第三节大气的物理性状

在标准状态下（P0=1013.25hPa，T0=273K），
1mol的气体，体积约等于22.4L，即V0=22.4L/mol 。 因此，
该值对1mol任何气体都适用，所以叫普适气体常数。 对于质量为M克，1摩尔气体的质量是μ的理想气体，
在标准状态下，其体积V等于1摩尔气体体积的Μ／ μ倍 ，即
这是通用的质量为M的理想气体状态方程，又称 做门捷列夫-克拉珀珑方程。它表明气体在任何状态 下，压强、体积、温度和质量4个量之间的关系 （计算时要注意单位的统一）。
地面气压：970～1040hpa 极大值：1083.8hpa 极小值：低于935hpa ❖ 测量仪器：水银气压表。
ห้องสมุดไป่ตู้银气压表
2、气温（T）
表示空气冷热程度的物理量。 气温的单位： （1）摄氏温标（℃） （2）绝对温标（ºK ）
T=t+273.15≈t+273 （3）华氏温标（ ℉ ）—较少英语国家使用 （美国…）
(4) 气温的测定 大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表。
百叶箱
干湿球温度计
百叶箱的作用及干湿温度计的原理：
百叶箱：安装温、湿度仪器用的防护设备。
作用：是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射 辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感 应部分有适当的通风，能真实地感应外界空气温度和湿度 的变化。由于百叶箱的高度在地面以上1.5—2.0米之间， 因此最高、最低气温是指近地面处的空气温度。
干湿空气状态方程的物理意义在于用可测量的P T替代了不可测量的ρ。
理想气体的状态方程：
根据大量的科学实验总结出，一切气体在压强 不太大，温度不太低（远离绝对零度）的条件下， 一定质量气体的压强和体积的乘积除以其绝对温度 等于常数，即
上式是理想气体的状态方程。实际上，理想气体并 不存在，但在通常大气温度和压强条件下，干空气 和未饱和的湿空气都十分接近于理想气体。
（5）水汽混合比
一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值 称水汽混合比（γ）即：（单位：g/g）
据其定义和气体状态方程可导出：
物理意义：表示空气中水汽含量的多寡。
（6）露点：Td
在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气 冷却达到饱和时的温度，称露点温度，简称露点 （Td）。 单位：℃与气温相同为。
❖ 降水量－降水落至地面（呈液态），未经蒸 发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度。 单位：mm／24h、mm/1h
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。
测量降水量的仪器：雨量器和雨量计两种
雨量器：是用于测量一段时间内累 积降水量的仪器。常见的雨量器 外壳是金属圆筒，分上下两节， 上节是一个口径为20厘米的盛水 漏斗，为防止雨水溅失，保持容 器口面积和形状，筒口用坚硬铜 质做成内直外斜的刀刃状；下节 筒内放一个储水瓶用来收集雨水。 测量时，将雨水倒入特制的雨量 杯内读出降水量毫米数。降雪季 节将储水瓶取出，换上不带漏斗 的筒口，雪花可直接收集在雨量 筒内，待雪融化后再读数，也可 将雪称出重量后根据筒口面积换 算成毫米数。
5、风
❖ 概念—相对于地表的空气的水平运动，是 一个向量既有大小（风速），又有方向 （风向）。表示气流运动的一个物理量。
（1）风向指风的来向。用方位或方位度来表示。
（2）风速 单位时间内空气在水平方向上移动 的距离。
单位: m/s，km/h。
地面风用方位表示，高空风则用方位度表示。 有16个方位，从正北0 °开始按顺时针方向，每 隔22.5°为一方位。
二、空气状态方程
空气状态方程:
空气的状态一般由P、ρ 、T、V来表示，并且四 个量之间有一定的关系，它们的关系式，就是状态 方程。例如，一小团空气从地面上升时，随着高度的增大，
其受到的压力减小，随之发生体积膨胀增大，因膨胀时做功，
消耗了内能，气温乃降低。表示空气状态的方程有干空 气的状态方程 和湿空气状态方程两种。
风向杆
风向的表示：
风力情况由风矢表示，由风向秆和风羽 组成。 风向秆: 指出风的方向，有8个方位。 风羽: 由3、4个短划和三角表示大风风力，垂 直在风向杆末端右侧（北半球 ）
1--2级： 1 竖杠 1 横 3--4级： 1 竖杠 2 横 5--6级： 1 竖杠 3 横 7--8级： 1 竖杠 4 横 8级以上：1 竖杠 1 三角 像个小旗子
风的等级划分：
等级
名称
0
无风
1
软风
2
软风
3
微风
4
和风
5
清劲风
6
强风
7
疾风
8
大风
9
烈风
10
狂风
11
暴风
12
飓风
（m/s） 0～0.2 0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 13.9～17.1 17.2～20.7 20.8～24.4 24.5～28.4 28.5～32.6 32.7～
干湿球温度计：是一种测定气温、气湿的一种仪器。它由两 支相同的普通温度计组成，一支用于测定气温，称干球温 度计；另一支在球部用蒸馏水浸湿的纱布包住，纱布下端 浸入蒸馏水中，称湿球温度计。
干湿温度计的原理:
干湿温度计的干球探头直接露在空气中，湿球
温度探头用湿纱布包裹着，其测湿原理就是，在一 定风速下，湿球外边的湿纱布的水分蒸发带走湿球 温度计探头上的热量，使其温度低于环境空气的温 度；而干球温度计测量出来的就是环境空气的实际 温度，此时，湿球与干球之间的温度差与环境的相 对湿度有一个相应的关系，但该关系是非线性的。 用公式表达起来相当复杂。这两者之间的关系会受 好多因素的影响如：风速，温度计本身的精度，大 气压力，干湿球温度计的球泡表面积大小，纱布材 质等等。
海面状态
平静如镜 微浪 小浪 小浪 轻浪 中浪 大浪 巨浪 猛浪 狂涛 狂涛 非凡现象 非凡现象
风的作用：用来发电，帮助植物散播花粉等。
6、云量
云：水汽凝结成的小水滴或冰晶悬浮在空 中的聚合体，距地面有一定的高度的为云。
把天空分成10份，其遮盖的成份为云量。 晴、少云 ＜3份 多云 3～7份 阴 ＞7份
（1）水汽压e和饱和水汽压E：
水汽压：大气中的水汽所产生的那部分压力称水 汽压（e）。
单位：用hPa表示。
饱和水汽压：在温度一定情况下，单位体积空气 中的水汽量有一定限度，如果水汽含量达到此限度， 空气就呈饱和状态，这时的空气，称饱和空气。饱 和空气的水汽压（E）称饱和水汽压，也叫最大水 汽压，因为超过这个限度，水汽就要开始凝结。
根据测出的干球温度和湿球温度,查“湿空气线 图”，可以得知此状态下空气的温度、湿度、比热、 比焓、比容、水蒸气分压、热量、显热、潜热等资 料。例如：干球18度，湿球15度时，其度差3度之纵 栏与湿球15度之横栏交叉68度就是表示湿气为68%。
3、湿度
表示空气潮湿程度或水汽含量多少的物理量。 （1）水汽压（e）、饱和水汽压（E） （2）相对湿度（f） （3）饱和差（d） （4）比湿（q）和水汽混合比（r） （5）露点温度（td）
g/kg 表示每千克质量湿空气中所含水汽质量 的克数。
式中，mw为该团湿空气中水汽的质量；md为该 团湿空气中干空气的质量。据此公式和气体状态方 程可导出:
r 0.622 e p 0.622 e
注意式中气压（P）和水汽压（e）须采用相同 单位（hPa），q的单位是g/g
由上式知，对于某一团空气而言，只要其中水 汽质量和干空气质量保持不变，不论发生膨胀或压 缩，体积如何变化，其比湿都保持不变。因此在讨 论空气的垂直运动时，通常用比湿来表示空气的湿 度。
在气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关， 水汽含量愈多，露点愈高，所以露点也是反映空气中水汽含 量的物理量。在实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露 点温度常比气温低（Td＜T）。因此，根据T和Td的差值，可 以大致判断空气距离饱和的程度。
4、降水量
❖ 降水－从天空降落到地面的液态和固态水,包 括雨，毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰 雹等。
风速 （Km/h） 小于1 1～5 6～11 12～19 20～28 29～38 39～49 50～61 62～74 75～88 89～102 103～117 118～
陆地现象
静，烟直上。 烟能表示风向，但风向标不能转动。 人面感觉有风，树叶有微响，风向标能转动。 树叶及微枝摆动不息，旗帜展开。 能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝微动。 有叶的小树枝摇摆，内陆水面有小波。 大树枝摆动，电线呼呼有声，举伞困难。 全树摇动，迎风步行感觉不便。 微枝折毁，人向前行感觉阻力甚大 建筑物有损坏（烟囱顶部及屋顶瓦片移动） 陆上少见，见时可使树木拔起将建筑物损坏严重 陆上很少，有则必有重大损毁 陆上绝少，其摧毁力极大
在气象学中，常用单位体积的空气块作为研究对 象，为此，常将（1·16）式中4个量的关系变为压 强、温度和密度3个量间的关系，即
如前所述可以把干空气（不含水汽、液体和固 体微粒的空气）视为分子量为28.97的单一成分的气 体来处理，这样干空气的比气体常数Rd为
干空气的状态方程为 P=ρRdT
上式表明，在温度一定时气体的压强与其密度成正比，在 密度一定时气体的压强与其绝对温度成正比。
2、湿空气状态方程
常温常压下，湿空气可以看作理想气体来处理，因此 它也有同样形式的状态方程：
P ' ' R 'T '
湿空气的ρ′
R' R*
湿
'
d
w
Pe Rd T
e RwT
Pe Rd T
e 1.608 RdT
P e 0.622 e P 0.378 e
Rd T
RdT RdT RdT
P (1 0.378 e )