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1、气象学与气候学教案 第一章 绪 论 气候学历经经典、天气气候到现代气候学发展过程是科学观念革命，它包括认识和研究措施主线变革，启示我们从系统中学习气候，学习气候又是为了更好认识这个地球表层系统。一、现代自然地理学与气象气候学 1、人类赖以生存地球地球表层系统个互相作用整体 任何子系统变化都会影响其他子系统 2、气候系统与地球表层系统几乎互相覆盖研究客体，但重点不尽相似。 3、气候系统也包括了地球表层系统中几种子系统4、其中，大气圈与自然地理系统其他圈层互相作用中，大气圈最为活跃，是联络各子系统互相作用重要纽带，是形成自然地理要素地带性与非地带性分布特点重要背景之一，也是构成地球表层系统重要圈层
2、二、大气圈是处在特定条件下及具有特定成分气圈 1、气候系统怎样起动与运动，其中热力、动力过程 2、气候系统中各部分联络，互相作用与耦合整体过程以及对气候影响 3、气候综合性与地区差异性，以及气候系统稳定性与敏感性等三、特定成分及其影响： 1、重要及微量成分 2、微量成分及其特殊作用：温室气体 平流层与臭氧层-生命保护层，三态共存，参与能量，辐射，及天气过程四、重力场对大气层约束及影响： 在重力作用下，以地面为下边界，绕地球旋转圈层。 影响之一：垂直层结形成大气分层： 水平尺度垂直尺度。五、对流层： 是深受下边界(热力及动力)影响大气最底层，集中了80大气质量，也是大气圈层与其他圈层互相作用重要
3、场所。六、水汽对大气状态影响之湿空气状态方程 七、微量气体： 在气候系统中存在着短周期微循环，成分可变。含量虽少，但对热辐射非常敏感，因而对大气热状态影响很大，人类活动参与了微循环一可导致对大气行为故意或无意干扰。 影响举例：臭氧层 问题：地面条件怎样影响大气活动(热力及动力)互相作用第二章 大气热能和温度 气候系统物理过程之一 太阳能启动气候系统物理过程 形成全球温度差异地带性与非地带性分布以及周期和非周期变化。地气间热能互换过程是地表系统中最基本互相作用和影响过程，它从能量上把几种圈层连接在一起。一、太阳能进入气候系统 1、重要途径：太阳辐射能地面 大气 太阳短波辐射经大气减弱抵达地面，吸
4、取成为地面热能 地面与大气热互换：长波辐射热互换地面有效辐射一 感热输送(传导；对流乱流) 潜热输送 意义：地气热互换气圈和其他圈层互相耦合重要过程 2、热互换过程不一样，控制因子也不一样(天文条件、地面性质、干湿条件)，地面对大气供热状况，物理过程差异也就很大。有： 地带性纬度差异 非地带性海陆等差异 3、模型化：辐射差额方程及热量平衡方程4、大气中几种微量成分又一影响大气温室效应二、大气中“气块温度变化受制于热力学第一定律(能量守恒) 在大气中体现为： 1、外界(地面)供热可引起气块温度非绝热变化 2、气块垂直运动中气压变化可引起气块温度绝热变化，变化率为或 (水气参与时) 3、个别气块变
5、温过程三、 “局地”气温变化由气块水平及垂直运动中引起气块置换引起 1、包具有水平平流，垂直运动及气块非绝热变化三部分，各部分控制因子及作用各不相似 2、模型化局地变温方程四、气层温度垂直分布()与气块垂直运动时温度变化() 1、气温垂直分布与气层静力稳定度重力场对大气行为又一影响 2、大气静力稳定度对大气垂直运动、垂直热输送及污染物扩散影响 3、整层气层抬升时，也许发生变化气层位势稳定度五、平均气温水平分布深受地面条件影响 具有 地带性及非地带性 周期性与非周期性六、结论 由太阳地面大气供热过程，大气最终获得加热，加热率各处各时各不相似，具有地带性、非地带性及周期性、非周期性差异。 问题：大
6、气圈中各处受热不一样形成了气温分布不均，它对气候系统深入影响物理过程。 第三章 大气中水分 气候系统中水圈与大气圈水互换实现与影响物理过程 水是地球上唯一能在自然条件下三态并存物体，在相变中伴随有能量、天气、水循环等过程一、水出入大气物理过程 1、基本判据 Ee0 2、地面蒸发快慢与气象条件 温度与水汽扩散快慢(风及稳定度) 3、凝结 地表与大气中凝结基本条件：降温 大气中：绝热上升冷却过程云 地表层：非绝热冷却过程雾等二、由水汽云降水 1、水滴凝结与增大过程人工干预也许性 2、上升运动形式 云形 降水性质 3、全球降水分布与垂直运动 地带性分布 非地带性分布第四章 大气运动气候系统物理过程之
7、二 加热不均及地球旋转对大气运动状态影响 一、大气中气压分布不均并随时间而变化 气压差是推进空气块运动基本动力 1、分布不均量度 气压梯度，因大气层结性又可分为： 垂直气压梯度(很大)： 意义：在重力场下形成，因此与重力有关，基本上与重力相平衡 模式化：静力方程 应用：压高公式气压随高度减少快慢与温度关系最亲密。 水平气压梯度(很小)：形成水平气压梯度力成为气块水平运动基本动力 2、分布不均总体效应形成了空间气压系统 气压系统直观表达等压面或等高面(基本等效) 气压系统垂直构造各处均需满足静力学条件，因此气压系统随高度变化重要与温度分布有关。 分析构造要点是系统温度场配置可提成对称(肤浅、深厚
8、)：不对称(大多数)系统二、大气中气压不停变化 大气质量重分派大气运动不息 垂直气压差异形成重力 水平气压差异形成大气加热率不一样以及空气运动 1、因子分析为何会重新分派 热力因子：大气水平局地受热不均水平密度差水平气压差 动力因子：空气运动中形成质量辐合辐散： 密度平流(冷暖平流)； 垂直运动。(仅影响空中气压变化)2、过程：三、大气水平运动形成旋转地球对运动特性影响 1、基本规律： 牛顿定律 但描述运动与坐标选用有关 旋转坐标系(地球上观测者)中惯性力对认识地转偏向力、离心力(扩展牛顿定律) 2、旋转坐标系中几种平衡运动气压场与运动场关系建立 自由大气中：地转风关系(两力平衡时) 摩擦层中
9、：修正风压律(三力平衡时) 在大多数状况下与实际大气十分靠近大气运动处在准动态平衡中 3、在静力平衡条件下，水平气压场构造随高度因温度分布不均而变地转风关系也随之变化热成风 四、大气环流 1、大气环流平均状态处在气候系统动态平衡之中经历多种时空尺度2、综合平均状态和瞬时状态气候与天气3、瞬时状态处在多种时空尺度(层次)高度扰动中由非线性气候系统所决定(具有稳态与突变，敏感于初始条件等特性)。 五、结论 l、大气整体性体现温压场与风场统一摩擦层中风变化2、问题：大气整体性体现形式第五章 天气系统 气候系统短期过程 一、大气运动内在过程与统一 旋转地球大气在非均匀加热地表特性作用下体现形式大气环流
10、 1、观测事实从各个角度看大气环流用二维图体现三维运动2、深入认识大气环流形成与特性二、大气环流与大气圈中热量及水分平衡 1、大气地带性与非地带性加热率差异驱动了环流，环流又以多种形式输送差异热量与水分等。 大气环流处在不停变化运动中准动态平衡 例： 高下指数循环 2、环流形成了大气水分分布地带及非地带性分布、及水分循环三、大气环流系统天气系统与过程 1、瞬时大气环流变化扰动与涡旋构造大中小尺度与中长期天气过程2、气团与锋扰动热力特性非均匀性扰动特性之一 热力分布不均匀性气团与锋 1）大气热力属性直接从下垫面获得。 热力过程：Fo、P、LE 重要控制因子：稳定度 2）在合适环流以及地表条件下，
11、形成均一或非均一大气。 气团定义、迟盛和变性 3）气团间低压辐合区形成温度对比明显、上升运动剧烈向冷区倾斜狭长界面锋面，锋面特性(不持续、上升运动等) 4）形成独特锋面天气 5）两种分类观点：气候(宏观、战略)重视源 天气(战术)重视后果 分别适合于不一样研究场所扰动特性之二 流场分布不均匀性波动与涡旋气旋、反气旋，槽脊 1）以环流纬度地带性环流为背景：(地球旋转与高下纬热互换产物) 地面辐合与辐散带以PP及ITC2为背景低压与其间高压带，分为不一样类型高空西风带与东风带西风与东风扰动 2）热力构造：对称性与不对称性系统3）均为GC组员，扰动发展中伴随有输送动量、热量 3、中高纬天气系统与过程流场非均匀性扰动特性之一西风带上扰动以西风带为背景 锋面气旋(温带气旋) 1）极锋活动区上扰动发展锋面上冷暖空气相对扰动而形成伴随不对称构造低压涡旋形成与发展 2）锋面气旋发展与西风槽(槽前垂直环流)发展有关联热力、动力作用 3）锋面气旋=天气二槽前上升+冷暖锋+低压辐合上升+大风体现为逗点云系发展为涡旋云系 4）温带气旋过程也是能量释放及南北互换过程 5）我国锋面气旋活动特点与锋面活动一致；如春夏多，两个活动带 移动性冷性反气旋与寒潮 l）地面移动性反气旋与高空槽后环流相结合 形成于槽后(冷平流；辐散；辐射冷却) 天气为高压前部冷锋后部暖锋 活动也与槽相联络
