大气科学概论-绪论_第一章

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1、大气科学概论AnIntroductiontoAtmosphericScience大气物理学院樊曙先E-mail:shuxianf@nuist.edu.cn2010年2月25日讲授内容绪论第一章地球大气第一节地球系统第二节地球大气•大气的演化•大气成分及特征•大气的垂直结构•表征大气的基本要素（温压湿风）绪论一、大气科学及其分支大气科学研究对象主要是覆盖整个地球的大气圈。大气圈,特别是地球表层的低层大气和地球的水圈、岩石圈和生物圈是人类赖以生存的主要环境。地理学地质学地球化学地球物理学与空间物理学地球科学动力气象学大气物理学大气化学大气科学大气环境学大气探测学天气学气候学海洋科学应用气象学大气

2、科学的学科分支气象学大气科学大大大大应人气气气气天气用工探物候动气化气影测理学力学学象响学学学学天气一、大气科学研究内容1.大气探测学：大气要素观测仪器、方法；地基遥感与空基遥感仪器原理、构造和观测方法。2.天气学和大气环流：大气中天气系统（暴雨、龙卷风、跑线、台风、气旋、反气旋）特征、变化规律；大气环流系统（季风、副热带高压、阻塞高压和西风带槽脊）特征、演变规律；天气预报原理和方法。一、大气科学研究内容3.动力气象学（大气动力学）：控制大气运动的基本动力、热力方程组，大气中动力、热力过程的基本问题，大气中各种空间尺度运动的物理机制。4.气候学：全球和区域气候季节内、季节、年际、年代际和更长

3、时间变化规律和成因，全球气候系统各圈层相互作用过程、机理及人类活动对气候的影响。一、大气科学研究内容5.大气物理学：大气各层(对流层、平流层、户问层、电离层等)结构与成分，大气中声、光、电和雾、霜、雪、雨等物理现象及机理，大气热力学原理，人工局部影响大气的原理。6.大气环境学：大气边界层的物理过程、大气污染及其污染物在大气的扩散过程、酸雨、环境保护与治理等。7.大气化学：大气温室气体和痕量气体、气溶胶的化学过程及其气候效应，大气、海洋中化学物质的循环过程以及它们对全球气候的影响。8.应用气象学：天气学和气候学在工农业、交通运输、水文、医疗等领域的应用以及天气、气候灾害对上农业、交通运输和国民

4、经济的影响。二、大气科学研究方法诊断分析（一）、观测1．相关分析（二）、分析和诊断2．动力诊断方法天气图和气候平均图分析（三）、数值模拟四维分析气候分析1.气候图分析2.时间序列分析3.点聚图分析4.多元分析5.周期分析二、大气科学研究方法大气监测气象业务组织•基准气候站：一般300-400公里设一站，每天观测24次。•基本气象站：一般不大于150公里设一站，每天观测8次。•一般气象站：一般50公里左右设一站，每天观测3次或4次。•高空气象站：一般300公里设一站，每天探测2次或3-4次。基准站计划布设Ⅰ型站基本站计划布设Ⅱ型站三、大气科学发展中的重要事件•16世纪发明了温度计(Ga

5、lileoGalilei)•1643年发明了气压计(Galileo'sdiscipleEvangelistaTorricelli)•17世纪发明了湿度计•1843年电传的发明使天气图成为可能。•1920年发现了气团（Airmasses）和锋面（Fronts）•1940年开始高空气球观测•1950年计算机的发展带动了数值方法的发展•1960年TIROS-I天气卫星发射第一章地球大气第一节地球系统地球系统各成员的主要特征大气圈海洋冰雪圈陆地生物圈地壳和地幔•由岩石圈、水圈、大气圈和生物圈共同构成一个综合体，称之为“地球系统”大气圈•大气圈在气候系统中起着核心作用；•大气圈中长波辐射和对

6、流的相互作用调节着地球表面的温度，控制着冰雪覆盖的范围和生物圈中各种生物种群的空间分布；•大气圈中的风场调节着海洋中上翻流的分布，它能给海洋生物圈带来丰富的营养物质；•风决定了地球上水资源的分布，风可以将微量气体、烟、尘、昆虫、植物种子及孢子传播到很远的地方；•雨、霜、风侵蚀地壳，冲刷山脉，重构地形，肥沃土地。大气科学中的球坐标系Ф表示纬度，定义北半球为正，南半球为负；λ表示相对于本初子午线的经度，向东为正。大气会对穿过它的太阳辐射进行散射，发生一系列的光学效应。加利福尼亚沿岸的低层云——通过反射可见光辐射观测，太阳辐射在低层云顶向太空的反向散射大大增加了这一区域的白色或反射率。在任一给定高

7、度，气温随纬度而变化。上图，冬至、夏至间纬向平均温度（℃）——对流层中，纬向平均气温随纬度增加而降低。虚线标注为对流层顶、平流层顶、中间层顶。下图，冬至、夏至间纬向风（m.s-1）的经向剖面图——W代表西风带，E为东风带。高、低纬度上气温的差别可引起各种不同尺度的大气运动北太平洋的强热带外气旋——螺旋型的云系在低气压中心附近形成一个巨大的反时针旋转的涡旋，半径2000km（NASAMODIS图片）低纬地区的热