农学类《气象学》复习资料

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绪论一、气象学的研究对象：大气圈专门研究大气中物理现象和物理过程的学科——气象学二、气象学分为三个部分：大气物理学、天气学、气候学。三、农业生产与气象的关系：1、它作为自然资源为农业生产直接或间接的提供它们所需要的能量与物质。2、农业生物的生命过程必然要受到气象条件的有利与不利的影响。3、通过气象条件对外界其他因子的作用，从而综合影响农业生产。4、气象条件中光、热、水、气等因子的不同组合对农业生产会有不同的影响。四、农业气象学的研究对象和任务：（一）农业气象学的研究对象：农业气象学是研究农业生产中所有气象问题及其解决途径的一门科学。（二）农业气象学的任务：1、对农业气候资源进行分析、利用和区划。2、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。3、研究农业气象灾害发生规律及防御措施。4、开展农业气象测报、预报和情报的服务工作。5、农业与气候的调节、利用和改造研究。五、农业气象学的研究方法：1、平行观测法2、地理播种法3、分期播种法4、地理分期播种法5、人工气候法6、气候分析法7、统计分析法和图解分析法8、气象卫星遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的应用第一章大气§1大气圈概述一、大气的组成：干洁空气+水汽+固体杂质+液体微粒=大气1、干洁空气：除掉水汽、固体杂质和液体微粒的混合空气。作用：干洁空气中对天气和气候影响明显的有CO2、O3两种气体。²CO2最大特点：对太阳辐射吸收很少，主要吸收和放射长波辐射。对大气有增温作用，被称为“温室气体”。²地球之上的臭氧层如同保护伞：O3吸收太阳紫外辐射，阻止过多紫外线到达地球。2、水汽：其来源于下垫面，因而越靠近地面水汽含量越多。作用：①水汽是造成天气变化的基础，具有成云致雨的作用。②能强烈吸收地面辐射，同时向周围放出长波辐射，有保温作用。③在水相变化中吸收、放出热量，对地面和大气的热状况有一定作用。3、固杂：尘埃、尘土、污染粒子等。4、液微：主要以云、雾的形式存在于空气中。包括过冷却水滴、冰晶、云滴，二、大气的结构：垂直分为五层：²对流层：为云、雾、雨、雪发生的主要层次，是气象学研究的重点层次，但不足大气厚度的1％，平均厚度为十几km。三大特征：①气温随Z升高而降低，气温直减率γ=-dT/dz；②气象要素水平分布不均匀；③对流运动强。\n一般来说，对流层厚度从赤道向两极减小，分布特点为：a.低纬度：17～18km；b.中纬度：10～12km；c.高纬度：8～9km大气层的垂直分层：§2、大气与农业在大气中，对农业生产影响较大的气体成分有CO2、N2、O2、O3、H2O等。1、O2：占整个大气容积23.15％（五分之一以上），供应大气中氧的主要来源，是在海洋、湖泊等水体表面的浮游生物——藻类。Ø氧是一切生物生存和消失的基本保证，被人们称为“有生命的气体”。2、CO2：二氧化碳是植物光合作用制造有机物的主要原料。植物在光合作用中吸收二氧化碳，又通过呼吸作用释放出二氧化碳。1）增加CO2浓度，可以延缓叶片衰老，使叶片有较长的时间维持较活跃的光合作用，这对作物增产是有利的。2）增加CO2浓度将增加叶片水份散失时气孔的阻抗，提高单位用水所产生的生物量，故在缺水的地区，增加CO2将起到增产的效果。3、N2：占整个大气容积75.52％（3／4以上），雷电是制造天然优质的“氮肥厂”。Ø据测算，一场大雷雨能制造4－5万吨优质氮肥，全年雷雨可制造氮肥1000万吨以上。Ø氮能降低大气氧浓度，缓减氧化作用，并为植物生长时不可缺少的养料。全球每年可从大气中得到250万吨氮。§3、主要的气象要素气象要素是指表示大气中物理现象的物理量。如：气压、温度、湿度、风向、风力、云、能、天、降水、日照等。1、温度：表示空气冷热程度的物理量。1）摄氏温标（℃）：0－100℃2）绝对温标（ºK）：273－373ºK（绝对零度－273ºK）3）华氏温标（℉）：很少国家用（美国…）32－212\n三种温标换算：•C＋5／9（F－32）•F＝9／5C＋32•K＝C+2732、气压：任一高度的气压就是在这个高度上单位面积所承受的大气柱重量：P=Mg/A=Mg。1）单位：百帕（hpa）或毫巴（mb）、mmHg、大气压1百帕=3/4mmHg；1个大气压=1013.3hpa。2）大气静力学方程：条件是在铅直方向上大气无运动。dP=-ρgdz该方程表明了气压随高度的变化，负号表示dP与dZ实际上方向相反。3、湿度：表示空气潮湿程度或水汽含量多少的物理量。(1)水汽压和饱和水汽压：水汽压e：大气中水汽所具有的压强。单位同气压，mb、mmHg饱和水汽压E：在一定温度下，单位体积的空气所能容纳的最大水汽压强。e∝t，e与温度成正比。e=ρRT；E∝t，Ｅ也与温度成正比。（2）相对湿度f：f=e/E×100﹪，e与E要在同温下的比值才是f。f反应了空气距离饱和的程度。f=100﹪时，e=E，空气达到饱和。（3）饱和差d：d=E–e在温度相同时，E与e的差值。d也反应了空气距离饱和的程度：d=0时，空气饱和；d＜0时，空气过饱和；d＞0时，空气未饱和（4）露点温度Td：空气中水汽含量不变，气压一定时，降低温度，使空气饱和，达到饱和时的温度就叫Td。ü一团干空气与一团湿空气在同温下共存，哪一团空气的Td更高？水汽含量愈多，Td愈高（欲达到饱和需降低温度的度数愈少），反之亦然。第二章辐射§1辐射的基本知识（一）什么是辐射：1、定义：自然界所有物体都以电磁波的形式时刻不停地向外放射能量，这种放射形式称为辐射，放射的能量称为辐射能，又称辐射。2、辐射能以波长分类：（1）可见光：0.76～0.4um，可分为红……七色光（2）紫外光：λ＜0.4um（X射线、γ射线等）（3）红外光：λ＞0.76um（无线电波）3、气象学中研究的辐射能：太阳辐射：0.15～4um，为短波辐射；地、气辐射：3～120um，为长波辐射。（二）物体对辐射的吸收、反射、透射：Qa+Qr+Qd=Q；Qa/Q+Qr/Q+Qd/Q=1；a+r+d=1a：吸收率；r：反射率；d：透射率不同物体对不同波长的吸收、反射、透射各不相同。能全部吸收所有波长的辐射的物体我们称之为黑体：a≡1（三）辐射差额（R）：在一定时段内，物体吸收的辐射能量与放出的辐射能量的差值。R=收入-支出R＞0，收＞支，热量赢余；R＜0，收＜支，热量亏损；R=0，收=支，热量平衡。（\n四）有关辐射的基本定律（自学）：1、基尔霍夫定律：（1）定律：在一定温度下，任何物体对一定波长的放射能力与吸收率之比为一常数。即：IλTb=IλT/KλTλT：同温同波长相比（2）推论：①对于同一物体：放射能力强的，吸收能力也强。②对于同一物体：在一定温度下吸收一定波长的能量，则在相同温度下，也同时放射这种波长的能量。③一个非黑体的放射能力与吸收率之比等于在同温度下黑体的放射能力。2、斯蒂芬—玻尔兹曼定律（专门研究黑体）：黑体的放射能力与绝对温度的四次方成正比：ETb=σTσ：玻尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W/m2·K4黑体放射能力随温度升高而升高。已知温度时，可以计算该黑体在同温度下的放射能力3、维恩位移定律（黑体）：黑体放射能力极大值所对应的波长与其表面绝对温度成反比。λmT=C=2897μK§2太阳辐射一、太阳辐射光谱和太阳常数：1、太阳辐射光谱：太阳辐射中辐射能量按波长的分布。主要波长范围是：0.15～4um。2、太阳常数I0：在日地平均距离时，大气上界在垂直于太阳光线的单位面积上单位时间内所接受的太阳辐射能量。I0=1.95卡/cm·分=1367W/m2二、太阳辐射在大气中的减弱：1、吸收作用：大气吸收后变为自身能量。2、散射作用：大气中的质点对太阳辐射的散射。没有变成质点自身的能量。3、反射作用：大气中云对太阳辐射的反射作用最强，反射率平均为50～55﹪。大气对太阳辐射减弱:反射＞散射＞吸收三、到达地面的太阳辐射：（45﹪）——总辐射（Q+q）1、直接辐射Q：太阳以平行光的形式直接照射到地面。（1）影响Q大小的因子：太阳高度角h与大气透明度。所以h小，Q小；h大，Q大。大气透明度好，Q到达地面多。（2）Q的时空分布规律：取决于h的大小。时间分布：年变化：冬季h小，Q小；夏季h大，Q大。日变化：晨昏Q小，正午Q大。空间分布：低纬度Q大，中、高纬度Q小。2、散射辐射q：影响q的因子是Q：Q增大，q增大。所以一年内夏季q最强，一天内正午q最强。3、总辐射：Q+q，主要取决于h：（1）日变化：中午12点达到最大，晨昏最小。（2）年变化：夏季强冬季弱。（3）空间变化：纬度愈低，总辐射愈大。根据北半球的情况，有效总辐射的最大值出现在20°N。我国总辐射值大小，受地形、天气气候不同影响，呈非规律分布。西藏（藏北高原、柴达木等地）最高：669－794KJ/cm2·a青海、新疆、内蒙、黄河流域（西北、华北）次之：501－669KJ/cm2·a长江流域和大部分华南地区：376－501KJ/cm2·a四川盆地最少：376KJ/cm2·a\n四、地面对太阳辐射的反射：投射到地面的辐射，并非完全被地面吸收，其中一部分被地面所反射。陆地＞海洋；干土＞湿土；平整＞粗糙；浅色土＞深色土，雪地反射率最大。§3地面和大气的辐射一、地面、大气的辐射和地面有效辐射：（一）地面辐射（Eg）：地面以长波辐射的形式，将所吸收的热量传给大气。据统计，约75—95%的地面长波辐射，被近地表40—50m大气吸收，并又以长波辐射形式将热能向上一层一层传给更高一层大气，以此加热大气温度。（二）大气逆辐射（Ea）：大气以长波辐射的形式向地面传输的能量就是大气逆辐射。据测算，大气的逆辐射使气温提高了38°C——功不可没。（三）地面有效辐射（F0）：1、定义：地面辐射与地面吸收的大气逆辐射的差值。F0=Eg-δEa；Eg：地面辐射，δ：地面吸收系数，Ea：大气逆辐射。2、物理意义：地面通过地气之间长波辐射交换而净损失的热量。二、辐射差额及热量平衡：（一）地面辐射差额：1、定义：地面吸收的太阳总辐射与地面有效辐射的差额。Rg=（Q+q）（1-α）-F0α：地面对太阳辐射的反射率；（Q+q）（1-α）：收入部分；F0：支出部分2、温度效应：Rg＞0，地温升高，Rg＜0，地温降低。3、时间变化：昼正夜负；夏季大，冬季小，有时冬季出现负值。4、空间变化：随纬度升高，冬季Rg为负的月份增长。（二）地气系统的辐射差额：1、定义：Rs=（Q+q）（1-α）+qa–F2、随纬度分布：Rs在35°N～35°S之间为正值。Ø辐射差额的分布现状是产生大气环流（空气运动）和洋流（水流运动）的根本原因，并使全球辐射的热能和温度常年保持近于平衡状态。（三）大气的辐射差额：Rg=（Q+q）（1-α）-F0Rs=（Q+q）（1-α）+qa-F∞Ra=Rs-Rg=qa-F∞+F0=（qa+F0）-F∞Ra＜0所以全球来讲，热量是从较低纬度地区向较高纬度地区输送，从下垫面向大气输送。（四）地球热量平衡模式：太阳辐射射入全球每年每cm2的面积上的能量位262千卡/cm2·年，将此能量分作100个单位，这100个单位的能量进入大气圈后，对于宇宙空间、地面、大气、短波、长波的收支热量都平衡。（P40图）§4、辐射与农业太阳能是地球上一切生命活动最主要的能量来源，到达地球上的太阳能最主要的作用是产生光效应和热效应。一、光照长度对作物生长发育的影响：1、光周期现象：定义：在不同地区和不同季节里，白天光照和夜晚黑暗的交替与它们的持续时间对植物的开花有很大影响的现象称为光周期现象。根据植物对光周期的不同反应，可分为短日性植物与长日性植物。\nØ临界日照长度：长日性植物要求不短于某个标准，短日性植物要求不长于某个标准，否则，它们都只能保持营养生长状态而不开花结实，这个时数标准称为临界日照长度。一般为12～14小时光照2、光照长度在农业上的应用：（1）引种：纬度和海拔高度相近的地区相互引种时，由于光、温条件大致相同，一般生育期变化小，引种易获成功。（2）育种：在杂交育种时，若父、母本花期不遇，可以采用人工光照处理，人为延长或缩短光照长度，促使花期相遇。（3）其他：利用日照的影响来控制发育期出现的迟早，可防御或躲过农业气象灾害。利用日照长度来促进营养器官生长而提高产量。二、光照强度对作物生长发育的影响：1、光饱和点：当光照超过一定限度时，光强再增强而光合作用不相应增强，这个一定限度的光强值称为光饱和点，这一现象称为光饱和现象。2、光补偿点：光照强度如有减弱，当降到光合作用和呼吸作用的气体交换相等时，即光合强度和呼吸强度处于平衡时，此时的光强称为光补偿点。三、不同光谱成分对植物的影响：1、紫外光：170＜λ＜400nm，290＜λ＜400nm时，为植物必需的光，可抑制植物伸长而使植物变矮。2、可见光：400＜λ＜700nm，是植物进行光合作用，合成有机物的主要光线3、红外光：700＜λ＜7000nm，对植物的作用主要表现在热效应上，一般不能或很少被植物吸收。光合有效辐射：通常将绿色植物光合作用所吸收的太阳辐射称为生理辐射，又称为光合有效辐射。光合有效辐射占到达地表面的太阳总辐射的50％。四、光能利用率及提高途径：1、光能利用率：单位面积作物收获物中所包含的能量与该单位面积上的光合有效辐射能量的比值。Ep=H·W/QPAR×100％Ep：光能利用率；H：单位干物质所放出的热量（卡/g）W：单位面积上作物收获物的干物重(g/m2)QPAR：作物全生育期单位面积上的光合有效辐射量（cal/m2）2、提高光能利用率的途径：（1）培育高光效的作物品种，要求作物具有高光合能力、低呼吸消耗；（2）采取合理的栽培措施，适当密植，提高绿叶面积系数；（3）改善水、肥、热、气等外界条件，使之利于作物光合产物的积累运输；（4）充分利用生长季，延长光合作用时间，采取间套复种，以增加复种指数；（5）通过育种和先进栽培技术措施提高经济系数；（6）适当采取人工调节措施，控制作物开花、衰老等。\n第三章温度§1、大气温度一、空气的增温和冷却：可分为绝热变化和非绝热变化两种情况。（一）气温的非绝热变化：和外界有热量交换而引起的空气内能变化称为非绝热变化。六种方式：传导、辐射、对流、湍流、平流、蒸发与凝结。同一时间的某气块（团）温度变化，常常是以上五种作用共同结果产生，只是哪个为主或次，需依实际情况有所不同。（二）气温的绝热变化：由于外力作用，使气块体积膨胀或压缩引起内能的变化。1、绝热过程：在气象学中，任何一个气块，在和外界没有热量交换而状态发生了变化的过程。（1）干绝热过程：空气在绝热过程中没有水相的变化。（2）湿绝热过程：饱和湿空气块垂直运动的过程。2、干绝热直减率和湿绝热直减率：（1）干绝热直减率γd：干空气块或未饱和湿空气块，在垂直升降运动中，每升高或降低单位距离引起的温度变化值。γd=-（dTi/dz）d，γd=0.985℃/100m≈1℃/100m气温直减率γ=-dt/dz和γd完全不同。（2）湿绝热直减率γm：饱和湿空气块每上升或下降100m时，气温的变化值。γm=-（dTi/dz）m湿绝热直减率永远小于干绝热直减率：γm＜γd二、大气静力稳定度：1、气象学中，大气稳定度的三种情况：（1）空气团受力移动后，逐渐减速，并有返回原来高度的趋势，我们就称这时的气层，对于该气团而言，是稳定的气层。（2）空气团受力移动后，逐渐加速，并有远离原来高度的趋势，我们就称这时的气层，对于该气团而言，是不稳定的气层。（3）如果空气团在外力作用下，既不加速，也不减速，则这时的气层，对于该气团而言，是中性气层。2、何谓大气稳定度：表示受外力作用后的气团，在当时的大气层中是否安于原来的层次，是否易于发生垂直运动，是否易于发生对流的程度。3、判别大气稳定度的基本方法：\n结论：①γ＜γd：当时的大气层对于该气团而言是稳定的大气；②γ=γd：当时的大气层对于该气团而言是中性的大气；③γ＞γd：当时的大气层对于该气团而言是不稳定的大气。湿绝热过程同理。4、层结曲线与状态曲线：（1）层结曲线：表示周围大气温度垂直变化的曲线，也叫γ线。（2）状态曲线：表示气块温度随高度变化的曲线，也叫γd（γm）线。（3）湿绝热线永远位于干绝热线的右方。（4）大气稳定度的判定：用层结曲线与状态曲线的相对位置来判定。5、综合结论：（判断大气稳定度的综合方法：）①γ越大，大气越不稳定，γ越小，大气越稳定，如γ很小，以致γ=0（上、下等温），或γ＜0（逆温），则大气非常稳定，以致成为对流发展的障碍。②当γ＜γm时，实际γ＜γm＜γd时，对于任何气块，大气恒稳定，故称此时大气为绝对稳定状态。当γ＞γd时，实际γ＞γd＞γm时，对于任何气块，大气总是处于不稳定状态，故称此时大气为绝对不稳定状态。\n③当γd＞γ＞γm时，对于饱和空气块来说，γ＞γm，大气是不稳定的，对于干空气和未饱和湿空气块来说，γ＜γd，大气是稳定的，大气中的这种情况称为条件不稳定状态。γd＞γ＞γm，条件不稳定三、气温随时间的变化：（一）气温的周期性变化：“午热晨凉、冬寒夏暑”，是地球自转与公转造成的自然现象，形成气温日变化与年变化规律。1、气温的日变化：（1）气温日变化的特点。（2）气温日较差（ΔT日）的概念。（3）一天中，为何Tmax不出现在太阳辐射最强的正午（12时），而出现在大约14时？（4）一天中，为何Tmin不出现在半夜，而在日出前？（5）气温日较差（ΔT日）与纬度的关系？（6）气温日较差（ΔT日）与季节的关系？（7）气温日较差（ΔT日）与地面性质的关系？（8）气温日较差（ΔT日）与天气状况的关系？2、气温的年变化：（1）气温年较差（ΔT年）的定义？（2）气温年变化的特点？（3）年较差（ΔT年）与纬度的关系？（4）年较差（ΔT年）与海陆分布的关系？（二）气温的非周期性变化：大气运动的影响造成了气温的非周期性变化。四、气温的垂直分布：（一）对流层中气温分布的总的情况：1、气温随高度升高而降低2、对流层中气温直减率：γ=0.65℃/100m3、受地面增温和冷却的影响，下层的γ随地面性质、季节、昼夜、天气条件的变化很大，可以γ＞γd，也可以γ＜0（逆温）\n逆温：在一定条件下，对流层中会出现气温随高度升高而增温的现象。（二）各种逆温的形成过程：1、造成逆温的条件：地面辐射冷却，空气平流冷却。2、逆温对天气的影响：阻碍空气垂直运动的发展。3、各种逆温的形成过程：（1）辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温。一般特点：①晴朗无云或少云的夜间多出现。②逆温自地面开始，并且自下而上消失，具有日变化。③冬季夜长，逆温层较厚，消失也慢。④低谷和盆地易于形成。（2）平流逆温：因空气的平流冷却而产生的逆温称为平流逆温。形成过程：暖空气平流到冷的地面或冷的水面上，发生接触冷却作用而产生逆温现象。§2、土壤温度一、几个基本概念：1、热容量：表示物体温度升高或降低1℃所需吸收或放出的热量。用C表示，单位为J/℃。（1）质量热容（单位质量物体）：用Cm表示，单位为J/（kg·℃）（2）定容热容（单位体积物体）：用Cvs表示，单位为J/（m·℃）C（水）＞C（土壤）＞C（空气）2、热导率λ：当温度垂直梯度为1℃/m时，单位时间通过单位水平截面积所传递的热量。单位是J/(℃·m·s)。λ（水）＞λ（土壤）＞λ（空气）Ø土壤的热导率大，热量容易传入深层或从深层得到热量，因而表层土壤温度变化小。3、热扩散率K：表示了在一定的热量得失情况下，土壤温度变化的快慢程度。K=λ/Cvs单位：m2/s土壤热导率越大、土壤定容热容越小，则土壤热扩散率越大，土壤对热量传导越快。土壤表面不易出现极端温度，越有利于作物的生长。二、土壤温度的日、年变化：1、日变化：随着土壤深度的增加，日变化振幅（日较差）越来越小。一般土壤表面的最高温度出现在13时左右；最低温度出现在近日出时。土壤表面温度日较差的大小主要受下列因子影响：（1）太阳高度角：土壤表面温度日较差随纬度的增高而减小；夏季的日较差大于冬季；（2）土壤热特性：热导率小的土壤则表层温度日较差大；热容量大的土壤，温度日较差小；（3）土壤颜色：深色土壤表面比浅色土壤表面温度日较差大；（4）地形：凹地大于平地大于凸地；（5）天气：晴天大于阴天。2、年变化：自学\n三、土壤温度的垂直分布：1、日射型：土壤温度随深度增加而降低，一般出现在白天和夏季；2、辐射型：土壤温度随深度增加而增加，一般出现在夜间和冬季；3、过渡型：土壤上、下层温度的垂直分布分别具有日射型和辐射型的特征，一般出现于昼与夜或冬与夏的过渡时期。§3、温度与农业一、空气温度对作物的影响：1、三基点温度：（1）在作物的生命过程中，有三个基点温度，即最低温度（下限温度）、最适温度和最高温度（上限温度）；（2）不同作物的三基点温度是不同的，同一作物在不同发育期的三基点温度也是不同的；（3）最适温度较接近T（最高）而远离T（最低）。2、积温：(1)积温学说及其种类：积温学说：在其他外界条件基本满足的前提下，温度对作物的发育起着主导作用，作物完成某一发育期所需要的积温基本上是一定的。①活动积温：假设作物发育的下限温度为B，凡是大于或等于B的日平均气温均为活动温度，作物在某发育期内各日活动温度的总和为活动积温。②有效积温：活动温度减去B后的温度差为有效温度。作物发育期内各日有效温度的总和即为“有效积温”。\n(2)积温的运用：农业气候分析：活动积温；作物发育速度所需要的热量或预报：有效积温(3)农业气候中常用界限温度：0℃：期间的积温可以认为是进行农事活动或农耕时期所要的热量；5℃：是冬作物和早春作物的生长季节，期间积温是这些作物生长季节所需热量的指标；10℃：是喜温作物(水稻、棉花、花生)的生长期，期间积温是这些作物生长季节所需热量的指标；15℃：期间积温可作为喜温作物积极生长所要求的热量指标；20℃：期间积温可作为种植双季稻的热量指标。3、气温日变化对作物的影响：（1）温周期现象：在自然条件下，不论作物处在生长、开花还是结实期间，它都要求一定的昼夜温差，即温周期现象。（２）气温日变化对作物生长的作用：作物的生长有日变化，在夜间和早晨生长速度往往最大。温度日较差越大，夜间温度越低（但必须高于下限温度），越有利于糖分的积累，有利于作物的生长发育。（3）气温日变化对产品品质有较大影响：在大陆性气候较强的地区，温度日较差大，种植的水果和肉质根类作物含糖量明显增加。二、土壤温度对作物的影响：（1）影响种子的发芽和出苗；（2）影响作物地下及地上部分的生长；（3）影响作物的分蘖强度；（4）影响越冬作物的安全越冬；（5）影响土壤微生物的活动，病虫害的发生及土壤的肥力。第四章水分§1大气湿度一、水相变化：（一）水的相变：在大气中，固、液、气三态可以并存的只有水一种物质。用分子运动论的观点解释蒸发和凝结：当N＞n时，称为蒸发，有一部分水变成水汽；当N＜n时，称为凝结，有一部分水汽变成水。当N=n时，水汽量既无增加又无减少，达到动态平衡。N指空气中的水分子数，n指液体中的水分子数。（二）相变判定：用E和e判定因为：e∝n,E∝N所以：当E＞e时，未饱和状态，进行蒸发过程，d＞0；当E＜e时，过饱和状态，进行凝结过程，d＜0；当E=e时，正好饱和状态，达到动态平衡，d=0。（三）潜热：蒸发耗热，凝结释放潜热。\n二、饱和水汽压：E和蒸发面的温度、性质、形状之间有密切的关系。（一）E和t的关系：1、马格奴斯公式：E－饱和水汽压，E。＝6.11hpa（气温为0℃时纯水面的饱和水汽压值），t－实际气温（℃），α、β－经验系数（水面α＝7.5，β＝237；冰面α＝9.5，β＝265.5）2、E随t的升高而增大，并且温度越高，升高相同温度E增大的就显著。（二）E和蒸发面的性质：在t相同的前提下讨论：1、冰面和过冷却水面：E冰＜E过冷，E冰＜e实＜E过冷冰晶效应：在同一块云中，冰晶与过冷却水滴共存，若此时：E冰＜e实＜E过冷，则：过冷却水滴：e实＜E过冷，未饱和，进行蒸发过程；冰晶：E冰＜e实，过饱和，进行凝华过程；结果是过冷却水滴越来越小，冰晶越来越大。这就是冰晶效应。2、溶液面的E：（1）E溶液＜E纯水（2）推论：E浓大＜E浓小；E浓大＜e＜E浓小（过程可参见水汽转移图）（三）E和蒸发面的形状：E凸面＞E平面＞E凹面在云中，大小水滴共存又相距很近时，且E大水滴＜e实＜E小水滴，则大水滴表面进行凝结，变得越来越大，小水滴表面进行蒸发，变得越来越小。§2蒸发与蒸腾一、蒸发：（一）水面蒸发：1、水源；2、温度与饱和差；3、风速和湍流速度；4、气压。（二）土壤水蒸发：1、土壤结构：颗粒越小，土壤结构越紧密，蒸发越快；2、土壤含水量：越湿润的土壤，越接近水面蒸发；3、地形地势：山坡＞盆地；南坡＞北坡；深色＞浅色；无覆盖＞有覆盖。二、蒸腾：1、根系分布越密越深，蒸腾越强；2、根毛吸水力越强，蒸腾越强；3、气孔越多，开度越大，蒸腾越强。三、农田蒸散：作物蒸腾+农田表面蒸发=蒸散即作物实际的需水量，其影响因素包括了水面蒸发、土壤水蒸发及蒸腾三种影响因素之和。所有因素中，温度对蒸发的影响占主导地位。\n四、湿度随时间的变化：（一）水汽压随时间的变化：1、日变化：（1）双周期型：大陆上湍流强的季节（夏季）出现规律：两高——日出后9～10点；晚上21～22点。两低——日出前以及午后湍流强时。（2）单周期型：海上、沿海地区及大陆湍流弱的季节。出现规律：高——午后；低——清晨。2、年变化：高：7、8月份，蒸发强，夏季。低：1、2月份，蒸发弱，冬季。（二）相对湿度：f=e/E·％1、日变化：一高（清晨）；一低（午后）。与气温日变化相反。2、年变化：一高（冬季）；一低（夏季）。与气温年变化相反。§3、水汽凝结与大气降水一、大气中水气凝结的条件：有足够的凝结核（凝华核）；水汽达到过饱和状态。（一）凝结核：能使空气中水汽依附而成水滴的一些吸水性粒子。（二）过饱和状态：e＞E①增加空气中的水汽，使e＞E；②降低温度，使饱和水汽压降低，从而使e＞E。也可是两者综合作用的结果。1、暖水面的蒸发：使e增大，并且使E减小。2、空气的冷却：大气中的冷却方式有三种：辐射冷却、平流冷却、绝热冷却。（1）辐射冷却：空气本身向外辐射热量，引起温度降低。（2）平流冷却：暖空气平流到冷的下垫面上，导致暖空气的温度降低。（3）绝热冷却：空气绝热上升时，膨胀消耗内能，本身降温，到达一定高度，会产生凝结。3、气团的水平混合也能达到过饱和状态，水平混合的气团必须是接近饱和状态的温差亦很大的两气团。二、地表面和大气中的凝结现象：（一、）露和霜：1、露：t>0℃由水汽凝结而成的水滴。①形成条件——晴朗微风的夜晚（辐射冷却形成）②凝结量——0.1—0.3mm（平均1mm），是干旱地带（埃及、阿拉伯、撒哈拉等沙漠)植物维持生命的主要源泉。2、霜：t<0℃，水汽直接凝华成细小的白色固体（冰晶）凝结物。形成条件——晴朗微风的夜晚。3、霜冻——农作物生长季节中地表温度下降，足以使农作物遭受伤害或死亡的低温（有白霜和黑霜之分）。可采取熏烟、浇水、复盖薄膜等办法预防。4、露、霜差异：共同点——天气条件均为晴朗微风的夜晚。不同点——温度要求一个在0℃以上，一个在0℃以下。露、霜常被人们作为“晴天”的预兆：露水起晴天、霜重见晴天。\n（二）雾凇和雨凇：雾凇和雨凇属灾害性天气。对通讯、交通、农业生产等有较大破坏作用。（三）雾：1、定义：是悬浮于近地气层的大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1km的物理现象；若能见度范围在1～10km时，称为轻雾。2、形成条件：①近地面空气中水汽充沛，②有使水汽发生凝结的冷却过程，③有凝结核存在。3、分类：（1）辐射雾：夜晚地面辐射冷却作用形成。形成条件：①风力微弱；②天气晴朗少云，大气层结稳定。日变化：常出现在秋冬季的黄昏、夜晚或日出前，在日出后，由于辐射逆温层被破坏，也随之消失——雾兆晴。地方性：我国四川盆地是有名的辐射雾区。（2）平流雾：暖湿空气流经冷的下垫面形成。特点：范围和厚度一般比辐射雾大。在海洋上四季均可出现。（四）云：云和雾的相同与不同：相同：①成份相同；②形成条件也一样。不同：①出现高度不同；②冷却过程不同。1、云的划分：根据云底高度划分：分为高、中、低云。高云：＞6000m；中云：2000m～6000m；低云：＜2000m根据云上升运动的特点把云分为：积状云、层状云、波状云。P84表2、各种云的形成：（1）积状云的形成：Cuhum（淡积云），Cucong（浓积云），Cb（积雨云）“直冲蓝天”。云块孤立分散，呈白色菜花状。（2）层状云的形成：Ci（卷云），Cs（卷层云），As（高层云），Ns（雨层云）“铺天盖地”。整层暖湿而稳定的空气沿锋面有规则的缓慢的爬升而成，又称为“锋面云系”。\n（3）波状云的形成：Cc（卷积云），Ac（高积云），Sc（层积云），St（层云）。“此起彼伏”。形成条件：空气的波状运动。其上升速度仅次于积状云。积＞波＞层积状云：阵性降水；层状云：连续性降水；波状云：间歇性降水。三、降水：固态或液态的水汽凝结物从云中降落到地面，这种现象叫降水。降水形态：雨、雪、雹、霰。降水形式：有阵性、间歇性和连续性。降水量：在没有渗透的情况下，在水平面上形成的降水厚度，以“mm”为单位。降水强度：单位时间内的降水量。单位：mm/小时，mm/分钟。（一）云滴增长的物理过程：1、云滴凝结（华）增长过程：（1）云中上升气流进一步加强，空气继续绝热冷却，E降低；或者云外有水汽增加，使得e增大，使得e＞E。但这种过程不会持续很久。（2）云滴之间水汽的转移：冷暖云滴之间；冰水云滴之间；大小云滴之间。2、云滴冲并增长：在一般云滴转化为降水过程中，初期以凝结（华）过程为主，后期以冲并增长为主。（二、）人工影响云雨：1、基本原理：有云的基础上，创造使降雨形成的凝结（华）过程和冲并增长过程。2、人工降雨的方法：（1）暖云：①撒盐粉（NaCl）；②直接在空中喷洒大水滴。（2）冷云：①撒干冰（固体CO2）；②撒碘化银（AgI）。§4水分与农业一、作物需水规律：1、水分的作用：1）水分是制造有机物质的原料（原料）；2）影响作物体内营养物质的吸收和运转（溶剂）；3）水支撑和保持作物细胞的紧张度，使茎叶挺直（支撑体）；4）水分是作物体本身的最大组成部分（组成）；5）水分供给植物的蒸腾作用，用以调节植株体温和整个生理过程（体温调节物）；6）水分影响开花、授粉、受精及病虫害的发生发展。2、作物的需水规律：少——多——少①水分临界期：对水分最敏感的时期，即水分的不足或过多对产量影响最大的时期，叫作物的水分临界期。②各种作物的水分临界期不同：各种作物的水分临界期基本上都处于从营养生长进入生殖生长的时期。（P87表）③水分临界期不一定是作物需水量最多的时期，而仅是水分对产量影响最大的时期。二、大气降水对作物的影响：1、降水性质和强度对作物的影响：①性质：热雷雨和夜雨最有利于作物生长发育②强度：中雨比较有利，有效性大。\n2、降水季节分配对作物的影响：一年中，降水分配均匀时，能保证作物正常生长，当年内降水分配不均时，则可能产生干旱和水涝。（1）春季：我国广大地区，尤其是北方春雨少、强度小、年际降水变率大，加之气温回升快、风速大，给农业生产带来不利影响。（2）夏季：我国南北地区先后都进入雨季，一般都能满足作物生长发育的需要。（3）秋季：秋季因为春播和夏播作物都进入了生长后期，对水分需求量逐渐减少，降水量一般都可以满足作物的需要。（4）冬季：冬季北方冬作物进入了越冬期，南方冬作物虽还在生长，但对降水的需求不多，供需矛盾均不突出。降雪在农业上的意义很大――瑞雪兆丰年。第五章气压和风温度的时空分布不均匀造成了气压的时空分布不均匀，从而造成了大气的运动。T（x，y，z，t）→P（x，y，z，t）→V（x，y）§1气压和气压场一、气压及其变化：1、概念：2、时空变化规律：（1）气压随高度的变化：随Z↑而↓。两个原因气压随高度Z↑而↓的定量关系可用静力学方程来表示：dP=-ρgdz。压高方程是由静力学方程积分而来，表示了气压和高度之间的定量关系。t：（z2-z1）气层间的平均温度，α=1/273（2）气压随时间的变化：各地气压的变化实际就是空气质量在地球上重新分配的结果。①气压的周期性变化：地面气压的日变化：有单峰型、双峰型、三峰型。以双峰型最为常见。\n两个高值：9—10点；21—22点；两个低值：3—4点；15—16点气压的年变化：海陆因素：气压年变化陆大海小，气压值陆地上是夏低冬高，海上冬低夏高。纬度因素：随Φ升高，气压年较差升高。②气压的非周期性变化：由气压系统的活动造成的，活动频繁的地区，非周期性变化表现明显。随φ升高，气压的非周期性变化表现明显。在中、高纬度地区，气压非周期性变化的强度远大于周期性。二、气压场：气压系统：对于同一平面，有的地方气压高，有的地方气压低，则呈现出不相同的气压形势，这些不同的气压形势统称为气压系统。气压场：气压系统的空间分布称为气压场。（一）气压场的表示方法：1、等高面图：等高面：空间高度相等的点组成的面。等压线：在同一水平面上气压相等的点的连线。等高面图：等高面上等压线的分布图。表示方法：A、每间隔2.5hpa绘制一条等压线并构成气压水平发布图。B、等压线有平直和闭合二种。2、等压面图：（1）等压面及其形状：等压面：气压相等的点组成的面。形状：等压面并不是一个水平面，而象地表形态一样是一个高地起伏的曲面。（2）对于一个等压面，其上各点高度并不全部相等，把高度相等的点连接起来的线为等高线，等压面上等高线的分布图为等压面图。\n等压面图的投影方法：用一组间隔相等的水平面去切割等压面。水平面之间的高度相差4位势什米。Ø空间等压面上高度最高的点对于其同一水平面上相邻各点气压最高。Ø空间等压面上高度最低的点对于其同一水平面上相邻各点气压最低。Ø等压面向上凸，则对应的是水平面上的高压区域，也即等压面图上等高线的高值区域。Ø等压面向下凹，则对应的是水平面上的低压区域，也即等压面图上等高线的低值区域。气象上常用的天气图：①地面天气图（等高面图）：海平面图。②高空天气图（等压面图），常见的有：850mb（1500m），700mb（3000m），500mb（5500m）（二）气压场的基本型式：五种1、低压（低气压）：等压线闭合，中心气压低，向四周逐渐增高。2、高压（高气压）：等压线闭合，中心气压高，向四周逐渐降低。3、低压槽：低压系统向外伸出的狭长部分，或未闭合等压线向气压较高一方突出的部分。4、高压脊：高压系统向外伸出的狭长部分，或未闭合等压线向气压较低一方突出的部分。槽线：有槽处，每一条等压线曲率最大点的连线。脊线：有脊处，每一条等压线曲率最大点的连线。5、鞍型场：两高压和两低压相对组成的气压场，其中间部分简称“鞍”。§2大气的水平运动一、作用于空气上的力：（一）水平气压梯度力（Gn）：1、定义：由于水平气压梯度而作用于单位质量气块上的力。大小：Gn=-1/ρ·∂P/∂n方向：垂直于等压线，由G→D等压线稀疏，单位距离内气压差异小(气压梯度小)；等压线密集，单位距离内气压差异大(气压梯度大)。2、Gn的作用：空气作水平运动的最根本最直接的原因，运动方向是垂直于等压线，由G向D做加速运动。（二）水平地转偏向力An（柯氏力）：使得气团的运动并非以水平气压梯度力的方向运动，而是垂直于此。概念——由于地平面转动而产生的使空气偏离气压梯度力方向的力。起到限制风无限增大的作用。方向：N.H.垂直指向空气运动方向的右侧，S.H.指向左侧。大小：An=2ωvsinφω：地球自转角速度；φ：纬度；v：空气水平运动速度An的最大值在两极：An=2ωv；An的最小值在赤道：An=0(赤道上从无台风产生)。性质：虚力，不做功。只改变运动的方向，不改变运动的速度。（三）惯性离心力C：\n概念：物体作曲线运动时，会感到一种由运动轨迹的中心沿曲率半径指向外沿的力。方向：由曲率中心沿曲率半径指向外缘，垂直于运动方向。性质：虚力，不做功。只改变运动的方向，不改变运动的速度。大气中做曲线运动的气团，C很小，但低纬地区或V很大（如龙卷风），C可能大于An。（四）摩擦力R：两个相互接触的物体，在有相对运动时，产生的一种阻碍对方运动的力。方向：和空气运动的方向相反。大小：Ｒ＝－ｋＶk：摩擦系数，取决于下垫面的粗糙程度作用：使空气运动速度减小。摩擦层：空气运动受摩擦力影响的层次。四力综述：①Gn为空气运动的原动力，唯一的可使空气由静止转为运动的力，其他三力都是在空气运动后产生的。②An与C只改变运动方向，不改变大小，而R既改变方向，又改变大小。③An在高纬度地区、大尺度的运动中考虑，C在曲线运动中考虑（实际大气很少有直线运动），R在摩擦层中考虑。④唯An有S.H.与N.H.之分，方向相反，其他三力均无区分。二、自由大气中空气的水平运动：（一）地转风：概念：在自由大气中，在平直等压线的情况下，Gn与An平衡时，空气的一种水平等速直线运动。方向：二力平衡的建立过程在给定气压场中，任意一点的气压场既定，Gn也定，An也可定（与Gn大小相等，方向相反），则Vg的方向也可定（An垂直指向V的右侧）。地转风的风压定律：地转风沿等压线吹，背风而立，在N.H.左侧为低压，右侧为高压，S.H.左高右低。实际天气图上平直等压线很少。（二）梯度风：概念：在自由大气中，在弯曲等压线的气压场中，空气做曲线运动时，Gn、An、C平衡时的风。方向：在低压中，N.H.的梯度风Vc沿等压线呈逆时针旋转,S.H.相反（简化成圆形等压线考虑）。\n方向：在高压中，N.H.的梯度风Vac沿等压线吹，呈顺时针旋转，S.H.相反（简化成圆形等压线考虑）。梯度风的风压定律：梯度风沿等压线吹，N.H.背风而立，左侧为低压，右侧为高压，S.H.相反。不管是地转风还是梯度风，都遵循风压定律。三、摩擦层中空气的水平运动：平直等压线的气压场：三力平衡时的风，斜穿等压线，由高压指向低压。风向偏离等压线的角度α取决于R的大小，R增大，则α增大。摩擦层中的风压定律为：风斜穿等压线，由高压吹向低压，在N.H.背风而立，左前方为低压，右后方为高压。S.H.相反。弯曲等压线的气压场：在N.H.低压系统的风总是逆时针辐合，高压系统的风总是顺时针辐散。§3大气环流概念：大气环流就是指具有全球规模的大气的瞬时的以及平均的运动状况。一、大气环流形成的主要因素：（一）太阳辐射的作用：35°N—35°S的低纬度，因辐射差额＞0（正值区）而使大气净得热量并膨胀上升，在极地上空下降。（见图）。在不自转的地球上的大气环流：如果仅仅考虑太阳辐射的理想环流圈应是单圈环流（经向）作用：在南北方向上进行热量交换，使其差异减小，达到全球热量平衡。Ø太阳辐射是产生和维持大气环流的直接原动力。\n（二）地球的自转作用：三圈环流的形成：三圈环流中的上下层风向：结论：由于地转偏向力的作用，形成了南北方向上相间分布的高、低气压带及大范围的纬向环流，从而使单圈环流变成了三圈环流。近地面层大气环流示意图：近地面的风带与气压带图示：（三）地表的作用：主要表现在纬向海陆相间分布及各种地形对大气环流的作用上。1、海陆的热力差异：夏季：海洋为冷源，形成高压；陆地为热源，形成低压。冬季：海洋为热源，形成低压；陆地为冷源，形成高压。2、海陆的热力差异形成了近地面层的季风环流：冬季：风由陆吹向海；夏季：风由海吹向陆。\n3、海陆的热力差异对低层气压系统的影响：N.H.：东西方向上海陆相间分布，使冷热源相间分布，这种分布使完整的纬向环流带分裂成一个个闭合的高、低压中心。北半球的冬季：北半球的夏季：全球1月份海平面平均气压图（自己找）：全球7月海平面平均气压图（自己找）：北半球8个大气活动中心夏威夷高压永久蒙古高压或西伯利高压半永亚速尔高压性气加拿大高压久性冰岛低压压系印度低压或南亚低亚气压阿留申低压统北美西南部低压系统4、地形的影响：地形起伏，尤其是大范围的高原和山脉，会产生不同范围的地方性风。二、海陆分布与周期性风系：这里主要介绍以一天为周期的海陆风和以一年为周期的季风。（一）海陆风：定义：白天近地面风由海洋吹向陆地，叫海风，夜晚近地面风由陆地吹向海洋，叫陆风，这种日夜变化的风称之为海陆风。形成：由海陆的热力差异及其日变化造成。（二）季风：1、定义：大范围地区的盛行风随季节明显转换的现象。盛行风：风向出现频率＞40﹪；1月份盛行风向和7月份盛行风向的夹角叫季风角，季风角≥120°的转换称为季风转换。2、形成原因：（1）海陆热力差异作用——东亚季风（2）行星风系季节位移作用——南亚季风（3）地形作用——高原季风3、与海陆风的异同：相同：都与海陆的热力差异有关。不同：海陆风以昼夜为周期，季风以年为周期。海陆风只出现在海岸附近，季风则深入大陆与海洋。4、东亚季风：（1）形成过程：\n（2）东亚季风的形成原因：①海陆的热力差异（欧亚大陆与太平洋）；②高大地形的影响（青藏高原）：加强了季风的强度和厚度。（3）气候特点：①冬季盛行NW、N风，夏季盛行SE风，风力冬强夏弱。②冬季风盛行时，气候寒冷干燥、少雨。夏季风盛行时，气候高温潮湿多雨。5、南亚季风：（1）形成过程：（2）南亚季风的形成原因：①行星风系的季节位移；②海陆的热力差异：亚洲大陆与太平洋、印度洋的热力差异；③青藏高原的作用：加强了季风的强度和厚度。（3）气候特点：①冬季盛行NE风，夏季盛行SW风，风力冬弱夏强。②冬季低温干燥，夏季炎热多雨；干湿季明显，降水具有爆发性。总结：季风——雨热同季优势——夏季风来临能补偿高温缺水现象，对自然生态环境起良好调解作用。劣势——雨量分配不均，易形成旱和涝现象。²大陆东部——副热带高压（30°）控制下的我国黄河以南、长江流域等南部地区，东亚季风使夏季本应酷热奇旱的气候大为缓解，成为我国的粮仓。²大陆内部——缺雨少云、蒸发量大，许多地方是沙漠所在地，世界主要沙漠所在地（撒哈拉、印度西北沙漠…）三、地方性风的形成：（一）高原季风：由于青藏高原和周围大气的热力差异，而且这种热力差异在不同季节不同，造成了冬夏季完全相反的季风。高原季风的季变：加大了东亚及南亚季风的强度与厚度。（二）山谷风：概念：在山区，白天近地层风从山谷吹向山顶，叫谷风；夜间近地层风从山顶吹向山谷，叫山风。这种日夜变化的风叫山谷风。形成：\n（三）焚风：未饱和湿空气，受山地阻挡被迫作动力抬升后，沿背风坡下滑形成的干热风。焚风形成过程示例：高压区大范围气流下沉也会导致气温上升，此时的焚风被称为“干热风”。世界著名的焚风区有欧洲的阿尔卑斯山，北美的落矶山，新疆北部的阿尔泰山，强大的焚风在冬季会引起雪崩，夏季会引起火灾。（四）峡谷风：当气流从开阔地进入峡谷口时出现的一种地方性风。特点：风速大，强气流。著名分布区域：我国的台湾海峡，松辽平原等喇叭地形处。§4风与农业风正好时能成为农业资源，过大或过小时就会成为灾害。有利影响：1、改善作物层的环境条件,输送作物层的热量、水汽、CO2；2、促进蒸发与蒸腾作用，调节作物层的高温现象，有利于作物层光合作用；3、风是异花授粉作物的天然传播媒介。不利影响：1、风太大直接危害：落花、落果、折枝、倒伏；2、传播病菌，使病害大面积蔓延，如：水稻的白叶枯病；3、风能使一些病虫长距离迁飞（线虫、粘虫），使受害面积扩大；4、加重低温危害。第六章天气系统与天气过程Ø天气过程：天气或天气系统随时间的推移发生、发展和演变的过程。Ø天气系统：能够演示大气中天气变化及其分布的独立系统；包括六种：气团、锋面、气旋、反气旋、槽线、切变线。Ø天气预报：根据已经获得的观测资料、现在的天气实况和天气变化规律对未来一定时段内天气变化的预报。§1气团和锋一、气团：大规模的性质均一的下垫面之上形成的大块空气。水平范围：几百公里～几千公里；垂直范围：几公里～十几公里；水平温度梯度：＜1～2℃/100km。（一）气团的形成：1、大范围性质均一的下垫面；2、有利于空气停滞或缓行的环流条件。（二）气团的分类：1、地理分类法：根据气团源地的地理位置和气团的性质分类。在北半球范围内分为四类；全球范围内分为七类。\n气团的地理分类：2、热力分类法：根据气团的移动规律划分。（1）冷气团：气团从较冷处流向较暖处；是不稳定的气团。（2）暖气团：气团从较暖处流向较冷处；是稳定的气团。（三）我国活动的气团：冬季的极地大陆气团(Pc)和夏季的热带海洋气团(Tm)、赤道海洋气团（Em）。二、锋：（一）概念：是一种重要的天气系统，是冷、暖气团之间的过渡带，是两种性质不同的气团相互对立斗争的产物。锋的结构：锋面：锋区的宽度很窄，因而把锋区看作一个面。锋线：锋面与地面的交线。锋面和锋线统称为锋。锋的坡度：暖空气爬升到冷空气上方形成的向冷区倾斜的锋面，这种倾斜度就称为锋的坡度。（二）锋的类型：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋四种。1、冷锋：当冷气团占主导地位时，冷空气推动锋面向暖区移动。坡度较大。2、暖锋：当暖气团占主导地位时，暖空气推动锋面向冷区移动。坡度较小。3、准静止锋：冷、暖气团势均力敌，相持不动，造成锋面很少移动或来回摆动。锋的坡度最小。\n（三）锋面天气：1、暖锋（w.F.）天气：云序：Ci→Cs→As→Ns降水：产生连续性降水，雨区的宽度为300～400km，降水只出现在锋前。降水强度小，范围广，历时长。春季常见。2、冷锋（c.F.）天气：（1）缓行c.F.(一型c.F.)：左下图特点：移速慢，坡度小，多稳定型天气云序：Ns→As→Cs→Ci降水：产生连续性降水，雨区的宽度为100～200km，降水只出现在锋后。秋季常见。（2）急行c.F.(二型c.F.)：右上图特点：移速快，坡度最大，不稳定型天气；云状：锋两侧产生强对流性Cb云；降水：产生强度很大的阵性降水，雨区位于锋线两侧。3、准静止锋天气：常由冷锋演变，其天气和一型冷锋相似，只是锋面移动缓慢并来回摆动。天气特征：层状云系，稳定性降水；降水区更为宽广，降水历时长，强度小。§2温带气旋和反气旋一、概述：1、定义：气旋：占有三度空间的中心气压比周围气压低的涡旋。反气旋：占有三度空间的中心气压比周围气压高的涡旋。\n方向：气旋内的空气为逆时针旋转，地面气旋（D）向中心辐合。反气旋内的空气为顺时针旋转，地面反气旋（G）向周围辐散。强度：气旋的中心气压值越低越强；反气旋的中心气压值越高越强。变化：气旋：中心气压值↑，风速↓，则气旋减弱或叫填塞。反气旋：中心气压值↓，风速↓，则反气旋减弱。二、锋面气旋的结构和天气：锋面气旋：具备有完整的冷锋和暖锋的，移动性的低压系统。锋面气旋就是温带气旋。天气：是水平气流辐合上升的系统，因而是成云致雨的系统。锋面气旋的结构：天气特征（模式）：①气旋前方——暖锋云系及连续性降水天气；②气旋后方——狭窄的冷锋云系和阵性降水天气；③气旋中部——单一暖气团天气（水汽多可出现毛毛雨和雾，水汽少则有薄云无降水。）三、冷性反气旋和寒潮：1、冷性反气旋：是一种活动于中高纬地区、冬半年盛行的冷高压。一般由高纬大陆从四条路径进入我国：北路、西路、东北路、西北路。2、寒潮：由于冷高压活动所产生的大规模冷空气南下，造成的降温、大风、降水的灾害性天气。²寒潮警报标准：中央气象局规定：24小时内温度下降10℃以上，最低温度降至5℃以下，作为发布标准。²中央气象局补充规定：长江中下游及以北地区，48小时内温度下降10℃以上，最低温度≤4℃；陆地三个大行政区有5级（10.7m/s）以上大风，三个海区（渤、黄、东）先出现7级（17.1m/s）以上大风，作为发布寒潮警报标准。²寒潮在我国的活动：主要发生在当年11月～4月之内，寒潮发生最多在11月和3月，及秋末冬初和冬末春初，而不是隆冬季节。§3中低纬度天气系统一、副高：（一）概况：1、存在于南北纬30度地区，是一种暖性反气旋。2、有明显的季节变化，北半球七月强，向北扩展；一月弱，向南退缩。\n3、天气特征：内部：炎热、微风、晴朗、少云。西部、西北部边缘：为副高重要的降水带，降水带的存在对我国的夏季降水有着重要作用。南部：盛行下沉气流，以晴朗为主。东部：盛行下沉气流，往往出现低温、干旱、少雨天气。（二）西太平洋副高活动规律（主要影响我国）：1、季节变化：（1）强度：夏强冬弱。（2）位置：从冬季到夏季：北进阶段。从夏季到秋季：南退阶段。2、西太平洋副高对我国天气的影响：（1）副高本身控制的地区：持续晴好天气，干旱少雨。（2）和周围天气系统的作用：副高的西北侧形成大范围阴雨天气，是我国夏季大陆的主要降水带。副高脊线的南北移动决定了我国大陆上降水带的南北移动：2～4月：副高脊线位于18～20°N之间，我国华南出现低温连阴雨。6月：副高北跳过20°N，稳定在20～25°N，降水带位于长江下游和日本一带，即梅雨季节的开始。华南进入夏季的高温阶段。7月：再次北跳，越过25°N，降雨带从长江下游移到黄淮流域，长江中下游地区的梅雨结束，被西太平洋副高控制，出现炎热少雨。8月：副高进一步越过30°N，雨带也移至华北、东北一带。黄河流域进入夏季的炎热高温阶段。秋季：副高开始向南回跳，雨带也自北向南移（秋雨绵绵）。9月：第一次回跳过25°N。10月：第二次回跳过20°N。台风定义：是一种生成于热带洋面的、强大的、风速很大的、深厚的气旋性涡旋。（一）概述：1、国际上统一规定把热带气旋分为四类：热带低压：风力<8级热带风暴：风力8～9级近中心强热带风暴：风力10～11级风力台风：风力≥12级2、台风的编号与命名：Ø一般编号为四位数字，前两位是年代的末两位数字，后两位是出现的顺序。Ø我国只对150°E以西的台风进行编号。Ø1998年12月31号台风编号委员会开会，环太平洋台风统一命名，每个国家及地区出10个名字，14个成员国及地区共140个名字。（二）结构和天气：1、结构：低空水平流场：气旋性辐合气流按照气流的流速可把一个发展成熟的台风分为三个区域：外圈：外围区200—300Km；中圈：最大风速处100Km；内圈：称为台风眼区5—38Km2、天气：（1）云序：卷云→卷层云→高层云→雨层云→层积云与浓积云→积雨云云墙水平方向可将云系分为三个区：眼区（无云）；最大风速区（云墙区，浓厚的Cb云）；外围区（内螺旋云带（Cb云带）、外螺旋云带（Sc、Cucong云带））\n(2)降水：降水区主要位于云墙区和内螺旋云带区，眼区无降水。降水形式为强度很大的阵性降水。日降水量为200—300mm，最大能达到1000mm。（三）形成和消亡的条件：1、台风形成的必要条件：（1）广阔的高温洋面：①台风的形成和发展需要巨大的能量，高温洋面蒸发量大，能向空气提供大量水汽和潜热。②在高温洋面，空气层结不稳定，对流易于发展。（2）合适的流场：台风发生前，在低层都要有一个热带扰动性系统存在。（3）合适的纬度：形成台风还必须有足够大的地转偏向力建立地转平衡（Gn=An+C）。Ø在赤道An≈0（An=2ωvsinφ），实际上在赤道两侧5°以内无台风，最合适的纬度是在5～20°N/S。（4）风的垂直切变要小：为了保持台风的暖心，需要使上升气流凝结释放的潜热积聚在有限的气柱内，因而要求风向、风速随高度升高发生的变化小。3、有利于台风消亡的条件：即不利于其生成的条件。台风消亡的两种情况：①登陆：失去了高温高湿的下垫面条件，且下垫面摩擦力增大，台风被填塞。②北上：暖心结构被破坏，热带气旋变为温带气旋。（四）台风的移动：以北太平洋西部台风为例（即影响我国最多的台风）台风移动的大的方向是自东向西（在热带东风气流的引导下），细分可归纳为三大类：1、西移路径：6月份以前2、西北路径：6～9月3、转向路径：9月以后第七章气候与中国气候§1气候形成因素形成气候及导致气候变化的因子：太阳辐射、大气环流、下垫面性质、地球—宇宙物理因子、人类活动的影响气候：气候系统的全部组成部分在任一特定时段内的平均统计特征。气候系统：水圈、岩石圈、冰雪覆盖层和生物圈加上大气圈，共五个部分。一、气候形成的辐射因子：1、天文辐射（Wt）：仅仅由于天文因素（地球的天文位置）造成的太阳辐射在大气上界的时空分布。不考虑下垫面影响。2、天文辐射时空分布的基本特点：（1）全年天文辐射：赤道上天文辐射最高，随φ↑而↓，极地最小，是赤道的40﹪。这种热量不均衡的分布，是地球上有各个不同温度带的基本原因。（2）夏半年天文辐射：①Wt最多处在20～25°N/S，而不在赤道上。从最多处向两极渐减，到极地最少。②夏半年曲线比冬半年曲线缓，夏半年的温度差异较缓和。（3）冬半年：赤道的天文辐射最大，天文辐射随φ↑迅速减小，极地为零。（4）Wt的南北差异随φ的分布：三条曲线有共点：在赤道附近和极地附近的曲线比中纬度地区曲线平缓。即：赤道附近及极地附近的温度南北差异小，中纬度地区（30—60°N）温度南北差异大。\n（5）冬夏半年天文辐射量的差异：在赤道上冬夏半年差异为零，随φ↑差值↑，四季愈加分明。二、气候形成的环流因子：1、同一地区不同季节受不同环流影响，形成的气候截然不同；2、不同地区受同一种环流影响时，由于海陆位置不同，也会形成不同的气候；Ø我国东南部沿海地区受东北信风和暖洋流影响，常年温暖多雨，形成海洋性气候。Ø大陆西岸同样受东北信风影响，风从陆地吹向海洋，降水稀少，加之冷洋流影响，形成了干旱的沿海沙漠气候。3、大气环流还可以带动水汽的输送，使海陆间的水分得以循环。三、下垫面：（一）海陆分布对气候的影响：1、海陆的冷、热源作用与气温：①海水对太阳辐射的吸收率比陆地大；②海洋蒸发量比陆地大；③海洋吸收热量后储存的层次比陆地深；④海水比热比陆地大。所以海洋升温慢、降温也慢，升降温的幅度比较小，可称为热量的储存器和气温的调节器。2、海陆气温的对比：日、年较差：海上小，陆上大，海洋升、降温幅度均小于陆地。海洋月均最高温及月均最低温出现的时间比陆地迟一个月3、海陆分布对降水的影响：海洋上降水多的时间为冬季夜间或清晨，大陆为夏季午后。4、海陆分布产生周期性风系：由于海陆的冷热源作用造成了随季节变化的风，包括了以一天为周期的海陆风和以一年为周期的季风。大陆性气候与海洋性气候特征比较：\n（二）洋流对气候的影响：根据洋流的冷暖性质，将其分为两大类：冷洋流与暖洋流。冷洋流：由高纬度流向低纬度的各种海水流动。暖洋流：由低纬度流向高纬度的各种海水流动。冷洋流：低纬度大洋的东侧，大陆的西岸；高纬度大洋的西侧，大陆的东岸。暖洋流：低纬度大洋的西侧，大陆的东岸；高纬度大洋的东侧，大陆的西岸。洋流对气候的影响：（1）在南北方向上可调节高、低纬度的温度，在热量传输上起着重要作用；Ø由于洋流的调节作用，海洋上一月南北温差要比大陆小得多。（2）在东西方向上由于洋流的性质正好相反，所以洋流加剧了大陆东西岸的气温差异。（3）一般暖洋流沿岸有高温高湿水汽供应，多降水。冷洋流沿岸则多雾少降水。（三）环流异常导致的气候异常：厄尼诺（ElNino）：南美西海岸延伸至赤道东太平洋向西至日界线（180°）附近的海面温度异常增暖现象。²将赤道中、东太平洋海域平均海温出现正距平时称作“厄尔尼诺”（ElNino）—意为上帝之子；平均海温出现负距平时称作“拉尼娜”（LaNina）－意为上帝之女。她使原冷洋流控制的海域的海温更低，冷洋流更强。²厄尔尼诺和拉尼娜的正、负海温变化，直接引起了赤道中、东太平洋海域近海面大气压相应出现“变低－变高”上下波动变化，科学工作者将此气压变化称作“南方涛动”（SouthernOscillation）。厄尔尼诺和拉尼娜期的气候灾变：1、不该下雨地方下雨：地球上常年不下雨的沙漠或干旱地区，遇到了百年暴雨和洪水袭击，影响人们日常工作、生活、甚至许多人无家可归。\n2、该下雨地方不下雨：赤道西太平洋的印度尼西亚等国家和澳大利亚北部及赞比亚、马拉维、莫桑比克、博茨瓦纳、津巴布韦等南非国家，均出现不同程度的严重干旱气候，并带来灾难。3、该冷地方不冷反而变热：地中海区域的国家和东欧地区及亚洲一些国家，一向比较凉爽的气候变得热浪滚滚。厄尔尼诺与中国气候：带来自1986年以来（除1997年外）的17次暖冬气候。暖冬不一定由厄尔尼诺现象引起，但暖冬发生时一般出现厄尔尼诺现象。1、带来夏季北热南凉气候现象（1997年）：²三大火炉的南京、武汉，日Tmax＜36℃（常年日Tmax≥40℃），火炉二个熄火；²广州、香港1997年7月13日日Tmax＝22.8℃（凉气袭人，西瓜无人问津）。²酷热中心移至冀中南、鲁西、豫北、晋南、陕西关中等黄河一线，日Tmax＝39～41℃，济南7月4日日Tmax＝38℃，北京7月13日日Tmax＝38.2℃，天津39.9℃，冰城－哈尔滨35～36℃2、带来南涝北旱天气：²1997年华南春季雨季，广州北部的从化、花都、清远三市发生暴雨，5月8日10小时雨量400mm以上，清远市915mm（接近江南、苏南年总量），迄今1400多年历史的“岭南三大古刹”－飞来禅寺不到5分钟内倒塌为一片废墟。²7月东北、华北雨量较正常少5－9成，造成黄河断流时间早、持续时间长、断流区域上溯至河南开封市附近。长江梅雨不突出，苏北梅雨量减少7－9成，苏南偏少5－7成，淮河以南偏少2－6成厄尔尼诺出现时间与成因：出现时间——约每2年～7年不规则出现。厄尔尼诺出现时的一般持续时间为数月，长者可一年多。成因——十分复杂、迄今仍未解开真正的谜团，是当前大气科学、海洋科学研究的重点课题。（四）地形：世界陆地地形：世界陆地占了地球表面积的29％，有广大面积的高山、高原、平原，和比例不大的丘陵、盆地。1、高大地形的影响：高大地形对气流的运动，包括寒潮和热浪，都起着阻挡作用。2、中小地形的影响：（1）地形对气温日、年较差的影响：①在自由大气中，气温日、年较差最小；②在高山上，气温日、年较差比平原小；③在高原上，日、年较差比高山大；低纬度地区的高原气温日较差较大，年较差却较小。④在山谷和盆地的日、年较差很大。△T(自由大气）＜△T(高山）＜△T(高原）＜△T(低谷和盆地）（2）地形与降水的分布：①坡向与降水：风向与山脉交角较大时，产生雨坡和雨影。雨坡：面对海洋气流的迎风坡。雨影：海洋气流的背风坡及受背风坡影响的地区。②高度与降水：对于迎风坡，山上的降水量大于山下。但存在最大降水量高度。3、山脉是气候的分界线：我国高大山脉大部分是东西走向，成为南下冷气流和北上暖气流的障壁，造成山脉南北两侧的温差很大，降水量、湿度差异很大。\n（1）秦岭山脉：以北是南温带气候，以南是北亚热带气候。（2）天山山脉：北疆为半沙漠气候，南疆为沙漠气候。一般东西走向的山脉影响最大的是气温，和海岸线平行的山脉影响最大的是降水。四、人类活动对气候的影响：1、改变下垫面：滥伐森林、破坏草地、填湖造陆、建造水库；2、改变大气成分：CO2倍增，酸雨出现，城市热岛效应等。§2气候带与气候型北半球分为六大气候带、八种气候型：气候带：赤道气候带、热带气候带、副热带气候带、暖温带气候带、冷温带气候带、极地气候带。气候型：(一)大陆性气候型与海洋性气候型；（二）季风气候型和地中海气候型；（三）沙漠气候型和草原气候型；（四）高原气候型与高山气候型。§3气候变迁：略§4中国气候：一、中国气候的形成因素：1、地理因素：地理概况：面积1045万km2，亚洲的1/4，全球的1/15；东至黑龙江与乌苏里江的合流点：135°10′E;西至帕米尔高原：73°43′E；南至南海南沙群岛的曾母暗沙：3°59′Nφ；北至漠河河段江心：53°32′Nφ；南北跨度很大，近50°φ。海岸线南至中越河口，北至辽宁丹东鸭绿江南端共21000km；海拔高度最高处为珠峰8844.43m，最低处为吐鲁番的托克逊-150m，高差近1万m。复杂的地形使我国气候类型多达7种，呈现出多样性的特点。2、辐射因素：中国年总辐射量为：356～921KJ/cm·年。最大值在青藏高原，最小值在四川盆地，长江中下游居中多数地区的辐射差额以夏季最大，冬季最小，春、秋季介于两者之间。各季的气温也是如此，夏季最高，冬季最低，春、秋季介于两者之间。3、环流因素：我国低层大气的环流方式主要是季风环流冬季：支配我国大气运行的活动中心有3个：蒙古高压、阿留申低压和赤道低压。形成东低西高的气压形势。风由陆吹向海。Ø当阿留申低压较强时，南下冷空气就较少，我国多数地区为暖冬；Ø相反，阿留申低压较弱时，南下冷空气就较多，我国多数地区为冷冬。夏季：北太平洋副热带高压和我国西南方向的印度低压，南部为澳大利亚高压，形成了东高西低的气压形势。夏季风由海吹向陆。二、中国气候的基本特征：（一）季风明显：1、风的形成和持续时间：冬季：风从大陆吹向海洋，风向由北向南依次为西北风、北风、东北风；夏季：风从海洋吹向陆地，由南向北风向依次为西南风、东南风。\n2、季风在气温上的反映：每当夏季风或冬季风有一次进退时，气温就有一次上升或下降，我国的寒暑更替与季风影响密切相关。3、季风在降水上的反映：（1）各地的雨季起止日期与季风的进退日期基本一致。（2）降水量的季节分配以夏季为多。（3）全国降水量的空间分布的总趋势是由东南向西北递减。（二）大陆性强：1、大陆度K表示气候的大陆性：A为气温的年较差，φ为纬度。当K＞50时，表现为大陆性气候；当K＜50时，表现为海洋性气候；当K=50时，表现为大陆性与海洋性气候之间过渡带气候的特征。我国大部分地区的K值大于50，只有沿海少数地区小于50，说明我国气候大陆性较强。2、大陆性在温度上的表现：大陆性气候的特点：夏炎热冬寒冷，春温高于秋温，气温日、年较差大。我国西北、华北等多数地区春温大于秋温，只有少数沿海地区秋温大于春温，因此，从总体上看，气候的大陆性比海洋性强。3．大陆性在降水上的表现：大陆上的降水多集中在夏季的午后。我国夏雨多，降水年内、年际间变率大，常发生旱灾与洪涝灾害。（三）温度差异大：1月份：从南到北温差大，1.5℃/纬距.。7月份：从南到北都很热，温差小，0.2℃/纬距。（四）降水复杂化，南北跨度大，时空分布复杂。1、降水量的空间分布：①全国降水量的空间分布的总趋势是由东南向西北递减。②山区降水量比平原多；③迎风坡降水量比背风坡多。④年雨量为400mm的等值线将我国降水状况划分为东南半壁（湿润区）和西北半壁（干燥区）。2、降水量的时间分布：我国降水量集中在夏季(6～8月)，占全年53%。南方各地一般占全年的40～50%；华北、东北7～8月的降水量占全年60～70%；西北占全年70～80%。冬季（12月～次年2月）为我国降雨量最少季节，大部分地区占全年的10～15%，台湾东北部最多，占20%以上。三、中国的节气和季节：二十四节气来源于黄河流域地区，故在该地区节气与时间较吻合。地球公转一周需365.25天，转了360度，故每15度为一个节气。春雨惊春清谷天；夏满芒夏暑相连；秋处露秋寒霜降；冬雪雪冬小大寒。\n第八章小气候与农田小气候一、何谓小气候？小气候就是指在局地内，因下垫面条件影响而形成的与大气候不同的贴地层和土壤上层气候。在不同的下垫面上就形成各种小气候：农田小气候，地形小气候，城市小气候、森林小气候等。二、小气候的特点：范围小、差别大、气象要素变化规律很稳定。1、范围小：从空间尺度来说，小气候现象的铅直和水平尺度都很小。Ø在有限的范围内，局地下垫面的影响才能明显地表现出来。2、差别大：由于小气候考虑的尺度很小，局地差异不易被大规模空气运动所混合，所以无论铅直方向或水平方向的气象要素相差都很大。3、气象要素变化规律很稳定：是指小气候规律的相对稳定性。由于尺度小，所产生的小气候差异不易被混和，于是各种小气候现象差异就比较稳定。所以小气候观测总是短时期的，季节性的，无须象气象台站一样成年累月进行观测。三、作用面与作用层：1、作用面：又称活动面、下垫面，是指不断吸收太阳辐射，同时又与周围进行辐射交换，从而引起温度变化的表面。2、作用层：能全部吸收太阳辐射，引起自然温度年变化和日变化的一层称为作用层或活动层。四、农田小气候：以作物为下垫面所形成的小气候就是农田小气候。（一）农田小气候的形成基础：1、辐射交换：能量基础光能分布在作物层中是随机的，就形成了不同层面的小气候。2、乱流交换：动力基础作物层中乱流是空气的主要流动形式，风速小于裸地。作物层中乱流强，通风透气好，不易产生病虫害。影响乱流强弱因素有：大气稳定度、风速、地面粗糙度。（二）农田小气候的主要特征：即光、温、湿、风在作物层中的分布状况。1、光能分布：贝尔—朗伯定律：K：消光系数；F(x)：叶面积指数；Ix：任一层光强；I0：顶层光强。当K太大，过于密植时，光能减弱太快，单株生长不良，总产不高；当K太小，生长过稀，虽然单株净光合强度较高，但漏光太多，光能利用率低，总产也不高。\n2、温度分布：3、气流分布：（1）铅直分布：风速的垂直分布呈S形廓线。（2）水平分布：由于作物的阻挡和摩擦作用，风速从进入农田开始，由边行向农田内部不断递减。4、相对湿度分布：湿生与旱作农田的湿度分布不同（1）湿生：田中有足够的水分供应，湿度大小取决于温度。白天，由于温度随高度的升高而增加，相对湿度就随高度的升高而减小。夜间相反。（2）旱作：