第一章 引论

教学重点：1、气象学、气候学、天气学的概念及所研究对象

2、本学科与其他部门地理、区域地理学的关系

§1-1 气象学与气候学的研究对象及应用

一、气象学与气候学的研究对象： （一）气象学：

1、定义：研究发生于大气中的的一切物理现象和物理过程，探讨其演变规律和变

化，并应用于实践的科学。

物理现象：大气中的风、云、雨、雪、雹、冷暖、干湿、光、电、声等现

象。

物理过程：增温、冷却、蒸发、凝结。 2、研究对象：地球上的四大圈层之一——大气圈 主要研究内容：

①大气的一般特性：大气的组成、范围、结构、温度、湿度、压力、密

度等。

②大气现象的发生、发展、及能量的来源。 ③探求大气现象的本质、巡求变化规律。 ④将大气现象中的规律应用于实践。 （二）天气学：

1、定义：研究地球条件下不同的区域内所产生的天气过程、天气系统的成

因、演变规律，并在天气预报上应用的科学。

天气过程：天气系统的发生、发展、消失、演变的全过程

天气系统：引起天气变化和分布的高压、低压、高压脊、低压槽等大气

运动系统。

天气预报：人们根据天气演变规律的认识，对未来一定时期内天气变化

作出的主观、客观的判断

2、研究对象：地球上的大气 （三）气候学：

1、定义：研究地球上气候的形成原因、分布类型、变化规律的科学。 2、研究对象：地球上的气候。 二、天气与气候的区别： 1、概念不同：

天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（温度、相对湿度

气压等）和大气现象（风、云、雨、雪、降水等）的综合。属于 短时间内的微观现象

气候：是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间相互

作用下，在某一时段内大量天气过程的综合。不仅包括该地多年 平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。属于 长时间宏观现象。

①某一时段：≥30年

②不仅包括该地多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天 气状况。例如：

哈尔滨气候特点是：夏季多雨，炎热；冬季寒冷干燥。 温度、降水的平均状况：T=3.5℃ P=554mm

温度、降水的极端状况：Tmax=36.7℃ Tmin=-38.7℃ Pmax= mm Pmin= mm

2、变化周期不同：

天气：短期天气过程：活动时间≤5天 中期天气过程：活动时间5—10天 长期天气过程：活动时间10天—3个月 特点是：天气变化快，周期短。

气候：周期分季际、年、十年、百年、千年、万年等。 特点是：气候变化慢，时间长。 3、各自研究的系统不同：

天气：仅是大气中所产生的天气现象，是个单纯的系统

气候：包括大气、水、冰雪、陆地、生物（动物、植物、人）五个子系

统。是个庞大的系统，各个系统相互联系、作用、，并决定着气 候的长期平均状况。气候具有地方性的特点。

三、气象学与气候学与其它学科的关系：

中国经济地理 经济地理学 世界经济地理

综合经济地理 俄罗斯地理 中国自然地理 区域地理 世界自然地理 东北亚地理 地理学 自然地理学 黑龙江地理 水文学 植物学 部门自然地理学 动物学 地貌学 土壤地理学 人文地理学 气象学

基础专业课：地质学、气候学、地球概论、地图学等

自然地理学：研究自然地理环境发生、发展及变化的科学。

自然地理环境：由地球上的大气、水、岩石、生物圈组合的自然综合体。 （一）与区域地理的关系：

1、不同的自然地理环境形成不同的气候类型 例：东亚：海陆热力差异最大

（背靠最大的大陆—欧亚大陆，面对最大的大洋—太平洋）

形成冬季寒冷、干燥，夏季炎热多雨的季风气候。

美国东岸：陆地面积小，受墨西哥湾流影响，形成冬季温暖、降

水多，夏季凉爽潮湿的海洋性或大陆湿润性气候

2、气候条件不同，又改变着自然地理环境：

1潮湿地区：植物、动物种类多，土壤发育良好，形成多层次的生物圈。 植物：直径1米的王莲、红木、从高大的乔木——低等的苔藓都有分布。 动物：大象、猴、猿、鳄等

2干旱地区：动物、植物极其稀少，种类也单一。 植物：耐旱的沙枣类。

动物：穴居类、啮齿类、爬行类。 （二）与部门自然地理学的关系

1、气候条件不同，地貌类型不同。 岩溶地貌：地质条件：碳酸岩类

气象条件：高温、高湿、湿热天气。

例如：广西桂林、云南路南石林、贵州黄果树地区 冻土地貌：气温要有周期性的变化，导致岩体破坏、位移。 2、气候条件不同，土壤类型不同：

气候是影响土壤形成过程的最基本因素之一。它影响着成土的过程、方向、强度分布等

热带——砖红壤：高温多雨、潮湿 1、腐殖质层

2、风化后的AL2O3（约有十几米厚） 3、母质层

温带——暗红壤：冬季寒冷，夏季暖热多雨 1、枯枝落叶层 2、腐殖质层

3、沉积层（约有2米厚） 4、母质层 四、本学科在实践中的应用： 1、农业方面

积雪与农业：瑞雪兆丰年

冬雪下三天，来年麦增产 麦盖三次被，头枕馒头睡 原因：

①保温作用：当雪厚达5厘米时，地温高于雪上温度达3℃，而雪厚达10厘米

时，则达5℃

②增墒作用：春天雪化增加土壤湿度

③除虫作用：冻死害虫、浸渍害虫

④肥田作用：一升雪中含氮化物7.52毫克，比雨水高出５倍

2、军事方面：

草船借箭：赤壁之战正值隆冬，冬季夜间地面温度下降速度快,空气易达到饱和,多

余的水汽就会冻结，形成水珠。夜越长,冷却作用持续时间长，加之长江低空空气水汽含量充沛，两岸大军操练兵马尘埃增多,空气中的凝结核多，一旦出现无云风小的天气，便会形成大雾。

火烧连营：农历六月，梅雨天气过后锋面北移，长江中下游受单一的暧气团控制，

在副高控制下形成炎热干燥的伏旱天气，蜀兵耐不得暑热，撤尽山谷在树荫浓密处避暑。树栅连营，纵横七百里。陆逊带领吴兵乘风猛之夜，四处顺风放火烧山，直杀的刘备七十万大军尸横遍野。现在长江中下游

一带只有人工林与次生林，而无天然林与当年的陆逊火烧连营不无关系。

3、体育方面：

柯受良驾车飞跃黄河：1997年6月1日下午13：20分亚洲第一飞人的柯受良驾驶

越野车成功飞过了黄河。而原定飞越时间则是14：25分。

为什么会提前飞跃呢？ 4、生活方面：

为什么会有白种人和黑种人呢？

白种人：鼻子带钩，鼻梁高，鼻道长，鼻孔细小。在寒带、温带的高纬度地区，

常年太阳不能直射，光照强度较弱，气温很低，严寒期又长

黑种人：鼻子塌，卷发，手掌、脚掌汗腺粗而多。长期生活在光照强烈，气温

又高的地区

复习题：

1、天气与气候有什么区别？

2、请举出几个能代表天气或气候意思的句子？ 3、请说出几个本学科在实际生活的用途？

§1-2 气候系统的概述

要求:

1.熟练掌握干洁空气的概念、成分及作用 2.掌握大气中的水汽、固体杂质的来源及分布 3.理解固体杂质、液体微粒的作用

4.熟练掌握大气垂直方向的五个分层，温度分布特点及原因 5.理解大气高度的划分

气候系统：包括大气圈、水圈、陆面、冰雪圈、生物圈在内的能够决定气候形成、分

布、变化的统一的物理系统。

能源：太阳辐射 主体：大气圈

一、大气圈概述： （一）大气的成分

看教材回答：1、什么是大气？

2、大气物质的特点是什么？ 3、什么是干洁空气？

4、大气的主要成分是什么，主要起什么作用？

1、大气：包围在地球表面的整个空气，是一个连续的圈。大气的物理现象和

物理过程都发生在这里。地球大气是由多种气体混合组成的一种无 色、无味的气体。其中最主要的成分是氮、氧、氩、二氧化碳和水 汽等，此外还包含一些悬浮着的固体杂质和液体微粒。 物质组成的特点：

物质有三态变化：气态：水汽、氮气、氧气、二氧化碳等

液态：水、液滴

固态：冰晶、悬浮的杂质

按组成分低层大气（0—90km）：由干洁空气、水汽、杂质组成

高层大气（>90km）：由氮、氧原子组成

2、干洁空气：不包含水汽、液体和固体杂质的大气。

含量占整个大气的99.97%

主要成分：氮（N）、氧（O）、氩（Ar）——占干空气的99.97%

次要成分：二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)、氖(Ne)、氪(Kr)、氡(Xe)——

占干洁空气的0.01%

干洁空气的分子量是：28.966 3、主要成分及作用

干洁空气的成分(25km以下) 空气中的含量（%） 空气中的含量（%） 气体种类 按容积 按质量 气体种类 按容积 氮(N2) 78.09 75.52 氪(Kr) 5.24×10－４ 氧(O2) 20.95 23.15 氢(H2) 1.0×10－４ 氩(Ar) 0.93 1.28 氙(Xe) 5.0×10－５ 二氧化碳(CO2) 0. 03 0. 05 臭氧(O3) 8.0×10－６ 氖(Ne) 1.8×10－３ ⑴氮气

氮气是大气中含量最多的成分，约占干空气质量的75％。氮是制造化学肥料的原料，豆科植物可通过根瘤菌的作用，固定到土壤中，成为植物所需要的氮的化合物成为地球上生命体的基本成分，又是合成氨的基本原料，大气中的氮还能冲淡氧,使氧不致大浓，氧化作用不过于激烈。 ⑵氧气

氧气是大气中含量仅次于氮的成分，约占干空气质量的23％。

氧是动植物呼吸作用维持生命所必需的气体。此外，氧还决定着有机 物质的燃烧、腐败及分解过程。 ⑶二氧化碳

二氧化碳在大气中含量很少，仅占整个大气质量的0.05％。它是有机化合物

氧化作用的产物。二氧化碳在20km以上就很少了。

大气中的二氧化碳含量随时间和空间而变化，一般是冬季多于夏季；夜间多于白天；阴天多于晴天；城市多于农村。当其含量达到0.2-0.6％的时候，对人类已经有害了。

二氧化碳是绿色植物进行光合作用的重要原料，虽然它对太阳辐射吸收很

少，但却能强烈地吸收地面长波辐射，同时它又能向周围空气和地面放射长波辐射，所以大气中二氧化碳对大气和地面的温度产生一定的影响。

近年来，由于大气中二氧化碳含量的明显增加，由此形成的“温室效应”对全球气候产生深刻的影响，已引起国际社会的广泛关注。 ⑷臭氧

分布：臭氧在大气中的含量极少。它是在太阳紫外线辐射或闪电作用下，氧分子

分解为氧原子后再和另外的氧分子结合而成的气体。据观测，臭氧含量随高度的分布很不规则，在地面层含量很少，从10km高度开始含量逐渐增加，在20-25km高度处达最大值，再往上，含量又逐渐减少，到50-60km高度就

极少了。造成这一现象的原因是由于在大气的上层中，短波紫外线的强度很大，使氧分子几乎全部分解。因此，氧原子与氧分子相遇机会很少；在较低的层次，短波紫外线强度因大气吸收而减弱，氧分子的分解数量很少，故氧原子的数量就少，以致臭氧形成的较少。到35km处，既有足够的氧分子，又有足够的氧原子，这给臭氧的形成提供了条件，使臭氧的混合比(指单位质量干空气中的臭氧质量)最大，再通过下沉气流的作用，将臭氧向下输送，造成在20-25km的层次中臭氧的数量最多。

作用：臭氧能大量地吸收太阳紫外线，使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直分布。

同时，还对地面上的生物起着保护作用，使之免遭紫外线的伤害，少量紫外线可以起到杀菌治病的作用。

因此，臭氧层的存在对于地球上人类及生物活动是极其重要的，要尽量避免对臭氧层的破坏。据报道，目前在极地上空已经出现臭氧空洞，北美洲上空臭氧含量也在减少，而皮癌发病率在增加。导致臭氧减少的原因，除自然因素外，大都认为与工业废气(氟利昂等)，超音速飞机排放的废气等污染物质有关。 2.水汽

大气中的水汽来源于江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发，并通过气流的垂直运动向上输送。大气中的水汽主要聚集在大气的低层，向高空迅速减少，到1.5-2km高度上水汽含量只有地面的一半，在5km高度上，只相当于地面的十分之一左右，再往上其含量就更少了。

大气中水汽含量虽然不多，但它在天气变化中扮演的是重要角色。水汽的相态变化(即气态、液态、固态三者间可以互相转换)会引起云、雾、雨、雪等一系列天气现象的产生，并伴随有热能的释放和吸收过程。水汽还能强烈地吸收地面辐射并向地面和周围大气放射长波辐射，直接影响着地面和大气温度的变化。 3.固体杂质

大气中的固体杂质来源于物质燃烧的烟粒、海水溅起在空中蒸发后留下的盐

粒、被风吹起的土壤微粒、宇宙尘埃、火山喷发的烟尘以及细菌、微生物、植物花粉、工业排放物等。它们大多集中在大气的底层。

这些固体杂质悬浮在空中能充当水汽凝结的核心，对云、雨的形成起重要作

用。同时它能吸收和散射太阳辐射，有效地阻挡地面长波辐射，从而影响地面和空气温度。另外大气中固体杂质的增多，会使空气混浊，能见度变坏，严重时影响交通安全。

二.大气的垂直结构

1、大气的分布及大气上界的确定：

大气的分布：在0℃，760mmHg条件睛，50%的大气集中在距地面5.5km以下

的层次中，离地面36—100km的大气质量仅占整个大气的1%

大气上界：物理上界：有极光出现的最大高度——1200km

极光：在南北半球高纬地带天空常出现的彩色光幕。 密度上界：空气质点：1个/cm3

电子浓度：102—103个/cm3 2000—3000km 2、大气的垂直分层：

请同学们读书回答下列问题：

（1）大气垂直分层的依据是什么？

（2）大气垂直分几层，各层的特点是什么，为什么？

根据大气中的温度、水汽、成分、及大气垂直运动等情况，一般将大气分为五层。 （1）对流层（地面——对流层顶）

对流层是大气的最下层，它的下界为地面，集中3/4大气，90%水汽，日常所见的大气现象均发生在此层，也是对人类生活、产生最有影响的层次。 对流层有三个特点：

①气温随着高度而降低：由于本层的直接热源是地面，愈近地面大气获得热能

愈多，温度愈加高，其温度递减率主-0.65℃/100m。

②空气具有强烈的对流、乱流运动：

由于下垫面起伏较大，海陆分布不同，大气受热不均，暖的地上 升，冷的地方下沉，引起对流。

对流层的上界因纬度和季节不同而异，就纬度而言，

低纬度：对流强，对流层较厚，平均厚度为17-18km， 中纬度：夏季对流强，冬季对流较弱，平均厚度10-20km

高纬度：全年受到的太阳辐射最小，对流也最弱，对流层的厚度

只有8-9km。

③气象要素水平分布不均匀：

由于对流层受地表的影响最大，而地表面性质不同，使对流层中，温

度、湿度的水平分布是不均匀的。例如：陆地上的湿度比海洋上要小得多， 白天陆地上的温度要比海洋上高得多。

在对流层内，按气流和天气现象分布特点又可分为三层。

下层：又称摩擦层或扰动层。它的范围自地面到2km高度。下层受地面强烈影响

摩擦作用、湍流交换十分明显，各气象要素具有明显的日变化。由于本层的水汽、尘粒含量多，因而低云、雾、霾、浮尘等出现频繁。

中层：从摩擦层顶到6km左右高度。这一层受地表影响较小，气流的状况基本上

可以表征整个对流层空气运动的趋势。大气中的云和降水现象大都产生在这一层。

上层：从6km高度到对流层顶。由于这一层离地面更远，受地表影响更小，水汽

含量极少，气温常在0℃以下，各种云多由冰晶和过冷水滴组成。在中、低纬度地区上层，常有风速＞30m/s的强风带出现。

此外，在对流层和平流层之间有一个厚度为数百米至1-2km的过渡层，称为对流层顶。此层主要特征是：气温随高度增加变化很小，甚至无变化。这种温度的垂直分布抑制了对流作用的发展，上升的水汽、尘粒多聚集其下，能见度变坏。对流层顶的温度在低纬度地区平均为-83℃，在高纬度地区约为-53℃。 （2）平流层（对流层顶到55km） ①温度随高度升高而增加

在平流层内，随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升，自25km以上气温随高度增加而明显上升，到平流层顶可达-3℃左右，平流层这种气温分布的特征，主要是臭氧对太阳紫外线的强烈吸收。虽然25km以上臭氧的含量已逐渐减少，但紫外辐射的强度随高度逐渐增强，而空气密度随高度升高又迅速减小，致使高层吸收的有限辐射可以产生较大的温度增量。 ②没有强烈的对流运动

平流层温度随高度升高而增加，不利于空气对流运动发展。所以叫平流层。飞机在此层飞行不易颠簸。 ③水汽、尘埃含量很少

平流层远离地面，加之有逆温层存在，空气无对流运动，水汽、尘埃很少，使得平流层天气晴朗，大气透明程度好。但有时在20-30km处可看到贝母云，它常出现在冬季极区。

（3）中间层（平流层顶到85km） 特点：

①气温随高度增加迅速降低：

顶界温度可降至-83℃ -113℃，几乎成为大气层中的最低温。其原因是这里没有臭氧吸收太阳紫外辐射，而氮和氧等气体所能吸收的波长更短的太阳辐射又大部分被更上层的大气吸收了。因此，这里的气温随高度是递减的。 ②有相当强烈的垂直运动：

这种下暖上凉的气温垂直分布，有利于导致空气的垂直运动，又称 “高空对流层”。该层的80-90km高度上有一个只在白天出现的电离层， 叫做D层。

（4）暖层（中间层顶到800km）： 暖层有两个特点：

①温度随高度增加迅速上升：

据探测，在300km高度上，气温可达1000℃以上，这是因为所有波 长＜0.175μm的紫外线辐射，都被该层中的大气物质所吸收的缘故。 ②空气处于高度电离状态：

因而这层也称为电离层。由于空气密度极少，暖层中的N2、O2、O 等气体成分在强烈的太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离 状态。即E层和F层。它们都能反射无线电波，对无线电通讯具有重要 意义。

（5）散逸层(外层)（800km高度以上的大气层）

是整个大气层的最外一层，是大气圈与星际空间的过渡地带，没有明显的边界。 这一层的气温也随高度的增加而升高。由于气温高，且距地较远，受地球引力作用很小，所以大气质点中某些高速运动的分子不断地向星际空间散逸，散逸层也由此而得名。

三、水圈、陆面、冰雪圈、生物圈的概述（学生自学）

复习题：

1、什么是干洁空气，主要成分与次要成分是什么？

2、画图说明臭气在空气中的分布特点是什么，为什么？ 3、对流层的特点及成因？

4、为什么中间层又称为高空对流层，原因是什么？ 5、平流层中为什么水汽量、尘埃量少？

6、画出大气垂直结构中温度随高度的变化曲线？

§1-3 大气的基本物理特性

要求:

1.熟练掌握各主要气象要素的定义、单位及公式 2.掌握干空气、湿空气的状态方程

3.能利用仪器准确测定主要的气象要素

一、主要气象要素：

气象要素：表示大气物理状态的物理量

如：云量、能见度、温度、气压、湿度、降水量、风向、风速、日照、辐射等

（一）气压：

1、定义：单位面积上受到的整个空气柱的质量，即大气的压力。 实质：气压的大小决定于整个空气柱质量的多少 2、单位：mmHg 、mb、 hpa

3、标准大气压：在纬度为45°的海平面上，温度为0℃时，所测得的水银柱高高为760mm的大气压强，为一个标准大气压（1013.25mb）。

4、测量仪器：定槽式水银气压表、动槽式水银气压表、自记气压计、空

盒水银气压表

（二）气温：

1、定义：大气冷热程度的物理量

2、单位：摄氏温标、绝对温标、华氏温标

大气温度：以百叶箱中的干湿球温度表的读数为准。 3、测量仪器：干湿球温度表、普通温度表、自记温度计 （三）湿度：表示大气潮湿程度的物理量。 1、水汽压及饱和水汽压：

水汽压（e）：大气中水汽产生的那部分压力

饱和水汽压（E）：温度一定，单位体积空气中的水汽量有一定限度，空气

达到此限度时为饱和空气，饱和空气中的水汽所产生的那部分压力，即最大水汽压。

2、相对温度（f）：表示空气距离饱和的程度。 f=e/E*100%

3、饱和差（d）：在一定温度下，表示空气距离饱和的程度。 D=E-e

4、比湿（q）：单位质量空气中的含水量（g/g）

q=m水/m水+m干 或 q=e/p*0.622 5、测量仪器：毛发湿度表、干湿球温度表、自记湿度计

6、露点（Td）：

空气中水汽含量不变，在一窍不通气压下，若使空气达到饱和只有

降温，降到水汽压与饱和水汽压相等的温度时，此时空气已达到饱和， 此时的温度称为空

气的露点温度。单位与温度单位相同。 例如：T=30℃ e=31.7mb E=42.5mb T=25℃ e=31.7mb E=31.7mb

总结：表示湿度大小不一的物理量：水汽压、比湿、露点

表示空气距离饱和程度的物理量：相对湿度、饱和差、露点 （四）降水：

1、降水：从天空降至地面的液态水或固态水。

2、降水量：降水落到地面后，未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度

（mm），表示干湿状况。

3、雪深：从积雪表面到地面的垂直深度（cm）。表示寒冷的程度

（五）风： 1、定义：

空气的水平运动。

2、风速：

单位时间内走过的距离（m/s）

3、风向：风的来向。

风向符号的意义：风

杆上的林 横道叫做风尾。风杆上画

有风尾的一方，即指示风向。

第一道风尾为4米/秒，即风力为2级。一个风旗，表示风力为8级。风尾和风旗均放在风杆的左侧。 例：

北风八级 东南风级12级

西南风5级

（六）云量：

云遮蔽天空视野的成数，将地平以上全部天空划分为10份，被云所遮蔽的份数。

无 云：云量为0份 遮空蔽日：云量为10份 半 空 云：云量为5份

（七）能见度：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出目

标物的最大水平距离。（m,km）

二、空气状态方程：

空气状态有气压、密度、体积、绝对温度来表示。 （一）理想气体状态方程：

PV/T=R(常量) 适用于未饱和湿空气和干空气 当空气质量为Mg时，

PV=（M/μ）?R*T P=M/V?R*/μ?T P=ρRT 其中R*/μ=R——比气体常数 （二）干空气状态方程：

干空气μd=28.96代入R*/μd=Rd 则P=ρRdT (三)湿空气状态方程

P=ρRdT（1+0.378e/p）

复习题：

1.表示大气状态的物理量有几个，各自的单位是什么？ 2.风向、风速如何表示？

3.露点与温度有何不同？

第三章 大气的水分

重点： 1、影响饱和水汽压大小的因素

2、大气中水汽的凝结条件 3、人工降水的原理

难点：降水的形成条件

大气中的水分的来源:海洋、湖泊、河流、潮湿的土壤、植物的蒸腾 作用：1、通过水质三态的变化，形成云、雾、雨、雪、雹等 2、参与地球表面的水分循环。

§3-1 蒸发与凝结

要求：

1.熟练掌握影响饱和水汽压的因素，大气中的水汽凝结条件 2.掌握水的动态变化及判断方法 一、水相变化： （一）动态变化：

1、蒸发：大水面上由水转化成水汽的物理过程。

条件：温度愈高，速度大的水分子就越多，单位时间内跑出水面的

水分子也越多。

吸热：L=600C/g

2、凝结：在水布水汽转化成水的物理过程。

条件：大气中水汽深度愈大，单位时间内落回的水分子数愈多 放热：L=600C/g

3、动态平衡：在水面上，落回的水分子数与跑出的水分子数相等，此时的

水汽压就是饱和水汽压，此时的水汽就是饱和水汽。

4、水的升（凝）华：

升华：冰面上的冰分子转化成了水分子的过程 凝华：冰面上的水汽分子转化成了冰分子的过程 潜热：溶解热+蒸发（凝结）热=80+600=680 C/g （二）水相变化的判据：

设：N：单位时间内跑出水面的水分子数

n：单位时间内落回水面的水分子数 当N> n时，水面蒸发，空气中水分子数增加

N= n时，水面处于动态平衡状态，跑出和落回的水分子数相等

N

e∝ρw → ρw∝n →e∝n (T一定时)

当水面再现动态平衡时，e=E n=N → E∝N

则：e>E时，水面出现凝结现象，空气处于过饱和状态

e=E时，水面上出现动态平衡，即没有蒸发也没有凝结现象 e

二、饱和水汽压：

（一）饱和水汽压与温度的关系：

1、温度愈高，空气中容纳的水分子数愈多，饱和水汽压愈大，

当空气升温时，空气由饱和变成未饱和空气，水面就会不断蒸发水汽

当空气降温时，空气由未饱和变成饱和空气，出现凝结现象，饱和水汽压变

小。

2、温度愈高，饱和水汽压按指数规律增大，不同温度下的饱和水汽压，降低同样

的温度，在高温时空气凝结量大。 例：35℃下降到30℃ 水汽凝结9.2g/m3

15℃下降到10℃ 水汽凝结3.4g/m3

问：为什么夏季经常出现暴雨：

夏季气温高，空气中能够容纳大量的水汽，饱和水汽压大，成浓云、 厚云、降水多。

（二）饱和水汽压与蒸发面的关系： 1、冰面和过冷却水面：

过冷却水：温度低于0 ℃时不没有结冰的水

水：分子间距大，水汽易跑出去气温高，含水量大

冰：固体，分子间距小，水汽不易跑出，气温低，含水量小 则：冰的饱和水汽压小于过冷却水的饱和水汽压

当T=0℃时，冰的饱和水汽压=过冷却水的饱和水汽压

例：在过冷却水和冰晶共同组成的混合云中，如果实际水汽压大于冰晶的饱和水汽压

而小于过冷却水的饱和水汽压时，冰面上会出现凝结现象，水面会出现蒸发现象，冰晶不断长大，过冷却水滴不断变小，这种现象称为冰晶效应。如果过冷却水的饱和水汽压与冰晶的饱和水汽压差愈大时，冰晶效应会更强。 2、溶液面与纯水面：

溶液面：水中含有杂质的溶液。分子间作用力比纯水的作用力大，水分子不易逃

跑，则饱和水汽压比纯水面的饱和水汽压小，溶液浓度愈大，饱和水汽压愈小，则溶液面的饱和水汽压小于纯水面的饱和水汽压。

3、蒸发面形状：

如果蒸发面的形状是相同时如右图

凹的蒸发面：吸引水分子的分子数是ACB范

围的水分子。

平的蒸发面：吸引水分子的分子数是A1CB1

范围内的水分子。

凸的蒸发面：吸引水分子的分子数是A2CB2

范围内的水分子。

因为ACB>A1CB1>A2CB2的范围，所以 E凹< E平

如果蒸发面的大小不相同时，如大小水滴：

大水滴：表面吸引水分子作用力大，半径大，分子多，则E大< E小

水汽转移现象：当大小水小滴共存时，如果存在着实际水汽压大于大水滴的饱

和水汽压而小于小水滴的饱和水汽压时，则小水滴不断蒸发变小，大水

滴不断凝结而长大，产生水汽转移现象，有利于云雨的形成。

三、大气中水汽的凝结条件：

（一）空气要达到饱和或超饱和的状态（e≧E） 主要途径有：

1、增加大气中水汽的含量——不断蒸发

①蒸发面的温度高于大气的温度

②冷气平流到暖的水面上 ③潮湿地面受阳光照射

2、空气冷却使温度达到露点温度，减小饱和水汽压 ①绝热冷却：空气上升运动

②辐射冷却：夜间当地面降温到露点温度以下时，空气产生凝

结—晨雾

③平流冷却：暖气流到冷的表面，空气本身降温，使实际水汽

压达到饱和水汽压，当空气温度与地面温度差增 大时，暖气流产生凝结。

（二）有充足的凝结核：

1、来源：土壤微粒、风化岩石、火山微粒；工业、失火烟尘；海水飞溅泡沫中

的盐粒；流星、陨石燃烧后的微尘。

2、作用：

①增大水滴的半径，降低饱和水汽压，快速饱和

②增大水滴的体积，下降中不易蒸发掉

例：无核冰晶：3—5倍的饱和水汽压才能凝结；有核冰晶：相对湿度小于100%也可以凝结

复习题：

? 温度对饱和水汽压有何影响?

? 冰晶效应是如何形成的,有何意义? ? 为什么E溶液

? 为什么在混合云中有水汽转移现象,对云滴有何影响? ? 大气中水汽的凝结条件是什么?请详细解释? ? 为什么夏季会出现暴雨,而冬季则不会?

§3-2 水汽凝结物

要求

1、熟练掌握露、霜、雾淞、雨淞、雾、云等的概念；雾的形成条件、云的形成条件、分类。

2.掌握各类雾的形成、云的特点。

一、地表面的水汽凝结物： （一）露和霜

1、定义：晴朗无云、少云的夜间，地面或地面物体因辐射冷却，使贴近地表

面的空气层也随之降温。当温度降到露点之下时，空气达到饱和。

当Td>0时:地面或地面物体上出现极其微小的水滴，称为露。

当Td<0时:地面或地面物体上出现白色晶体结构的水汽凝华物称为霜。 2、形成条件：

①晴朗无云、少云的夜晚使得地面有利于迅速辐射冷却 ②微风：有利于辐射冷却在较厚的气层中进行

无风：只能使近地面气层冷却，难以形成大量的露或霜。

大风：上下层空气混合强烈，不利于辐射降温，难以形成凝结物。

③冷平流过后可以形成平流霜

④在洼地或山谷中，因辐射冷却很强，产生霜的频率较大，称之为洼地霜。

3、霜与霜冻的区别：

霜冻：指在植物生长季节里，地面和植物表面温度下降到足以引起农作物

遭受伤害或者死亡的低温。

黑霜：当低温>Td时，有霜冻而无霜 白霜：当低温

因此，农业上要预防的是霜冻而不是霜，霜和露都是好天气的标志： 露

水见晴天；霜重风晴天

（二）雾淞和雨淞： 1、雾淞：

①定义：形成于树枝上、电线上或其它地面物体的迎风面上的白色疏松、微小

冰晶或冰粒。

②分类：根据形成条件和结构进行分类

晶状雾淞：T物

的冰晶

特点：结构松散，稍有震动就脱落

条件：有雾、微风、T≤-15℃

粒状雾淞：过冷却雾滴碰到冷的物体表面后迅速冻结而成的冰晶。 特点： 结构紧密

条件：有雾，风速较大，T=-2- -7℃

危害：能压断电线、树枝、影响交通和通讯

2、雨淞：形成于地面、电线杆、电线、树枝等地面物体上的一层外表光滑略有

凸起的而又透明的冰层。

条件： 过冷却雨滴、T=0- -5℃

危害：压断电线等，影响交通、通讯和农业。 二、大气中的水汽凝结物： （一）雾：

1、定义：悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1km的汽凝

结物。

2、条件：近地面空气中水汽充足 有充足的凝结核

有使水汽凝结的冷却过程（辐射、平流、绝热） 风力微弱、层结稳定（r

锋面雾

雾

气团雾

蒸发雾

混合雾

冷却雾

辐射雾

平流雾 上坡雾

①辐射雾：由于地面辐射冷却，使近地面的空气相应变冷，当空气温度在露点温

度之下时，空气中的水汽产生凝结而形成的雾。

条件：近地面空气中水汽充足；晴朗少云的夜晚（辐射降温强烈）；近地层有微

风（可以使降温层增厚）；大气层结稳定（有利于近地层的水汽和尘埃积存（r

特点：日变化强烈：一般半夜形成，日出后逐渐散开

季节性强：一般在冬半年的陆地上形成 地方性强：比如谷地、盆地等地形

例：重庆市：位于嘉陵江与长江的汇合处；处于四川盆地中，水汽充足，

地形条件又适合，极容易形成地形雾。

②平流雾：暖浊空气移到冷的下垫面上使低层空气冷却而形成的雾

条件：下垫面与暖湿空气的温差大，有利于逆温的形成；暖空气湿度大；适宜

的风向（从暖的地方吹向冷的地方）和风速（每秒2—7米）；大气层结稳定。

（二）云：

1、定义：飘浮在空中的，由水滴、冰晶或过冷却水滴组成的大气中的水汽凝结物。 2、条件：充足的水汽e 》E；充足的凝结核 3、分类：按温度分：冷云（T<0℃）、暖云(T>0℃）

按成分分：冰成云(由冰晶组成)、水成云（由水滴或过冷却水滴组成）、

混合云（由冰晶和过冷却水滴组成）

按上升气流分：积状云、波状云、层状云 按高度和形态分：十种 4、各类云的形成及特点：

①积状云：属于对流性云，是由于空气对流上升绝热冷却，使水汽产生凝结而

形成的云。

特点：顶部孤立，分散，个体分明；底部平坦，水平范围小，云内不稳定，

垂直发展的云块。

有三种类型：

淡积云：上升高度超过凝结高度，由水滴组成。特点是底平、个小、上部凸

起

浓积云：上升气流超过了冻结高度，由水滴、过冷却水滴组成；特点是云块

大，顶园、底暗、上升气流强。

积雨云：上升气流超过冻结高度，由水、过冷却水滴、冰晶组成。特点是顶

部有丝缕状，有辐射气流，常在夏季午后出现，伴有雷电、阵雨。

②层状云：整层空气大范围滑升或抬升，绝热冷却而致。底部与锋面相吻合，

顶部近水平状。

前：卷云、卷层云：由冰晶组成

中；高层云：由冰晶、过冷却水滴组成

后：雨层云：由水滴、过冷却水滴、冰晶组成

卷层云：均匀成层，并能透明看到太阳、月亮的轮廓，并有内红外紫的日晕或

月晕。“日晕三更雨，月晕午时风”

高层云：浓密灰白，均匀成层，产生连续降水

雨层云：均匀的云幕，范围大，厚度大，能遮月蔽日,产生连续性降水,有“雨

雪幡”产生。

③波状云：是由于空气的波动和乱流而形成的。

条件：有波动的气流；有充足的水汽和凝结核。 卷积云：气流波动很高，白色细磷片状。 “鱼鳞天，不雨也风颠。”

高积云：扁园形，瓦块状，在日月照射下有华或虹彩 “天上鲤鱼斑，明天晒谷不用翻” “瓦块云，晒死人” 层积云：灰白或灰色的大块云状 ④特殊的云：

堡状云：云体细长，底部水平，顶部并列突起，是由于气流突破稳定气层而

致。

“天上云城堡，地下雷雨鸣”

絮状云：边缘破碎，是由于潮湿气流不稳定且有强烈的湍流混合而致。 “朝有破絮云，午后雷雨临”

荚状云：是上升气流与下降气流相汇合而成的，呈豆荚状。一般晴天黄昏时

出现，属于连晴天的标志。

复习题：

1、概念：露、霜、雾淞、雨淞、雾、云、晶状雾淞、粒状雾淞、辐射雾 2、为什么说“露水见晴天，霜重见晴天”？ 3、霜与霜冻的区别是什么？

4、晶状雾淞与粒状雾淞有什么不同？ 5、辐射雾的形成条件是什么：

6、重庆和伦敦都是雾都，其成因有何不同？ 7、云有那些分类？

8、积状云的天气特点怎样？本地什么季节容易出现此云系，如何判定它的天气变化？

9、典型的层状云系从前到后是如何分布的，不同位置的云产生的天气特点有什么不同？ 10、“十雾九晴”、“日晕三更雨、月晕午时风”、“鱼磷天，不雨也风颠”、“瓦块云，晒死人”等谚语分别指的是什么天气现象或云？ 11、雾与云的相同点与不同点是什么？

§3-3 大气降水

要点：

1.熟练掌握降水形成的微观条件，人工降水的原理

2.掌握降水的类型和分布

一、概述：

1、降水：从云中降到地面上的液态或固态的水称为降水。 云滴D<100? 标准云滴D=10?

雨滴D>100? 标准雨滴D=1000? 2、降水的形态：

雨：从云中降下的液体水滴

雪：从混合云中降下的固体水

霰：从云中降下的不透明的球状晶体

雹：从云中降下的由透明层和不透明层相间组成的固体降水，呈球状。 3、降水的强度： 雨 小雨 中雨 大雨暴雨 大暴雨 特大暴雨 （mm/d） <10 10-25 25-50 50-100 100-200 >200 雪 小雪 中雪 大雪 （mm/d) <2.5 2.5-5.0 >5.0 二、降水形成的条件： （一）宏观条件： 1、水汽：

云是降水的主体，是由水滴、冰晶过冷水滴组成的，只有充足的水汽，才能

形成降水的云。

2、空气的上升运动（？）

绝热冷却：水汽产生凝结；水汽悬在空气中，防致过早降落 （二）微观条件：

1、凝结或凝华增长（初期）

冰水共存：在过冷却水滴和冰晶共存的冷云中，如果存在E冰

水时，冰晶因凝结而不断长大，而过冷却水滴因不断蒸发而变小。（低纬度地区机会多）

冷暖水滴共存：当云中有不同温度的水滴时，如果存在着E冷

冷水滴因凝结而不断长大，暖水滴因不断蒸发而变小。

大小水滴共存：暖云中存在着大小水滴，当E大

蒸发而变小，大小滴因不断凝结而变大。

以上三个条件，其中冰水共存最重要，但增长速度太慢，还需要一个加速长大的过程。

2、冲并增长：

①定义：由于云滴大小不同，具有不同的升降速度，相互间因碰撞而合并较

大的云滴的过程。另外还有乱流碰并、电荷磁并。

②过程：

上升：V大

经过这样的多次反复，象滚雪球一样，不断长大。此外，还有乱流碰并，电荷碰并

③影响因素：含水量愈多、水滴的大小愈不均匀，云滴增长愈快。

云滴增长的初期，以凝结凝华增长为主，当云滴半径达到0.05—

0.07mm时，以碰并增长为主，特别是低纬地区，冰水共存机会多，碰并增长更重要。

二、雨、雪的形成（以学生自学为主） 自学：

1、水成云、混合云或冰成云中降下的分别是哪种雨，在什么情况下是雨而不

是雪？

2、雪花为什么有六角型、柱型、星型、枝型、片型？ 三、降水的类型与分布： （一）类型：

1、按降水时间和强度分：

连续性：均匀的雨滴或雪花，降水时间长，降水量大。

（高层云、雨层云）

阵性：强度大，降水时间短，雨滴大。（浓积云、积雨云） 例：夏雨隔牛背、雹打一条线 毛毛雨：雨滴小，强度弱。（层积云、层云） 2、按降水成因分：

对流雨：对流绝热上升凝结而成。伴有雷电。例浓积云、积雨云

地形雨：暖湿气流被迫抬升，绝热上升而至。例印度的乞拉朋齐11440mm/年。 锋面雨：冷暖空气团在相遇，暖氛围被迫抬升而致。常在中纬度地区出现。 台风雨：在台风登陆时产生降水，在低纬地区常见。 （二）降水的强度及分布：

1、降水量：降落到地面的水分，在不流失、不渗透、也没有蒸发的条件下，在

单位时间内单位面积上积水的深度。

2、降水强度：

降水强度是指单位时间内的降水量(毫米/日、毫米/小时、毫米/分)。降水

强度的等级有:(单位均为毫米/日) 小雨: 降水强度<10

中雨: 10 < 降水强度 < 25 大雨: 25 < 降水强度 < 50 暴雨: 50 < 降水强度 < 100 大暴雨: 100 < 降水强度 < 200 特大暴雨: 降水强度 > 200

3、降水变率：是表示降水平均变化情况的量。一般可分为绝对变率和相对变率。 4、降水的分布：受纬度 、海陆分布、大气环流、地形等因素的影响

赤道多雨带：年降水量在2000—3000mm之间，主要是由于气温高，水汽充

足，上升气流强，多对流雨而致。此带分布于赤道及其两侧,大约向南、北延伸至纬度5°----10°，各地宽窄不一。因信风带在这里辐合，湿热空气强烈上升而 形成丰沛的降水，年降水量多在1500mm以上，一般可达2000—3000mm。若气流被山地阻挡上升，可形成更大的降水量。

副热带少雨带：信风带的西岸，副热带地区的中部，年降水量小于200mm。

主要是由于副热带高压的下沉气流控制和信风带的背风海岸，风从陆地吹向海洋而形成的。

中纬度多雨带：西风带大陆西岸，年降水量在500—1000mm之间。主

要是由于负来自海洋中的暖洋流表面，含水量多；另外此 地区又是冷暖空气相交汇的地区，多锋面，多气旋。

高纬少雨带：纬度高，气温低，降水少，年降水量小于300mm。 四、人工降水：

根据降水形成的原理，人为地补充某些降水所缺少的条件，促使云滴迅速 长大而降落。

（一）冷云降水：

1、冷云：云体中一部分或全部云体T<0℃

成分：全部是冰晶或过冷却水滴，或两者都有 2、不降水的原因：缺少冰晶

3、方法：人为引入冰晶或冰核造成冰水共存的条件。

干冰：-78.9℃升华，吸热，使云中过冷却水降温冻成冰晶。

碘化银：结构是六角形，过冷却水在上凝华成冰晶，当T=-20℃时，约

有1014个冰晶

（二）暖云降水

1、暖云：云体全部或部分T>0℃

2、不降水的原因：缺少大小水滴共存的条件。

3、方法：氯化钠或氯化钾（吸湿性强，形成大小水滴共存的环境）

复习题：

1、降水形成的条件是什么？

2、为什么雪花有的是柱形、有的是片状、有的是枝形、有的是星状、而有 的是六角形？

3、为什么赤道地区多雨？

4、为什么副热带地区是少雨带？

5、为什么中纬度地区是第二个多雨带？

6、为什么要进行人工降水，都有哪些方法，原理是什么？

第四章 大气运动

重点：1.气压随高度分布的定性解释

2.气压场的表示方法，气压场的基本形式 3.促使空气运动的力

4.地转风、梯度风的概念、形成、风压定律

5.大气环流的概念，三圈环流的模式及风带、气压带的形成，实际大气环流的基本特征

难点：1.等高面图、等压面图的形成

2.水平地转偏向力的由来

3.三圈环流的形成、风带、气压带的形成

§4-1 大气压力的变化

要求：

1.熟练掌握单位气压高度差、单位高度气压差的公式及意义

2.掌握引起气压随时间变化的因素 3.理解气压的日变化、年变化

一、气压随高度的变化：

由于大气质量的3/4集中于大气的低层，因此气压与高度是成反比，即随着高度的升高，气压是逐渐降低的。但由于空气质量分布不均，气压随着高度减小的快慢程度不一。

（一）静力学方程：

大气静力平衡状态，垂直受力为零：dp=-ρgdz 意义：负号：表示气压随着高度是降低的

因重力加速度变化小，因此气压在垂直方向上减小的快慢程度主要决定

于空气密度，低层空气密度大，气压随高度降的快；高层空气密度小，气压随高度降的慢。

条件：大气是静止的，无水平和垂直运动。

（二）单位高度气压差：每改变一个单位高度时气压的变化量 单位：mb/100m、hpa/100m

公式：Gz=-dp/dz=-(-ρgdz)/dz=ρg 意义：Gz愈大，气压随高度降得愈快。

（三）单位气压高度差：气压每改变1mb所需要上升或下降的高度 单位：：m/mb、m/hpa

公式：h=-dz/dp—dz/ -ρgdz=1/ρg

意义：单位气压高度差与空气密度成反比；

低层空气密度大，单位气压高度差小，气压随高度降的快；高层空气密

度小，单位气压高度差大，气压随高度降的慢。

二、气压随时间的变化：

大气具有流动性和连续性，因此气压变化的实质就是空气柱内空气质量的 增多或减少。

（一）影响空气运动的因素： 1、热力因素：

温度高，空气受热膨胀，空气密度变小，空气发生辐散现象，气 压下降。

温度低，空气冷却收缩，空气密度变大，空气发生辐合现象，气压升高。 2、动力因素：

①水平气流的辐合和辐散

辐合：空气聚积，且前面的运动速度小于后面的运动速度，产生空气的堆

积，导致气压上升。

辐散：背离。且前面的运动速度大于后面的运动速度，产生空气的

扩散，导致空气的气压下降。

总体上看，高空的辐合、辐散量大于低空的辐合、辐散量。 ②空气密度：

移来的气团密度大，空气质量增多，气压上升（如冷空气南下） 移来的气团密度小，空气质量减少，气压下降（如暖空气北上） ③空气的垂直运动

a：无运动，空气质量不变，则Pa不变

b：有下沉运动，上层空气质量减少，Pb变小 c：有上升运动，上层空气质量增多，Pc变大

辐散

辐合

上升

下降

a b c 辐合 辐散

（二）气压的变化：

1、气压的日变化：一天中有两个高值，两个低值。 2、气压的年变化：陆地上：最大在冬季，最小在夏季 海洋上：最大在夏季，最小在冬季 高原上：最大在夏季，最小在冬季

复习题：

1、请解释温度与气压的关系？

2、空气的垂直运动与气流的辐合与辐散有什么关系？ 3、冬季与夏季的气压有什么不同，为什么？

4、什么是单位气压高度差、单位高度气压差，它们的公式、有何意义，单位是什么？ 5、影响空气运动的因素是什么？

§4-2 气压场

要求：

1.熟练掌握等压面图、等高面图的来由，气压场的基本形式 2.掌握气压场的对称系统、不对称系统的垂直变化特点 一、气压场的表示方法： 气压场：气压的空间分布

（一）等高面图：在等高面上用等压线表示水平方向上的气压分布状况 1、等压线：同一水平面上气压相等各点的连线

2、等高面：空间海拔高度相等各点连成的面

3、等高面图：等高面与一组等压面在空间相割，在等高面上有许多交线，即等

高面上的等压线所组成的图。

高压区：等高面与上凸的等压面相割得到一组气压值递减的闭合区 低压区：等高面与下凹的等压面相割得到一组气压值递增的闭合区

4、海平面图：把同一时刻各测站的海平面气压值填在一张空白的地形图上，结

合风向，把气压值勤相等的各点用平滑的曲线连接起来，构成当时的海平面图，即高度为零的等高面图。

（二）等压面图：在等压面上用等高线表示等压面空间起伏特征的图 1、等高线：空间高度相等各点的连线

2、等压面：空间气压相等各点连成的曲面。 特点：不是平面，而是曲面或倾斜的面

等压面上凸：中心数字大于四周 等压面下凹：中心数字小于四周

3、等压面图：用不同高度的等高面截等压面，在等高面上得到许多交线（等高

线），将各高度上的截线投影到水平面上，得到一张有许多等高线的等压面图。

等高线中心数值大——对应上凸的等压面 等高线中心数值小——对应下凹的等压面 等高线密集——说明空间的等压面此处坡陡 等高线稀疏——说明空间的等压面此处坡缓 4、等压面图上的等高线的单位：

位势高度：单位质量（1000g）的物体，从海平面（位势高度为零）

抬升到Z高度时克服重力所作的功。即位势米。

1位势米=9.8J/kg

1位势什米=10位势米

位势米与几何高度的换算：H=gΦ/9.8?Z

H：位势米（能量单位，作功的大小） gΦ：纬度Φ处的重力加速度 Z：几何高度（高度的单位） （三）空间气压场的分布：

hpa(mb) 1000 850 700 500 300 100 m 0 1500 3000 5500 9000 16000 二、气压场的基本形式： 1、低气压（低压）：在流场中称气旋

等高面图：等压线闭合，中心气压值低，空间形状类似盆地 2、高气压（高压）：在流场中称反气旋

等高面图：等压线闭合，中心气压值高，空间形状类似倒放的锅

3、低压槽：从低压中心向外伸出的狭长的区域。槽中曲率最大点的连线就

是槽线。空间形状类似狭谷。

4、高压脊：从高压中心向外伸出的狭长的区域。脊中曲率最大点的连

线就是脊线。空间形状类似山脊。

5、鞍型气压场（鞍）：两个高压、两个低压相对的中心区域。类似马鞍。 三、气压场的空间结构：

根据单位气压高度差h=1/ρg得，单位气压高度差与温度成正比，温度高，空气密度小，两个等压面的间距大，气压降低的慢；温度低，空气密度大，两个等压面的间距小，气压降低的快。根据气压和气温的配置关系，有如下的温压系统： （一）深厚的对称系统

温度场中的暖中心与气压场区中的高压中心相重合，冷中心与低压中心相重合，形成暖高压和冷低压两个深厚的对称系统。

1、暖高压：由于中心温度高，空气密度小，则单位气压高度差大，而四周

相对中心温度低，空气密度大，单位气压高度差小，越向高空， 中心位置的两个等压面的间距愈大，四周两个等压面的间距变 小，等压面上凸的强烈，形成深厚的暖高压系统。

2、冷低压：由于中心温度低，空气密度高，则两个等压面的间距小，而四

周相对中心温度高，空气密度小，两个等压面的间距大，越向 高空，中心位置的两个等压面的间距愈小，四周两个等压面的 间距变大，等压面下凹强烈，形成深厚的冷低压系统。

（二）浅薄的对称系统

温度场中的暖中心与气压场中的冷低压中心相重合，冷中心与高压中心相重

合，形成暖低压和冷高压两个浅薄的对称温压系统。

1、暖低压：由于中心温度高，空气密度小，则两个等压面间距大，则四周相对温

度较低，空气密度大，两个等压面的间距小。越向高空，中心位置的两个等压面的间距愈大，而四周两个等压面的间距越小，等压面趋于平缓，到一定高度后，低压中心消失，再向高度发展则形成暖高压形势。

2、冷高压：由于高压中心温度低，空气密度大，两个等压面的间距小，而四周相

对中心温度高，空气密度小，两个等压面的间距大，随着高度的增加，等压面上凸平缓，到一定高度后，高压中心消失，继续发展则形成冷低压。

（三）温压场不对称系统：

即温度场中的冷暖中心与气压场中的高低压中心不重合，气压中心轴线是倾斜的。

1、高压区：在暖区上空，因空气密度小，则两个等压面的间距大，愈向高空，温

差愈大，暖区一侧的等压面间距愈大，因此中心轴线向暖区一侧倾斜。北半球的暖空气来自南方，则轴线倾向西南方向形成脊。

2、低压区：在冷区上空，因空气密度大，则两个等压面的间距小，冷区一侧等压

面愈向高空愈向冷区一侧倾斜。北半球的冷空气来自西北，则轴线倾向西北形成槽。

复习题：

1.为什么等高面图能反映出气压的水平分布特点？ 2.为什么等压图能反映出气压的空间分布特点？ 3.等压面与等高面是什么关系？

4.解释暖高压（冷低压）系统随高度的变化特点？ 5.解释冷高压（暖高压）系统随高度的变化特点？ 6.在北半球高（低）压区的垂直结构特点是什么？ 7.什么是气压系统？

8.什么是等压面，有何特点？

§4-3 大气的水平运动

要求：

1. 熟练掌握水平气压梯度力、水平地转偏向力的方向、地转风、梯度风的形成及风压定律；热成风

2.掌握惯性离心力、摩擦力的大小、方向；风随高度的变化规律 一、促使空气运动的力： （一）水平气压梯度力：

1、气压梯度：垂直等压线方向，单位距离内气压的改变量。即有方向，又

有大小。

方向：垂直等压线从高压指向低压

大小：-dp/dn dp：两个等压线间的压差，为负值

dn：两个等压线的垂直距离 -：表示沿此方向气压是降低的

单位：mb/赤道度（1赤道度=111公里）

特点：当两个等压线间的压差一定时，两个等压线间的垂直距离愈大，即等压

线愈稀疏，气压变化愈小，反之，气压变化愈大。

2、水平气压梯度力：当水平气压梯度存在时，作用在单位质量空气上的力。 公式：G =-dp/ρdn 方向：垂直于等压线从高压ω 指向低压

意义：水平气压梯度力与气A′ 压梯度是成正比的，气压梯度越大，水平气压梯度力也

A B 愈大；当气压梯度一定时，O 水平气压梯度力与空气密度成反比，即愈高空，空气密度愈小，水平气压梯度力也就愈大，风也就愈大。因此

水平气压梯度力是空气运动的原始动力，是实力。

（二）水平地转偏向力：

若无其它力与水平气压梯度力抗衡，则风从高压吹向低压，风速不断增大， 并垂直于等压线。而实际上风是平行于等压线的，风速也受到了限制。 1、定义：

空气是在转动的地球上运动的，由于地球的转动而产生作用于空气的惯性力。它是使空气运动偏离水平气压梯度力方向的主要原因。

2、水平地转偏向力的形成：

如右图 ω ω 3、水平地转偏向力的大小：

OA=Vt ∠A′OA=ωt Φ ω A′A=oA∠A′OA=Vωt

ωsinΦ S=1/2at2

A′A≈ S

Vωt=1/2at2 a=2Vω

Φ F=ma=2mVω 单位质量空气受到的地转偏向力是

A=2 Vω

北极：地平面轴与地轴相重合，则A=2 Vω 赤道：地平面轴与地轴垂直，ω=0，则A=0 任一纬度：自转轴与地轴交角大于零小于90o，

则ω′=ωsinΦ A=2 VωsinΦ

4、特点：

①A是为解释转动的物体产生偏向而假想的力，只有物体相对于地面有运动时产

生的，物体静止时，没有A

②A的方向与空气运动方向始终是垂直的，只改变空气运动的方向，不改变运动的速度，在北半球，背风而立，偏向运动的右方，南半球则偏向左方。 ③水平地转偏向力与空气运动的速度成正比

④若空气运动的速度一定时，水平地转偏向力与纬度成正比，纬度愈高水平地转偏向力愈大。 （三）惯性离心力：

1、定义：在曲线轨道上运动的空气质点时刻受到一个离开曲率半径中心向外的作

用力，这个力是为空气质点保持惯性方向而产生的。

v r a c 2、大小C=V2/r=ω2r V：空气运动的线速度 r：空气运动的曲率半径 ω：空气运动的角速度

3、方向：与空气运动方向相垂直，指向曲率半径的处侧。

4、特点：惯性离心力是一个假想的力，只改变空气的方向，不改变空气运动

的速度；此力的值较小，只有在气旋中才很大。

（四）摩擦力：

1、定义：空气运动时，因受地面摩擦和气层间的相互摩擦作用，减缓空气运动

速度，此阻力称为摩擦力。

2、公式：R=-KV R：摩擦力

K：摩擦系数 V：风速

-：R与V方向相反

（五）四种力的区别：

1、水平气压梯度力是促使空气运动的原始动力

2、水平地转偏向力和惯性离心力都是假想的力，只改变空气运动的方向，而不

改变空气运动的速度。

3、水平气压梯度力和摩擦力是实力，即改变空气运动的方向，又改变空气运动的

速度

4、在赤道上：A=0，忽视水平地转偏向力的作用空气作

直线运动：r=0，忽视惯性离心力的作用

在自由大气中的空气：K=0，忽视摩擦力的作用

二、自由大气中的空气运动： （一）地转风：

1、定义：在自由大气中，因气压场是平直的，空气仅受水平气压梯度力和水平地

转偏向力的作用，当二力大小相等方向相反时，空气的水平运动称为地转风。

2、形成：

A ①在自由大气中，因气压场是平

高直的，空气仅受水平气压梯度力 的作用，从高压指向低压。

压 V ②当质点产生运动时，立刻受到水平地转偏向力a 的作用，并指向质占运动的右方面③随着水平气

压梯度力的增大，风速增大，水平地转偏向力增大，气流不断右偏 低压 G ④当水平地转偏向力增到与水平气压梯度力大

小相等方向相反时，空气沿着等压线平行作直线

运动，称地转风

3、风速：

条件：水平气压梯度力=水平地转偏向力 即：G=A -dp/ρdn=2 VωsinΦ 则：Vg= -dp/ρdn?1/2ωsinΦ 意义：

当密度和纬度一定时，风速与气压梯度成正比，等压线愈密，风速愈大 当水平气压梯度力和纬度一定时，风速与空气密度成正比，高空密度小， 风速大

当水平气压梯度力和空气密度一定时，风速与纬度成反比，纬度愈高，风速愈

大。

4、白贝罗风压定律：

在北半球，风是顺着等压线吹的，背风而V 立，低压在左手边，高压在右手边，南半球则相反。

（二）梯度风

C A 1、定义： 低压 在自由大气中，空气质点作曲线 G 运动时，受到水平气压梯度力、水平 a 地转偏向力和惯性离心力的共同作

用，当三个力达到平衡时的空气运动， 称梯度风

2、低压区中的风速

在北半球A+C=G 风是逆时针吹

rΔp

Vc??rωsin??(rωsin?)2?ρΔn

3、高压区中的风速：

在北半球A=G+C 风是顺时针吹

rΔp 2Vac??rωsin??(rωsin?)? ρΔn

4、梯度风的特性：

①空气运动的速度受水平气压梯度、纬度和曲率半径的影响

②当气压梯度和纬度在同一气压场中时，Vac>Vg>Vc Vg: A=G Vac: A=G+C Vc: A=G-C

而实际大气中则是Vc>Vac

在高压中：如果空气运动的曲率半径减小，则惯性离心力增大（C=V2/r），空

气运动速度增大，水平地转偏向力增大（A=2 VωsinΦ），则水平气压梯度力减小（G=A-C），因A与V是线性关系，而C与V（C=V2/r）平方关系，则C比A增大程度强，所以G变小。因此高压中空气运动的速度受到限制，不能无限制增大。

在低压中：如果空气运动的曲率半径减小，则惯性离心力增大（C=V2/r），空

气运动速度增大，水平地转偏向力增大（A=2 VωsinΦ），，则水平气压梯度力增大（G=A+C）因此空气运动的速度可以不受任何限制，无限制增大。

③梯度风遵守地转风风压定律

在实际大气中，严格的梯度风是不存在的，地转偏向力、水平气压梯度 力、惯性离心力的平衡只是暂时的。由于地球上的方向是以经纬线为准的，则 空气的水平运动经常跨纬圈的。纬度变化则水平地转偏向力、惯性离心力、水 平气压梯度力就不平衡。在自由大气中空气近似地转风。因此地转风是梯度风 的特例，可以近似代表实际空气运动的状况。 （三）自由大气中风随高度的变化：

1、热成风：由于水平温度分布不均所形成的风随高度的改变量。

?? ?即：

V上?VT?V下

特点：①热成风与温度和气压有关，温度差愈大，等压面越倾斜，水平气压

梯度力愈大，空气运动的速度也就愈快。

②热成风的风压定律：在北半球，背热成风而立，高温在右，低温

在左，热成风与等温线是平行的。

③只要温度场不变，热成风的大小、方向就不变

冷 P-2 P-1 暖 V 上 G A Z2 2、风随高度的变化规律：

原则：地转风的风压定律、热成风的风压定律 ①等温平行于等压线：

暖高压与冷低压：气压、温度梯度方向相同，则地面风与热成风的方向相同，

随高度的增加，风向不变，风速增大。

①等温线与等压线平行

暖高压与冷低压

Z5 V5

VT T V4=V3+V冷低压

Vg

T1

Z4 P-2

VT

Z3 T V3=V2+V VT VT

P-1

T2

Z2 T V2=Vg+V VT ?暖高压? ?V上?VT?V下???V上?VT?V下

Z1 Vg

冷高压与暖低压：气压、温度梯度方向相反，则地面风与热成风的方向相反，随高

度的增加，风速减小，到某一高度，风速为零，再上升，

冷高风向与热成风的方向一致，

风速增大

V3=0 Vg 压 Z1 VT 暖低压

???V上?VT?V下

②等温线等压线相垂直：暖平流（低层风从暖的地方吹向冷的地方）

由于气压、温度梯度相垂直，则地面风与热成风风向相垂直，且指向下层风的右方，随着高度的增加，风向右偏，风速增大。

V1 高暖低压 V1 冷 V2 V3 V4 冷平流 暖 V2 冷 VT 暖 V?V上?高??VT?V下暖 V3 V4 ??低?V上?VT?V下冷平流（低层风从冷的地方吹向暖的地方）

由于气压、温度梯度相垂直，则下层风、热成风风向相垂直，且指向下层风的左方，随着高度的增加，风向左偏，风速增大。

因此，在自由大气中，随高度的增加，不论风向如何变化，总是趋向于热成风。例，北半球北冷南暖，热成风的方向则从西向东，高空风都为西风急流。

三、摩擦层中的空气运动： （一）摩擦对风的作用：

在平直等压线气压场中，空气受到平气压梯

度力、水平地转偏向V 力、摩擦力

G 三力的作低压 用，则

A=R+G，风不能平行等压线吹，R A 而是斜穿

高压等压线，由 高压指向

低压，摩擦力愈大，风与等压线的交角就愈大，风速就愈小。 （二）运动特征：

1、风压定律：

在北半球，背风而立，高压在右后方，低压在左前方，风斜穿等压线。 南半球相反。

2、气压系统中的风（北半球）

A V C R

高 C G 低

A G

R V

复习题

1、什么是白贝罗风压定律？

2、在同一个气压场中，Vc、Vg、Vac是什么关系，请解释？ 3、北半球暖高冷低区风随高度变化的规律是什么？ 4、水平气压梯度力的表达式是什么，有什么意义？ 5、随着纬度的增高水平地转偏向力有什么变化？ 6、赤道上空的空气会发生偏向吗？为什么？ 7、为什么在北半球0-30°N间吹东北风吗？ 8、请解释为什么风筝会越放越高越稳？

9、在北半球中画出气压场、受力、风向、热成风、风随高度变化的平面图

冷平流

§4-4 大气环流

要点：

1.熟练掌握大气环流的概念、三圈环流、风带、气压带的形成；实际大气环流的基本特征。

2.掌握海陆分布、地形对大气环流的影响。 3.理解锋区、急流及大气环流的变化。

问：1、为什么天空中的云总是向西移动呢？

2、为什么南极的冰雪样中会发现DDT化学成分呢？ 3、为什么在纬度20—25处沙漠面积如此广大呢？ 4、日本的汽球炸弹为什么会出现在美国的西部呢？ 一、大气环流的概述：

（一）定义：具有行星尺度、规模比较大的空气运动。即有平均状况也有

瞬时状况，并代表全球大气的基本运动状况

大气环流是地气系统系统进行热量、水分、等交换和能量转换的重要机制，

也是这些物理量的输送转换的重要结果，是各种天气系统形成和活动的基础。 （二）尺度： 名称 水平尺度 活动时间 例子 大环流 >2000km 一周 东风波、西风带 中间环流 2000-200km 2-3天 季风、气旋、反气旋 中环流 200-2km 1天 地方性风（山谷风、海陆风） 小环流 <2km 12小时 二、影响大气环流的因素： 大气环流主要受太阳辐 单一环射、地球自转、海陆分布、地 流圈 北极 形等因素的影响，其中太阳辐

射是大气环流形成 的基本因子。

（一）太阳辐射——

赤道 赤道 单一的环流圈 假设条件：

1、地表是均匀的——消除海陆及地形的影响

南极 2、忽略地球自转所产生的

地转偏向力对大气运动的影响

在高低纬间形成环圈，维

持了高低纬间的热量平衡，其根本原因就是太阳辐射在地表分布不均产生的。而高低纬间的热量平衡是产生和维持大气环流的直接原动力。 （二）地球自转——三圈环流和三风四带

高纬环流圈 极地高压带 副极地低压带 60° 副热带高压带 30° 赤道低气压带 东风带 60° 中纬环流圈 北极 西风带 30° 低纬环流圈 东北信风带 赤道 赤道 东南信风带 副热带高压带 30° 30° 西风带 副极地低压带 60° 60° 东风带 极地高压带 高纬度环流 低纬环流圈 中纬环流圈 南极 因此在太阳辐射、地转偏向力的作用下，使南北半球各出现三个经向环流圈，其中，低纬度环流最强，中高纬度环流较弱，这正符合太阳辐射随纬度而降低的规律，并随太阳直射点南北移动。

由于三圈环流的形成，产生了近地面层相应的气压带和风带，即三风四带。

气压带的成因及属性 气压带名称 成因 温压场特征 气流运动方向 温湿属性 赤道低压带 热力 热低压 上升 湿热 副热带高压带 动力 暖高压 下沉 干热 副极地低压带 动力 冷低压 上升 暖湿 极地高压带 热力 冷高压 下沉 干冷 年降水量全球降水量随纬度的分布曲线 2000 低压控制降水多

1500 高压控制降水少 1000 500

90°60° 30° 0° 30° 60° 90°

纬 度

行星风系的季节性移动

①赤道低压带：5°N—5°S

成因：空气受热上升而致知。因A小，气流基本不发生偏转。 特点：因对流强烈，云多，降水多，多对流雨。 ②副热带高压带：30°N(S)

成因：赤道上空流动的空气在此堆积而致

特点：气流下沉，多晴天，空气干燥，沙漠多。 ③副极地低压带：60°N(S)

成因：中纬来的西风与极地流来的偏东风相遇，形成锋面而致。 特点：气旋多。 ④极地高压带：90°N(S)

成因：空气冷却下沉而致。

特点：气温低，空气层结稳定 ⑤信风带:0 — 30°N(S) 成因：从副热带高压带吹向赤道低压带的风，受到地球地转偏向力的影响，

北半球偏成东北风，南半球则偏成东南风。

特点：风向、风速基本是稳定的 ⑥西风带：30°N(S) — 60°N(S)

成因：从副热带高压带吹向极地的气流在地转偏向力的作用下，北半球形

成西南风，南半球而形成西北风。

特点：暖湿气流北上或南下，多锋面和气旋。 ⑦极地东风带：60°N(S) —90°N(S)

成因：空气从极地高压带吹向副极地低压带，受地转偏向力的作用，北半

球偏成东北风，南北半球则偏成东南风。

特点：空气温度极低 总之：

1、三风四带和三圈环流是一致的，冬夏南北移动扩大影响范围，同时出现许多过渡带，因此同一地区、不同季节有不同的风向和天气特征。

2、大气环流以三风四带（纬向环流）为主，同时也存在着经向环流，但比纬向环流弱，这是大气环流的基本规律。

（三）海陆分布与大气环流

由于海陆本身的物理性质的不同，使得同一纬度的海陆间存在着热力差异，冬季陆地是冷源，海洋是热源；夏季相反。进而在海陆之间形成压力差，导致空气在海陆间出现季节性的流动— 季风。 1、地面环流：

冬季：陆地是冷源，空气冷却下沉，形成高压；海洋是热源，空气受热上

升，形成低压。则空气从陆地吹向海洋，形成冬季风

夏季：陆地是热源，空气受热上升，形成低压；海洋是冷源，空气冷却下

沉，形成高压。则空气从海洋吹向陆地，形成夏季风。

季风

⑴季风的概念

大范围地区近地面层盛行风向随季节而有显著改变的风，称为季风。季风问题长期以来就是气象科学中的一个重要课题，随着资料的日益丰富和积累，人们对季风的认识也更为深入。现代理论认为，季风应当是两种不同性质的气流交替，并应具有以下几个特点：

第一、大范围盛行风向随着季节变化而有很大不同，甚至接近于相反方向； 第二、两种季风各有不同的源地，其气团属性有本质差别；

第三、能够给天气(气候)现象造成明显不同的各种季节，例如旱季和雨季，冬季和夏季的明显对比等等。

从上述季风的概念中可知，季风不仅仅是指风向上有明显的季节转换，而且还注

意到两种季风有不同的物理性质和天气现象，因而有利于将季风和大气的全球性环流季节变化相区别，使季风成为一个独立的概念。 ⑵季风的形成因素

季风的形成与多种因素有关，但最主要的是海陆热力差异、行星风带季节移动和地形(高原的作用)等因素的影响。

海陆作用：由于海陆热力性质的差异引起了气压场的季节变化，从而产生了以一年为周期的风向的明显转换，致使天气和气候发生显著的变化。在夏季大陆上气温比同纬度的海洋高，气压比海洋上低，气压梯度由海洋指向大陆，所以气流分布是从海洋流向大陆的，形成夏季风；冬季则相反，气流分布是由大陆流向海洋的，形成冬季风。海陆的热力差异是形成季风最主要的原因。

行星风带的季节移动：由于太阳位置随季节的南北移动，从而引起行星风带随季节也有南北移动的规律。北半球在夏季时，行星风带北移，南半球的东南信风越过赤道后转为西南气流，这是北半球低纬地区夏季盛行的西南气流的主要来源之一。北半球在冬季时，行星风带南移，此时北半球低纬地区为东北信风所控制。这样，低纬地区随季节风向有明显的变换，冬季盛行东北风，夏季盛行西南风。可见行星风带的南北季节位移是季风形成的又一因素。 高原的作用：

夏季，高原地面接受大量辐射，加热近地面层大气，而其四周平原上空同高度的大气则受不到这种加热作用，以致四周大气流向高原。

冬季，高原地面得到的辐射量中很大一部分要用来融冰化雪，加之冰雪的反射作用减少了地面得到的热量，因此高原大气比四周平原上空的大气冷，这就形成了自高原吹向四周的与夏季相反的风。巨大高原与平原之间形成的季风现象，在我国的青藏高原最典型。

上述讨论了季风的形成因素。实际上季风是海陆热力差异，行星风带的南北季节位移和地形等多种因素综合作用而形成的。就某一地区的季风的形成可以是其中某一因素为主导因素，但也不可完全排除其他因素的作用。 ⑶季风的分布

世界上季风区域分布较广。亚洲的南部和东部、非洲中部、东部地区以及澳大利亚的北部等地区为季风区，其中以亚洲季风最显著。 亚洲季风可分为东亚季风和南亚季风两部分，其自然分界线是喜马拉雅山脉及其东面相连的山脉。

东亚季风：是世界上最著名的季风区，这主要是由于太平洋是世界最大的大洋，

欧亚大陆是世界上最大的大陆，东亚居于两者之间，海陆之间的热力差异比其它地区更为明显，再加上青藏高原的影响，所以东亚季风特别显著。

冬季，亚洲大陆为冷高压盘踞，高压前缘的偏北风带来寒冷干燥的空气，这就是

亚洲东部的冬季风，形成干冷少雨的气候。

夏季，亚洲大陆为热低压控制，太平洋上的副热带高压加强北进西伸，高压西部

的偏南风即为亚洲东部的夏季风，它带来暖湿空气，形成湿热多雨的气候。由于夏季气压系统的气压梯度比冬季弱，故夏季风比冬季风弱。

东亚季风的范围包括我国的东部、朝鲜、日本及俄罗斯的太平洋沿岸地区。 南亚季风：属于热带季风，它的形成与海陆间的热力差异有关，同时行星风带的

季节性南北移动也有影响，再加上青藏高原、喜马拉雅山等地形的作用。

冬季，亚洲大陆为冷高压盘踞，高压南部的东北风即南亚的冬季风，形成干燥少

雨气候，为旱季。由于山地屏障以及海陆热力差异不明显，故冬季风较弱。。

夏季，行星风带北移，南亚位于赤道低压带内，加之海陆的热力作用，加强了低

压强度并使之位置进一步北移。此时，南半球的东南信风越过赤道而来的西南气流即为南亚的夏季风，它带来暖湿气流，形成雨季。其强度比冬季风强，厚度也大。

2、高空环流：

陆中纬度为例：半球海陆是相间分布

冬季：陆地是冷源，海洋是热源。空气从西向东流经海洋上空，不断升温，

到达海东岸温度达到最高，形成温度脊；之后进行陆地上空，气温 开始不断下降，到达大陆东岸温度降至最低，形成温度槽。根据热 成风的原理和气压系统随高度的变化规律得知，气压系统最终都要 形成深厚的对称系统。与大陆西岸温度脊对应的形成气压脊，与大 陆东岸对应的形成气压槽。北半球高空形成三槽三脊。

夏季：陆地是热源，海洋是冷源。大陆东岸形成气压脊，大陆西岸形成气

压槽。形成四槽四脊。

因此，由于海陆分布的不均匀，使地表在一定区域上空形成槽脊状 态，使平直的西风产生波状运动。 （四）地形对大气环流的影响 1、动力的抬升作用：

抬升：空气运动在迎风坡被迫抬升，空气在某一高度上堆积形成气压脊，

越过山后下沉，形成低压槽。

绕行：当气流厚度小或地形非常高大时，则阻分成南北两支，北支流向高纬形

成暖平流，高空形成地形高压脊；而南支气流流向低纬地区，形成冷平流，高空形成低压槽，两支气流在地形东侧合二为一，继续东行。

2、热力作用：

冬季：高原面相对四周自由大气为冷源，气流下沉，高原面上形成冷高压。 夏季：高原面相对四周自由大气为热源，气流受热上升，高原面上形成暖低压。 三、实际大气环流状况：

由于受海陆和地形的影响，破坏了理想的三风四带 （一）地面环流状况：

1、北半球因海陆相间分布，纬向分布的气压带被分成几个闭合的高低压系统， 并随季节而变动。 季节 陆地 海洋 冬季 蒙古高压、北美高压 阿留申低压、冰岛低压 夏季 印度低压、北美低压 夏威夷高压、亚速尔高压 大气活动中心：冬夏在海陆出现的闭合的高低压中心 永久性大气活动中心：常年存在的（海上的四个高低压系统）

半永久性的大气活动中心：随季节出现的（陆地上的四个高低压系统） 2、南半球40oS以南，无论冬夏，等压线基本呈纬向分布，而40oS以北， 冬季高压带环绕全球，夏季陆地是低压系统，海洋则是高压系统。 （二）高空环流状况：

高空受地面影响小，因此地面上的高低压闭合中心，在高空已不存在，

取而低之是槽脊形式。

1、冬季：等高线密，水平气压梯度大，风速大，形成三槽三脊 2、夏季：等高线稀疏，水平气压梯度小，风速小，形成四槽四脊 如将地面和高空同时刻的气压图相对照，可看到 蒙古高压：在东亚大槽的下方——辐合下沉而致 北美高压：在北美大槽的下方——辐合下沉而致

阿留申低压：在东亚大槽前的下方——辐合上升而形成的 冰岛低压：在北美大槽前的下方——辐合上升而形成的 四、锋区和急流（自学下列内容） （一）锋区：

1、定义：在高空等压面图上，经常出现水平温度梯度很大（等温线密集

区）的环绕半球的带状区域，属于大气的热力现象。

2、分布：

①极锋（北支、温带）锋区

是冰洋与极地气团的过渡带，可达到地面

②副热带（南支）锋区

是极地变性气团和热带气团的过渡带，常在高空出现

（二）急流：

1、定义：是指高空风速大于每秒30米的狭窄的强风带，其位置和范围基本上

与锋区相对应。

①温带（极锋、北支）急流

位于南北半球中高纬上空，位置和强度随季节有变化 位置：冬季：40—60oN 夏季：70oN

特点：中心平均风速在45—55m/s 最大风速在世105m/s ②亚热带（南支）急流

位置：25—32oN 的11—13km的高空，副热带锋区的上空 特点：位置较稳定，冬强，夏弱，仅为冬季一半。

例：东亚日本：冬季风速达150m/s，最大风速达200m/s ③热带东风急流

位置：在0—20oN（S）移动，副高的南侧 特点：夏季强，平均风速为30—40m/s 五、大气环流的变化：

（一）长期变化：主要通过西风带的槽脊及副热带高压的强度、位置的季节变

化而体现的

1、冬季环流

特征：风带、气压带南移 高空：西风带、南北急流

低空：地面：蒙古高压、北美高压 海洋：阿留申低压、冰岛低压 副热带高压：南移、强度弱 2、夏季环流

特征：风带、气压带北移

高空：西风带北移、两支急流 低空：地面：印度低压、北美低压

海洋：亚速尔高压、西太平洋高压

副高：北移、强度大

（二）短期变化：高空西风带中经向环流和纬向环流的交替变化 经向环流：西风带中槽脊南北振幅大，冷暖空气交换强 纬向环流：西风带平直，冷暖空气交换弱 经向转向纬向：天气稳定，西风平直

纬向转向经向：冷空气南下，产生大规模的天气系统 复习题：

1、用图简述只有太阳辐射一个因素下大气环流的特点 2、天空中的云为什么总是从西向东移动呢？

3、为什么南极的冰雪样中会出现DDT的化学成分呢？ 4、用图简述三圈环流和三风四带的形成过程。 5、非洲的撒哈拉沙漠为什么是世界最大的？ 6、赤道地区常年多雨，为什么？

7、欧洲西海岸降水量从西向东减少，什么原因？ 8、海陆分布对地面的大气环流有何影响？

9、以北半球中纬度冬季为例，说明海陆分布对高空大气环流的影响？ 10、高大地形对地面上的环流有何影响？ 11、大气环流的长期变化有哪些方面？

12、画出全球的三圈环流和三风四带示意图？

气象学与气候学实验指导

前言：根据高等专科师范院校地理系教学大纲的要求，为了配合《气象学与气候学》的教学，帮助学生掌握气象观测、天气图分析的技能，了解天气预报的方法，并能进行气候资料的统计和气候调查，编写了《气象学与气候学实习》试用教材。本教材包括三部分内容：一是气象观测：着重介绍地面气象要素（包括气温、湿度、气压、风、云、天气现象、能见度等）的观测；二是天气预报简介：如何看电视中的天气预报，天气预报中的符号，如何看天气预报图；三是气候资料整理和气候调查。

一·观测场地的要求：

1、观测的目的：

（1）通过大量的、系统的、连续的观测，掌握大气中不断发生的各种物理现象和物理过程的基本规律和特点，并将所观测的资料进行分析综合整理得出正确的结论。

（2）通过观测使学生熟悉气象观测仪器的使用，同时加深和验证课堂上所学的内容。 （3）通过观测初步学会气象观测的基本技能和方法。 （4）通过观测初步学会建立小型气象园的步骤、要求等。 2、环境要求：

场地代表本地区较大范围气象要素特点和天气、气候特征的地方，避免局部地形的影响。一般要求场地平坦空旷，四周没有高大建筑物、树林和大水池的地方。观测场地的边缘与四周孤立障碍物的距离，至 少是该障碍物高度的三倍以上，成排的障碍物，至少是该障碍物高度的10倍以上，四周不应种高秆作物，以保证气流的通畅。 3、场地大小的要求： 观测场地大小应为25×25m2；如果条件限制，可为16（东西向）×20（南北向）m2。中学气象园的大小可根据学校场地的条件而定，尽可能符合国家气象局的规定，可采用16×20m2的面积，但不要小于5×4m2，否则仪器相距太近，相互遮挡，影响观测质量，而且影响活动的进行。 4、观测场内的要求：

观测场地要求平整，不应有洞穴、坑洼，突起的地方，否则仪器安置不易达到水平的要求。由于一般地区下垫面绿色植物分布的面积最广，所以观测场内应种植浅草，土壤应保持当地的结构特征，同时在场内要铺设0.3－0.5米宽的小路（不能用沥青铺面），保持场内整洁，方便行走，以免踏平草层。为了保护场内仪器设备，观测场四周应设高度为1.2米的稀疏围栏（铁丝网、铁栏杆、竹围栏等),保持气流通畅。围栏的北面正中开一个小门，方便出入。要保持场内整洁，当草高超过20厘米时，要剪短，将草及时运出场地。在冬季降雪时，除小路和百叶箱顶壁的积雪可以清除外，场内积雪应保持原状，使其自然融化。

二·观测场内的仪器的安置

观测场内仪器的安置应当保持一定距离，互不影响，具体要求如下： 1.仪器高的安排在北面，低的安在南面，东西成行，大体对称。

2.仪器设备应安置在东西走向的小路的南侧，便于观测人员观测时能迅 速从北面接近仪器。观测次数多的仪器，尽量接近中间小路。 3.百叶箱内的温度表安置的高度规定为1.5米。 4.测量降雨量的雨量器的安置高度规定为70厘米。 5.测量风的仪器安置在距地面10米以上。

6.观测场内的日射、日照仪器应在开阔的地方，并放在平台上。而且日 射仪器事先需要测定反射率。

三·观测时间

1.每日以北京时间02、08、14、20时进行四次气候观测，部分观测站、哨仅进行08、14、20

三次气候观测。

2.定时观测项目表 时间 02 08 14 20 云、能见度、天气观测时间 现象、空气的温降水、冻土、度、湿度、风、气雪深、雪压、压、0－40厘米地地面最低温度 温 08 14 80－320厘米地降水、蒸发、最高、最温、换温低气温和地面最高、最日照计度、气低气温，并调整观测表换纸 压、湿度放回原位 自记纸 20 日落后 3.温度、湿度气压等要素尽可能接近正点观测，而目测项目如云、能见度等可在正点观测前进行观测。

4.气象要素均以北京时间20时日界，自记记录以24时为日界，日照计以日落为界。

5.中学气象园观测项目，每天观测三次，在不影响教学工作的前提下，可以提前一小时，在07、13、19时观测。

实验二 空气温度的观测

空气温度是表示冷热程度的物理量。它是最基本的气象要素之一。大气中所发生的热力过程和许多天气现象都与大气温度有密切关系。同时，气温也是构成一地气候的重要因素，特别是农作物的生长、发育与气温、地温有着密切的关系。

为了能定量的表示温度，就必须选定一个衡定温度的标准尺度，简称温标，我国采用的是摄氏温标（℃），它是以标准大气压力下的纯水的冰点为0o，沸点定为100o，以冰点和沸点作为两个基点，其间划分成100等分，每等分称为1o。

一·测温原理

任何物质温度变化都会引起它本身的物理特征与几何形状的改变。利用物质这一特性，确定它与温度间的数量关系，就可以作为测温仪器的感应部分，制成各种各样的温度表。常用的温度表有以水银或酒精为感应液的玻璃液体温度表。

水银和酒精都具有比较明显的热胀冷缩的特性。水银和酒精相比较，具有导热快，比热小，易提纯，沸点高（356.9℃）蒸汽压小，不与玻璃发生浸润作用等优点，所以用水银用感应液的温度表灵敏度和精确度都较高。但是由于水银冰点比酒精高（－38.9℃），测定低温不适宜，而酒精冰点低（－117.3℃），用来测定低温比较好。但酒精本身具有膨胀系数不够稳定，纯度较差，容易蒸发，以及与玻璃起浸润作用等缺点，所以一般情况下，不使用酒精温度表，只有在气温低于－36℃时，才按照《地面气象观测规范》规定使用酒精温度表。因此，除了最低温度表用酒精作为感应液外，一般温度表多用水银。

当温度表与空气接触时，球部与空气间便发生热量交换。如果空气湿度升高，温度表球部便吸收空气中的热量，球部的玻璃和水银（酒精）都受热而膨胀，然而水银（酒精）膨胀量远比玻璃大，所以一部分水银（酒精）被迫进入毛细管中，于是毛细管内水银柱便随之升高，直到热量交换平衡时为止。这时水银柱（酒精柱）随之下降。反之，气温降低时，毛细管内的水银柱（酒精柱）随之下降，直到热量交换平衡为止。因此，温度表水银柱（酒精柱）的示度也能表示气温的高低。 二·几种液体温度表

1. 普通温度表（干湿球温度表）

普通温度表是由球部、套管、白磁刻板及顶部所组成的水银温度表。它的特点是：如前所述毛细管内水银柱的示度，随着被测物的温度变化而变化。因而可以测出任意时刻被测物的温度。气象站、哨是用一对规格相同的普通温度表测定空气的温度和湿度，因此又称为干湿球温度表。 2. 最高温度表

最高温度表也是一种水银温度表。用以测定一定时间内的最高温度。它与普通温度不同的地方在于球部。最高温度表的球部有一玻璃针，伸入毛细管，使球部与毛细管之间形成一窄道。温度升高时，球部水银体积膨胀，压力增大，迫使水银挤过狭管回至球部，因而水银柱就在狭管处断裂，于是狭管以上这段水银柱的顶端，就保持在过去一段时间内温度表所感受到的最高温度示度上。最高温度表为了防止重力作用，应水平安放，为了防止水银柱滑向头部，也可将头部稍放高一点。

观测最高温度后，应按规定进行调整。其方法是：用右手紧握表中上部，球部向下，把手伸出和身体约成30o角，在水平面45o范围内剧烈甩动几次，待其示度与干球温度相差不到0.2o时为止，最后，将调整好的最高温度表放回原来位置上时，注意手不能触及球部，先放球部，后放表身。

最高温度表的水银柱是只上升不下降的，如果发现最高温度表水银柱已经下降，则此表已失去了最高温度表的性能，不能继续使用，应予以撤换。 3. 最低温度表

测定一定时间间隔内的最低温度，用最低温度表。它的构造特点是：毛细管较粗，内贮透明的酒精，在毛细管内酒精中有一个哑铃形的玻璃游标。当温度下降时，酒精柱收缩，由于酒精柱顶端与游标接触时，其表面张力作用，带动游标下降；当温度上升时，酒精膨胀，酒精柱可以经过游标周围慢慢向前流动，而游标因顶端对管壁的摩擦力及本身的重力作用，仍停留在原位不动，因此它可以指示出一定时间间隔内曾经出现过的最低温度。

观测最低温度表之后，要进行调整，先将球部向上抬起，使游标到达酒精柱的顶端，与酒精面相接触，然后将最低温度表水平安装好。 三·空气温度表的安装

测定空气温度的仪器，应放在防止太阳直接照射，又能防止强风、雨淋、雪盖，并能使空气自由流通的保护装置内。目前观测台站用的保护装置就是百叶箱。

百叶箱，四周是由两排薄的木板百叶组成，木板向内向外倾斜与水平方向成45o角。箱底由三块木板组成，中间木板比两侧的木板高出一些，箱盖有两层，其间空气能流通。为了避免太阳直接照射仪器，百叶箱要漆成白色，以防吸热过多，影响箱内气温。

百叶箱分大小两种，大百叶箱是安装温度、湿度自记仪器的，小百叶箱是安装干湿球和最高、最低温度表的。

百叶箱应水平地牢固地安装在一个特制的架子上，支架应牢固地埋入地下，其顶端高出地面125厘米。箱门朝正北。

箱内仪器的安装 小百叶箱内的各种温度表都安置在箱内特制的铁架上，干湿球温度应垂直固定在铁架两侧，干球在东，湿球在西，球部离地面1.5米，湿球的下方是一个带盖的水盂，水盂口离湿球约3厘米，湿球温度表球部包扎一条纱布，纱布通过杯盖上的狭缝引入水盂内。 最高温度表平放在铁架下面横梁上的钩中，球部中心离地为1.5米；最低温度表放在最下面的钩上，二支表球部都向东。

大百叶箱内的温度计安装在前面的木架上，感应部分中心离地1.5米；湿度计放在后面稍高的木架上。

百叶箱内外要保持清洁，大雨、大雪后，要及时将箱内的雨水擦干净，以免影响记录的准确性。 四·温度表的观测

按规定时间首先读干球，后读湿球，记录之后再复读一次，然后读最高温度，最低温度，复读记录后，调整最高、最低温度表，放置最高温度表时，要先放球部，后放头部以免水银上滑。 观测温度表须注意下列事项： ①必须保持视线和水银柱顶端高度齐平，以避免由于视差而使读数偏高或偏低。 ②温度表是很灵敏的仪器，所以读数时应迅速，勿使头部、手和灯接近表的球部，不要对着温度表呼吸。 ③观测后应复读一次读数，避免发生读错，特别是5o、10o或零上零下看颠倒等大差错。 上述温度表观测后，然后观测大百叶箱内的自记温度计、湿度计。 五·自记温度计

自记温度计是气象上常用的几种自记仪器中的一种。自记仪器是自动记录气象要素在一天或一周内连续变化情况的一种仪器。从仪器上还能知道气象要素在某段时间内的极值及其出现时间。温度计由感应部分、传递放大部分、自记部分组成。

自记部分是将传递放大的结果自动记录下来的部分。包括自记钟、自记纸和自记笔等。一般自记钟分日转和周转两类。

自记钟上放有记录纸，其纸上与纵轴垂直的水平线表示温度，通常每格为1℃。竖的弧线为时间线。自记钟旋转一圈之后，就更换自记纸（每日一次或一周一次），规定在14时观测后换纸。自记笔尖内装有特制的墨水，由于自记钟时刻在运转，温度不断在变化，这样笔尖在自记纸上就连续画出温度随时间变化的曲线。具体操作步骤如下： ①温度计的观测次数和温度表一样，每次读数后要用笔尖画短线做一记号。 ②换纸时应注意写上年、月、日和上纸的时间及取下纸的时间。 ③将纸裹在钟筒上卷紧，水平线对齐，底边紧贴筒底边缘并以压条固定。 ④转动钟筒，使笔尖正对当时时间。 ⑤推回笔档，使笔尖与钟筒接触，做记号，重新检查一遍后，关上合盖。

自记温度计要注意维护，经常保持清洁，对感应部分不要用手及其他物体碰撞。当感应有灰尘时可用细毛笔及时除掉。经常注意自记录是否清晰、有无中断现象，笔尖墨水是否足够，自记钟是否停摆等。

实验三 地面温度的观测

地温包括地面土壤温度（地面温度）和地中土壤温度（地中温度）。站、哨一般可根据需要观测地面（包括0厘米、最高、最低温度）浅层（地中5、10、15、20厘米）和较深层（地中40、80、160、320厘米）三个层次的地温。 一·地温表：

测定地温用的仪器有：地面温度表、地面最低温度表、地面最高温度表。这三支温度表与测定气温的干球温度、最高和最低温度表相同，只是由于地面温度变化范围较宽，它们的测量范围也较大。并被安装在观测场的南边的地表面，球部一半埋于土中，一半露于外面，三支地温表并排放在地段中央偏东的地面上；由北向南为地面温度表（1）、地面最低温度表（2）、地面最高温度表（3）、它们相互的距离为5－6厘米。在观测地面温度表时，不得将表取离地面读数（被水淹时例外）。地在温度表被雪覆盖，巡视时应将其放置在雪面上，读数时若球部又被雪盖，仍照常读数。冬季当地面温度降到＜－36℃时，地面和地面最高温度表停止观测，只读取地面最低温度表的酒精柱和指标示度，并用器差订正后的酒精柱示度值作为地面温度记录。在高温季节里，8时观测后将地面最低温度表收回，放在阴蔽处（收回前的读数记在20时栏），20时观测前再放回原处（遇雷雨天气应及时将表放回原处）。冰雹季节，冰雹时地面温度表和曲管地温表，应加盖网罩，以免仪器损坏，冰雹停后立即拿掉。 二·曲管地温表：

曲管地温表是测量浅层地温的仪器。其温度表球部附近的管子弯曲成135o角。玻璃套管下部（自球部到温标的起点）用石棉灰充填，再用棉花堵塞和火漆固定，以防止玻璃管内空气的对流。直管地温表用来测定较深层不同深度的地中温度，它是由外管和湿度表两部分组成的。湿度表又装在一个带有金属帽的特制保护框内，并用螺丝与木棒连接，长度视所测深度而定。安置曲管地温表的地段应选在观测场的南边，地段面积为4×6平方米的裸地，要经常除草，并使土壤保持松软状态。如果下雨后，地段表面形成一层硬皮，应及时耙松，并注意地段表面不应高出或低于观测场整个地面。由于浅层土壤温度变化比较剧烈，因此深度每增加5厘米，安置一支曲管地温表。曲管地温表安置在地面温度表的西边，自东向西按5、10、15、20厘米深度顺次排列，每支表相隔10厘米。5厘米深的曲管地温表与地面最低温度表头部，相距20厘米。安置曲管地温表时，动作应十分轻缓，以免损坏仪器，先在地段中央东西线上挖一条长40厘米，宽25－30厘米的斜沟，沟的北壁垂直，但不是正好东西向，而是偏北与东西约成30o角，使得温度表的露出地面部分正好在东西一条线上。小沟挖好后，用尺沿OA沟壁，量出地温表深度（指球部中央离地面深度）各作一个水平洞穴，洞的大小比温度表的球部稍大，然后将地温表放入坑内，并使球部牢牢地嵌入北壁小洞里，使温度表的表身与地面成45o角，等所有温度表都安装好后，再在沟内填满土，填土应与整个地段一样齐平。每支地温表露出地面部分，应用两根木棒做成支架支柱（不能用铁支架），为了检查地温表安装的深度，在安装前就预先应用红漆在地温表上做出深度标记。为了保护地温场地不被践踏，在温度表的北部安装两块木质踏板。在观测曲管地温表时，应特别注意视线与水银柱顶保持垂直，否则将产生较大的误差。 三·直管地温表

直管地温表安置在观测场地南边有自然覆盖物（草皮）2×4平方米地段上，与地面最低温度表和曲管地温成一直线，从东向西，由浅入深（40、80、120、320厘米），彼此间隔50厘米。外管露出地面部分须用牵绳固定。为了保护地段的草层和下雪时的积雪层，地温表的北侧约30厘米处应设置一个木质的观测用的台架。深度为80、160、320厘米直管地温表仅在14时观测一次，地面最高、最低温度表仅在20时观测一次，并随即进行调整。在观测直管地温表时，应特别注意视线与水银柱顶保持垂直，否则将产生较大的误差；观测直管地温表时，要站在台架上，把温度表从外管取出后，用身影遮住温度表，但不要用手握住球部，读数要迅速，注意安全。然后轻轻地把温度表插入管中。

实验四 观测空气湿度

空气湿度通常用水汽压、绝对湿度、饱和差、露点温度表示。湿度观测方法有两种：干、湿球温度表测湿法和毛发湿度表测湿法。 一·用干、湿球表测定湿度的原理这个方法是用两支相同的温度表，其中一支温度表的球部缠有湿润的纱布，称为湿球，另一支用来测定空气温度，称做干球。在未饱和的空气中，由于湿球纱布上的水分不断蒸发，而蒸发所需要的热量来自于湿球本身及流经湿球周围的空气，致使湿球温度下降。当湿球因蒸发所消耗的热量和从周围空气中获得热量相平衡时，湿球温度就不再继续下降，结果干、湿球温度示度出现了一个差值。这个差值大小，取决于蒸发的快慢程度，而蒸发的快慢又取决于空气的湿度大小以及当时的气压和风速。空气湿度愈小，湿球水分蒸发快，湿球温度降得愈多，干湿球差就愈大；反 之，湿度大，湿球水分蒸发得慢，湿球降低的少，干湿球差值就小。另外当气压小和风速大时也利于湿球蒸发，使干湿球差值小，因此可以利用干湿球温度差来测定 空气的湿度。计算空气湿度的基本公式是： e=Et′-AP(t- t′) 式中：e： 绝对湿度

Et′：湿球t′时的饱和水汽压 t： 干球温度

t′：湿球温度

A： 干湿表系数，它不是一个常数。其值决定于湿球附近的空气流速。 在实际工作中，湿度的计算是利用气象常用表第一号进行查算的。 二·湿球温度表的使用和观测

测定空气湿度的准确度与湿球温度示度是否准确有很大关系，要使湿球示度准确，主要在干湿球表面有良好蒸发和热量交换，这就要求选择吸水性好的纱布及用纯净的蒸馏水来润湿纱布等。 （一）选择吸水性能良好的纱布，一般要求15分钟内至少吸水7－8厘米。纱布应保持清洁、柔软、无灰尘。一般一周更换一次纱布。如遇大风、沙暴天气，应随时更换纱布，换布时把手洗干净，用清水将表的球部洗净， 再把长10厘米左右的纱布在蒸馏水中浸湿，然后把它缠在水银球部，纱布在球部上重叠的部分，不得超过球部表面积的四分之一，再用纱线将球的上部和下部做好活扣扎紧。

（二）湿球纱布要用蒸馏水浸湿，不得用河水、泉水。因含有杂质的水湿润纱布会使蒸发量减少，湿球示度偏高，所以规定用蒸馏水。纱布下的水盂，应经常装满水。如因空气过于干燥，纱布吸水不及时，则应在观测前巡视仪器时用水盂将纱布浸湿，以保证观测正常进行。

（三）在湿球纱布结冰时，应把水盂从百叶箱内取走，以防冻裂。湿球上纱布应在球部以下2－3毫米处剪断，如图4－2。由于湿球结冰后，不能再用水盂供水时，在每次观测时均应润湿纱布，这一步称做溶冰。溶冰的方法是：用一杯和室温相同的蒸馏水，将湿球球部全部浸入水杯内，使球部原有冰全溶化。待纱布浸透而全溶化后，将水杯拿走，并仔细地用杯沿将集聚在湿球布头上的水滴除去。溶冰的时间应视当时的天气条件而定。一般湿度小而风速大时，约在观测前20分钟左右进行；湿度正常时，约在观测前30分钟进行。观测时，应在读数前，先看湿球示度是否稳定不变。如果稳定不变，即进行读数，并注意湿球纱布是否结冰，如果观测时湿球已结冰，则在湿球读数右上角记“B”字。如果观测时，湿球示度还在变动时，只读干球，不读湿球，等数分钟后再读一次干湿球读数以算湿度。而气温则以第一次干球读数为准。湿球温度一般比干球温度低或者相等。但在降水、浓雾天气情况下，可能发现湿球比干球温度高的现象，这时应以干球为准，将湿球示度改成与干球温度相等来查算湿度。湿球温度冰面订正值：

t′ 0.0－ －1.2 订正值 0.0 －1.3－ －4.6 －4.7－ －10 －0.1 －0.2

三·毛发湿度表和湿度计

人的头发经过脱脂后会随着空气相对湿度变化而有改变长度的特性。实验表明，当相对湿度由0％增加到100％时，毛发伸长量为原来长度的2.5％，但在不同湿度上其伸长 量是不均等的。利用这一特性可以制成毛发湿度表和毛发湿度计。 （一） 毛发湿度表

感应部分为单根脱脂的人发，人发的上端固定在架子上部的调整的螺丝上，下端则固定在架子下部的弧钩上，弧钩与一小锤连接，小锤可使毛发拉紧。弧钩和指针固定在同一轴上，指针的尖端在刻度上移动，刻度尺上刻着相对湿度百分数的刻度。当空气中相对湿度大时，毛发伸长，小锤下压，指针向右移动；反之，相对湿度变小时，指针就 向左移动。毛发湿度表观测读数时，要使视线垂直于刻度盘，并对准指针的尖端，读取指针所指的数值，只读整数，小数四舍五入。指针超过刻度线100以外，应用外推法读数，利用90－100％刻度间距，从100％推延出去，然后估计读数，照常记录。 （二） 湿度计

湿度计是自动记录相对湿度连续变化的仪器。它和温度计一样，构造也分三部分。感应部分也分三部分。感应部分是一束毛发，传递放大部分比较特殊，是采用两次放大的杠杆装置，自记部分（自记钟、纸、笔），与自记温度计相同。 湿度计安放在大百叶箱温度计的后方。湿度计的读数方法同温度计，但只取整数，不记小数，当湿度计笔尖100超过时，估计读数，若笔尖超出钟筒，则在记录栏内记“－”表示缺测。超出范围较大，需进行调整。湿度计时间记号的方法与换纸方法与温度计相同。湿度计的毛发应保持清洁，切勿用手触摸。毛发上如有雾淞、冰、雪等，就轻敲金属架，使它脱落。如敲不下，只能把湿度计暂时放在室内，使它自然干燥。切勿把仪器接近火炉。放回室内这段时间的记录，作缺测处理。毛发测湿仪器常产生如下一些误差：首先毛发对相对湿度的感应存在着滞后性，试验表 明，毛发表的指标常常落后于湿度的实际变化。气温愈低，滞后时间愈长。到－40℃以下，毛发几乎失去感应能力。另外，毛发本身的长度也随温度的变化而胀缩，同时，固定毛发的金属架随温度的升降也有胀缩，这些都是引起毛发测湿误差的原因。

实验五 气压的观测

气压的观测，通常包括测定本站气压，以及根据本站气压计算出海平面气压。本站气压是指气象台站所安置的气压表的海拔高度以上的大气压力。测定本站气压通常用水银气压表和气压计，野外观测时常用空盒气压表。 一·水银气压表

常用的水银气压表有动槽式和定槽式两种，它们是根据水银柱的重量和大气压力相平衡的原理来测定气压的。用长约1米的一根玻璃管，内装经蒸馏过的纯水银倒插在水银槽内，这时管内的水银柱就开始下降，当下降到一定高度后（通常水银柱顶离槽中水银面为760毫米左右）就不在下降了。这是因为水银槽面上的大气压力，支持住了管内水银柱的重量的缘故。随着大气压力升高或减小，水银柱亦随之升高或降低。所以根据水银柱高低就可以测出大气压力的大小。设玻璃横截面积为S，水银柱高度为h，水银密度为p，重量为w，重力加速度为g。则压力： W mg

P＝——＝——— 其中m=p×v v=S×h S S

Mg pgsh

所以：P＝ ——— ＝———— ＝ pgh S S

公式中水银密度p和重力g固定时，则p与h成正比，故气压P可用水银柱高度h来表示。 二·气压表的构造

（一）动槽式水银气压表

动槽式水银气压表其构造可分为内管、套管和水银槽三部分。内管：是一根直径为8毫米，长约1米左右的玻璃管。玻璃管经洗净并抽成真空后，用纯净和干燥的水银灌满，就成为水银气压表的内管。内管装在气压表外部的套管中，用数个软木圈支柱，开口的一端插在成为盛满水银的槽里。套管：是用黄铜制成，管的上半部前后都开有长方形窗孔，用来观测内管中水银 柱的高低。窗孔边上有刻度尺和游尺是用来测定气压整数和小数的。套管下部装有一 支附属温度表，其球部在内管与套管之间，用来测定水银及铜管的温度。套管的下端与水银槽连接。水银槽：分为上下两部分，中间有一玻璃圈可以看见槽内水银面。槽的上部为一由很软的羊皮制成的皮囊，其特性是能通空气而不漏水银。皮囊的一头牢固紧扎在玻璃内管上，，木杯中央凸出成圆筒形，内管即通此木杯而伸入槽内。用来指示刻度零点的象牙针固定在木杯的平面上，尖端向下。槽的下部

有一皮囊，呈圆袋状，袋口扎在一硬木制的木杯下部，此木杯分成上下二截，以螺旋紧连着，上下木杯的外面有一用以调节水银面的调整螺旋，螺旋的顶部有一小木托顶住下皮囊以免皮囊摩损。 （二）定槽式气压表

定槽式气压表， 构造上也可分为内管、套管和水银槽三部分。内管和套管的构造大体与动槽式相同。槽部一般用铜或钢制成的。槽内盛定量水银，槽顶有一气孔螺旋，使水银槽与外部空气相通，管内水银柱就会随空气对槽内水银面所施压力的变化而升降，以测定气压。定槽式气压表没有用来表示标尺零点的象牙针，即没有固定的零点。当气压变化时，不但水银柱高度发生变化，而且槽内水银面位置也发生变化。这样读数时就需要移动标尺，使标尺的零点于 水银面上，然后读水银柱高度，这样既不方便又不准确。因而采用固定标尺，在标尺刻度上对零点的变化加以补正的办法来弥补零点变化的缺陷。

补正原理：当外界压力增加时，槽内水银面下降，管内水银柱升高，实际气压的变化是这两部分高度变化之和。反之，气压下降时也是一样的。由于水银槽是封闭的，槽内水银面高度变化b是看不到的。因此仅用管内水银柱变化a来代表实际气 压变化（a+b）。这样标尺上的单位刻度距离a要比实际气压变化要短些，这就是标尺需要补正的基本原理。

常用的定槽式气压表，其内管面积和槽部面积之比是1：50，当气压1毫米时，槽内水银面下降0.02毫米（b＝1/50），内管水银柱只上升0.98毫米（a=49/50），即标尺代表气压变化1毫米的刻度（长度），实际只有0.98毫米长。为此，在制造定槽式气压表时，要求槽部和内管严格成比例，并以标准气压（760毫米）时槽内水银面高度做为标尺的零点。同时保持气压表内水银定量，否则将会引起仪器误差。

上述两种气压表比较起来，动槽式制作较容易，因为有固定零点，观测读数较烦，时间较长后水银面有氧化物，调零点不容易准确，造成观测上的误差。定槽式在制作上要求严格，但使用方便而且精确。 三·水银气压表的观测方法和步骤 （一）动槽式气压表观测步骤和方法 1、首先观测附属温度表，精确到0.1℃。

2、调整水银槽内的水银面与象牙针尖恰好相接，直到象牙针尖相接完全无空隙为止。

3、调整游尺，使其底边与水银柱顶相切，调整过程中视线和游尺的底边必须始终保持在同一平面上，从上往下调，在水银柱顶与游尺底边相切两旁还应露出三角形空隙时为止。 4、读数并记录。先在标尺上读整数，从游尺上读取小数，精确到0.1毫米（毫巴）。读整数时，应以稍低于游尺零线或与游尺零线相齐的标尺刻度为准；读小数时，应以标尺上某一刻度线相齐的标尺刻度为准。

5、降低水银面。读数后旋底部螺旋使水银面离开象牙针尖约2－3毫米，目的是使象牙针尖不致被水银磨秃，使刻度零点位置升高。

（二） 定槽式水银气压表的观测步骤和方法

用定槽式水银气压表观测气压，程序较动槽式简单，不必调整水银面。 1、观测附温

2、轻击管壁，使水银柱顶端成正常的凸面。 3、调整游尺与水银柱相切。 4、读数、记录并复读。 四·水银气压表读数订正

水银气压表读数只是表示测得的水银柱高度。由于各气压表精确度不同，所测出的数值往往是不同的，即使用同一支气压表进行测量，由于温度不同、地理位置不同、测量的数值也会各有差异。这说明水银气压表的示度，不仅随气压的变化而改变，而且还随仪器的改变、温度、重力的改变而变化。因此，直接从水银气压表测得的气压数值，并不能代表真正的本站气压值。

（一）器差订正

每支水银气压表都有一定误差。这种仪器自身的误差叫仪器差（简称器差）。器差主要是由于内管真空不良，水银不纯，刻度不均等原因所造成的。因此，每支气压表必须和标准气压表比较，得出误差值，编成检定证。器差可从检定证上直接查取。 订正方法：

1、根据测得气压读数，从检定证相应的气压值范围内查出订正值。 2、把气压读数与订正值相加，取代数和，即为经器差订正后的气压值。

例如：气压读数为761.0毫米，检订证上查得订正值为－0.2，则订正后的气压值为： 761.0＋（－0.2）＝760.8毫米 （二） 温度订正

水银气压表在制作过程中，是以附温0℃时的水银柱长度和黄铜标尺的长度作为标准长度。当附温不等于0℃时，由于水银和黄铜刻度标尺膨胀系数不同（水银膨胀系数α＝0.0001818，黄铜膨胀系数β＝0.000184）也就引起了两者相对位置发生改变。这种由于温度影响而引起的气压示度的改变值，称水银气压表的温度差。当附温在0℃以上时，由于水银的膨胀比黄铜大得多，如果这时依照水银柱高度读数就会偏高，因此应减去一段由于水银柱与黄铜膨胀不同造成的气压差，如图5－6。即温度差应为负值。如果附温在0℃以下时，水银收缩比黄铜多，水银柱示度偏低，因此就加上一段水银柱高度，即温度差为正值。

温度差订正值可从《气象常用表》第二号第一表中直接查取。 六、气压计

气压计是自动记录气压连续变化的仪器。其准确度不如水银气压表。气压计在构造上与其他自记仪器相似，可分为感应部分，传递放大部分和自记部分。感应部分：由几个空盒串联而成的，最上的一个空盒与机械部分连接，最下一个空盒的轴固定在一块双金属板上，双金属板上用以补偿对空盒变形的影响。传递放大部分：由于感应部分的变形很小，常采用两次放大。空盒上的连接片与杠杆相连，此杠杆的支点为第一水平轴，杠杆借另一连接片与第二水平轴的转臂连接。这一部分的作用是将空盒的变化以放大后传到自记部分去。这样以两次放大能够提高仪器的灵敏度。自记部分与其他自记仪器相同。气压计应水平安放在水银气压表附近，离地高度以便于观测为宜。

气压计读数要精确到0.1毫巴，其换纸时间和方法与其他自记仪器相同。

实验六 风的观测

风的观测包括风向和风速的观测。风向是指风吹来的方向，一般分为16方位也可用角度表示。例如北（N）、东（E）、西（W）、南（S）四个方位，分别以360°（0）、90°、180°、270°表示。风速是指单位时间内空气流动的水平距离，以米/秒为单位。目前气象台站用来测定风的仪器有EL型电接风向风速仪，轻便测风器等。在没有仪器或仪器失灵的情况下可根据某些物体被风吹动的情况用目力来判定。

一、 EL型电接风向风速仪

L型电接风向风速仪是电感应器、指示器和记录器三部分组成。

感应器：感应器安装在室外10－12米高的杆子上。感应器的上部为风速部分，由风杯、交流发电机、蜗轮等组成；感应器的下部为风向部分，是由风标、风向方位块、导电环、接触簧片等组成。

指示器：指示器放在室内桌上用来观测瞬时风向和瞬时风速的。它由电源瞬时风向指标盘、瞬时风速指示盘等组成。

记录器：记录器也置于室内，用来记录风向风速连续变化。它是由八个风向电磁铁，一个风速电磁铁、自记钟、自记笔、笔档、充放电线路等部分组成。

感应器用一长电线和指示器相连，指示器与记录器之间用短电线相椄。 观测方法： ①打开指示器的风向风速开关，观测两分钟风速指针摆动的平均位置，读取整数，记在观测簿相应栏中。风速小的时候，把风速开关拨到“20”挡，读0－20米/秒标尺刻度；风速大时，应把风速开关拨到“40”挡，读0－40米/秒标尺刻度。观测风向指示灯，读取2分钟的最多风向，用十六方位的缩写记录。静风时，风速记0，风向记c；平均风速40超过米/秒，则记为＞40。 ②自记纸更换方法、步骤与温度计基本相同，只是更换时间为13时。 二、轻便三杯风向风速仪

轻便三杯风向风速表用于测量风向和一分钟时间内的平均风速。轻便三杯风向风速表由风向仪，风速、手柄三部分组成。风向仪：包括风向指针、方位盘、制动小套管部件。

风速表：由十字护架，感应组件旋杯，和风速表主机体组成。旋杯是风速表的感应元件，它的转速与风速有一个固定的关系。风速表主要就是根据这个基本原理制成的。

手柄：由一段空心管和一个带螺纹的零件组成。以上三部分可以通过螺纹连接在一起。 安置和使用：

风向风速表可以手持使用，也可安置在固定地点使用。仪器安在四周开阔无高大障碍物的地方。安装高度以便于观测为限，并保持仪器垂直，机壳侧面向风。观测时将方向下小套管拉下再右转一角度，此时方向盘就可以按地磁子午线的方向稳定下来。风向与方向盘所对的读数就是风向。如果指针摆动，可读摆动的中间值。用手指压下风速按钮，风速指针就回到零位。放开风速按钮后，红色时间小指针就随风速指针开始走动，经一分钟后铜指针停止转动。接着时间指针转到最初位置也停止下来，结束了风速的测量。风速指针所示数值称为指示风速。以这个风速值从风速检定曲线图中查出实际风速值即为所测之平均风速。如欲进行下一次观测时，只要再压一下风速按钮就可以了。 当观测完毕时，务必将小套管向左转一角度，使其恢复原来位置，这时方向盘就可以固定不动。小心地将风向仪和手柄退下，放入仪器盒内。 三、目测风力风向

在测风仪器发生故障或没有测风仪器时，也可用目力来测风力，风向作为正式记录。根据风对地面物体的影响而引起的各种征象，将风力分为13级，最小为0级，最大为12级。如以目力来测风作为正式记录，则应估计风力等级并换算成相当的风速。目测风向一般是旌旗、布条、炊烟的方向以及人体感觉等方法，按八个方位进行估计。

目测风向和风力时，观测者尽是站在空旷地方，多选几种物体，仔细观测。观测时， 应连续看两分钟，以平均情况记录，风力等级如表6－1。 表6－1 风力等级

风 力陆地上面物体征象 等级 0 1 2 3 4 5 6 静烟直上 烟能表示风向，树叶略有摇动 人面感觉有风，树叶有微响 树叶及小枝摇动不息，旗子展开 能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波 大树枝摇动，电线呼呼有声，撑伞困难 相当风速米/秒 范 围 中数 0. 0－0.2 0. 3－1.5 1. 6－3.3 2. 4－5.4 5.5－7.9 8.0－10.7 10.8－13.8 0. 1 0. 9 2.5 4.1 6.7 9.4 12.3 7 8 9 10 11 12

大树摇动，大树枝弯下来，迎风步行感觉不便 可折毁树枝，人向前感到阻力甚大 烟囱及平房屋顶受到损坏，小屋遭到破坏 树木可被吹倒，一般建筑物遭破坏 大树可被吹倒，一般建筑物遭到严重破坏 陆上少见，摧毁力极大 13.9－17.1 17.2－20.7 20.8－24.4 24.5－28.4 28.5－32.6 ＞32.6 15.5 19.0 22.6 26.5 30.6 30.6

《气象与气候学》教学大纲

学分：２ 总学时：45 理论学时：36 实验学时：9 面向专业：水资源

大纲执笔人：张桂芹 大纲审定人：赵星明

一、 说明

1、 课程的性质、地位和任务

气象与气候学是以普通气象学为基础，以气候学为重点的专业基础课程，也是基本技术训练课程。它的基本任务是研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，以及地球上的气候，并直接或间接用之于指导生产实践为人类服务的科学。 2、 课程教学的基本要求 理论知识方面：本课程宜安排学生在学完大学物理及大学物理实验之后的第四学期，内容上注意与该学科的结合，并注意不必要的重复，课堂教学应力求使学生弄清基本概念，掌握基本气象知识，使学生对大气的热量、大气中的水分及大气的运动有所了解，并在此基础上对天气系统及几种常见的气候类型有大致的认识。由于本课程内容繁多，与水文学、水文计算等结合紧密，所以授课教师在吃透教材的基础上，应广泛阅读有关参考资料，紧跟本学科的发展，备课过程中随时补充新内容，使学生及时了解到本学科的重要进展及发展动向。

实验技能方面：通过实验课学习，让学生学会风、气压、降雨量、温度等基本的气象要素的观测方法。

二、 教学大纲内容

（一） 课程理论教学

第一章 引论（4学时）

第一节 气象学、气候学的研究对象、任务和简史

气象学与气候学的研究对象：大气现象及本质；地球上的气候 发展简史：分为三个阶段：萌芽时期，发展初期和发展时期

第二节 气候系统概述

气候系统包括：大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈

第三节 有关大气的物理性状

主要的气象要素：气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等 空气状态方程：克拉珀龙方程

本章重点、难点：空气状态方程

思考题 1、气象学与气候学的发展简史

２、候系统的组成部分 ３、湿度的表示方法

第二章 大气的热能和温度（8学时） 第一节：太阳辐射

辐射的基本知识，太阳常数，太阳辐射在大气中的减弱；

第二节：地面和大气的辐射 第三节：大气的增温和冷却

地面、大气的辐射和地面的有效辐射；地面及地---气系统的辐射差额

温度的绝热变化和非绝热变化；空气温度的个别变化和局地变化；大气稳定度；

第四节：大气温度随时间的变化

大气温度的周期性变化；气温的非周期性变化

第五节：大气温度的空间分布

气温的水平分布；对流层中气温的垂直分布

重点、难点： 1、太阳辐射在大气中的削弱

2、地面有效辐射 3、大气稳定度

4、太阳辐射的基本定律

思考题： 1、太阳辐射在大气中的削弱

2、什么是地面的有效辐射

3、绝热变化和非绝热变化

4、大气稳定度的定义及判定

第三章 大气中的水分（8学时）

第一节 蒸发和凝结

水相变化；饱和水气压；影响蒸发的因素；湿度随时间的变化；大气中水气凝结的条件

第二节 地表面和大气中的凝结现象

地面的水汽凝结物；近地面层空气中的凝结条件：空气达饱和或过饱和状态，空气中有凝结核；近地面层空气中的凝结；云

第三节 降水

云滴增长的物理过程；雨和雪的形成；各类云的降水特点；人工影响云雨；降水分布特点

难点、重点：1、水气凝结的条件

2、云滴增长为雨滴的过程

思考题： 1、影响饱和蒸汽压的因素

2、比较霜和露的区别和联系

3、雾的种类、形成条件和特征 4、大气上升运动的主要形式有哪些

5、简述云滴增长为雨滴的过程

第四章 大气的运动（8学时）

第一节 气压随高度和时间的变化

气压随高度的变化：压高方程，静力学方程；气压随时间的变化

第二节 气压场

气压场的表示方法；气压场的基本形式：高压，低压，槽，脊。气压系统的空间结构：对称形和不对称形

第三节 大气的水平运动和垂直运动

作用于空气的力；自由大气中的空气水平运动：地转风，梯度风；摩擦层中空气的水平运动；风压定律

第四节 大气环流

大气环流形成的主要因素；大气环流平均状况；大气环流的变化

重点、难点： 1、压高方程

2、气压场的基本形式

3、自由大气中的空气水平运动

思考题：1、气压场主要形式

2、气压梯度力和气压梯度的区别

3、地转偏向力的特点