1、1第一章 大气一、大气组成主要是干洁大气、水汽、气溶胶粒子。1、干洁大气:不含水汽和气溶胶粒子的混合空气称为 干洁大气。干洁大气中对人类影响较大的成分是N 2， O2， O3和CO 2。（1）N 2和O 2:它们是大气的主要组成部分，但 N2利用率低。 O2是维持人类及动植物生命活动的气体。（2）O 3:含量很低，集中在20-25km的高空，形成臭氧层。可强烈吸收对生物有害的紫外线。(3)CO2：是植物生命活动离不了的气体，可吸收地面辐射，对气温影响较大。2、水汽：主要集中在低层大气中。低纬度地区多于高纬度地区；下层多于上层；夏季多于冬季。含量很少，但是天气变化的重要角色，云、雾、雨、雪的形成
2、都与之有关。3、气溶胶粒子：悬浮于空气中的固体粒子。包括水滴、冰晶、烟粒、尘埃等。可充当水汽凝结物，利于云、雨的形成；还可以吸收一部分辐射，对地温、气温有一定影响。二、 大气垂直结构从下到上有五层：对流层、平流层、中间层、热层、外大气层（散逸层）。大气底界：即地球的表面。大气上界：即大气的顶界。有2种划分方法：根据极光出现的高度估计，在10001100km；据人造卫星探测，约在3000km。（一）对流层是靠近地表的大气最低层。其厚度随纬度和季节的不同而有变化：低纬度平均为1718km，中纬度地区为1012km，高纬度只有89km。夏季厚、冬季薄。特点：（1）气温随高度升高而降低。 垂直递减率为
3、：r= 0.65/100m。（2）空气具有强烈的对流运动。易形成云和降水（雨、雪等）。（3）温度、湿度等气象要素水平分布不均匀。主要是受地形影响所致。（二）平流层从对流层顶到55km的气层。主要特点：1、垂直气流显著减弱，气流多呈水平运动，故叫平流层。2、集中了大气中大部分O 33、下部气温随高度变化小，上部气温随高度升高而显著增加。4、水汽和尘埃很少，大气能见度好。适合飞机航行。 （三）中间层从平流层顶到距地面85km 的高度。主要特点：1、温度随高度升高而迅速降低，其顶部可下降到-83。2、气流有强烈的垂直运动，故又称高空对流层。（四）热层（暖层）从中间层顶到距地面约700km 的气层。特
4、点：1、气温随高度升高而迅速升高（因吸收短波紫外线）。2、空气分子处于高度电离状态。（五）外大气层（散逸层）从热层顶以上的大气层。特点：受地球引力小，高速空气分子常逃到太空，宇宙空间粒子也常进入该层。第二章 辐射1 辐射的基本知识 一、概念 辐射：物体以电磁波或粒子的形式向外放射能量的现象。 通过辐射传递的能量叫辐射能。 辐射通量密度（辐照度）：单位时间、单位面积上发射或吸收的辐射能量。单位：W/m（瓦/米）2二、辐射光谱 气象学研究的辐射波谱范围是0.1120 m,即紫外线、可见光和红外线波段。 太阳辐射波长范围在0.154 m，地面和大气辐射波长在3120 m，因此常把太阳辐射称为短波辐射
5、，地球和大气辐射称为长波辐射，以4 m为分界线。 辐射的传播不需要中间介质。三、基本定律 1、斯蒂芬-波尔兹曼定律黑体的辐照度（E）与其表面绝对温度（T）的四次方成正比。 E= T4 是斯蒂芬-波尔兹曼常数 黑体：将投射到其表面上各种波长辐射能全部吸收的物体。 E= T4 是灰体常数，在 0.800.99之间。 两个公式都表明：物体温度越高，其辐射强度越强。2、维恩位移定律 黑体辐射光谱的极大值所对应的波长 max与其绝对温度T成反比。 max=C/T C为常数，是2897。 表明：物体温度越高，它所辐射的具有最大能量的波长越短。2 太阳辐射一、太阳辐射光谱和太阳常数1、太阳辐射光谱 (1)定
6、义：太阳辐射能随波长的分布。 2、太阳常数当日地处于平均距离时，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线，每秒每平方米的面积上，获得的太阳辐射能量叫太阳常数。 世界气象组织推荐取值1367w/。二、太阳辐射在大气中的减弱 太阳辐射在大气层中主要通过大气的吸收、散射和反射三种形式减弱。1、吸收作用 大气对太阳辐射的吸收具有较强的选择性，只吸收能量较小的紫外线、红外线，对可见光吸收很少。大约有14%的太阳辐射被大气吸收变为热能。 通过臭氧、氧气吸收紫外线，二氧化碳、水汽、尘埃、云滴等吸收红外线。2、散射作用 （1）分子散射 空气分子和直径1，m大小仅表示太阳倾斜入射时大气光学路径为垂直入射时的
7、倍数。 太阳高度角越大，大气量越小。 直接辐射Rsb随大气质量数的增大而减小。（3）大气透明系数a 定义：太阳光通过一个大气量后的辐射度与通过前的辐射度之比。 一般a1000nm 可转化为热能，影响植物体温和蒸腾作用，不参与光化学反应过程。（2）1000-720nm 只有伸长作用，700-800nm近红外光对植物光周期及种子形成有重要作用，并控制开花与果实颜色。 一般红外线的热效应使植物体温升高，促进植物的蒸腾及物质运输；外界温度越低，红外线热效应越大。 因此高原地区叶子温度高于气温3-5，可以补偿高原地区气温低这个不利因素。2、可见光辐射（3）720-610nm 红橙光，被叶绿素强烈吸收，光
8、合作用最强。表现出强的光周期作用。 （4）610-510nm 绿光，叶片吸收很少，是弱活性带。 （5）510-400nm 蓝紫光，被叶绿素强烈吸收，表现出次强的光合作用和成形作用。3、紫外辐射 （6）400-320nm 起成形及着色作用，使颜色变深，叶片变厚等。 （7）320-290nm 对多数植物有害，可消毒土壤。 （8）1214h）白昼条件下，才能进入开花结实的植物。 例如：小麦、大麦、马铃薯、甜菜、豌豆、洋葱、白菜、油菜、胡萝卜、落叶松等原产高纬度的植物。 中性植物：这类植物对日照长短不敏感。 例如：西红柿、四季豆、黄瓜、茄子、荞麦等。 （3）植物的感光性 定义：植物对日照时间长短的反应
9、特性。 感光性强即反应敏感，感光性弱即反应迟钝。第三章 温度1 空气温度一、大气的热量传输 气温的非绝热变化：空气与外界有热量交换而引起的温度变化。 气温的绝热变化：空气与外界不发生热量交换，而是由外界压力的变化对空气做功，使空气体积变化而引起的温度变化。1、气温的非绝热变化 包括分子传导、辐射、流体流动热交换、潜热交换。（1）分子传导 分子传导：依靠分子的热运动将能量从一个分子传递给另一个分子，而达到热量平衡的传热方式。 地面和大气是热的不良导体，通过这种方式传递的热量很少，其作用仅在贴地气层较为明显。（2）辐射 辐射是物体之间根据各自温度高低通过辐射交换热量的传热方式。 大气主要靠吸收地面
10、长波辐射而增热，地面也吸收大气逆辐射，空气团之间也可以通过辐射交换能量。（3）流体流动热交换 有对流、乱流（湍流）、平流三种对流：暖空气上升，冷空气下降，这种升降运动叫对流。是对流层中热量交换的重要方式。湍流：空气的不规则运动叫湍流。在空气层间发生摩擦或沿粗糙不平的下垫面运动产生。对近地层小气候的形成起主要作用。平流：大规模空气的水平运动叫平流。是水平方向传递热量的主要方式。（4）潜热交换 是水汽在蒸发或凝结时吸收或放出的热量。 大气中水汽集中在5km以下大气层中，故潜热交换主要发生在对流层下半层。 地面和大气之间热量交换，以辐射为主。 在气层内，以对流和湍流为主，其次是潜热交换。 在不同纬度
11、和地区之间的热量交换以平流为主。 2、空气绝热变化绝热冷却：气块上升时体积膨胀对外做功而降温。 绝热增温：气块下沉时体积减小，外界对其做功而增温。 对于垂直运动的气团，其温度变化取决于气团内水汽含量的多少，所以绝热变化又分为干绝热变化和湿绝热变化两种。6（1）干绝热变化： 定义：干空气或未饱和的湿空气，在绝热上升或下降过程中的温度变化。 干绝热直减率rd：干绝热过程中其温度随高度的变化率，大概地，rd=1/100m（2）湿绝热变化 定义：饱和湿空气，在绝热上升或下降过程中温度变化。 湿绝热直减率rm：湿绝热过程中其温度随高度的变化率，平均值rm=0.5/100 m为什么rm 0的期间叫农耕期。
12、 5-早春作物开始播种，喜凉作物和树木停止或恢复生长。5的期间叫作物生长期。 10-春季喜温作物开始生长，喜凉作物开始迅速生长。秋季喜温作物停止生长。10的期间为喜温作物生长期。 15-喜温作物积极生长，早稻适宜移栽。15的期间是喜温作物安全生长期。 20-水稻安全抽穗、开花的指标，热带植物正常生长。20 为热带作物生长期。2、积温及其对作物生长发育的影响 积温即某一时段内逐日平均气温总和。 农业气象中常用活动积温和有效积温表示。 (1)活动温度：高于生物学下限温度（B）的日平均温度。ti 活动积温：生物某一生育期或全生育期中活动温度的总和。 (2)有效温度：活动温度与生物学下限温度（B）之差
13、。（ti-B） 有效积温：生物某一生育期或全生育期中有效温度的总和。积温在农业上的应用 （1）积温是作物与品种特性的重要指标之一。 在种子鉴定书上标明该作物品种从播种到开花、成熟所需的积温，可为引种与品种推广提供重要依据，避免引种与推广的盲目性。 （2）积温是热量资源的主要标志之一。 根据积温的多少，可确定作物在某地能否成熟，并预计能否高产。 通过积温分析可为各地确定种植制度提供依据。 （3）农业气象预报服务 可作为物候期预报、收获期预报、病虫害发生发展时期预报等的重要依据。 假设作物生育期所需要的积温是A，其生育期下限温度是B，完成该生育期需N天，则活动积温可以写成：Y=A+N B 若气象台
14、预报未来某时段平均温度是T,则Y=N T，所以 Y=A+N B=N T 求出:N=A/(T-B)第四章 水分1 大气湿度一、空气湿度的表示方法 1、绝对湿度 定义：单位体积空气中所含的水汽质量，也叫水汽密度。 表示空气中水汽的绝对含水量，常由水汽压计算得到。 2、水汽压（）和饱和水汽压（E） 水汽压：空气中水汽所产生的压强。 饱和水汽压：空气中水汽达饱和时的水汽压。 它与温度、物体状态、蒸发面形状、液体浓度有关。饱和水汽压随温度的升高而增大。干湿球温度表测湿原理8 当空气中水汽未达到饱和时，湿球表面的水分就不断蒸发，湿球因蒸发耗热而降温，当蒸发所消耗的热量与从周围空气中获得的热量平衡时，湿球温
15、度不再下降，干湿球温度就有一个差值。差值越大，说明空气湿度越小；差值越小，说明空气湿度越大。3、相对湿度（f） 定义：空气中实际水汽压（）与同温度下饱和水汽压（E）的百分比。 表达式：f（E）100%当e=E时,f =100%，空气达饱和,叫饱和状态； 当eE时,f 100%且无凝结现象发生,叫过饱和状态。相对湿度与气温和水汽含量有关。 1）水汽含量不变时，f与温度成负相关; 2）温度不变时，f与水汽含量正相关。4、饱和差（d） 饱和差：饱和水汽压与同温度下实际水汽压之差。即 d= E-e表示：在一定温度下，空气中水汽含量与饱和水汽含量的差距。 当空气中水汽含量不变时，d与气温正相关 常用于研
16、究水面蒸发时。5、露点温度（t d）空气中水汽含量和气压不变时，降低温度，使水汽达到饱和时的温度叫露点温度。 气压一定时，露点温度高低只与空气中水汽含量有关。水汽含量高，露点就高。 它反映了空气中实际含水量的多少。二、空气湿度的时间变化 （一）水汽压的变化 1、日变化：（1）单峰型（海洋型）： 一天中有1个最大值（1415时）和1个最小值（ 在日出前 ）。多出现在地面不缺水的湿润地区（海洋、大陆的冷季等）。 因为水汽压的大小直接取决于当地蒸发量，白天温度高，蒸发量多，水汽压也大；夜间温度低，蒸发量小，水汽压也小。 (2)双峰型（大陆型） 一天中有2个最高值和2个最低值。最高值在：910h，21
17、22h；最低值在：日出之前，1415h。 多出现于地面水分缺乏的干燥地区（沙漠、大陆的暖季）。 为什么会出现这种变化呢？P93因为水汽压要受蒸发量和乱流的双重影响。日出后地面增温，蒸发加快，使水汽压逐渐增大，同时由于地表增温，乱流交换加强，近地气层的水汽被传输到上层空间，使低层水汽压减小。所以在午后乱流最强时出现次低值，而乱流充分发展之前的910时出现次高值。下午乱流减弱，低层水汽又逐渐增大，到2122时以后，地面辐射冷却蒸发减弱，甚至有凝结现象发生，所以2122时出现最大值，清晨出现最小值。 2、年变化：与气温变化相似，主要取决于蒸发量的多少。 陆地上，最大值在7月，最小值在1月。 海洋上，
18、最大值在8月，最小值在2月。（二）相对湿度的变化： f=（e/E）100% 1、日变化：随气温升高而减小。温度增高时水汽压地表蒸发会加强，使空气中的实际水汽压增大，但e没有E增大的快，故相对湿度变小。 最大值出现在气温最低的 日出之前 ，最小值出现在气温最高的 14 15h。9 2、年变化：与气温相反。 一般地，冬季最大，夏季最小，这主要是温度影响饱和水汽压的结果。 但在季风区，夏季最大，冬季最小，因夏季风来自潮湿的海洋，冬季风来自干燥的内陆。2 水汽凝结和降水一、水汽凝结的条件 1、空气中水汽达到饱和或过饱和 即：f=e/E100% 1 通过以下途径实现： a、温度一定时，增加大气中水汽含量
19、。 b、使含有水汽的空气降温到露点以下。大气降温方式主要有：绝热降温、辐射降温、平流降温、混合降温。 2、要有凝结核存在二、水汽凝结物（一）地面上的凝结物1、露、霜当露点温度0，凝结形成的水滴叫露；当露点温度6km。一般不产生降水。冬季北方的卷层云偶有降雪。三、降水 （一）降水条件 1、使云滴充分增大。通过2种过程完成：凝结增大，云滴碰并增大。 2、空气中有丰沛的水汽。10人工降水：用人为的方法，增加云中的冰晶或使云中的冰晶和水滴增大而形成的降水。 1、用飞机把过冷却剂（干冰或其它化学药品）播撒在云中。 2、在云内播撒吸湿性好的凝结核（如食盐、碘化银、氯化钙、尿素等），使云滴之间相互合并，形成
20、大水滴，迅速降水。 （二）降水的种类 降水可以分为：雨、雪、霰、雹。(三)降水的表示方法 1、降水量：从云中降落到地面未经蒸发、渗透和流失的水层厚度（包括融化的固态降水）通常以mm为单位。 又分日总量、旬总量和年总量等。2、降水强度 降水强度：单位时间内的降水量。 常取10min，1h或1d为时间单位。降水等级划分：四、节水农业 节水农业 是通过灌溉措施和农业措施两条途径加以实现的。 节水节能的灌溉措施有：喷灌、微喷灌、滴灌、渗灌、保水剂、抗蒸腾剂等 。 农业措施主要指加强对农田水分的管理，增加土壤的蓄水保墒及对降水的渗透能力，提高土壤有效含水量及其利用效率，将有限的水量用在农业增产上。 如深
21、耕、少耕、免耕法，棉花覆膜法、秸杆还田法等。 滴灌 滴灌是利用一套低压管道系统以及分布在作物根部或埋入土壤内的滴头，将通过管道系统运过来的水一滴滴的经常而缓慢地滴在根系附近局部土层，使植物根系生长层内土壤经常保持适宜的土壤水分状况。需要时还可加入可溶性肥料，经管道系统进入田间。 第五章 气压与风第一节 气压与气压场 一、气压及其变化 （一）气压及其单位 1、气压：单位面积上所承受的大气压力。 2、单位：Pa(帕斯卡)、hPa(百帕)1hPa 100Pa1mb(毫巴)3/4mmHg1标准大气压760mmHg1013.2hPa（二）气压的变化 1、气压随时间的变化 （1）气压的周期性变化 主要有日
22、周期和年周期。 地面气压的 日变化有单峰、双峰和三峰等型式，最常见的是双峰型，即一天中有一个最高值、次高值和一个最低值、一个次低值，见图5.1 气压日变化和气温日变化、大气潮汐密切相关。 气温高时，低层空气受热上升使地面减压；温度低时，空气收缩，气压升高。 因气温对气压的影响需要经历一段时间，所以气压极值出现的时间落后于气温。双峰型 表现规律：一般是清晨气压升高，910时出现最高值，以后气压下降，到1516时出现最低值，此后又逐渐升高，到2122时出现次高值，以后再度下降，到次日34时出现次低值。 形成原因： A、一日间增温和降温交替所产生的大气半日振动周期。 B、由日月引力引起的大气潮汐有关。气压年变化
