石河子大学气象学整理.docx

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石河子大学气象学整理

绪论

天气：

是指某一地区某一短时间内各种气象要素（气温、气压、湿度、云、降水、能见度和风等）的综合表现。

气候：

指地球上某一地区多年时段大气的一般状态，是该时段各种天气过程的综合表现。

气候形成的因素：

1.宇宙地球物理因素2.太阳辐射3.下垫面4.大气环流5.人类活动

第一章大气

1、大气的组成：

干洁大气、水汽、气溶胶粒子。

2、大气的垂直结构：

对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。

划分依据：

从地面到大气层顶，温度、湿度、气压不是均匀分布的，各高度上差异很大。

对流层，气温随海拔高度的升高而降低0.65℃／100m，是天气变化最为复杂

的一层。

（对流层重要）特点看课本

3、酸雨：

指PH＜5.6的降水。

4、温室效应：

大气吸收地面长波辐射之后，同时也向宇宙和地面放射辐射，对地面起保暖增温作用。

第二章辐射

1、黑体：

一个物体，对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸收。

2、辐射的基本定律：

（一）基尔荷夫定律（选择吸收定律）

在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力与物体对该波长的吸收率的比值，只是温度和波长的函数，而与物体的其它性质无关。

对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力也较强；反之，放射能力弱，吸收能力也弱；黑体的吸收能力最强，所以它也是最强的放射物体。

对同一物体，如果在温度T时它放射某一波长的辐射，那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。

（二）斯蒂芬—波尔兹曼定律

物体的放射能力是随温度、波长而改变的。

黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比。

ET＝σT4称为斯蒂芬—波尔兹曼定律。

式中σ＝5.67×10-8W．m-2．K-4为斯蒂芬—波尔兹曼常数。

T为绝对温度，T（K）＝273.15＋t℃。

说明物体温度越高，其放射能力越强。

（三）维恩位移定律

绝对黑体的放射能力最大值对应的波长（λm）与其本身的绝对温度成反比，即：

λm＝C/T或λmT＝C称维恩位移定律。

如果波长以nm为单位，则常数C＝2.897×103nm.K

3、太阳高度角：

是太阳光线与地球表面切线所组成的夹角。

在0°～90°之间变化。

太阳方位角：

是太阳（M点）光线在水平面上的投影（OR）和当地子午线（NOS）的夹角。

如图2-5，SWNE为地平圈，O为观测点，Z为天顶，M为太阳位置，∠MOR为太阳高度角，∠SZR及∠SOR为太阳方位角。

4、大气对太阳辐射的减弱：

吸收作用、散射作用、反射作用

减弱因素：

大气质量、大气透明系数

地表垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度随大气透明系数增大而增大，随大气量增加而减小。

5、地面辐射差额（地面净辐射）：

在单位时间内，地面所吸收的辐射与放出的辐射之差。

6、光合有效辐射：

在这个波谱区内量子能量使叶绿素分子呈激发状态，并将自身能量消耗在形成有机化合物上，故这段波谱称光合有效辐射。

7、可见光最有效的是红橙光和蓝紫光，黄绿光基本都被反射。

8、日照时间与作物引种：

短日性植物北种南引后，南方生长季内光照时间缩短，促进作物生长发育，使生育期缩短；而平均温度高，也促进作物发育，光温作用“相互叠加”，作物生育期过短，营养体小，产量低，引种不易成功。

应引种晚熟或感光性弱的品种。

南种北引后，北方生长季内光照时间增长，抑制作物发育，使生育期延迟，甚至不能开花结实；而平均温度低，也抑制作物生长发育，光温作用“相互叠加”，作物不能正常开花、结实，不能成熟，引种不易成功。

应引种早熟或感光性弱的品种。

长日性植物北种南引后，南方生长季内光照时间缩短，抑制作物生长发育，使生育期缩短；而平均温度高，促进作物生长发育，光温作用“相互抵消”，作物能正常开花、结实，成熟，引种易成功。

南种北引后，北方生长季内光照时间增长，促进发育速，使作物生育期缩短；而平均温度低，抑制作物发育，使作物生育期延迟，光温作用“相互抵消”，作物能正常开花、结实，成熟，引种易成功。

9、光饱和点：

当光照度超过一定的限度时，光照度即使继续增大，光合效率也不再增加。

此时的光照度叫光饱和点。

光补偿点：

植物呼吸作用与光合作用相等时的光照度。

第三章温度

一、物质热特性包括热容量（水>土壤>空气）、导热率（土壤固体成分>水>空气）和导温率。

二、地面和空气之间的热量交换：

辐射热交换、分子传导热交换、潜热交换。

空气之间的热传导：

对流、平流、乱流。

三、土壤温波方程：

温度振动的振幅随深度而减小。

观测的记录表明，温度的日振幅深入地中不过1米左右。

在1米左右深度上有一个日温常温层。

年振幅消失的年常定层，一般在15米到30米的深度，根据土壤的性质和气候条件而定。

最高温度和最低温度出现的时间随深度增加而落后。

深度每增加10厘米，日最高温度和最低温度落后2.5～3.5小时。

深度每增加1米，年最高温度和最低温度落后20～30天。

日温不变层深度和年温不变层深度之比，等于其变化周期的平方根之比。

土壤温度变化的周期越长，温度振动消失层深度越深。

年振动消失深度要比日振动消失深度大19倍。

四、影响气温日较差的因素：

1、纬度:

日较差随纬度的增加而减小。

因高纬度白天气温低、夜间有效辐射少。

2、季节：

夏季大、冬季小，但最大在春季，最小在冬季

3、地形：

凸地变幅小，凹地变幅大，因为凹地白天散热慢，夜间有效辐射强

4、下垫面性质：

水面上日较差小，陆地上大

5、天气：

晴天日较差大于阴天

五、大气是否稳定，通常用环境空气的温度直减率（γ）与上升气块的干绝热直减率（γd）或湿绝热直减率（γm）的对比来判断。

（看下图）

结论：

⑴γ愈大，大气愈不稳定。

⑵当γ＜γm时，绝对稳定；当γ＞γd时，绝对不稳定。

⑶当γd＞γ＞γm时，对于饱和空气来说，大气是处于不稳定状态的；对于未饱和空气来说，大气又是处于稳定状态的。

六、三基点温度：

最高温度、最低温度和最适温度。

七、积温的种类与求算方法

1.活动积温。

高于生物学下限温度的日平均温度称为活动温度。

生物某一生育期或全生育期中活动温度的总和，称为活动积温（Y）。

2.有效积温。

活动温度与生物学下限温度的差值称为有效温度。

生物某一生育期或全生育期中有效温度的总和，称为有效积温（Ａ）。

例题：

水稻萌发的生物学下限温度是10℃，在其萌发期间，有连续五天的温度分别是：

11.0℃、12.5℃、9.9℃、10.1℃、10.0℃。

问：

这五天的活动积温和有效积温分别是多少？

Y=11.0+12.5+10.1+10.0=43.6℃

A=（11.0-10.0）+（12.5-10.0）+10.1-10.0）+（10.0-10.0）=3.6℃

第四章水分

1、水汽压（e）、温度（T）、相对湿度（d）、露点温度（td）的关系

温度越高，饱和水汽压越大。

相对湿度（r）与水汽压（e）成正比，与饱和水汽压成反比。

相对湿度与温度成反比关系。

露点温度从形式上看是温度，但它也表示空气中水汽含量的多少，即表示空气湿度。

2、水汽压的日变化

（1）单波型水汽压的日变化与空气温度的日变化一致。

一日中有一个最高值和最低值，最高值出现在午后14h～15h，最低值出现在清晨。

（2）双波型水汽压在一日中有一个最高值，一个次高值，一个最低值，一个次低值。

最低值出现大约在日出之前；次低值出现在午后，大约在15h～16h；次高值出现在上午9h～10h，最高值出现在21h～22h，双波型多出现在大陆上乱流作用较强的夏季。

3、相对湿度的日变化

相对湿度的日变化与气温的日变化相反，一天中有一个最高值，出现在日出前后气温最低时；一天中有一个最低值，出现在14h～15h气温最高的时候。

4、影响农田蒸散（农田土壤蒸发和作物蒸腾之和称蒸散）的因素

（1）土壤水分与土壤毛细管传导特性

它影响水分由土壤深层向土壤表面及植物根分布层的传递。

土壤湿度小，由毛细管传向根层的水分减少，限制了水分供应植物蒸腾，则蒸腾速率下降。

有时土壤深层的水可供蒸腾，但因毛细管将水传不到土壤表面，使土壤表面蒸发减少。

（2）辐射差额辐射差额小，则蒸散小。

（3）植物因子

植物覆盖度、根的繁茂程度与影响水分输送的生理变化，都影响水分由土壤输送到大气。

植物类型、覆盖度等影响反射率，进而影响辐射差额及叶面温度，影响蒸腾。

5、大气中水汽凝结的条件：

大气中的水汽含量必须达到过饱和状态，

足够的凝结核

空气冷却的主要方式：

辐射冷却、接触冷却、绝热冷却、混合冷却。

6、引起空气上升运动的原因：

空气受热不均匀而产生的对流；

暖气团沿冷气团斜面向上滑升；

运动速度不同的两层空气，在其界面上产生波动，在波峰上产生空气的上升运动。

第五章气压与大气运动

1、气压（大气压强）：

单位地球表面所承受大气柱的总重量。

水银气压表的横截面积为1cm2，国际规定：

温度为0℃，纬度为45°，海拔为0km时，水银柱高度为760mm，即作为一个标准大气压。

2、气压的日变化

气压日变化规律通常是在一天中出现一个最高值，一个次高值；一个最低值和一个次低值。

早晨最高值出现在9～10时，15～16时出现最低值；21～22时出现次高值，次日3～4时出现次低值。

气压日变幅随纬度增高而减小，低纬度为3hPa～5hPa，在纬度50°附近小于1hPa。

3、拉普拉斯（Laplace）压高公式

4、气压阶（单位气压高度差）是气压降低1hPa时高度升高的距离，单位为m/hPa。

在密度较大的气层中，气压阶较小。

同一地点，高空的气压阶比低空大。

温度高处气压阶比温度低处大。

5、作用与空气的力

（一）水平气压梯度力，是空气的原始动力，方向由高压指向低压。

（二）水平地转偏向力，只能改变运动方向，不能改变运动速。

北半球垂直于空气水平运动方向偏向其右方。

（三）惯性离心力，方向与空气运动方向相垂直，由曲率中心指向外缘。

（四）摩擦力，方向与空气运动的方向相反。

6、自由大气中的风（无摩擦力）—地转风（惯性离心力为0）和梯度力

白贝罗风压定律，即在北半球风沿等压线吹，背风而立，高压在右，低压在左，南半球则相反。

7、三圈环流

8、季风：

大范围地区的盛行风向随季节而改变的现象。

9、海陆风：

白天，风从海洋吹向陆地（顺时针）；夜间，风从陆地吹向海洋（逆时针）

山谷风：

白天风从山谷吹向山坡（上层相反，风从山坡吹向山谷上空），夜间下层风由山坡吹向山谷（上层风由山谷吹向山坡）。

焚风：

气流越过高大山体后绝热下沉，在山的背风坡脚产生的干热风。

初春的焚风可使积雪融化，利于灌溉。

夏末的焚风可使谷物和水果早熟。

但强大的焚风会引起背风坡脚森林火灾和旱灾。

第六章天气学基本知识

1、气团：

在水平方向上，温度、湿度和大气稳定度等物理性质比较均匀且垂直方向上变化很小的大块空气。

形成条件：

—是大范围性质较为均一的下垫面，二是有利于空气停滞或移动缓慢的环境条件。

2、锋面：

两种不同性质的气团（冷气团和暖气团）之间形成的过渡带。

根据锋面两侧冷暖气团的移动方向及结构，可将锋划分为冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。

3、气旋是中心气压比四周低的水平空气涡旋。

反气旋中心气压高。

第七章气象灾害及防御对策

1、霜冻是一种低温灾害，是植物在0℃以下低温时体内冻结而产生的伤害。

霜冻与冻害的区别：

霜冻发生在作物活跃生长期，而冻害是发生在作物越冬休眠或缓慢生长期间。

霜冻防御对策：

1.农业措施

（1）选用抗冻能力强的新品种

（2）用农艺措施防御霜冻

（3）选择背风向阳避冻地形（4）有些细菌能作为植物细胞内结冰的凝结核，提高冰点温度

2.物理措施

（1）熏烟法

（2）灌水法（3）覆盖法（4）包裹法

2、冷害：

农业