第一章 气象学基础知识

第一节 大气概况

一.气象要素

反映大气状态的物理量或物理现象，主要有：气温、气压、风、湿度、云、能见度和天气现象。 天气：指一定区域在较短时间内各种气象要素的综合表现。 气候：指某一特定区域气象要素的多年平均特征。

二.大气中对天气及气候变化具有重要作用的成分 1. 二氧化碳（CO2）――吸收和放射长波辐射，产生温室效应 2. 臭氧（O3）――――－吸收紫外线 3. 水汽（Vapour）―――是大气中唯一能发生三态变化的气体，具有吸收和放射长波辐射的性能 （杂质：悬浮在大气中的固体或液体颗粒，作为水汽凝结的凝结核）

三.大气污染：城市大气质量监测报告中通常提到 污染物种类有：二氧化硫，总悬浮颗粒物。 有害物质：酸雨和光化学烟雾

四.大气的垂直结构 自地面向高空分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层

五.按大气运动特征将对流层的垂直分为：摩擦层、自由大气。 对流层平均厚度10-12km；在赤道17-18 km；，两极7-8 km；夏季厚，冬季薄。 摩擦层：厚度从地面起至1～1.5km 高度，必须考虑摩擦力对空气运动的复杂影响。 对流层 自由大气：下界为摩擦层顶，上界为对流层顶，摩擦作用小，可忽略不计。 （从地面向上随高度的增加，空气密度迅速递减。）

六.对流层的主要特征 1.气温随高度的升高而降低，每升高100m，气温平均下降0.65℃。 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

第二节 气 温 一、三种温标的换算关系

摄氏温标 C ＝5/9 ×（F－32） 华氏温标 F ＝9/5 × C＋32 绝对温标 K ＝273＋C

二、太阳、地面、大气辐射的强弱主要取决于温度的高低

太阳辐射：短波辐射，是地球表面和大气初始的唯一的能量来源，

地面辐射：长波辐射，吸收太阳短波辐射，放射出长波辐射对大气进行加热。 大气辐射：长波辐射，主要直接吸收地球表面的热源的长波辐射。

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三、空气的增热和冷却（非绝热过程）

1.热传导：地面和大气都是热的不良导体，所以通过这种方式交换的热量很少。

2.辐射：大气主要依靠吸收地面的长波辐射而增热，如白天辐射增温，夜间辐射冷却。

3.对流：空气在垂直方向上有规则的升降运动，上下层空气互相混合，使低层的热量传递到较高的层次。 4.水相变化：在大气常温状态下，水有液态、气态和固态之间的变化，当水在蒸发时要吸收热量；相反，水汽在凝结时，又会放出潜热。 5．湍流（乱流）：空气的不规则运动称为湍流。湍流是摩擦层中热能、动量和水汽交换的主要方式。 6．平流：大范围空气的水平运动（风），同时伴有某种物理量的输送，是不同地区空气交换热量的方式。 如南风送暖，北风送寒，属于温度平流；东风送湿、西风送干，属于湿度平流。

四、气温的日变化

1.日变化特点：一天中最高气温：陆地上在夏季14～15时，冬季13～14时，最低气温：近日出前 2.影响日较差的因素：

下垫面性质：陆地>海洋，沙漠最大

纬度：低纬>高纬 天空状况：晴天>阴天 季节：夏季>冬季 海拔高度：低处>高处

五、气温的年变化

1.年变化特点：

最高气温：北半球，陆地在7月，海洋在8月。南半球，陆地在1月，海洋在2月 最低气温：北半球，陆地在1月，海洋在2月。南半球，陆地在7月，海洋在8月 2.影响年较差的因素：

下垫面性质：陆地>海洋，沙漠最大

纬度：高纬>低纬，赤道最小。但赤道上气温有两高，春分秋分时，有两低，冬至夏至 海拔高度：低处>高处

六、面平均气温的分布特点（全球等温线分布）

1.赤道附近气温最高，向两极逐渐降低，地表的最高气温带在10°N附近（热赤道） 冬季北部大洋的等温线凸向东北，是由于两大暖流的影响。

2.北半球：冬季的等温线密集，大陆的凸向赤道，海洋的凸向极地，夏季的等温稀疏凸向相反。 南半球：由于陆地较少，等温线大致与纬圈平行。

3.地球上的冷极：北半球，冬季两个——西伯利亚、格陵兰；夏季——北极附。

南半球，南极附近，是全球气温最低的地方。

七、其他知识点

1.气温、气压相同时，干空气的密度大于湿空气的密度。 2.海水的热容量大于陆地。（对于相同热量的吸收与放射，热容量大的温度升降小，热容量小的反而大。)

第三节 气 压

一、气压的定义和单位

大气压强简称气压：单位截面上垂直大气柱的重量，单位“百帕(hPa)”、“毫巴mb”、“毫米汞柱mmHg” 1标准大气压 ＝ 760mmHg ＝ l013.25hPa

1 hPa ＝ 1mb ＝ 3/4mmHg； 1 mmHg ＝ 4/3hPa ＝ 4/3mb

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二、海平面气压场的基本型式

1、高压：由闭合等压线构成的中心气压比四周高的区域，其空间等压面形状上凸，如山丘。对应晴好天气。

（a图为地面图，b图为空间图）

2、高压脊：由高压向外延伸出来的狭长区域，或一组未闭合的等压线向气压较低一方凸起的部分，简称脊。脊线：在高压脊中，各条等压线曲率最大处的连线。 （见附图 海平面等压线图） 3、低压：由闭合等压线构成的中心气压比四周低的区域，其空间等压面形状下凹，如盆地。对应阴雨天气。

（a图为地面图，b图为空间图）

4、低压槽：由低压向外延伸出来的狭长区域，或一组未闭合的等压线向气压较高一方凸出的部分，简称槽。槽线：在低压槽中，各条等压线曲率最大处的连线。 （见附图 海平面等压线图） 5、鞍型区：相对并相邻的两高压和两低压组成的中间区域，简称鞍，其空间等压面的形状类似马鞍。 鞍型区内气压分布较均匀，又有匀压区之称，主要天气特征是风小，好天气。 6、高压带：相邻两低压之间的过渡区域 7、低压带：相邻两高压之间的过渡区域 上述几种气压场的基本型式，统称为气压系统。

三、气压随高度的变化

1、变化规律：气压随高度的升高而降低，在地面最大，在大气上界等于零。高度与气压对应大致如下：

海平面（0米）对应气压：1000 hPa 1500米高度对应气压：850 hPa 3000米高度对应气压： 700 hPa 5500米高度对应气压：500 hPa

2、大气静力方程（近似气压梯度）：Δp/ΔZ = -ρg （表示单位距离内气压的变化量）

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在静力平衡下，气压随高度的变化主要取决于空气密度。单位高度气压差（Δp/ΔZ）与空气密度成正比，低空密度大，单位高度气压差大，气压变化快；高空密度小，单位高度气压差小，气压变化慢。

3、单位气压高度差h＝∣ΔZ/ΔP∣= 1/ρg （表示单位气压对应距离的变化量）

低空密度大，h小，气压变化快；高空密度小，h大，气压变化慢。h与空气密度成反比。

在水平方向上，密度主要受气温影响，暖区气温高，密度小，h大；冷区气温低，密度大，h小。 在垂直方向上，密度主要受高度影响，高度越高，密度小，h大；高度越低，密度大，h小。

在近地层，高度每升高8米，气压降低值约为1hPa，以之将船上气压盒的本站气压订正为海平面气压

4、温压场对称：（中心轴线垂直地面） 深厚系统：暖高压、冷低压；随高度升高，气压系统增强 浅薄系统：冷高压、热低压；随高度升高，气压系统减弱 但热带气旋是：暖性低压 深厚系统。 阻塞高压是深厚系统。

5、温压场不对称： 高压（西暖冬冷）中心轴线向暖区倾斜，北半球中心轴线向 SW倾斜，南半球中心轴线向 NW倾斜。

暖（西）冷（东） （该图为垂向垂直地面） 高压 低压（西冷东暖）中心轴线向冷区倾斜，北半球中心轴线向 NW倾斜，南半球中心轴线向SW倾斜

冷（西）暖（东） （该图为垂向垂直地面） 低压 四、气压随时间的变化 1、日变化：地面气压具有两高值：9-10时（最高）和21-22时 两低值：15-16时（最低）和03-04时 日较差随纬度变化：低纬>中纬。 2、年变化：大陆型：冬季最高；夏季最低 海洋型：夏季最高；冬季最低 北半球大陆和海洋上最高气压分别在1月和7月，最低在7月和1月 南半球大陆和海洋上最高气压分别在7月和1月，最低在1月和7月 年较差，陆地>海洋；中纬>低纬。

五、气压梯度

定义：在水平方向上单位距离内气压的改变量称水平气压梯度，用 -ΔP/Δn 表示。 方向：垂直于等压线，由高压指向低压

大小：取决于等压线的疏密程度。等压线愈密，-ΔP/Δn愈大，气压梯度越大，风力愈大，反之亦然。

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