大气物理学的基本概念和原理
(完整版)第5章大气热力学
2 大气中的干绝热过程
气块概念和基本假定 大气中的干绝热过程
干绝热减温率 位温
干绝热上升时露点变化和抬升凝结高度
2 .1 气块的概念和基本假定
气块或空气微团是指宏观上足够小而微观上含有大量分子 的空气团，其内部可包含水汽、液态水或固态水。 气块（微团）模型就是从大气中取一体积微小的空气块 （或空气微团），作为对实际空气块的近似。
2020/8/18
δQ= Cν dT+pdν
其中Cv是定容比热，v是比容 这是热力学第一定律在气象上的应用形式之一，也 称为热流量方程。
2020/8/18
δQ= cν dT+pdν
ν=RT/p
pdν+νdp=RdT
δQ=（cν +R）dT-vdp
δQ=（cν +R）dT- RTdp/p
在等压情况下，dp=0
距离（常取100米）温度下降（或升高）的数值。
Q Ldqs
c pv dT
RT
dp p
Q
dp dpe g dz
p pe
Rd Te
c pd dT
T Te
gdz
Ldqs
c pv dT
RT
dp p
Ldqs
取c pv c pd
T 1 Te
s
dT dz
g c pd
L c pd
dqs dz
123(T0
Td 0 )(m)
即 Zc≈123（T0-Td0）米
(T0-Td0):地面的温度露点差； 即估算抬升凝结高度Zc是从T0按干绝热上升，与从 Td0按等饱和比湿线上升，两线的交点。 有时误差很大
2020/8/18
3 饱和湿空气的绝热过程
气象学 第一章__ 大气概述
到3日下午，新奥尔良 新奥尔良大街上几乎已经没有行人，仅剩 新奥尔良 下一些医务人员开始用手推车推走遇难者的尸体。曾经是非 常繁荣的这座城市在4天之内就成了一座名副其实的人间地 狱，到处是抢劫和强奸等不堪不目的景象，如今它已成为一 座空城和一个巨大的坟墓。 美国联邦紧急事务管理部门负责灾后重建的总监丹·克莱 格说，将新奥尔良市淤积的洪水排出可能需要6个月，然后 整座城市要“晾干”，这还需要3个月的时间。
发现过程
1987年代表19个组织和四个国家的大约150名 科学家和辅助人员聚会于智利的蓬塔阿雷纳斯，进行 了一项规模空前的研究，即机载南极臭氧实验。这项 实验表明1987年臭氧洞大小达到历史最大。这一发现 震惊了科学界。
形成机理
南极“臭氧洞”的成因目前尚无定论，其中最为 令人信服的当是污染物质学说。此外还有：美国宇航 局汉普顿芝利中心Callis等人提出南极臭氧层的破坏与 强烈的太阳活动有关；麻省理工学院的Tung等人认为 是南极存在独特的大气环境造成冬末春初臭氧耗竭， 根据大气动力学说，指出大量氯氟烃化合物的使用， 以及南极初春没有足够阳光产生大量氧原子，并因此 提出了不需要氧原子的循环机理。
冰点 摄氏温标 华氏温标 绝对温标 0 32 273 沸点 100 212 373 基点间隔 100 180 100 换算 C=5/9（F-32） F=9/5C+32 K=C+273
０摄氏度：1013.3Hpa时纯水的冰点 100摄氏度：1013.3Hpa时纯水的沸点
二．气压：
1．概念：单位面积上所承受的大气柱重量P=MG/A 2．气压单位：（标准大气压、帕斯卡、百帕、 mmHg） 标准大气压：0摄氏度、45度纬度、海平面的大气压 1标准大气压=760mmHg=1013.3Hpa
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
天气学原理和方法(1-5)
天气学原理和方法第一章大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。
大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱，天气学研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。
大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。
为了应用这些物理定律讨论在气象上有意义的相对于自转地球的大气运动，本章首先讨论影响大气运动的基本作用力，和在旋转坐标系中所呈现的视示力，然后导出控制大气运动的基本方程组，并在此基础上分析大尺度运动系统的风压场和气压场的关系，并引出天气图分析中应遵循的一向基本指导原则。
第一节旋转坐标系中运动方程及作用力分析一、旋转坐标系中运动方程1.（绝对速度）与（相对速度）假设t时刻一空气质点位于P点，经t 时间，质块移到Pa点，地球上的固定点P移到了Pe位置位移0为R，质块相对固定地点的位移为R，图1.1 旋转坐标系显然当 0位移很小时单位时间内的位移为由此得此关系式表明：绝对速度等于相对速度与牵连速度之和2．与的关系地球自转角速度为则于是由此可得微分算子将微分算子用于则有再将代入上式右端得（*）式中为地转偏向力加速度，即柯氏加速度为向心力加速度3．牛顿第二定律单位质量的空气块所受到的力在绝对坐标系中单位质量空气块受到的力有+：地心引力F：摩擦力将此式代入（*）式：二、作用力分析1．气压梯度力①定义：单位质量空气块所受的净空气的压力②表达式G=-(1.1)③推导：图1.1.2 作用于气块上的气压梯度力的X分量x方向：B面 PA面：-（P+净压力：-同理y方向：z方向：净空气总压力④讨论：大小：气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：气压梯度力的方向指向的方向，即由高压指向低压的方向2．地心引力① 定义：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力② 表达式(1.2)K：万有引力常量M：地球质量a：到地心的距离③ 推导：图1.1.3 地心引力受力分析图④ 讨论：大小：不变，常数方向：指向地球心3．惯性离心力① 定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上（观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力。
大气光学知识点总结归纳
大气光学知识点总结归纳1. 大气光学的基本结构和特性大气光学是研究大气中光的传播和反射规律的学科。
大气光学的基本结构包括大气的物理结构、大气的化学成分和大气的光学特性。
大气的物理结构包括大气的温度、压力、密度等参数，大气的化学成分包括大气中的氧气、氮气、水蒸气等气体成分，大气的光学特性包括大气对不同波长的光的吸收、散射、折射等现象。
2. 大气光学的光传播基本原理大气光学的光传播基本原理是研究光在大气中的传播规律。
大气中的光传播受到大气的折射、散射、吸收、参量等因素的影响。
大气光学的光传播基本原理包括大气对不同波长光的吸收特性、大气对光的散射规律、大气的折射规律等。
3. 大气光学与天文学的关系大气光学与天文学的关系密切。
天文学是研究天体、宇宙空间中的物体和现象的科学，而大气光学则研究大气对光的传播和反射规律。
大气光学在天文学中有着重要的应用，如在望远镜、天文观测仪器的设计和制造中，都需要考虑大气光学的影响。
4. 大气光学的观测和探测技术大气光学的观测和探测技术是研究大气光学的观测和探测方法。
包括天文观测、气象观测、环境监测等。
大气光学的观测和探测技术包括大气透明度的测量、大气中的气体成分和微粒浓度的监测等。
5. 大气光学的应用大气光学在军事、航空航天、气象、环境监测、天文学等领域都有着广泛的应用。
在军事领域，大气光学可以用于光学武器的设计和制造，在航空航天领域，可用于设计和制造航天器和卫星，气象学中可以用于气象预报和气象仪器的设计制造，在环境监测中可以用于大气污染监测和控制，在天文学中可以用于天文观测。
6. 大气光学的发展随着科学技术的不断发展，大气光学也在不断的发展。
在大气光学的研究中，随着先进的光学技术的应用，大气光学的研究方法和理论也不断地提高。
同时，大气光学在军事、航空航天、气象、环境监测、天文学等领域的应用也在不断地拓展和深化。
综上所述，大气光学是研究大气对光的传播、变化产生的影响以及通过大气的观测和探测技术的学科。
大学物理学：第六章 大气热力学基础
2）物理意义： 在等压过程中，系统焓的增量值等于它所吸收的热量。
3）定压比热Cp
Cp
( Q) p
dT
H T
p
热容量和焓
• 热量是在过程中传递的一种能量，是与过程有关的。一个系统在 某一过程中温度升高1K所吸收热量，称作系统在该过程的热容量。
• 对于等容过程，外界对系统不做功，Q =ΔU，所以
s T
p
1 T
h T
p
cp T
(26)
s
p
T
T
p
ds
s T
p
dT
s p
T
dp
(6.1.22)
ds
cp T
dT
T
P
dp
cpd
ln T
pdp
(6.1.28)
以6.1.25和6.1.27代入6.1.23式
dh
h T
p
dT
h p
T
dp
(6.1.23)
dp
cpdT
Hale Waihona Puke 1dp四、热力学第二定律
能量守恒，反映物质运动不灭但是没有回答过程的方向性（可 逆与不可逆）。
热力学第二定律的实质
指出了自然界中一切与热现象有关的实际过程都是不可逆过程， 揭示出实际宏观过程进行的条件和方向。
自然过程的方向性
• Example 1 功热转换过程的方向性 • 功变热的过程是不可逆的。 • 卡诺循环：吸收热量Q1，做功，必须有一部分热量
dG SdT Vdp (6.1.20)
dG
G T
p
dT
G p
T
dp
G T
p
S,
G
气象学的理论和应用
气象学的理论和应用气象学是研究天气、气候及其变化规律的科学。
它是一门较为综合的学科，涉及物理、化学、地理等多个领域。
气象学的理论和应用都极为重要，不仅关系到人类的生产生活，还对全球的环境和气候变化产生巨大的影响。
一、气象学的理论气象学的理论主要包括大气物理学、动力学和化学等方面的知识。
大气物理学研究大气中的物理现象和能量转换，包括辐射、气体状态、云与降水等；动力学和热力学则研究大气中的运动及其热力学特性，从而揭示天气的形成机理；气象化学则研究大气化学反应过程中气体、气溶胶和大气成分的变化。
其中，大气物理学的研究成果广泛应用于天气预报和旱涝灾害的预警中。
动力学和热力学研究的内容则可以帮助我们了解暴风雨、龙卷风等极端天气事件的形成过程，改善对这些天气事件的预警和预防措施。
而气象化学的研究则可以揭示人类活动对大气成分和组成的影响，有助于减少大气污染和调节全球气候变化。
二、气象学的应用气象学的应用非常广泛。
物联网、云计算、大数据分析等技术的广泛应用，让气象学的应用更加精准和及时。
目前，气象学的应用主要包括以下几个方面：1.天气预报天气预报是气象学的最主要应用之一。
天气预报对于人们的出行、生产和农业生产等方面都有着重要的影响。
今天的天气预报，凭借着一系列监测站、卫星和数据分析系统，能够生成更加精准的预报结果，帮助人们做出更好的决策。
2.灾害预警气象学的另一个重要应用是旱涝、台风、地震等灾害的预警。
在国内外，灾害减灾已经成为各级政府和社会关注的重点之一。
地质灾害预警技术、气象灾害预警技术等实用技术的不断创新发展，提升了灾害预警的准确度和时效性。
3.农业生产气象学对于农业生产也有着非常重要的应用。
通过对气象因素的分析和预测，可为农民提供科学、高效的种植、施肥等方案；同时，也可以提供有利的气候信息，帮助农业部门采取各种措施应对气候变化，提高农业生产的水平和质量。
4.城市规划人类的生产和居住，不仅需要一定的资源空间，还需要统筹规划。
大气物理学：第四章 地面和大气中的辐射过程 (2)
F ,T A ,T
FB (,T )
FB(λ,T)—绝对黑体的分光辐出度； Fλ,T—物体的辐出度 Aλ,T—物体的吸收率
39
基尔霍夫定律
（2）比辐射率 ,T ：物体的放射能力和黑体的辐射能力之。
F ,T A ,T
FB (,T )
,T
F ,T
FB (,T )
A ,T
（3）基尔霍夫定律的意义：
L( x , y , z , , , ,t )
dQ
d Ad d
（W·m-2·sr-1·μm-1）
1辐射场物理量
•辐射强度L(radiance辐亮度、辐射率)
光度计示意图
1辐射场物理量
CE318自 动跟踪 太阳分 光光度 计
1辐射场物理量
各向同性：L与观测方向（θ，φ）无关（L与方向有关 —各向异性。） 均匀辐射：L与观测位置（x, y, z）无关（L是观测位置 的函数—非均匀辐射。） 定常辐射：L与时间t无关（ L是时间t的函数—非定常辐 射。 ） 朗伯体：辐亮度不随方向而变化的辐射体，通常我们把 太阳、陆地表面都看作是朗伯体。
7
1 辐射的基本知识
电磁波描述
波长
频率f 波数ν 波速c
f c 1 f
c
8 8
1 辐射的基本知识
例1：波长10mm对应的波数和频率？
f c 1 f
c
9 9
1 辐射的基本知识
10 10
1 辐射的基本知识
不同波长的电磁波有不同的物理特性，因此可以 用波长来区分辐射，并给以不同的名称，称之 为电磁波谱。
分米波
波长范围 100埃～0.4微米 0.4微米～0.76微米 0.76微米～3.0微米 3.0微米～6.0微米 6.0微米～15微米 15微米～1000微米 1～10毫米 1～10厘米 10厘米～1米
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
大气物理学的基本概念和原理大气物理学，指的是研究地球大气现象的一门学科。
在大气物
理学里，我们可以学习到很多关于大气现象的基本概念和原理。
接下来，我将从以下几个方面为大家介绍一下。
一、气压和温度
大气物理学中，气压和温度是很重要的两个概念。
气压是指空
气对于水平面上某一点的压强，通常用帕斯卡（Pa）来衡量。
在
地球上，气压是每平方米承受的重量，我们也可以用毫巴（hPa）
来表示。
温度是指物体分子的平均动能大小，通常用摄氏度（℃）或华氏度（℉）来表示。
二、大气成分
地球的大气主要由氮气（78%）和氧气（21%）构成，另外还
有一小部分的氩气、二氧化碳、甲烷、氯气等。
其中，二氧化碳
是温室气体之一，在大气中的含量增加会使地球变暖，导致气候
变化。
三、大气循环
地球大气的运动是大气循环。
大气循环包括全球大气循环和局地大气循环两个方面。
全球大气循环是指大气的长距离的水平运动，局地大气循环则是指大气短距离的水平运动。
全球大气循环的目的是平衡地球上的能量，维持气温的稳定。
四、大气湍流
在地球上，空气的运动不是一直顺畅的，而是具有不规则的涡旋流动。
这种运动形式称为大气湍流。
大气湍流通常产生于地表和大气之间的相互作用，它们对大气的温度和湿度分布等方面都有重要的影响。
五、天气形成
天气是指某一时刻某个地方的大气状况。
天气条件可以通过空气的温度、气压、湿度等参数来描述。
天气形成的过程与大气循环密切相关。
大气湍流、气压变化、水汽凝结、辐射传输等过程也是天气形成的重要因素。
在大气物理学的学习中，我们需要掌握上述这些基本概念和原理，这对于我们理解大气现象的本质和规律有着非常重要的意义。
同时，大气物理学也是探究气候变化、天气预报以及人类活动对
自然环境造成的影响等问题的关键所在。