，Tv不隨高度變化，故

37、Hp也不隨高度變化，所以,155,對(duì)于等溫大氣，Hp在數(shù)量上等于氣壓減小到起始?xì)鈮旱?/e所需要的高度增量。,4、用來(lái)推導(dǎo)模式大氣的壓高公式,壓高公式：表明氣壓與高度間關(guān)系的公式。,模式大氣：是滿足一定假設(shè)條件的大氣。,1）等溫大氣,a) 定義：虛溫或溫度不隨高度變化的大氣,b) 壓高公式：,156,把（1.5.7）代入，有,在氣象觀測(cè)中，常用（1.5.10）求算等壓面位勢(shì)高度和海平面氣壓換算。,c) 上界（p=0 的高度）：無(wú)上界,2

38、）多元大氣,a) 定義：氣溫隨高度線性變化的大氣稱(chēng) 為多元大氣。,157,b) 壓高公式：設(shè),，代入大氣靜力學(xué)方程中可推導(dǎo)出,c) 上界：,158,3）均質(zhì)大氣,a) 定義：空氣密度不隨高度變化的大氣稱(chēng)為均質(zhì)大氣。,b) 壓高公式：,c) 上界：,數(shù)值上等于低層大氣的標(biāo)高。,159,卓奧友峰 8201米8000米是人類(lèi)生存的極限,160,161,d) 鉛直溫度遞減率,由均質(zhì)大氣壓高公式和狀態(tài)方程，求得均質(zhì)大氣鉛直溫度遞減率為：,1

39、62,變形，得,由（1.5.12）式發(fā)現(xiàn)，,所以 也稱(chēng)為自由對(duì)流鉛直溫度遞減率,163,四、標(biāo)準(zhǔn)大氣,1、定義（WMO的定義）,所謂標(biāo)準(zhǔn)大氣，就是能夠粗略地反映出周年、中緯度狀況的，得到國(guó)際上承認(rèn)的，假定的大氣溫度、壓力和密度的垂直分布。它的典型用途是作為壓力高度計(jì)校準(zhǔn)、飛機(jī)性能計(jì)算、飛機(jī)和火箭設(shè)計(jì)、彈道制表和氣象制圖的基準(zhǔn)。假定空氣服從使溫度、壓力和密度

40、與位勢(shì)發(fā)生關(guān)系的理想氣體定律和流體靜力學(xué)方程。在一個(gè)時(shí)期內(nèi)，只能規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣，除相隔多年做修正外，不允許經(jīng)常變動(dòng)。,164,2、美國(guó)1976年標(biāo)準(zhǔn)大氣：,是對(duì)美國(guó)1962年標(biāo)準(zhǔn)大氣的修正，它表示了中等太陽(yáng)活動(dòng)期間，由地面到1000km的理想化、靜態(tài)的中緯度平均大氣結(jié)構(gòu)。,3、我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：,,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總局規(guī)定，在建立我國(guó)自己的標(biāo)準(zhǔn)大氣之前，可使用1976年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大氣，取其30 km以下部分作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。,165,

41、166,167,第六節(jié) 氣壓場(chǎng),氣壓場(chǎng)：氣壓的空間分布。氣壓的三維空間分布稱(chēng)為空間氣壓場(chǎng)；氣壓的水平分布稱(chēng)為水平氣壓場(chǎng)。,168,一、基本概念,1、等高面圖,等壓面：指空間氣壓相等各點(diǎn)組成的 曲面，,等高面：海拔高度相同的各點(diǎn)組成的曲面,等高面上的等壓線：是等高面上氣壓相同點(diǎn)的連線。是等壓面與等高面的交線。,169,,170,目前地面天氣圖，就是高度為零的等高面圖，在地圖上填上海平面氣壓值，繪制等壓線，此外，地面天氣圖上還標(biāo)有其他天氣

42、符號(hào)和等值線。,171,2、等壓面圖,用高度間隔相等的若干等高面去截某等壓面P，將所得截線即等高線都投影到水平面上，便得P等壓面上的許多等高線。構(gòu)成等壓面圖的主體。,目前氣象臺(tái)繪制的高空天氣圖就是一組等壓面圖。其上除等高線，還有其他等值線和天氣符號(hào)。,注：這里的高度為位勢(shì)高度,172,173,,174,3、位勢(shì)高度,1）重力位勢(shì),把單位質(zhì)量的物體從海平面上（重力位勢(shì)為零）抬升（沿任意路徑）到Z高度時(shí)，外力克服重力所作的功。,175,2）