第1周教案（绪论 第一章 第一、二节） 教学目标： 周教案内容分配： 1.本周教学学生 1.让学生理解气象学第一次课： 课下学习量：2 课时：4 的定义,了解气象学的（绪论 第一章1.2节） 2.本周大作业设内容、气象学与农学2014.09.01 计：思考题 (环境科学）的关系。 2.掌握大气的成分和大气的垂直结构。 3.在理解大气的状态方程和大气静力学方程的基础上能够结合后续的内容综合应用。 第二次课： （第一章 3.4.5节） 2014.09.04 第一周第一次课（2课时） 绪论 第一章 第一、二节 时间：（具体时间2014年9月1日） 课时目标： 掌握大气的成分和大气的垂直结构。 备注： 师生互动：采用问答式讲授 教学重点：大气的成分，大气的垂直结构。 教学难点：气象学与农学(环境科学）的关系。 教学过程设计： 展开问题的新课导入：今天是气象学课程的第一课，通过本次课我们学习气象学的思路： 定义，气象学的内容、气象学与农学(环境科学）的关系，重点掌握大气的成分和大气的垂直结构。通过学习使同学们认识到气象学与农学和环境科学的关系。 新课讲授 以教师讲授与课堂提问学生回答相结合的方式进行绪论 第一章 第一节 第二节内容的教学活动。 本次课内容主要包括以下几部分： 绪论 1.谈到气象学首先会想到什么？ 2.你认为气象学与农学（环境科学）有什么关系？ 第一章 大气的基本特征 第一节 大气的成分 第二节 大气的垂直结构 课程小结：总结本次课主要内容，强调本次课重点与难点部分。 布置课下活动内容及下次课课前预习内容 课时内容（教学内容）： 详案附后 教学参考资料推荐： 《气象学》葛朝霞 学生课下活动设计： 内容：完成本次课下学习笔记 目的：复习总结本次课内容，考察学生的学习态度和听课效果； 要求：开放式独自完成； 形式：笔答； 时间限制：1课时； 考核方式：作业。 课后反思： 课时内容（教学内容）： 绪 论 一、气象学、气候学的定义与研究对象 （一）气象学 1、概念： （1）气象学：是研究大气中各种天气现象（包括人类活动对它的影响）及其演变规律，以及如何利用这些规律为人类服务的一门科学。【气象学这门科学的名称，已有改称“大气科学”的趋势。】 2、研究对象：覆盖整个地球的大气圈 大气圈及大气圈与水土岩石圈、生物圈之间的相互作用。 （二）气候学： 1、概念：研究地球上气候的形成原因、分布类型、变化规律的科学。 2、研究对象：地球上的气候。 （三）天气学： 1、定义：研究地球条件下不同的区域内所产生的天气过程、天气系统的成因、演变规律，并在天气预报上应用的科学。 天气过程：天气系统的发生、发展、消失、演变的全过程 天气系统：引起天气变化和分布的高压、低压、高压脊、低压槽等大气运动系统。 天气预报：人们根据天气演变规律的认识，对未来一定时期内天气变化作出的主观、客观的判断 2、研究对象：地球上的大气 二、本门课程主要研究内容 （1）大气物理学：研究大气组成、结构、电磁波、声波传输，云、雾、降水、冷暖、干湿、光、电、声等物理现象，以及增温、冷却、蒸发、凝结等物理过程。 （2）天气学：研究大气中的天气过程、天气现象、天气预报。 （3）动力气象学：应用数理方法来研究大气运动及演变规律。 （4）气候学：研究气候的形成、分布、变化规律的科学。 三、研究任务： （一）通过实践，掌握气象观测、气候统计分析和气候调查的方法，来记述所观测到的气候现象，从定性和定量两方面说明他们的特性。 （二）探讨它们的正确解释和研究它们的发展规律，特别要掌握天气演变和气候形成的规律性，了解和解释各不同地区的气候特征，弄清气候资源及其地理分布，进行气候分类和气候区划，研究气候变迁的原因及其规律。 （三）应用已发现的规律，采取有效措施，充分利用气候资源，减少人类活动对气候的不利影响，防御或减少气候灾害，为有关的生产建设服务。 （四）气象学、气候学与自然地理学、环境生态学和区域地理等有密切的依存关系，在教学中还应注意为这些有关后续课程奠定必要的基础。 注：天气与气候的区别： 1、概念不同： 天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（温度、相对湿度气压等）和大气现象（风、云、雨、雪、降水等）的综合。属于短时间内的微观现象 气候：是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间相互作用下，在某一时段内大量天气过程的综合。不仅包括该地多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。属于长时间宏观现象。 ①某一时段：≥30年 ②不仅包括该地多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。例如： 哈尔滨气候特点是：夏季多雨，炎热；冬季寒冷干燥。 温度、降水的平均状况：T=3.5℃ P=554mm 温度、降水的极端状况：Tmax=36.7℃ Tmin=-38.7℃ Pmax= mm Pmin= mm 2、变化周期不同： 天气：短期天气过程：活动时间≤5天 中期天气过程：活动时间5—10天 长期天气过程：活动时间10天—3个月 特点是：天气变化快，周期短。 气候：周期分季际、年、十年、百年、千年、万年等。 特点是：气候变化慢，时间长。 3、各自研究的系统不同： 天气：仅是大气中所产生的天气现象，是个单纯的系统 气候：包括大气、水、冰雪、陆地、生物（动物、植物、人）五个子系统。是个庞大的系统，各个系统相互联系、作用、，并决定着气候的长期平均状况。气候具有地方性的特点。 四、气象学与气候学的发展简史 （一）萌芽时期（准备阶段） 萌芽时期主要指16 世纪中叶以前这一漫长时期，这时期的特点是由于人类生活和生产的需要，进行一些零星的、局部的气象观测，积累了一些感性认识和经验，对某些天气现象做出一定的解释。 我国在这一时期，在此领域中有不少成就，而且是居于世界领先行列的。在三千年前，殷代甲骨文中已有关于风、云、雨、雪、虹、霞、龙卷、雷暴等文字记载，还常卜问未来十天的天气（称为“卜旬”），并将实况记录下来以资验证。春秋战国时代已能根据风、云、物候的观测记录，确定廿四节气，对指导黄河流域的农业生产季节意义很大。 （二）发展初期 发展初期包括16 世纪中叶到19 世纪末。这时由于欧洲工业的发展，推动了科学技术的发展。1593 年意大利学者伽利略（Galileo）发明温度表，1643 年意大利学者托里拆利（Torricelli）发明气压表。这两种重要仪器的出现，使气象观测大大向前跃进一步。特别是气压与天气变化的关系最直接，气压表当时曾被誉为天气的“眼睛”。这一时期气象学与气候学的主要研究成果有：关于海平面上风压关系律、气旋模式和结构、大气中光电现象和云雨形成的初步解释、大气环流的若干现象解释。 （三）发展时期 20 世纪以来是气象学与气候学的发展时期。这一时期总的特点是：不但进行地面气象观测，也进行高空直接观测，从而摆脱了定性描述阶段，进入到定量试验阶段，从认识自然，逐步向预测自然，控制和改造自然的方向发展。 1.早期 20 世纪的前50 年。这时气象观测开始向高空发展，以风筝、带人气球及火箭等为高空观测工具，其所到达的高度当然是有限的，但已为高空气象学的发展奠定了基础。在此期间气象学的发展中有三大重要进展。 （1）锋面学说：在第一次世界大战期间，由于相邻国家气象资料无法获得，挪威建立了比较稠密的气象网。挪威学者贝坚克尼父子（V.Bjerknes 和J.Bjerknes）等应用物理学和流体力学的理论，通过长期的天气分析实践， 创立了气旋形成的锋面学说，从而为进行1—2 天的天气预报奠定了物理基础。 （2）长波理论：20世纪30—40 年代，由于要求能早期预报出灾害性天气，再加上有了无线电探空和高空测风的普遍发展，能够分析出较好的高空天气图。瑞典学者罗斯贝（Rossby）等研究大气环流，提出了长波理论。它既为进行2—4 天的天气预报奠定了理论基础，同时也使气象学由两度空间真正发展为三度空间的科学。 （3）降雨学说：在20世纪30 年代，贝吉龙-芬德生（ Bergeron- Findeison）从研究雨的形成中，发现云中有冰晶与过冷却水滴共存最有利于降雨的形成，从而提出了降雨学说。1947 年又发现干冰和碘化银落入过冷却水滴中可以产生大量冰晶，这就为人工影响冷云降水提供了途径。进一步研究还发现在热带暖云中由于大、小水滴碰并也可导致降雨，这又为人工影响暖云降水奠定了理论基础。由此人类开始从认识自然进入人工影响局部天气时代。 2.近期 20世纪50 年代以后为近期。由于电子计算机和新技术如雷达、激光、遥感及人造卫星等的使用，大大地促进了气象学与气候学的发展。其主要表现如下： （1）开展大规模的观测试验 在50 年代以前，国际上曾在1882 年和1932 年组织过两次对南北极区进行气象考察，称为国际极年，并取得了一些高空气象和太阳与地球关系的资料。在50 年代以后又进行多次至少有几十个国家参加的大规模大气观测试验，而且规模一次比一次大（2）对大气物理现象进行数值模拟试验。（3）把大气作为一个整体进行研究，把对流层与平流层中、高纬地区与低纬地区，南半球与北半球结合起来研究，这在气象学与气候学的发展上又是一大跃进。人类对大气中的化学现象与化学过程也进行了多年的观测、分析和研究，并已形成了气象学中一个新支派——大气化学。特别是近年来对大气污染的监测，探讨环境保护的措施，更促进了大气化学的进展。（4）气候学领域中的科学革命 五、气象学与农业（环境科学）的关系 （一）对农业气候资源进行分析、利用和区划。 （二）确定农业气象指标，根据指标鉴定气象条件对农业生物生长发育和产量的影响。 （三）研究农业气象灾害发生规律及防御措施。 （四）开展农业气象测报、预报和情报的服务工作。 （五）农业与气候的调节、利用和改造研究。 常识： ①、世界上第一个气象站于1653年在意大利建立； ②、世界上第一颗气象卫星是美国与1960.4.1发射的； ③、世界上第一张天气图于1820年由白朗弟绘制成； ④、最早编制云图的国家是中国，编制与14世纪，名称为《白猿献三老图》，载有云图132幅； ⑤、世界气象日为每年的3月23日； ⑥、中国气象学会于1924年10月10日在青岛成立。 第一章 大气的基本特征 气候系统概念： 气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。 第一节 大气的成分 包括干洁空气、水汽、大气气溶胶粒子（固体和液体微粒） 1、干洁空气（干空气） （1）定义；大气中除了水汽、液体和固体杂质以外的空气（含量占整个大气的99.96%） （2）成分： N2——最多气体 ；生命体重要成分 ；不活跃气体 ；豆科植物养料 O2——次多气体 ；呼吸必须气体 ；化学性质活泼 CO2——含量甚微 ；来源：生命呼吸、土壤有机体腐化、分解、化石燃料燃烧作用：光合作用的原料，强烈吸收地面辐射，温室气体。 O3——形成过程； 垂直分布：近地面含量少，20-50千米处最多，50-60千米以上很少。 （3）干洁空气的主要成分及作用 氮气 氮气是大气中含量最多的成分，约占干空气质量的75％。氮是制造化学肥料的原料，豆科植物可通过根瘤菌的作用，固定到土壤中，成为植物所需要的氮的化合物成为地球上生命体的基本成分，又是合成氨的基本原料，大气中的氮还能冲淡氧,使氧不致大浓，氧化作用不过于激烈。 氧气 氧气是大气中含量仅次于氮的成分，约占干空气质量的23％。氧是动植物呼吸作用维持生命所必需的气体。此外，氧还决定着有机物质的燃烧、腐败及分解过程。 二氧化碳 二氧化碳在大气中含量很少，仅占整个大气质量的0.05％。它是有机化合物氧化作用的产物。二氧化碳在20km以上就很少了。 大气中的二氧化碳含量随时间和空间而变化，一般是冬季多于夏季；夜间多于白天；阴天多于晴天；城市多于农村。当其含量达到0.2-0.6％的时候，对人类已经有害了。 二氧化碳是绿色植物进行光合作用的重要原料，虽然它对太阳辐射吸收很少，但却能强烈地吸收地面长波辐射，同时它又能向周围空气和地面放射长波辐射，所以大气中二氧化碳对大气和地面的温度产生一定的影响。 近年来，由于大气中二氧化碳含量的明显增加，由此形成的“温室效应”对全球气候产生深刻的影响，已引起国际社会的广泛关注。 臭氧 分布：臭氧在大气中的含量极少。它是在太阳紫外线辐射或闪电作用下，氧分子分解为氧原子后再和另外的氧分子结合而成的气体。据观测，臭氧含量随高度的分布很不规则，在地面层含量很少，从10km高度开始含量逐渐增加，在20-25km高度处达最大值，再往上，含量又逐渐减少，到50-60km高度就极少了。造成这一现象的原因是由于在大气的上层中，短波紫外线的强度很大，使氧分子几乎全部分解。因此，氧原子与氧分子相遇机会很少；在较低的层次，短波紫外线强度因大气吸收而减弱，氧分子的分解数量很少，故氧原子的数量就少，以致臭氧形成的较少。到35km处，既有足够的氧分子，又有足够的氧原子，这给臭氧的形成提供了条件，使臭氧的混合比(指单位质量干空气中的臭氧质量)最大，再通过下沉气流的作用，将臭氧向下输送，造成在20-25km的层次中臭氧的数量最多。 作用：臭氧能大量地吸收太阳紫外线，使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直分布。同时，还对地面上的生物起着保护作用，使之免遭紫外线的伤害，少量紫外线可以起到杀菌治病的作用。 因此，臭氧层的存在对于地球上人类及生物活动是极其重要的，要尽量避免对臭氧层的破坏。据报道，目前在极地上空已经出现臭氧空洞，北美洲上空臭氧含量也在减少，而皮癌发病率在增加。导致臭氧减少的原因，除自然因素外，大都认为与工业废气(氟利昂等)，超音速飞机排放的废气等污染物质有关。 2.水汽 大气中的水汽来源于江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发，并通过气流的垂直运动向上输送。大气中的水汽主要聚集在大气的低层，向高空迅速减少，到1.5-2km高度上水汽含量只有地面的一半，在5km高度上，只相当于地面的十分之一左右，再往上其含量就更少了。 大气中水汽含量虽然不多，但它在天气变化中扮演的是重要角色。水汽的相态变化(即气态、液态、固态三者间可以互相转换)会引起云、雾、雨、雪等一系列天气现象的产生，并伴随有热能的释放和吸收过程。水汽还能强烈地吸收地面辐射并向地面和周围大气放射长波辐射，直接影响着地面和大气温度的变化。 思考题：①为何雨前闷热，雨后凉爽②为何有云的夜晚比无云夜晚暖和？ 3. 大气气溶胶粒子（固体和液体微粒） 大气中悬浮着多种固态微粒和液态微粒，统称为大气气溶胶粒子。 大气中的固体杂质来源于物质燃烧的烟粒、海水溅起在空中蒸发后留下的盐粒、被风吹起的土壤微粒、宇宙尘埃、火山喷发的烟尘以及细菌、微生物、植物花粉、工业排放物等。它们大多集中在大气的底层。 这些固体杂质悬浮在空中能充当水汽凝结的核心，对云、雨的形成起重要作用。同时它能吸收和散射太阳辐射，有效地阻挡地面长波辐射，从而影响地面和空气温度。另外大气中固体杂质的增多，会使空气混浊，能见度变坏，严重时影响交通安全。 第二节 大气的垂直结构 一、大气的分布及大气上界的确定： 大气的分布：在0℃，760mmHg条件睛，50%的大气集中在距地面5.5km以下的层次中，离地面36—100km的大气质量仅占整个大气的1%。 大气上界：物理上界：有极光出现的最大高度—1200km 极光：在南北半球高纬地带天空常出现的彩色光幕。 密度上界：空气质点：1个/cm 电子浓度：10—10个/cm 二、大气的垂直分层 分层依据：①气温湿度在垂直方向上的分布；②大气中的扰动程度③不同程度上的电离现象。 分层： （1）对流层（地面——对流层顶） 对流层是大气的最下层，它的下界为地面，对流层虽然很薄，但却集中3/4大气，90%水汽，日常所见的大气现象均发生在此层，也是对人类生活、生产最有影响的层次。 对流层有三个特点： ①气温随着高度而降低：由于本层的直接热源是地面，愈近地面大气获得热能愈多，温度愈加高，其温度递减率（温度垂直梯度）为0.65℃/100m。 ②空气具有强烈的对流、乱流运动： 由于下垫面起伏较大，海陆分布不同，大气受热不均，暖的地上升，冷的地方下沉，引起对流。 对流层的上界因纬度和季节不同而异，就纬度而言， 低纬度：对流强，对流层较厚，平均厚度为17-18km， 中纬度：夏季对流强，冬季对流较弱，平均厚度10-20km 高纬度：全年受到的太阳辐射最小，对流也最弱，对流层的厚度只有8-9km。 ③气象要素水平分布不均匀： 由于对流层受地表的影响最大，而地表面性质不同，使对流层中，温度、湿度的水平分布是不均匀的。例如：陆地上的湿度比海洋上要小得多，白天陆地上的温度要比海洋上高得多。 （2）平流层（对流层顶到55km） ①温度随高度升高而增加 在平流层内，随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升，自25km以上气温随高度增加而明显上升，到平流层顶可达-3℃左右，平流层这种气温分布的特征，主要是臭氧对太阳紫外线的强烈吸收。虽然25km以上臭氧的含量已逐渐减少，但紫外辐射的强度随高度逐渐增强，而空气密度随高度升高又迅速减小，致使高层吸收的有限辐射可以产生较大的温度增量。 ②没有强烈的对流运动 233 32000—3000km 平流层温度随高度升高而增加，不利于空气对流运动发展。所以叫平流层。飞机在此层飞行不易颠簸。 ③水汽、尘埃含量很少 平流层远离地面，加之有逆温层存在，空气无对流运动，水汽、尘埃很少，使得平流层天气晴朗，大气透明程度好。但有时在20-30km处可看到贝母云，它常出现在冬季极区。 （3）中间层（平流层顶到85km） 特点： ①气温随高度增加迅速降低： 顶界温度可降至-83℃ -113℃，几乎成为大气层中的最低温。其原因是这里没有臭氧吸收太阳紫外辐射，而氮和氧等气体所能吸收的波长更短的太阳辐射又大部分被更上层的大气吸收了。因此，这里的气温随高度是递减的。 ②有相当强烈的垂直运动： 这种下暖上凉的气温垂直分布，有利于导致空气的垂直运动，又称“高空对流层”。 该层的80-90km高度上有一个只在白天出现的电离层，叫做D层。 （4）暖层（中间层顶到800km）： 暖层有两个特点： ①温度随高度增加迅速上升： 据探测，在300km高度上，气温可达1000℃以上，这是因为所有波长＜0.175μm的紫外线辐射，都被该层中的氮和氧所吸收的缘故，顶部温度可达到1700℃。 ②空气处于高度电离状态： 因而这层也称为电离层。由于空气密度极少，暖层中的N2、O2、O等气体成分在强烈的太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态。即E层和F层。它们都能反射无线电波，对无线电通讯具有重要意义。 （5）散逸层(外层)（800km高度以上的大气层） 整个大气层的最外一层，是大气圈与星际空间的过渡地带，没有明显的边界。这一层的气温也随高度的增加而升高。由于气温高，且距地较远，受地球引力作用很小，所以大气质点中某些高速运动的分子不断地向星际空间散逸，散逸层也由此而得名。
第一周 第二次课（2课时） 第一章 第三、四、五节 时间：（具体时间2014年9月4日） 课时目标：在理解大气的状态方程和大气静力学方程的基础上能够结备注：教具、合后续的内容综合应用。 场地、情境设计等 教学重点：大气的状态方程，大气静力学方程及其应用。 教学难点：大气的状态方程，大气静力学方程及其应用。 教学过程设计： 复习与提问： 回顾上次课主要内容，提问： 1.大气的成分？ 2.大气的垂直结构包括哪几层？ 3.对流层的主要特征？ 展开问题的 思路： 新课导入：上一次课我们学习的主要内容是大气的成分和大气的垂直结 构。本次课我们学习大气的状态方程，大气静力学方程及其应用，使同 学们在理解大气的状态方程和大气静力学方程的基础上能够结合后续的 内容综合应用。 参与性讨 论： 新课讲授 以教师讲授与课堂提问学生回答相结合的方式进行第一章 第三节、第四节、第五节内容的教学活动。 启发思考： 本次课内容主要包括以下几部分： 第三节大气的状态方程 第四节 大气静力学方程及其应用 第五节 基本气象要素 课程小结：总结本次课主要内容，强调本次课重点与难点部分。 布置课下活动内容及下次课课前预习内容 课时内容（教学内容）： 详案附后 教学参考资料推荐： 《气象学》葛朝霞 学生课下活动设计： 内容：完成本次课下学习笔记 目的：复习总结本次课内容，考察学生的学习态度和听课效果； 要求：开放式独自完成； 形式：笔答； 时间限制：1课时； 考核方式：作业。 课后反思： 课时内容（教学内容）： 课前给出问题，学生自学，课堂以提问方式总结主要知识点 第三节 大气状态方程 空气状态常用密度（ρ）、体积（V）、压强（P）、温度（t 或T）表示。 对一定质量的空气，其P、V、T 之间存在函数关系。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。这说明该过程中一个量变化了， 其余的量也要随着变化，亦即空气状态发生了变化。如果三个量都不变，就称空气处于一定的状态中，因此研究这些量的关系就可以得到空气状态变化的基本规律。 一、理想气体状态方程 根据大量的科学试验总结出，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，一定质量的气体的压强和体积的乘积除以其绝对温度等于常数，即 PV/T=R（常量） （理想气体状态方程） （1-1） 凡严格符合该方程的气体，称理想气体。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。 在标准状态下，P0=1013.25hPa，T0=273K，V0=22.4L/mol， R=8.31441Pa•m/(mol•K)≈8.31J/(mol•K) （1-2） 该值对1 mol任何气体都适用，所以叫普适气体常数。 对于质量为M，1 mol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 mol气体体积V0的M/µ倍， 由P0 V0/ T0=R，V0= R T0/ P0 得V=M R T0/µP0， 即P0V=M R T0/µ ****3在标准状态下，P0=1013.25hPa，T0=273K，所以上式PV=M R T/µ （1-3） 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。 在气象学上，通常用单位体积的空气块作为研究对象，为此，常将式（1-3）中4个量的关系变为压强、温度和密度3个量的关系，即 P=M/V • R/µ • T M/V就是密度ρ，用R表示R/µ，则得P=ρRT （1-4） 气象上常用的状态方程为P=ρRT，其中P为压强，ρ为空气密度，R为比气体常数（它的取值与气体的性质有关），T为气团的温度。 二、干空气状态方程 干空气是不含水汽、液体和固体微粒的空气，视其分子量为28.97的单一成分的气体， 由Rd=R/µ =8.31/28.97=0.287 J/(g•K) 干空气状态方程为Pd =ρdRd T （1-5） 三、湿空气状态方程与虚温 大气是由多种成分组成的混合气体，特别是含有经常发生变化的水汽，因此上式中的R就不是一个固定值；湿空气的状态方程就不能写成上述的简单形式。 湿空气状态参量之间的关系，用下式表示 ****P =ρ′R ′T R = R/µ′′*′ ′式中：µ为湿空气的分子量，ρ为湿空气的密度。由于湿空气中水汽含量是变化的，所以µ和R 都是变量。 如果以P表示湿空气的总压强，e表示其中水汽部分的压强（即前述的水汽压），则P-e是其中干空气的压强。干空气的密度（ρd）和水汽的密度（ρw）分别是 ρd=（P-e）/ Rd T ρw=e/ Rw T Rw=R/µw =8.31/18=0.4615 J/(g•K) 但Rw=R/µw=µd/µw •R/µd=1.608 Rd (1-6) 因为湿空气是干空气和水汽的混合物，故湿空气的密度是干空气密度和水汽密度的总和，即 ρ=ρd +ρw = （P-e）/ Rd T+ e/ Rw T =[ 1.608（P-e）+e ]/ 1.608 Rd T = P(1-0.378 e/ P ) /Rd T (1-7) 将式(1-7)右边分子分母同乘以(1+0.378 e/ P )，并考虑e比 P小很多，因而（0.378 e/ P）很小，可以省略不计，式(1-7)可以写成 ρ= P /Rd T(1+0.378 e/ P ) （1-8） ′2′***′′P = ρ′Rd T(1+0.378 e/ P ) （1-9） 式（1-9）为湿空气状态方程的常见形式，如果引进一个虚设的物理量——虚温（Tv） Tv=(1+0.378 e/ P ) T 引入虚温后，湿空气的状态方程可写成P = ρRd Tv （1-10） ′虚温的意义是：在同一压强下，当干空气密度等于湿空气密度时，干空气应有的湿度，也可以说与湿空气同气压同密度的干空气的温度。 虚温与实际温度之差△T=0.378 T e/ P 可见空气中水气压越大，这一差值越大，在底层大气，尤其是在夏季，e值很高，这是必须用湿空气状态方程。 问题:假设有两块压强、体积、温度均都相同的干空气和湿空气，谁更重一些？ 第四节 大气静力学方程及其应用 一、大气静力学方程 △P＝P1－P2＝﹣G ＝﹣gV ＝﹣g（z2－z1） ＝﹣g△z 取△z→0 大气静力学方程 dP＝﹣gdz ﹣dp/dz—＝g ﹣dp/dz 铅直气压梯度 （单位高度气压差） 二、单位压强高度差 三、压高公式 △z＝z2－z1＝18400（1＋αtm）logp1/p2 △z 两点之间的高度差 z1 较低点的海拔高度 z2 较高点的海拔高度 P1 较低点的气压 P2 较高点的气压 α＝1／273 tm 两点的平均温度，取tm＝（t1＋t2）／2 t1 较低点的气温 t2 较高点的气温 第五节 基本气象要素 气象要素：表示大气物理状态的物理量如：云量、能见度、温度、气压、湿度、降水量、风向、风速、日照、辐射等。 一、基本物理性质 流动性 可压缩性：分子间有空隙 黏着性：分子间有吸引力 连续性：分子间有吸引力 结论：因为有流动性、黏着性、连续性等特点，所以当一个地区上空的空气上升时，必然有另一地区的空气的下降来对它补充，从而形成一种环流。 二、主要气象要素 （一）气温 1、定义：表示大气冷热程度的物理量 2、单位：1、摄氏度（℃）温标，以气压为1013.3hPa 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℃。 绝对温标，以K 表示，这种温标中一度的间隔和摄氏度相同，但其零度称为“绝对零度”，规定为等于摄氏-273.15 ℃。因此水的冰点为273.15K，沸点为373.15K。 3、单位换算：T=t+273.15≈t+273 大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表 （二）气压 1、定义：单位面积上受到的整个空气柱的质量，即大气的压力。 实质：气压的大小决定于整个空气柱质量的多少 2、单位：mmHg 、mb、 hpa 1 hpa=10N/cm 3、标准大气压：在纬度为45°的海平面上，温度为0℃时，所测得的水银柱高为760mm的大气压强，为一个标准大气压（1013.25mb）。 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 （三）湿度： 表示大气中水汽量多少的物理量称大气湿度。大气湿度状况直接影响了云、雾、降水等天气现象的形成。 1、水汽压及饱和水汽压： 水汽压（e）：大气中水汽产生的那部分压力。单位：hPa 饱和水汽压（E）：温度一定，单位体积空气中的水汽量有一定限度空气达到此限度时为饱和空气，饱和空气中的水汽所产生的那部分压力，即最大水汽压。——E。 2、相对温度（f）： ⑴表示空气中的实有水气压e与同温度下饱和水气压E的百分比，用f表示。f=e/ E *100% ⑵意义：相对湿度直接反映了空气距离饱和的程度。相对湿度越大，越接近饱和，当达到100%时，空气就达饱和状态，此时水汽就要开始凝结。 3、绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量称为绝对湿度，实际上也就是水汽密度ρw -224、饱和差（d）： ⑴定义：在一定温度下，饱和水汽压E与实际空气中水汽压e之差称饱和差（d）。即d=E-e。 ⑵意义：d 表示实际空气距离饱和的程度。d越大，越不饱和；d=0，空气达饱和状态；d›0，说明不饱和；d‹0，过饱和。 5、比湿（q）： 定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）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。也有用每千克质量湿空气中所含水汽质量的克数表示的即g/kg。 q=m水/（m水+m干） 或 q=e/p*0.622 5、水汽混合比（γ）： 定义：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） （单位：g/g） 6、露点（Td）： ⑴定义：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（也可以解释为在空气中气压和水汽含量不变的条件下降温，使水汽相对于水面达到饱和时的温度），简称露点（Td）。单位：℃或K 地面温度降低到露点则出现露 ⑵气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量越多，露点越高，所以露点也是反映空气中水汽含量多少的物理量。 在实际大气中，空气经常处于不饱和状态，此时的露点要比气温要低，也即Td﹤T， 当Td=T时，空气饱和。 Td-T﹤0，不饱和。 Td-T=0，饱和 Td-T﹥0，过饱和 7、霜点温度（Td）： 在空气中气压和水汽含量不变的条件下降温，使水汽相对于冰面达到饱和时所应降低到的温度。地面温度降低到霜点则出现霜冻 上述大气湿度的表示方法中，水汽压（e）、比湿（q）、水汽混合比（γ）、露点等基本上表示了空气中水汽含量的多少。而相对湿度、饱和差、温度露点差则表示了空气距离饱和的程度。 （四）降水 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。降水量指降水落至地面后（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。 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。 表示空气中水汽含量多寡的物理量尚有绝对湿度（a），即单位体积空气中所含的水汽量，也就是空气中的水汽密度。单位：为g/m3 或g/cm3。它不能直接测量，需根据气温（t）和水汽压（e）来推算， 在应用上没有水汽压方便。 （五）风 空气的水平运动称为风。风是一个表示气流运动的物理量。它不仅有数值的大小（风速），还具有方向（风向）。因此风是向量。 风向是指风的来向。地面风向用16 方位表示，高空风向常用方位度数表示，即以0°（或360°）表示正北，90°表示正东，180°表示正南，270 °表示正西。在16 方位中，每相邻方位间的角差为22.5°。风速单位常用m/s、knot（海里/小时，又称“节”，）和 km/h 表示， 其换算关系如下 1m/s=3.6km/h 1knot=1.852km/h 1km/h=0.28m/s 1knot=1/2m/s 风速的表示有时采用压力，称为风压。如果以V 表示风速（m/s），P 为垂直于风的来向，1m2 面积上所受风的压力kg/m2，其关系式P=0.125V2 （1·13） 杆上的林横道叫做风尾。风杆上画有风尾的一方，即指示风向。 第一道风尾为4米/秒，即风力为2级。一个风旗，表示风力为8级。风尾和风旗均放在风杆的左侧。 （六）云量 云是悬浮在大气中的小水滴、冰晶微粒或二者混合物的可见聚合群体， 底部不接触地面（如接触地面则为雾），且具有一定的厚度。云量是指云遮蔽天空视野的成数。将地平以上全部天空划分为10 份，为云所遮蔽的份数即为云量。例如，碧空无云，云量为0，天空一半为云所覆盖，则云量为5。 （七）能见度 能见度指视力正常的人在当时天气条件下，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。 北风八级 例： 东南风级12级 西南风5级