大气科学基础课件第五章云物理学基础

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《大气科学基础》课件第2章 大气动力学基础

《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)

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(教案)

大气科学基础(教案)

大气科学基础理论提示:包围着地球的气体外壳称为地球大气,简称大气。

地球大气的组成包括各种气体及悬浮其中的液态和固态微粒。

大气的总质量约为kg,仅相当于地球质量的百万分之一。

地球大气对地球上的生命有着重要的作用,在大气中所发生的物理现象及物理过程都与人类活动有着密切的关系,为了研究大气中所发生的物理现象及物理过程,首先必须对大气的基本性质和特点有一概括的了解。

理论解释:一、大气的起源与组成1.1大气的起源(1)原始大气阶段根据天文学中的一种假说,地球是由宇宙中的弥漫星云凝聚而成的。

星云中的主要成分是氢和氦,它们大约占98%。

星云凝聚时,气体被禁锢在地球内部,当地球进一步收缩,气体便被排挤到表面上来。

但是,当时地球温度很高,气体分子的动能很大,加上太阳风的作用,以致地球引力不足以吸引住气体,它们大量地向宇宙空间逃逸散失。

因此有人判断,大约在45亿年前,地球形成的初期或晚些时候,地球上是没有大气的。

(2)次生大气阶段随着地球的逐渐冷却,表面形成了原始地壳,而被吸附或保藏在地球内部的一些液体和气体则通过火山活动的形式逸出地球表面。

逸出的气体主要是氢气、水汽、二氧化碳以及氮、硫及其化合物。

因为地壳相对是冷的,气体一到表面就很快冷却,其中大部分水汽凝结成水,形成水圈。

这个阶段的大气主要成分是甲烷、氢气;次要成分是水蒸汽,氨、硫化氢。

(3)大气向氧化性气体转化阶段这一阶段,水蒸汽继续凝结入海洋。

同时大气上层中的水汽分子受到太阳紫外线的照射而发生光化学分解,分解为氢和氧。

氢由于很轻,多数从地球大气向外逃逸到宇宙空间,而氧较重可留在大气中。

氧是一种非常活泼的元素,当氢气分压降到很低时,还原性气体化合物如甲烷、氨,开始氧化成二氧化碳、氮。

氮惰性大,就积聚起来。

所以,大气中的氮和二氧化碳不断增加。

这一阶段的大气主要成分是氮;次要成分是水蒸汽、二氧化碳和氧。

(4)现代大气形成阶段这个阶段是大气圈现今面貌的形成阶段,也是地球演化过程中生命形成阶段。

天气学基础(基础班)大气科学基础相关培训班课件

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• 引言 • 大气的基本组成 • 大气的结构与分层 • 大气中的物理过程 • 大气中的化学过程
• 天气系统与天气现象 • 天气预报方法与技术 • 大气污染与防治 • 结语
01
引言
天气学与大气科学的重要性
01
天气学与大气科学是研究地球大 气圈中各种天气现象和气象过程 的学科,对于人类生产生活和自 然环境有着重要的影响。
大气污染防治技术与实践
大气污染防治技术
工业减排、能源清洁、交通优化等。
实践案例
空气质量改善计划、污染物排放标准制定与执行、 绿色交通推广等。
技术发展趋势
智能化、精细化、综合化等。
09
结语
天气学与大气科学的发展前景
天气学与大气科学在气象预测、气候 变化研究、环境保护等领域具有重要 地位,随着科技的不断进步,其发展 前景广阔。
全球气候变化和环境问题日益严重, 需要加强国际合作,共同应对挑战, 推动天气学与大气科学的进步。
未来天气学与大气科学研究将更加注 重数值模拟、卫星遥感、人工智能等 技术的应用,提高预报准确率和精细 化程度。
提高公众对天气和大气环境的认识与保护意识
通过宣传教育、科普活动等方 式,提高公众对天气和大气环 境重要性的认识,增强保护意 识。
• 水分循环的环节:水分循环主要包括蒸发、凝结、降水、河流径流等环节。这 些环节相互作用,形成了地球上水分的循环过程。例如,在海洋中,太阳辐射 使得海水蒸发形成水汽,水汽在陆地上凝结形成降水,降落到地面的水形成河 流径流,最终归入海洋。
• 影响因素:影响水分循环的主要因素包括温度、湿度、风速和地形等。这些因 素通过影响水分的蒸发和凝结过程,进而影响水分循环过程。

大气物理学(大气科学的一个分支)

大气物理学(大气科学的一个分支)
大气物理学的许多内容,早就受到人们的**。在早期,所有的大气热力学和大气动力学研究内容均包含在大 气动力学和天气学中,20世纪20年代,人们开始**较小尺度大气动力学和热力学过程,其中包括了大气底层的边 界层结构的研究,因而形成大气湍流和大气边界层的研究方向,40年代大气中污染物的扩散受到了**,开始形成 污染气象学的研究方向。由于工农业对人工降水的需求,并对云的微观和宏观有了较深入的了解,因而逐渐形成 对云雾物理学的系统研究。有关大气中的光学、声学和电学现象的研究,早在气象学、物理学和无线电学中进行 了一些研究,40年代开始的气象雷达观测,60年代气象卫星的释放,对形成大气光、声、电学、雷达气象学和卫 星气象学的形成起了极大的推动作用。
大气物理学和大气科学其他分支有紧密的联系,如大气物理过程受到天气背景的制约,同时大气物理研究和 探测的结果,又广泛用于天气分析和预报,所以它和天气学关系密切;云动力学是大气物理学和大气动力学结合 的产物;大气物理学的许多内容涉及对气候变化的研究;大气物理学是大气探测和应用气象学的基础,而这两个 学科的发展,又丰富了大气物理学的内容。例如大气物理为气象雷达观测提供原理依据,而雷达的气象信息则为 研究大气物理过程提供了丰富的资料。
感谢观看
研究方向
1.天气动力学、数值模式及模拟分析 2.气候动力学及气候变化和预测 3.热带天气学、海—气相互作用和季风 4.中小尺度天气学和暴雨研究 大气声学5.云雾物理学及气溶胶6.卫星遥感学及其应用 7.大气光学探测及应用 8.大气边界层物理学及下垫面过程 9.污染气象学 10.雷电物理学和雷电探测 11.中层大气物理和化学
特点
云图大气声学、大气光学,大气电学和无线电气象学,是研究大气中声、光、电的现象和声波、电磁波在大 气中传播的特性;雷达气象学研究用气象雷达探测大气的原理和方法,及其在天气分析预报、云和降水物理中的 应用;大气辐射学研究辐射在地球大气系统内的传输转换过程和辐射平衡;云和降水物理学研究云和降水的形成、 发展和消散的过程;大气边界层物理研究受地面影响较大的大气低层的温度、湿度、风等要素的水平和铅直分布, 大气湍流和扩散,水汽和热量传输等;平流层和中层大气物理学研究对流层顶(10公里左右)到80~90公里大气层 中发生的物理过程。大气过程常是多因素综合作用的结果,故大气物理诸方面常常相互联系,如大气电学同云和 降水物理学都研究雷暴。既各有侧重,又紧密相关。

大气科学专业课学习笔记-《云降水物理学》

大气科学专业课学习笔记-《云降水物理学》

云降水物理学-学习笔记第一章绪论1.宏观云物理学-大气热力学、动力学微观云物理学-水汽的相变热力学和气溶胶力学,所需的知识为热力学原理、扩散理论等2.Benoit Paul Emile Clapeyron 克拉珀龙(1799-1865)饱和水汽压与温度的关系Irying Langmuir 朗缪尔(1881-1957)积状暖云可因连锁繁生过程使雨滴数量增多+第一次开展飞机人工播云实验Hilding Kohler 科勒(1888—1982)吸湿性核凝结理论Kohler 方程Theodor Robert Walter Findeisen 芬德森(1909-1945)降水粒子形成理论+云降水物理学的鼻祖3.云降水物理学的感性认识观测研究方法探测理性认识理化实验:在隔离因子的情况下分析研究理化模拟:在综合因子的情况下分析研究(用实验方法模拟自然机制及过程)数值模拟第二章云雾降水形成的物理基础1.云:水滴、冰晶、水汽和空气共同构成的统一体2.组成云体的单个云滴或冰晶存在时间很短,云体或者云系的持续存在是由新的云粒子的不断生成维持的。

3.含水量比含水量(质量含水量):指每单位质量湿空气中所含固态或液态水的质量,常用单位:g/kg,含水量(体积含水量):指每单位体积湿空气中所含固态或液态水的质量,常用单位:g/m3。

4.Clausius-Clapeyron 克劳修斯-克拉珀龙方程:平水(冰)面饱和水气压和温度的关系温度↑,饱和水汽压↑,饱和水汽压的增大速度↑5.平冰面饱和水汽压<同温度下的过冷却水面的饱和水汽压6.Kohler 科勒/柯拉方程溶液滴的饱和水汽压温度效应:温度↑,饱和水汽压↑曲率效应:半径↑,饱和水汽压↓浓度效应:浓度↑,饱和水汽压↓7.蒸凝现象:指固态或液态物质因升华、蒸发后转变为气态,或自气态因凝华、凝结而转变为固态或液态的现象。

发生条件:当大气中的实际水汽压介于此时共存的两种表面饱和水汽压不相同的液水或冰的饱和水汽压之间贝吉隆过程(冰晶效应):对冰、水共存的系统,当实际水汽压介于二者的饱和水汽压之间时,必有水汽从过冷却水滴向冰晶方向扩散。

2010大气科学基础第一章4-6

2010大气科学基础第一章4-6

q mv mv md
(2)
§4.3 空气湿度(2)
大气科学基础
2、比湿q
比湿q:湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比,单 位为g/g,g/kg。
q mv
上下同除md
mv md
饱和比湿qs
mv q m d r (3)
1 mv 1 r md
§4.3 空气湿度(3)
3、水汽压e 水汽压e:空气中所含水汽的分压强,单位为Pa,hPa。
陆地
0 小于 0.3 静烟直上
1 0.3-0.6 烟能表示风向,但风标不能转动
海洋 出现鱼鳞似的微波,但不构成浪
浪高 [m]
0.1
2
1.6-3.4
人的脸部感到有风,树叶微响,风 标能转动
小波浪清晰,出现浪花,但并 不翻滚
0.2
3
3.4-5.5
树叶和细树枝摇动不息,旌旗展开
小波浪增大,浪花开始翻滚, 水泡透 明象玻璃,并且到处出现白浪
§4.3 空气湿度(7)
大气科学基础
6、露点温度td :在湿空气中水汽含量和气压不变的条件下, 当气温降低到对水面而言空气达到饱和时的那个温度, 简称露点。
td
23 7 .3 7.5 1
lg e
6 .11
§4.3 习题
大气科学基础
1、试列出表示空气湿度的六种参量,并简述 其含义。
2、比较e和es、q和qs、t和td的区别。 3、试说明露点温度为什么可以表示空气中湿
1、混合比r
混合比r:湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比,单位
为g/g,g/kg。
r m v (1) md
v-vapor d-dry s-saturated
饱和混合比rs:饱和湿空气的混合比。

大气科学概论PPT概要

大气科学概论PPT概要
面的太阳辐射; 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; 降低大气透明度,影响大气能见度; 充当水汽凝结核,对云、雾及降水形成有重要意义。
第二节
大气的铅直结构
第二节
对流层: 特点:
大气的铅直结构
主要天气现象均发生在此层。 温度随高度升高而降低。(平均高度每升高100m, 气温下降0.65℃。) 空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。
大气成分与结构
大气的组成
大气的铅直结构 大气的物理性质
第一节
大气的组成
地球大气由三个部分组成: 干洁大气(即干空气) 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质
表2-1 干洁大气的成分(高度25km以下) 气体成分 氮 氧 氩 二氧化碳 臭氧 干洁大气 所占体积(%) 78.08 20.95 0.93 0.032 0.00006 100 临界温度(℃) -147.2 -118.9 -122.0 31.0 -5.0 -140.7 临界压强(大气压) 33.5 40.7 48.0 73.0 92.3 37.2
大气成分
二、水汽
作用:
在天气气候变化中扮演了重要角色。
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”。
三、大气中的杂质
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)。
气溶胶粒子: 作用:
吸收太阳辐射,使空气温度增高,但也削弱了到达地
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长
太阳高度角 (h) 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)
赤道地区一年中春分和 秋分时太阳高度角最大, 冬至和夏至时,太阳高 度角最小。
水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。 h的计算公式
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• Cloud Formation Imagine an air parcel, rising upward through the atmosphere. The air parcel expands as it rises and this expansion causes the temperature of the air parcel to decrease.
✓Radius typically from 0.1 to 1 microns (micron = 10-6 meters)
✓Concentrations from 1 to 1000 per cm3 of air
• 冰核 Ice Nuclei ✓Water does not always freeze at 32 F;
✓Without ice nuclei, pure water would need to be – 40F to freeze;
✓Some CN are also good ice nuclei, others are not.
• Clouds in the Atmosphere ✓Clouds are a collection of water drops and/or ice crystals;
This can happen if one or both of the following occurs:
1) The air is cooled, reducing the saturation vapor pressure; 2) Water vapor is added to the air.
Why does air rise ?
✓An air parcel will rise naturally if the air within the parcel is warmer than the surrounding air (like a hot air balloon).
✓As the earth is heated by the sun, bubbles of hot air form (called thermals) and rise upward from the warm surface.
• 凝结核 Condensation Nuclei (CN) ✓CN are tiny particles suspended in the atmosphere;
✓CN stay aloft in the air for many days. They are so small that their weight is less than their air resistance.
✓Abots grow by condensation in the rising air; If the rising motion is sufficiently intense and enough water vapor is present, precipitation will develop.
✓Water existing at temperatures below freezing is called “super-cooled”;
✓Some particles cause super-cooled water to freeze, these particles are known as ice nuclei;
第五章 云物理学基础
• §1 云的分类与形成条件 • §2 主要云属的宏观和微观特征 • §3 云滴的凝结和碰并增长 • §4 自然降水过程 • §5 人工影响天气基础
Clear skies——晴 Scattered Cloud——少云 Broken Clouds——多云 Overcast——阴
(3) 云的分类
Cloud
Cumulus
积云
Stratus
Temperature
✓As the parcel rises, it cools, and the humidity increases until it reaches 100%;
✓When this occurs, cloud droplets begin forming as the excess water vapor condenses on CN particles;
(2) 云的形成
• 凝结 Condensation
✓ Condensation occurs when the relative humidity exceeds 100%; ✓ Water only condenses on a surface;
✓ Dew and frost condense on surfaces such as plants or windshields; ✓ In the atmosphere , water condenses on condensation nuclei (CN).
✓Clouds form when water vapor in the atmosphere condenses, condensation only occurs on CN;
✓Water vapor condenses when the relative humidity exceeds 100%;
✓Convergence is an atmospheric condition that exists when there is a horizontal net inflow of air into a region.
✓When air converges along the earth's surface, it is forced to rise since it cannot go downward.
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