气象学与气候学名词解释及公式.doc

气象学与气候学

第一章

气候：是指某一地区多年间的一般状态及其变化特征，它既反映平均状况，也反映极端状态，是多种天气现象的多年综合。

大气的结构：根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑到大气的垂直运动等情况，将大气分成五层：

对流层：①气温随着高度增加而降低，由于对流层主要从地面得到热量，

因此气温随着高度增加而降低②垂直对流运动：由于地表的不均匀加

热，产生对流运动的强度主要随纬度和季节的变化而不同③气象要素

水平分布不均匀

平流层：①在平流层内，随着高度的增加，气温最初保持不变或微有上升

②平流层中水汽含量极少，云也少③没有强烈的对流运动

中间层: ①气温随着高度增加而迅速下降②有相当强烈的垂直运动③中间层内水汽含量极少，几乎没有云层出现④在中间层60-90km的高度上，

有一个只有白天才出现的电离层，叫做D层

热层; ①气温随着高度的增加而迅速增高②处于高度电离状态

散逸层：①温度高，随着高度的增加略有升高②大气粒子经常散逸至星际空间，本层是大气圈与星际空间的过渡地带

气温：是表示空气冷热程度的物理量，是空气分子平均动能大小的反映。

气压：是大气的压强，从观测高度到大气上界单位面积上（1cm2）铅直空气的重量，若以P代表气压，F代表面积A上所承受的力，则P=F/A。

水汽压：大气中的水汽所产生的压力成为水汽压（e）。

饱和空气：在温度一定情况下，单位体积空气中的水汽量有一定的限度，如果水汽含量达到次限度，空气就呈饱和状态，这是的空气，称饱和空气。

饱和水汽压：饱和空气的水汽压（E）成为饱和水汽压。

相对湿度（f）就是空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值（用百

分数表示），即f=e/E×100%。

饱和差：在一定温度下，饱和水汽压与实际空气中水气压之差称饱和差（d），即d=E-e。

比湿：在一团空气中，水汽的质量m w与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量m d）的比值，称比湿（q）。其单位是g/g，即表示每一克湿空气中含有多少克的水汽。q=m w/m d+ m w。

降水：是指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等。

降水量：是指降水落到地面后（固态降水则需经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度，降水量以毫米（mm）为单位。

能见度：指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离。单位用米（m）或千米（km）表示。

干空气状态方程：P=ρRdT

湿空气状态方程与虚温（Tν）：P=ρRdT（1+0.378e/P）=P=ρRTν。

第二章

辐射：自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。

辐射能：通过辐射传播的能量成为辐射能，也简称为辐射。

辐射平衡：当物体放出的辐射等于所接收的辐射能时，物体的温度不会改变，便称之为辐射平衡。

辐射强度：单位时间内，通过垂直于选定方向上的单位面积（对球面坐标系，即单位立体角）的辐射能称为辐射强度（I）。其单位是W/m2或W/sr。

辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量称为辐射通量密度（E），单位是W/m2。

辐射强度于辐射通量密度有密切关系，在平行光辐射的特殊情况下，辐射强度于辐射通量密度的关系为I=E/cosθ。

有关辐射的基本定理：

1.基尔荷夫定理：设有一真空恒温器（T），放出黑体辐射IλTb。在其中用绝热线悬

挂一个非黑体物体，它的温度与容器温度一样亦为T，它的辐射强度为IλT，

吸收率为KλT。这样非黑体和器壁之间将要达到辐射平衡。器壁放射的辐射能、

非黑体放射的辐射能和未被吸收的非黑体反射辐射能，三者达到平衡，KλT=e

λT 该式是基耳荷夫定律的基本形式，它表明：①在一定波长、一定温度下，

一个物体的吸收率等于该物体同温度、同波长的放射率。②即同一物体在温度T

时它放射某一波长的辐射。那么，在同一温度下也吸收这一波长的辐射2．斯蒂芬（Stefan）-玻耳兹曼（Boltzman）定律由实验得知，物体的放射能力是随温度、波长而改变的。

随着温度的升高，黑体对各波长的放射能力

都相应地增强。因而物体放射的总能量

（即曲线与横坐标之间包围的面积）也

会显著增大。根据研究，黑体的总放射

能力与它本身的绝对温度的四次方成正

比，即ETb=σT4 上式称斯蒂芬-波耳兹

曼定律。式中σ=5.67×10-8W/（m2·K4）为斯蒂芬-波耳兹曼常数。根据上式

可以计算黑体在温度T时的辐射强度，也可以由黑体的辐射强度求得其表面温

度。

3.维恩（Wein）位移定律

由图还可看出，黑体单色辐射极大值所对应的波长（λm）是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。根据研究，黑体单色辐射强度极大值所对应的波长与其

绝对温度成反比，即λmT=C 该式称维恩位移定律。如果波长以微米为单位，

则常数C=2 896μm·K。于是上式为λmT=2 896μm·K

太阳常数：就日地平均距离来说，在大气上界，垂直于太阳光线的1㎝2面积内，1min 内获得的太阳辐射能量，称为太阳常数，用I0表示。

太阳辐射在大气中的减弱：1.大气对太阳辐射的吸收：水汽主要吸收红外线，臭氧主要吸收紫外线，悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂杂质，也能吸收一部分太阳辐射。

2.大气对太阳辐射的散射：分子散射：a.散射能力于波长的四次方成反比，这种

散射是有选择性的，波长较短的光被散射得较多，也叫蕾利散射；b.质点散射对于其光学特性来说是对称的球形。粗粒散射：如果太阳辐射遇到的直径比波长大一些的质点，辐射虽然也要被散射，但这种散射程度是没有选择性的，即辐射的各种波长都同样地被散射，也称为米散射。3.大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射：大气的云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中一部分能量反射到宇宙空间去，反射对各种波长没有选择性。假如云层厚达50-100m，太阳辐射几乎全部被反射。以全球而言，太阳辐射约有30%被漫射和散射回宇宙，20%被大气和云层直接吸收，50%到达地面被吸收。

大气逆辐射：指大气辐射指向地面的部分。

大气的保温效应：大气逆辐射使地面因放射辐射而损耗的能量得到一定的补偿，由此可看出大气对地面有一种保暖作用，这种作用称为大的保温效应。

地面有效辐射：地面放射的辐射（Eg）于大气逆辐射（δEα）之差，称为地面有效放射。以F0表示，则F0=Eg-δEα

辐射差额：物体收入辐射能与支出辐射能的差值称为净辐射或辐射差额。即辐射差额=收入辐射-支出辐射。

非绝热变化：空气于外界有热量交换，称为非绝热变化。

绝热变化：空气与外界没有热量交换，称为绝热变化。

绝热过程：在气象学上，任一气块于外界之间无热量交换时的状态变化过程，叫做绝热过程。

干绝热过程：在大气中，作垂直运动的气块，其状态变化通常接近于干绝热过程。当升、降气块内部既没有发生水相变化，又没有于外界交换热量的过程，称作干绝热过程。

干绝热直减率：气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称为绝热垂直减温率（简称绝热直减率）。对于干空气和未饱和湿空气来说，则称为干绝热直减率，以γd，即γd=﹣（dTi/dZ）d。其中ί表示某一气块。

湿绝热直减率：饱和湿空气绝热上升的减温率，称为湿绝热直减率，以γm表示。γ、γd、γm的区别：①γ是实际大气的气温直减率，表示周围大气的温度随着高度的分布情况，是指某个局地空气温度随高度的分布情况，因此也称为高地温度直减率或者环境温度减温率。②γd、γm是对一个气块而言，在它做绝热垂直运动时，气块温度随着高度的变化。γd是对于干空气和未饱和湿空气而言，γm针对的是饱和湿空气，γd没有水相变化，是个常数，取值0.98℃/100m；γm有水相变化，不是常数，而是气压和温度的函数，γm总是小于γd③大气中随着地—气系统之间热量交换的变化，γ有不同的数值，既可以大于γd，也可以小于γd，有时还可以相等，并且还可以为负值，即是气温的逆温现象。

位温：把各层中的气块循着干绝热的程序订正到一个标准高度：1000Pa处，这时所具有的温度称为位温，以θ表示。根据泊松方程，即可得到位温的表达式θ=T （1000/P）R/Cp=T(1000/P)0.286。

假绝热过程：为了了解潜热对气块的作用，可假设一种极端情况，即水汽一经凝结，其凝结物便脱离，脱离原上升的气块而降落，而把潜热留在气块中来加热气团，这种过程称为假绝热过程。

假相当位温:当气块中含有的水汽全部凝结降落时，所释放的潜热，就使原气块的位温提高到了极值，这个数值称为假相当位温。用θse表示，有θse=θ+Lq/Cp，其中q是气块在1000Pa处，1g湿空气所含水汽量。