大气科学基础
《大气科学基础》课件第2章 大气动力学基础
✓ 一个名叫古斯塔·加斯佩德·科里奥利的法国人在 1835年最先用数学方法描述了这种效应，所以科学界 用他的姓氏来命名此种力。我们通常也称它为地转偏 向力。在北半球，科里奥利力使风向右偏离其原始的 路线；在南半球，这种力使风向左偏离。风速越大， 产生的偏离越大。于是，在北半球，当空气向低压中 心辐合时会向右弯曲，形成了一个逆时针方向的旋转 气流。从高压中心辐散出来的空气，则因为向右弯曲 而形成了顺时针方向的旋风。我们把逆时针旋转的叫 做气旋，把顺时针旋转的叫做反气旋。在南半球，上 述的情形正好相反。
✓ The green guy will have to run faster than the orange guy to keep up.
• 产生的原因
✓ 物体为保持水平惯性运动， 经纬网因随地球自转而产生相 对加速度。 地转偏向力向右是 在北半球，在南半球则都向左；
✓ 由于除南北两极外，各纬度 的角速度都一样，从北向南飞 的时候，南边的圈大，即越向 南纬线越长，所以线速度大， 所以在北边的时候具有的一个 小的线速度与南边的线速度相 比就显的慢了。，
like this;
Dv F Dt
“The rate of change of velocity with time is equal to the sum of the forces acting on the parcel”
Frame of Reference
• For a non-rotating Earth, these forces are:
the earth; ✓ Not a real force in the sense that it cannot cause
a motion; ✓ As an earth-bound observer, we are not aware
大气科学基础(全套课件104P)
四、发展概况
17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是 直觉的、经验性的。
17～18世纪，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入
了可以定量分析的阶段。 1820年，H.W.布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开 创了近代天气分析和天气预报法。 1835年科里奥利力的概念和1857年风和气压的关系，成
6亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一，即第一关
键浓度。高空臭氧浓度明显增加，使生命能到达水面。 4亿年前，达到十分之一，高空大气形成的臭氧层 。 大量植物缓慢由海洋向陆地推进。
愈来愈少的 紫外辐射
接受愈来愈多 的可见光
最终光合作用和
愈来愈多氧 愈来愈丰富 植物生命 光合作用
动植物的呼吸及 死亡达到平衡
大气科学概论
§1.2 地球大气的演变
问题：传统的太阳系“九大行星”概念为何如今要 被
太阳系家谱
行星：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体
呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员
包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王
星。 矮行星：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清 除其轨道附近其他物体的天体。 成员包括冥王星和谷神星等。 太阳系小天体：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的 物体。
§1 .1 地球系统
§1 .1 地球系统
1、岩石圈：地壳和上地幔顶部 2、水圈：海洋、河流、湖泊、沼
泽、冰川、积雪、地下水和大
气圈中的水
3、生物圈：植物、动物、人类及
有生物存在的部分 4、大气圈：包围地球表面，厚度 为1000公里的大气层
大气与地表及其与宇宙空
间的能量交换形成多姿多
彩的天气和气候的变化
大气科学基础课件§5大气静力稳定度
midnight
Open question 2: How is the seasonal evolution of the air instablity?
neutral
stable
unstable
winter
Spring and autumn
summer
• 不稳定能量
• 对流不稳定及位势不稳定
(3) γs <γ<γd ，对未饱大气，层结是稳定的；但对于 饱和湿空气而言，则是不稳定的，称为“条件不 稳定”
为了区别与后来提出的“第二类条件不稳定 ”(CISK-Conditional Instability of Second Kind)，这 里的条件不稳定又被称为“第一类条件不稳定”
• 绝对稳定
向相反，表明气层层结稳定。
如果气块是干空气，或者是未饱和的湿空气
i
dT dz
d
静力稳定度判据为：
> γ = γd
<
静力不稳定 静力中性 静力稳定
• 条件不稳定
✓ 实际大气中，除了贴地气层以外，γ>γd的干绝 热不稳定是很少出现的；
✓ 饱和湿空气由于凝结潜热的释放，使气块受到的
浮力增加，即使在γ>γd的情况下，也可能出现不稳 定；
• 逆温层的作用
✓ 强对流爆发前夕，在中 低层常有逆温层的存在；
✓ 阻止水汽、热量上传， 使其在低层不断积累；
✓ 一旦逆温层被破坏（通 过地面加热、整层抬升等） ，强对流天气便会发生。
思考题
1. What is “absolutely stable”? 2. What is “absolutely unstable”? 3. What is “conditionally unstable”? 4. What is “conventionally unstable”? 5. What is dry adiabatic process and moist
大气科学概论知识梳理
大气科学概论知识梳理大气科学是研究地球大气系统的科学，它包括大气物理学、大气化学、大气动力学、气象学等多个学科。
以下是对大气科学的基础知识进行梳理。
1.大气的组成：大气主要由氮气（78%）和氧气（21%）组成，还包括少量的水蒸气、二氧化碳等气体。
其中，水蒸气是大气中最重要的温室气体之一2.大气的结构：大气可以分为四个不同的层次。
从地球表面向上分别为对流层（0-12公里）、平流层（12-50公里）、中间层（50-80公里）和外层层（80公里以上）。
3.大气的运动：大气的运动包括垂直运动和水平运动。
大气通过对流和平流两种方式进行垂直运动，水平运动则是由气压梯度力和科氏力驱动的。
4.大气的循环：大气循环是指大气中能量和物质的不断交换和运动。
其中，全球性的大气循环有海洋环流和大气环流两部分构成，这些循环起到了全球温度和气候的调节作用。
5.大气的辐射：大气与地面和太阳之间发生的辐射交换是大气科学中一个重要的研究内容。
大气光学是研究大气层对可见光和红外辐射的吸收、散射和透射特性的学科。
6.大气的热力学：大气的热力学是研究大气中能量和热量传递的学科。
其中，气候系统的热力学过程对了解气候变化和天气预报非常重要。
7.大气的化学：大气中的化学反应对于大气质量和气候变化具有重要影响。
例如，大气中的臭氧层对于过滤太阳紫外线的作用至关重要。
8.大气中的云和降水：云是大气中由水蒸气凝结而成的水滴或冰晶的集中表现，降水是指水滴或冰晶从云中下降到地面的现象。
云和降水对于气候和水循环有重要影响。
9.大气的天气：天气是大气瞬时状态的表示，主要包括温度、湿度、风向和风速等要素。
气象学是研究天气现象及其变化规律的学科。
10.大气的气候：气候是大气长期统计性质的表示，反映了一定地区一段时间内的天气变化情况。
气候学是研究气候现象及其变化规律的学科。
以上就是对大气科学基础知识的梳理，这些知识对于理解大气的构成、运动、循环以及与地球其他系统的相互作用至关重要。
大气科学基础试题库
气象气候学试题一、名词解释1、大气污染：大气污染物在大气中达到一定的浓度，而对人类生产和健康造成直接或间接危害时，称为大气污染。
2、水汽压：大气中水汽所产生的那部分压力称为水汽压。
3、气候：一个地区在太阳辐射，下垫面性质，大气环流和人类活动长时间作用下，在某一时段内大量天气过程的综合，是时间尺度较长的大气过程。
4、气团：一定范围内，水平方向上气象要素相对比较均一的大块空气。
5、辐射地面有效辐射：指地面辐射E地和地面所吸收的大气辐射E气之差。
6、光谱：太阳辐射能按波长的分布。
7、大气污染：大气污染物在大气中达到一定的浓度，而对人类生产和健康造成直接或间接危害时，称为大气污染。
8、高气压；由闭合等压线构成的高气压，水平气压梯度自中心指向外圈。
9、反气旋：是一个占有三度空间的大尺度空气涡旋，在北半球，反气旋范围内空气作顺时针方向旋转，在同一高度上，反气旋中心的气压比四周的高。
10、暖锋：是暖气团起主导作用，推动锋线向冷气团一侧移动。
11、辐射能：辐射就是以各种各样电磁波的形式放射或输送能量，它们的传播速度等于光速，它们透过空间并不需要媒介物质，由辐射传播的能量称为辐射能。
12、干洁空气：大气中除去水汽和固体杂质以外的整个混合气体称为干洁空气。
13、梯度风：自由大气中作曲线运动的空气，当G、A、C这个力达到平衡时形成的风称为梯度风14、锋：是冷暖气团之间狭窄的过渡带，是一个三度空间的天气系统。
15、气旋：是一个占有三度空间的大尺空气涡旋，在北半球，气旋范围内空气作逆时针旋转，在同一高度上气旋中心的气压比四周的低。
16、大气稳定度：是指气块受任意方向振动后，返回或远离原平衡位置的趋势和程度。
17、雾：是悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使水平能风度小于1KM的物理现象。
如果能风度在1-10KM范围内，则称为轻雾。
18、季风：大范围地区的盛行风随季节而显著改变的现象，一般地风向的改变角度达180度。
19、低气压：由闭合等压构成的低气压区，水平气压梯度自外向中心递减。
大气基础知识书籍
大气基础知识书籍大气是地球上重要的组成部分，它直接影响着我们的生活和环境。
要深入了解大气科学，我们需要从基础知识开始。
在学习大气基础知识时，阅读相关的书籍是一个很好的途径。
下面是一些值得推荐的大气基础知识书籍。
1.《大气学基础》这本书是大气科学领域的经典教材，适合初学者学习。
它系统地介绍了大气学的基本概念、原理和应用，覆盖了大气的组成、结构、运动、能量传输等方面的知识。
书中的内容通俗易懂，配有丰富的图表和案例，有助于读者更好地理解和应用所学知识。
2.《大气科学导论》这本书深入浅出地介绍了大气科学的基本原理和研究方法。
它涵盖了大气的物理、化学、动力学等方面，既有理论知识的讲解，又有实际问题的探讨。
书中还包括一些最新的研究成果和前沿领域的介绍，适合对大气科学有一定了解的读者进一步学习和探索。
3.《大气科学与气象学概论》这本书是一本综合性的大气科学教材，适合大气科学专业的学生学习。
它系统地介绍了大气学、气象学以及相关领域的基本理论和方法，内容包括大气现象、大气环境、天气预报等方面。
书中还涉及大气污染、气候变化等热点问题，帮助读者了解当代大气科学的发展和挑战。
4.《大气科学基础》这本教材是针对地学、环境科学、大气科学等专业的学生编写的。
它全面介绍了大气科学的基本概念、原理和实践，包括大气热力学、动力学、化学等方面的内容。
书中融合了理论知识和实际应用，并且附有练习题和案例分析，可帮助读者巩固所学知识和培养解决问题的能力。
5.《大气科学原理与实践》这本书主要介绍了大气科学的原理和实践应用，适合对大气学有一定了解的读者进一步深入学习。
它涵盖了大气的结构、环流、边界层等方面内容，还介绍了各种气象观测和气象预报的方法和技术。
书中还有一些最新的研究成果和案例，可帮助读者了解大气科学领域的前沿动态。
以上是一些推荐的大气基础知识书籍。
通过阅读这些书籍，我们可以系统地学习和理解大气科学的基本概念、原理和应用。
同时，这些书籍也为我们进一步深入研究大气科学奠定了坚实的基础。
大气科学专业课
大气科学专业课
大气科学专业课主要有以下几门：
1. 大气科学概论：介绍大气科学的基本概念、原理和研究方法，包括大气层的结构、动力学、热力学、大气变化等内容。
2. 大气物理学：研究大气中的物理过程，包括大气辐射、云物理、大气电学等内容。
3. 大气化学：研究大气中的化学反应和物质循环，包括大气中的气态和气溶胶的组成、来源、转化、影响等。
4. 大气动力学：研究大气中的运动和力学过程，包括大气环流、风、涡旋等内容。
5. 大气数值模拟：介绍使用计算机模拟大气运动、能量和物质传输的方法和技术。
6. 气象观测与实验：学习气象观测的基本方法和仪器设备，包括气象测量、探空、遥感等。
7. 气候变化与环境：研究大气变化对气候和环境的影响，包括气候变化机制、气候模拟、气候适应等。
8. 气象灾害与预警：学习各种气象灾害的形成原因、监测与预测方法，以及灾害预警与应急处理措施。
这些课程覆盖了大气科学的基础理论和研究方法，培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
大气科学概论知识梳理(大气基础知识)
大气科学概论知识梳理（大气的基本知识）一、地球大气成分由三个部分组成①干洁大气（即干空气）Clean Air【没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气】②水汽（滴） Moisture③悬浮在大气中的固液态杂质 Impurity二、低层大气的各种主要成分①氮气（N2)：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。
作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。
②氧气（O2）：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参加大气中的许多化学过程；对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。
③臭氧（O3）：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。
空间变化：水平：由赤道向两极增加。
垂直：55～60km，含量极少。
20～25km，达最大值，形成臭氧层；12～15km以上，含量增加特别显著；从10km向上，逐渐增加；近地面，含量很少；臭氧的作用：a.对紫外线有着极其重要的调控制作用。
b.对高层大气有明显的增温作用。
④二氧化碳（CO2)水平：城市大于农村；垂直：0～20km，含量最高；20km以上，含量显著减少。
作用：a.绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。
b.强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使地面保持较高的温度，产生“温室效应”。
三、水汽①来源：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。
②时空变化：时间：夏季多于冬季空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。
③作用：a.在天气气候变化中扮演了重要角色。
b.能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放出长波辐射，对大气起着“温室效应”。
四、大气中的杂质在大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和大气污染物质两大部分）。
气溶胶的作用：①吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地面的太阳辐射；②缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而失去的热量；③降低大气透明度，影响大气能见度；④充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。