第三节 大气物理性质
第三节大气的基本物理性质
第三节大气的基本物理性质一、主要的气象要素（meteorological elements）气象要素：定性或定量描述大气物理现象和大气状态特征的物理量。
它们包括太阳辐射、温度、湿度、气压、云、降水、蒸发、能见度和各种天气现象等。
其中以温度、气压、湿度和风最为重要。
气象要素表征着大气的宏观物理状态，是大气科学研究的基础。
（一）气压(air pressure)1、气压的定义气压：大气压强的简称，从观测高度到大气上界，单位面积上垂直空气柱的重量。
气压常用的单位是百帕（hpa），或以水银柱高度的毫米（mm）数、厘米（cm）数表示。
一个标准大气压：国际上规定，温度为0℃，纬度为450的海平面上，760mm水银所具有的压强称为一个标准大气压。
2、气压单位的换算p＝(s×h×ρHg×g)/s＝0.76×1.35951×104(kg/m3)×9.80665(m/s2)＝101325(N/m2)g＝9.80665(1-0.00259cos2φ)(1+Z/R)-2在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡（Pa）。
1帕斯卡＝1牛顿/平方米，所以，1个标准大气压＝101325N/m2＝101325Pa＝1013.25hpa≈1000hpa气象学上以前曾用毫巴作为气压的单位，1mb＝1000达因/平方厘米，因1帕斯卡＝10达因/平方厘米，所以1mb＝100帕斯卡＝1百帕（hpa），1牛顿＝105达因1mb＝1hpa 一个标准大气压＝760mmHg＝1000hpa 1mmHg＝4/3hpa 可以由式mg/4лR2容易地计算出地球表面的平均气压。
式中的m为大气的总质量5.13×1018Kg，g为平均重力加速度9.8m/s2，R为地球的平均半径，地球表面上的平均气压为：105pa＝1000mb＝1000hpa。
3、测定气压的仪器气压表（动槽式、定槽式）、气压计、空盒气压表等。
大气物理要点总结
大气物理要点总结1. 引言大气物理是研究大气现象和过程的科学学科。
它涉及天气、气候、空气质量等多个方面。
本文将总结大气物理的一些重要要点，包括大气层结、气压和风、大气湍流以及气象雷达等内容。
2. 大气层结大气层结是指大气垂直方向上的温度和湿度的分布特征。
常见的大气层结类型包括对流层、平流层和跳跃层。
•对流层：位于地球表面以上的大约0-12公里范围内，温度随着高度的升高而逐渐下降。
这是因为地球表面受到太阳辐射的加热，导致空气通过对流传热来保持温度梯度。
•平流层：位于对流层上方的大约12-50公里范围内，温度随高度变化的规律性不明显。
这是因为在平流层内，大气层结主要由平流引起，而非对流。
•跳跃层：位于平流层和中间层之间，通常在大约50-80公里高度范围内，具有温度跃变的特点。
大气层结对大气运动和气象现象有重要影响，是大气物理研究中的关键概念。
3. 气压和风气压是大气分子对单位面积的压力。
高压区域的空气密度较大，气压较高；低压区域的空气密度较小，气压较低。
气压的水平分布会导致风的产生和改变。
风是空气相对于地面的水平运动。
风的形成和变化是由气压的差异引起的。
气压梯度越大，风的强度越大。
此外，科里奥利力和摩擦力也会对风产生影响。
科里奥利力是地球自转引起的一种偏转力，会使北半球的风向向右偏转，南半球的风向向左偏转。
摩擦力会使风向与地面摩擦层的地形和摩擦表面有关。
风的强度和方向可以通过风速和风向来描述。
风速可以用各种单位来表示，常见的有米每秒（m/s）和千米每小时（km/h）。
风向通常使用罗盘方向来表示，例如北风、西风等。
4. 大气湍流大气湍流是大气中运动的一种特殊形式，具有不规则和随机性。
它是由于流体中的速度和压力的不规则变化而产生的。
湍流可以发生在各种尺度上，从小到大可以分为微观湍流、中等尺度湍流和大尺度湍流。
•微观湍流：通常发生在小于1毫米的尺度上，例如空气中的微观气泡运动。
•中等尺度湍流：例如对流层中的湍流运动，其尺度通常在1-1000千米之间。
气象物理知识点总结
气象物理知识点总结1. 大气结构和成分地球大气主要分为四层：对流层、平流层、中间层和外层。
对流层是地球大气最底层，它的高度约为0-10公里，这一层大气的物理性质和气象现象最为活跃。
平流层位于对流层之上，高度约为10-50公里，中间层和外层则分别位于平流层之上，其高度和物理性质有着显著的不同。
地球大气主要成分包括氮气、氧气、水蒸气、稀有气体、臭氧等，这些气体对于大气的物理性质和气象现象都有着重要的影响。
2. 大气压力和温度大气压力是指大气对地球表面或物体单位面积所施加的压力，它随着海拔的增加而逐渐减小。
气温是指大气中分子的热运动程度，气温的变化对于天气的形成和气象现象的发生都具有重要的影响。
大气的温度和压力分布有着明显的规律性，了解这些规律对于天气预测和气候研究都具有重要的意义。
3. 气象现象和天气预测气象现象是指大气中各种物理现象和过程，如气压变化、温度变化、湿度变化、降水、云层等。
天气预测是指根据气象现象和规律，对未来天气情况进行预测。
传统的天气预测主要依靠气象观测和经验判断，随着气象卫星、雷达等现代技术的发展，天气预测的准确性得到了显著提高。
4. 气候变化和全球变暖气候是指长时间范围内的天气状况，包括温度、湿度、降水、风向等气象要素。
气候变化是指气候长期平均状态和分布发生的变化，全球变暖是指地球表面温度不断升高的现象。
气候变化和全球变暖对于人类社会和自然生态系统都具有重大影响，因此对其进行深入研究具有重要的意义。
5. 天气系统和气象灾害大气环流系统是地球大气中一系列有规律的空气运动，它是天气形成和分布的重要原因。
气象灾害是指由气象现象和天气系统引起的对人类生产生活和生态环境造成危害的自然灾害。
了解天气系统和气象灾害的形成和规律性，对于预防和减轻气象灾害的影响具有重要的意义。
总结：气象物理学作为研究地球大气的一门科学，对于我们了解气象现象、预测天气、研究气候变化等方面都具有重要的意义。
通过学习气象物理学的相关知识，我们可以更好地了解地球大气的物理性质和规律，为我们的生产生活和自然环境的保护提供重要的科学依据。
《大气物理学》学习资料：大气热力学基础
修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向
于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热就会以下面所说的方式
流动：热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止
。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出了对任意循环过程都都
适用的一个公式 ：dS=（dQ/T）。
对于绝热过程Q＝0，故S≥0，即系统的熵在可逆绝热过程中不变，在
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克劳修斯主要科学贡献
在《论热的运动力……》一文中，克劳修斯首次提出了热 力学第二定律的定义：“热量不能自动地从低温物体传向 高温物体。”
推导了克劳修斯方程—关于气体的压强、体积、温度 和 气体普适常数之间的关系，修正了原来的范德瓦尔斯方程 。
1854年，最先提出了熵的概念,进一步发展了热力学理论 提出了气体分子绕本身转动的假说 推导出了气体分子平均自由程公式，找出了分子平均自由
。
1948年，香农在Bell System Technical Journal上发表了《通信的数
学原理》（A Mathematical Theory of Communication）一文，将21熵的 概念引入信息论中。
熵在热力学中是表征物质状态的参量之一，通常用符号 S表示。在经典热力学中，可用增量定义为dS＝(dQ/T) ，式中T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物 质的热量。下标“可逆”表示加热过程所引起的变化过 程是可逆的。若过程是不可逆的，则dS＞(dQ/T)不可 逆。从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度 的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。热力学过程 不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无 序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。
Q
cpdT
大气的物理性状
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。
精确的气压值是用水银气压表来测量的。
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大气压强存在事例： 实验一：马德堡半球实验
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大气压强存在事例： 实验二： “瓶吞蛋”实验
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大气压强存在事例： 实验三： “覆杯实验”
厘米面积上受到一达因的力，称为一巴。
厘米为1巴，以巴的千分之一作为气压的单位，称为1毫 巴。即：1巴=1000毫巴（mb）
1毫巴=1000达因/厘米2
因此，1毫巴表示在1平方厘米面积上受到1000达因的
力。例如，气压为1000mb，表示当时大气柱在每平方 厘米面积上的力有1,000,000达因。
在高纬度地区冬季降雪多，还需测量雪深和雪压。雪深是
从积雪表面到地面的垂直深度，以厘米（cm）为单位。当 雪深超过5cm 时，则需观测雪压。雪压是单位面积上的积雪
重量，以g/cm2 为单位。
降水量是表征某地气候干湿状态的重要要素，雪深和雪压 还反映当地的寒冷程度。
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（五）风
速度增大，随之平均动能增加，气温也就升高；反之当空 气失去热量时，它的分子运动平均速度减小，随之平均动
能也减少，气温也就降低。
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2、单位：
摄氏度（℃）温标：我国规定，以气压为1013.3hPa
（相当于760mmHg）时纯水的冰点为零度（0℃），沸点 为100度（100℃），其间等分100等份中的1份即为1℃。
称水汽混合比（γ） （单位：g/g）
膨胀或收缩，温度要改变，相对湿度、饱和差随温度而
大气物理知识点总结
大气物理知识点总结大气物理是研究大气运动、气象现象和大气环境的学科。
它涉及了大气的结构、运动规律、热力学和动力学过程等多个方面。
在现代大气物理研究中，人们不仅仅关注天气预报和气候变化，还涉及到了空气污染、天然灾害等问题。
下面将对大气物理的一些重要知识点进行总结。
大气的成分和结构大气是地球表面上的气体层，由各种气体组成。
主要成分包括氮气（78%）、氧气（21%）、稀有气体（1%）、水蒸气（变化范围大）等。
大气主要分为四层：对流层（最底层）、平流层、中间层和外部层。
大气的运动规律大气运动包括垂直运动和水平运动。
垂直运动主要是对流运动和垂直运动。
而水平运动则包括风、地转风、切向速度、螺旋速度、地面风、垂直风等。
大气的热力学过程大气中的热力学过程包括气体的热胀冷缩、热传导、对流传热、辐射传热等。
这些过程对大气的热力学结构和气候有着重要的影响。
大气的动力学过程大气中的动力学过程主要包括了地球的自转和公转、大气的环流、热带气旋、高空急流、地理风等。
通过这些过程，可以了解大气的轨迹和运动规律。
大气现象大气现象主要包括天气、云、雨、雪、冰雹、雾、霾、龙卷风、飓风、台风、雷电、飞沙走石等。
这些现象对人类的生活和生产有着重要的影响。
气象预报气象预报是利用大气物理的知识对气象现象进行预测和预报。
它可以帮助人们更好地安排生活和工作，预防天气灾害等。
气候变化气候变化是指地球气候系统长期的变化。
它包括了气温、降水量、风向等的变化。
近些年来，由于人类活动的影响，气候变化已成为一个重要的全球性问题。
空气污染空气污染是指大气中出现的污染物质，包括了颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等。
空气污染对人类的健康、环境等都具有严重的影响。
天然灾害天然灾害包括了台风、龙卷风、地震、洪水、干旱等。
它们对人类的生产和生活造成了很大的损失。
在大气物理研究中，人们不断地深入探索大气的奥秘，致力于提高气象预报的准确性、探索气候变化的规律、减少空气污染和防范天然灾害。
大气的物理性状
有关大气的物理性状在气象学上，大气的物理性状主要以气象要素和空气状态方程来表征。
一、主要气象要素气象要素是指表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量、能见度等等。
（一）气温在必然的容积内，必然质量的空气，其温度的高低只与气体分子运动的平均动能有关。
即这一动能与绝对温度T 成正比。
因此，空气冷热的程度，实质上是空气分子平均动能的表现。
当空气取得热量时，其分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温也就升高。
反之当空气失去热量时，其分子运动平均速度减小，平均动能随之减少，气温也就降低。
气温的单位：目前我国规定用摄氏度（°C ）温标，以气压为时纯水的冰点为零度（0°C ），沸点为100度（100°C ）。
理论研究常常利用绝对温标以K 表示，这种温标中1度的距离和摄氏度相同，但其零度称为“绝对零度”，规定为等于摄氏°C 。
因此水的冰点为，沸点为。
两种温标之间的换算关系如下：27315.273+≈+=t t T大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表。
（二）气压气压指大气的压强。
它是空气的分子运动与地球重力场综合作用的结果。
若以P 代表气压，F 代表面积A 上所经受的力，则：AF P = 若M 为任何面积A 上的大气质量，在地球重力场中，g 为重力加速度，则那个面积A 上大气柱的重力和该面上所经受的压力为：AMg P Mg F == 即静止大气中任意高度上的气压值等于其单位面积上所经受的大气柱的重量。
当空气有垂直加速运动时，气压值与单位面积上经受的大气柱重量就有必然的差值，但在一般情形下，空气的垂直运动加速度是很小的，这种不同能够忽略不计。
一般情形下气压值是用水银气压表测量的。
设水银柱的高度为h ，水银密度为ρ，水银柱截面积为S ，则水银柱的重量W=ρgh ·S 。
由于水银柱底面积的压强和外界大气压强是一致的，从而所测大气压强为：gh SS gh S W P ρρ=⋅== 1（hPa ）等于1（cm 2）面积上受到10-2（N ）压力时的压强值，即：22101cm N hPa -=被选定温度为0°C ，纬度为45°的海平面作为标准时，海平面气压为，相当于760mm 的水银柱高度，曾经称此压强为1个大气压。
大气的组成和性质资料课件
03 大气的性质
大气的温度与湿度
温度
大气的温度取决于太阳辐射、地球表面的温度和大气中的水汽含量。大气的温度 随高度增加，这是因为地面辐射加热大气，而高层大气则受到太阳辐射的加热。
湿度
大气的湿度是指大气中的水汽含量。湿度随高度的增加而降低，因为水汽在低层 大气中含量较高，而在高层大气中含量较低。
温室气体排放
全球温室气体排放量持续增长，导致全球气候进 一步变暖。
应对未来大气环境挑战的策略
减少温室气体排放
采取节能减排措施，推广清洁能源，提高能 源利用效率。
加强空气污染治理
加强工业、交通等领域的污染治理，降低 PM2.5、臭氧等污染物浓度。
应对气候变化
采取适应气候变化的措施，如加强城市计划 、提高防洪能力等。
工业排放
工业生产过程中产生的 废气、废水和固体废弃 物是大气污染的主要来
源之一。
交通运输
汽车尾气、船舶和飞机 排放等交通运输活动是 大气污染的重要来源。
农业活动
农业施肥、喷洒农药等 农业活动也会对大气造
成污染。
能源消耗
煤炭、石油等化石燃料 的燃烧是大气污染的重
要来源之一。
大气污染对人类健康的影响
01
保护地球
大气层可以吸取太阳辐射中的有害 物质，减少地球表面的温度变化， 保护地球免受太阳辐射的伤害。
大气与人类生活的关系
影响人类健康
影响交通运输
大气中的污染物和有害物质会对人体 健康产生影响，如空气污染会增加呼 吸道疾病和心血管疾病的风险。
大气中的雾霾和沙尘暴等天气现象会 影响交通运输的安全和效率。
大气的组成和性质资 料课件
目录
CONTENTS
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温度相同
•M=ρH
ρ
减 小
ρ
增 大
A 冷
温度不变
C暖
500hPa
5.5km
5km 4km 650hPa
0km
1000hPa A
A：变冷； B C B:温度不变； D C:变暖
300hpa(9000m）
500hpa(5500m）
700hpa(3000m）
850hpa(1500m）
1000hpa(海平面）
在纬度45°的海平面上,1克重=980.6达因
故:1毫米=1.3596×980.6=1333.22达因/ cm2
=1.33322 毫巴=4/3毫巴
根据这个关系,气压为760毫米时相当于 1013.25毫巴，这个气压值称为一个标准大气 压。 760×1.33322＝1013.25毫巴或hpa
A
B
伽利略的学生托里拆利1644年
1662年,往A处灌汞，B处有何变化？
3、影响气压因素
（1）湿度与大气压强 湿度越大 大气压强越大 吗？
湿衣服 干衣服 湿空气 干空气
大气压随空气湿度的增大而减小．
-----------------------------------------------------------------1mol干空气， 1mol湿空气
大气质量： 大气组成和结构
第三节 大气物理性质
一、大气质量
二、气象要素
三、气体状态方程
主要气象要素：
气象要素是指表示大气属性和大气现象的物理量。 按观测手段的不同，分两大类：
目测：主要靠目力和分析判断，定性或半定量地 测定。如：云、能见度、天气现象（雨、雪、冰 雹、雾等）
器测：利用仪表定量地测定。如：温度、湿度、 气压
气象要素，特别是其中的若干器测项目，是气候 学研究的基础。
二、气象要素：（一） 气压
1、定义：单位面积上受到的整个空气柱 的质量，即空气的压力。 实质：气压的大小决定于整个空气柱的 质量多少。
大气压强存在事例：
实验一：马德堡半球实验 实验二：“瓶吞蛋”实验。 实验三：“覆杯实验”
（2）高度与大气压 为什么： 海拔越高，气压越低
•气压：单位面积 上空气柱的重量。
M=ρH
3000m
•实质：气压的大 小决定于整个空 气柱的质量多少。
2000m
1000m 乙
气压随着高度增 加而降低。 甲
5.5km
5km 4km
500hPa 650hPa
0km
1000hPa
A
B 温度相同 C
第三节
大气物理性质
一、大气质量
二、气象要素
三、气体状态方程
第三节
大气的物理性质
一、大气的质量
假定条件下的大气质量： 假定大气是均质的，以气温0℃时、45°N（或 45°S）处、海平面上的大气密度ρ 0为标准（ ρ 0 =1.293kg.m-3），则此时大气厚度（Z0）经理论计算 约为8,000m。于是单位截面积的大气柱中空气的质量 为：
力大小来表示气压高低的单位。（物理学中 的单位）
（3）hpa
（2）毫巴(mb)：
物理学上，压强的单位是用“巴”表示的：1 cm2面积 上受到1达因的力，称为1巴。
在气象上，规定：1,000,000达因/cm2为1巴，
以巴的千分之一作为气压的单位，称为1毫巴。即： 1巴=1000毫巴（mb） 1毫巴=1000达因/厘米2
3、影响气压的因素： 海拔、空气湿度、温度、大气的运动状态 等因素。
4、气压的单位：
（1）毫米(mm)：
是用水银柱高度来
表示气压高低的单 位。例如，气压为 760mm，表示当时 的大气压强与
760mm高的水银柱
所产生的压强相等。
4、气压单位：
（1）毫米(mm)
（2）毫巴(mb)：用单位面积上所受水银柱压
因此：1毫巴表示在1 cm2面积上受到1000达因的力。 例如，气压为1000mb，表示当时大气柱在cm2面积上的力有 1,000,000达因(1百万)。
毫米与毫巴可以相互换算： 根据压强与水银柱高度的关系式：
P(压强)=h(水银柱高度) ×d(水银在 0℃时的密度)
气压为水银柱高度1毫米=0.1厘米×13.596克 重/厘米3=1.3596克重/厘米2
据此推算，地球表面大气的总质量大约有5×1015t。
m0=ρ 0· Zo=1.293×8000=10344k g.m-2
大气密度的计算公式：
z 0 e
z z0
（2-1）
ρ z为Z高度处的大气密度； ρ 0为标准状态下的大气密度； Z0为均质大气的高度，Z为对应于要计算ρ z的高度。
三个试验说明：
大气存在压强－－－“瓶吞蛋”表明大气竖直向下
有压强，“覆杯实验”表明大气向上有压强。
－－大气向各个方向都有压强。
2、大气压强的大小 ：托里拆利实验：托 里 拆 利 实 验
：
2、大气压强的大小
由于P气=P水=ρ水gh水，
：
而ρ水太小，需h水很大， 玻璃管的长度有限，改用 增大ρ液，减小h液的方法， 取ρ液很大的液体——水银 来测大气压的大小。
气压变化
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大气质量的增多 或减少。 （在同一时刻，有的地方气压增加，另一
地区的气压必然降低。）
现通用百帕，其余三个为应淘汰的非法 定计量单位。 地面气压分布：一般940~1014hpa；台 风中可能低于900hpa；在西伯利亚高压 中心可能高于1080hpa。
4、气压单位：
（3）hpa
百帕即为100个“帕”（国际代号Pa），与以前用的 “毫巴”完全等值。帕的全称为“帕斯卡”。帕斯卡 （Blaise Pascal,1623-1662）是17世纪法国著名的数学 家、物理学家，流体力学的创始人，同时还是哲学家、 散文家。他提出的密闭流体能传递压强的定律被命名 为“帕斯卡定律”。为了纪念这位对物理学、流体力 学有突出贡献的科学家，1973年国际标准组织决定， 用帕斯卡的名字来命名国际标准气压的单位。
1.为什么人有高山反应？ 2.拔罐疗法应用了什么原理？
3.宇航员穿太空服有什么作用？
（3）温度与压强： 温度越高大气压强越大 吗？
当我们给盛有空气的 密闭容器 加热的 时候，则其压强当然也会增大．
而对大气来说情况就不同了．
5.5km
5km 4km
500hPa
650hPa
0km
1000hPa A