【正文】 第一章 氣象要素及其觀測(cè) X 第一節(jié) 大氣和海洋概況 第二節(jié) 氣溫和海溫 第三節(jié) 大氣壓 第四節(jié) 空氣的水平運(yùn)動(dòng) 風(fēng) 第五節(jié) 空氣的垂直運(yùn)動(dòng)和大氣穩(wěn)定度 第六節(jié) 大氣環(huán)流 第七節(jié) 大氣濕度和海水鹽度 X 第八節(jié) 云與降水 第九節(jié) 海洋上的霧 X 第十節(jié) 海面能見(jiàn)度和海水透明度 X 第十一節(jié) 船舶海洋水文 氣象觀測(cè)與編報(bào) 幾個(gè)重要的專業(yè)術(shù)語(yǔ) ? 大氣 （ Atmosphere） ? 包圍地球表面的整個(gè)大氣層。 ? 天氣 (Weather) ? 指一定區(qū)域在較短時(shí)間內(nèi)各種氣象要素的綜合表現(xiàn)。天氣表示大氣運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)狀態(tài)。 ? 氣候 (Climate) ? 指某一區(qū)域天氣的多年平均特征，其中包括各種氣象要素的多年平均及極值。氣候表示長(zhǎng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果。 幾個(gè)重要的專業(yè)術(shù)語(yǔ) ? 氣象要素 （ Meteorology elements) ? 反映大氣狀態(tài)的物理量或物理現(xiàn)象，主要有：氣溫、氣壓、風(fēng)、濕度、云、能見(jiàn)度和天氣現(xiàn)象。 ? 海洋要素 （ Marine elements） ? 反映海洋狀態(tài)的物理量或物理現(xiàn)象。如海溫、鹽度、海浪、海流和海冰等。 X 第一節(jié) 大氣和海洋概況 ? 一 、 大氣成分： 主要由多種氣體 、 水汽和懸浮的雜質(zhì)構(gòu)成 。 ? 干空氣 （ Dry air） :（ 除水汽和雜質(zhì)以外的氣體 ） ? 氣體主要成分 :氮 （ %） 、 氧 (%） 、 氬（ %） 、 ? 氣體次要成分 :二氧化碳 （ ％ ） 、 氫 、 氖 、 氦 、氪 、 氙 、 氡 、 臭氧等稀有氣體 （ ％ ） 。 大 氣 成 分 ? 大氣是可壓縮氣體 ， 大氣密度隨高度增加而迅速減少 。 ? 觀測(cè)表明 ， 10公里以內(nèi)集中了 75%的大氣質(zhì)量 ，35公里以下則達(dá) 99%， 近地面空氣標(biāo)準(zhǔn)密度為1293g? m3,大氣的總質(zhì)量為 ⅹ 1021g， 約為地球質(zhì)量的百萬(wàn)分之一 。 ? 其中影響天氣 、 氣候變化的主要大氣成分為二氧化碳 、 臭氧和水汽 。 大氣中的易變成分 （ carbon dioxide） :平均含量 %,若達(dá)到 ％，就對(duì)人體有害。 二氧化碳能強(qiáng)烈地吸收和放射長(zhǎng)波輻射， 對(duì)地面和大氣的溫度分布有重要影響，類似溫室效應(yīng)，直接影響氣候變遷。 （ ozone） ： 主要存在于 2040公里氣層中，又稱臭氧層（ Ozonsphere）。 臭氧是吸收太陽(yáng)紫外線的唯一大氣成分， 若沒(méi)有臭氧層，人類和動(dòng)物、 植物將受到紫外線的傷害。 大氣中的易變成分 （ vapour） ： 含水汽的空氣叫作濕空氣（ wet air）?？諝庵械乃侩S緯度、時(shí)間、地點(diǎn)而變化。 ? 濕空氣在同一氣壓和溫度下，只有干空氣密度的 ％。大氣中水汽含量范圍在 0～ 4％，具有固、氣、液三態(tài)，是常溫下發(fā)生相變的唯一大氣成分，它也是造成云、雨、雪、霧等天氣現(xiàn)象的主要物質(zhì)條件。 ? 水汽能強(qiáng)烈地吸收和放出長(zhǎng)波輻射，并在相變過(guò)程中吸收和放出潛熱能， 對(duì)地面和空氣的溫度影響很大。 大氣中的易變成分 ：懸浮在空氣中的固體或液體微粒 ， 主要包括塵埃 、 煙粒 、 細(xì)菌 、 病毒 、 花粉和微小鹽粒等 。 它們主要集中在大氣的低層 ， 影響能見(jiàn)度 ， 能吸收部分太陽(yáng)輻射 ， 并對(duì)太陽(yáng)輻射具有散射作用 。 在水汽相變過(guò)程中 ， 雜質(zhì)可以作為 凝結(jié)核 。 ? 城市大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)報(bào)告中空氣污染物種類 :總懸浮顆粒物 、 二氧化硫和氮氧化物等 二、大氣的垂直結(jié)構(gòu) ? 根據(jù)氣溫、水汽的垂直分布、大氣擾動(dòng)程度和電離現(xiàn)象等不同等特點(diǎn)，自下而上將大氣分為五個(gè)層次。（ P5） 1. 對(duì)流層 （ Troposphere） ： 下界為地面 ， 上界隨緯度和季節(jié)變化 ， 平均厚度 1012公里 。 通常在高緯為 68Km，中緯度 1012Km， 低緯度 1718Km。 夏季對(duì)流層的厚度比冬季高 。 對(duì)流層集中了大氣質(zhì)量的 80％ 和全部水汽 ， 與人類關(guān)系最為密切 ， 大氣中幾乎所有的物理和化學(xué)過(guò)程都發(fā)生在該層 。 對(duì)流層具有三個(gè)主要特征 。 對(duì)流層中三個(gè)主要特征 ? ⑴ 氣溫隨高度而降低。平均幅度為 ℃/100m 。 即 γ ＝ ℃/100m 稱 γ為對(duì)流層中氣溫垂直遞減率。 ? ⑵ 具有強(qiáng)烈的對(duì)流和湍流運(yùn)動(dòng)。是引起大氣上下層動(dòng)量、熱量、能量和水汽等交換的主要方式。 ? ⑶ 氣象要素沿水平方向分布不均勻。如溫度、濕度等。 摩擦層與自由大氣 ? 根據(jù)大氣運(yùn)動(dòng)的不同特征通常將對(duì)流層分為： ? 摩擦層 (friction layer) ：摩擦層又稱邊界層，從地面到 1Km高度，其厚度夏季高于冬季，白天高于夜間。湍流輸送是該層的基本運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。 ? 自由大氣 (free atmosphere) ：自由大氣的基本運(yùn)動(dòng)形式是波動(dòng)，地面摩擦作用減小，可忽略不計(jì)，這樣大氣的運(yùn)動(dòng)顯得比較簡(jiǎn)單和清楚。 ? 對(duì)流層頂 ：厚度約為 12Km，溫度隨高度呈等溫或逆溫狀態(tài)。 大氣的垂直高度 ? 大氣上界： 大氣很難定出上界，一般以物理現(xiàn)象發(fā)生的最高高度為上界。極光發(fā)生在高緯度不同高度上，最高達(dá)到10001200Km作為大氣的物理上界。由衛(wèi)星探測(cè)的大氣上界為 20223000Km。 三、海 洋 概 況 ? 洋 (Ocean)： 面積廣，約占海洋總面積的 89%，洋的深度大、水色高、透明度大，水文要素相對(duì)比較穩(wěn)定，季節(jié)變化小，有獨(dú)自的潮波和強(qiáng)大的洋流系統(tǒng)。 (P6) ? 海 (Sea): ? 海灣 (Gulf、 Bay): 洋或海的一部分延伸入大陸，其深度和寬度逐漸減小的水域稱為灣。灣內(nèi)潮差大。 ? 海峽 (Strait、 Channel): 海洋中相鄰海區(qū)之間寬度較窄的水道稱為海峽。海峽的特點(diǎn)是流急、速大、多渦旋。 海洋概況 ?海 ： 大洋靠近大陸邊緣部分，海的面積只占海洋總面積的 11%，一般深度淺，水色低（渾濁），透明度小，季節(jié)變化顯著。沒(méi)有獨(dú)立的海流系統(tǒng)和潮波系統(tǒng)，多數(shù)受大洋影響，我國(guó)東南海岸面臨四海。 ? 渤海： 為我國(guó)的內(nèi)陸海，自老鐵山經(jīng)廟島與蓬萊角聯(lián)線，分割黃海，面積約 9萬(wàn) 7千平方公里，平均水深 18米。 ? 黃海： 北起鴨綠江口，南從長(zhǎng)江口北岸至濟(jì)州島與東海分開(kāi)，面積 42萬(wàn)平方公里，平均水深 44米。 ? 東海： 南自南澳島與臺(tái)灣島的鵝鑾鼻分隔南海，面積 75萬(wàn)平方公里，平均水深 349米。 ? 南海： 南靠加里曼丹島，東臨菲律賓，西接印支半島，面積 350多萬(wàn)平方公里，平均深度 1000米以上。 ? 我國(guó)擁有 300萬(wàn)平方公里的海洋國(guó)土和約 海岸線。 四、大氣和海洋污染 ? 大氣污染 ：二氧化碳的逐年增多將導(dǎo)致地球變暖并引起全球天氣和氣候的異常變化。導(dǎo)致極冰融化、海面上升、一些陸地和港口將被淹沒(méi)。另外，大氣中的粉塵、二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、硫化氫、碳?xì)浠衔锖桶钡?。?yán)重污染大氣，對(duì)人類造成極大危害。 ? 全球 141個(gè)國(guó)家和地區(qū)簽署的旨在遏制全球氣候變暖的《 京都議定書(shū) 》 于 2022年 2月 16日正式生效。 ? 海洋污染 ：污染途經(jīng)是降水、江河經(jīng)流、大氣環(huán)流、漲落潮、污水排放、海上采油采礦和船舶排污。其污染具有污染源廣、持續(xù)性強(qiáng)、擴(kuò)散范圍大、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。 ? 必須嚴(yán)格遵守 《 防止船舶污染海洋的國(guó)際公約 》 。否則，制裁是相當(dāng)嚴(yán)厲的。 第二節(jié) 氣溫和海溫 氣溫 （ Air Temperature） ? 氣溫是大氣的重要狀態(tài)參數(shù)之一，是天氣預(yù)報(bào)的直接對(duì)象。氣溫的分布和變化與氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、大氣穩(wěn)定度以及云、霧、降水等天氣現(xiàn)象密切相關(guān)。因此，了解氣溫的變化規(guī)律，對(duì)天氣形勢(shì)和氣象要素的預(yù)報(bào)都十分重要。 ? 定義 ：氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量?？梢酝ㄟ^(guò)溫度表或溫度計(jì)直接測(cè)得。 一、溫 標(biāo) 溫標(biāo)： 溫度的數(shù)值表示法稱溫標(biāo)。常用的溫標(biāo)有三種。 ? ① 攝氏溫標(biāo) ℃ ：把水的冰點(diǎn)溫度定為 0℃ ，沸點(diǎn)為 100℃ ，多數(shù)非英語(yǔ)國(guó)家使用。 ? ② 華氏溫標(biāo) ?Ｆ ：水的冰點(diǎn)溫度定為 32?F，沸點(diǎn) 212?F。一些英語(yǔ)國(guó)家多使用。 攝氏與華氏的關(guān)系： ? ③ 絕對(duì)溫標(biāo) (K氏溫標(biāo) ) K：水的冰點(diǎn)溫度定為 273K，沸點(diǎn)為373K（由英國(guó)物理學(xué)家 Kelvin提出）。多用于理論計(jì)算。 關(guān)系： K＝ 273＋ C )32(95 ?? FC 3259 ?? CF二、太陽(yáng)、地面和大氣輻射 輻射的基本特性 ? 在自然界中凡溫度高于絕對(duì)零度的物體均發(fā)出電磁波，電磁波按其波長(zhǎng)分為 γ 射線、 X射線、可見(jiàn)光、紅外線和無(wú)線電波。溫度高，輻射強(qiáng)，多為短波；溫度低，輻射弱，多為長(zhǎng)波。物體因放射輻射消耗內(nèi)能而使本身的溫度降低，同時(shí)又因吸收其它物體放射的輻射能并轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能而使本身的溫度增高。 ? 太陽(yáng)（表面溫度約為 6000K）放出短波輻射（ ～ 4μ m)。 ? 地面和大氣（溫度約為 300K）放出長(zhǎng)波輻射 (3～ 120μ m)。 ? 太陽(yáng)輻射是地球和大氣的唯一能量來(lái)源。 太陽(yáng)、地面和大氣輻射 ? 若將太陽(yáng)對(duì)地球大氣系統(tǒng)的輻射作為 100份 ， 其中地球大氣系統(tǒng)反射和散射占 30份 ， 大氣吸收占 19份 ，地球表面吸收 51份 。 地球表面通過(guò)長(zhǎng)波輻射 （ 21份 ） 、 熱傳導(dǎo) （ 7份 ）和水汽相變 （ 23份 ） 等過(guò)程釋放能量 ， 大氣在吸收太陽(yáng)短波輻射和地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)又放出長(zhǎng)波輻射（ 19份 ） ， 最終向外層空間的輻射總量也為 100份 ， 使地球大氣系統(tǒng)的溫度保持恒定 。 ? 大氣受熱的主要直接熱源是地球表面 。 三、空氣的增熱和冷卻 ? 空氣的增熱和冷卻主要是 非絕熱 過(guò)程引起的，受下墊面的影響很大。 下墊面 是泛指不同性質(zhì)的地球表面。下墊面與空氣之間的熱量交換途徑有以下幾種： 1. 熱傳導(dǎo) （ Conduction）：空氣與下墊面之間，通過(guò)分子熱傳導(dǎo)過(guò)程交換熱量，又稱感熱。空氣是熱的不良導(dǎo)體。僅在貼近地面幾厘米以內(nèi)明顯，故通常不予考慮。 （ Radiation） ：地氣系統(tǒng)熱量交換的主要方式 。 地面吸收太陽(yáng)短波輻射 ， 放射出長(zhǎng)波輻射加熱大氣 。 如白天輻射增溫 ， 夜間輻射冷卻 。 ：水有液態(tài) 、 氣態(tài)和固態(tài)之間的變化 。液體水蒸發(fā) ， 吸收熱量；水汽凝結(jié)放出熱量 。 一般下墊面水蒸發(fā) ， 吸收熱量；上空水凝結(jié)放出熱量 。 從而通過(guò)水相變化將下墊面的熱量傳給上層大氣 。 （ Convection) ：一般將垂直運(yùn)動(dòng)稱對(duì)流，對(duì)流又分熱力對(duì)流和動(dòng)力對(duì)流。由于空氣受熱不均引起有規(guī)則的熱空氣上升冷空氣下沉稱熱力對(duì)流。由于動(dòng)力作用造成的對(duì)流運(yùn)動(dòng)稱動(dòng)力對(duì)流，如空氣遇山爬升等。 （ Advection)：水平運(yùn)動(dòng)稱平流 。 平流是大氣中最重要的熱量傳輸方式 ， 范圍大 ， 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 。 如南風(fēng)暖 、 北風(fēng)寒 、 東風(fēng)濕 、 西風(fēng)干 。平流是指某種物理量的水平輸送 ， 如溫度平流 、濕度平流等 。 6. 亂流 ：又稱湍流 （ Turbulence） ， 是空氣不規(guī)則的運(yùn)動(dòng) 。 亂流是摩擦層中熱量 、 能量和水汽交換的主要方式 。 ? 綜上所知，空氣與下墊面之間的熱量交換是通過(guò)多種途徑進(jìn)行的。 ? 通常，地面與大氣之間的熱量交換以輻射為主，亂流和水相變化次之； ? 各地空氣之間的熱量交換以平流為主。 ? 上下層空氣之間的熱量交換以對(duì)流和亂流為主。 ? 以上均為非絕熱過(guò)程。 ★ 四、氣溫的日年變化 ?大氣的熱量主要來(lái)自下墊面，所以氣溫具有與下墊面溫度類似的周期性變化。如冬寒夏暖、午熱晨涼反映了氣溫日、年變化的一般規(guī)律。 氣溫的日變化 diurnal variation of temperature ? 日變化 :一天中氣溫有一個(gè)最高溫度和最低溫度。陸地上最高氣溫夏季出現(xiàn)在 14～ 15點(diǎn)，冬季出現(xiàn)在 13～ 14點(diǎn)。海洋上最高出現(xiàn)在 12:30。陸地上最低氣溫出現(xiàn)在日出前，海洋上遲后 1～ 2小時(shí)。 ? 氣溫的日較差： 一日中最高氣溫與最低氣溫之差。其大小與緯度、季節(jié)、下熱面性質(zhì)、海撥高度及天氣狀況有關(guān)。一般有： 低緯＞高緯； 陸上＞海上；夏季＞冬季；晴天＞陰天；低海撥＞高海撥。（吐魯番海拔 154m，日較差大） 氣溫的年變化 annual variation of temperature ? 年變化： 一年中月平均氣溫有一個(gè)最高值和一個(gè)最低值。 ? 陸地： 北半球 :最高在七月份 ,最低在一月份。 南半球 :最高在一月份 ,最低在七月份。 ? 海洋： 比陸地遲后一個(gè)月 ,即最高在八月 ,最低在二月 ? 年較差： 一年中月平均最高氣溫與月平均最低氣溫之差。它與下熱面的性質(zhì)、緯度和海拔等有關(guān)。 ? 高緯＞低緯；