第一章海洋气象要素第一节大气概述一.几个重要的专业术语 1.大气（Atmosphere）：包围地球表面的整个大气层。

2.气象要素（Meteorology elements）：反映大气状态的物理量或物理现象，主要有：气温、气压、风、湿度、云、能见度和天气现象P40。

3.天气(Weather)：指一定区域在较短时间内各种气象要素的综合表现。

天气表示大气运动的瞬时状态。

4.气候 (Climate)：指某一区域天气的多年平均特征，其中包括各种气象要素的多年平均及极值。

气候表示长时间的统计平均结果.二、大气成分1.大气主要成分：大气主要由多种气体（干空气）、水汽和悬浮的杂质构成。

（1）干空气（Dry air）:（除水汽和杂质以外的空气）主要成分为氮（78.09%）、氧(20.95%)、氩（0.93%）、二氧化碳（0.03％）。

稀有气体：氢、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧等。

（2）大气是可压缩气体，大气密度随高度增加而迅速减少。

观测表明，10公里以内集中了75%的大气质量，35公里以下则达99%，近地面空气标准密度为 1.293千克/立方米。

影响天气气候变化的主要大气成分为二氧化碳、臭氧和水汽。

2.大气中的易变成分（1）二氧化碳（carbon dioxide）:平均含量0.03%,若达到0.2-0.6％，就对人体有害。

二氧化碳能强烈地吸收和放射长波辐射，•对地面和大气的温度分布有重要影响，类似温室效应，直接影响气候变迁。

含量城市多于农村，夏季多于冬季，室内多于室外。

（2）臭氧（ozone）：主要存在于20-40公里气层中，又称臭（ Ozonsphere）。

臭氧是吸收太阳紫外线的唯一大气成分，若没有臭氧层，人类和动物、•植物将受到紫外线的伤害。

（3）水汽（vapour）：含水汽的空气叫做湿空气（wet air）。

空气中的水汽含量随纬度、时间、地点而变化。

湿空气在同一气压和温度下，只有干空气密度的62.2％。

大气中水汽含量范围在0～4％，具有固、气、液三态，是常温下发生相变的唯一大气成分，它也是造成云、雨、雪、雾等现象的主要物质条件。

水汽能强烈地吸收和放出长波辐射，并在相变过程中吸收和放出潜热能，对地面和空气的温度影响很大。

（4）杂质：悬浮在空气中的固体或液体微粒，主要包括尘埃、烟粒、细菌、病毒、花粉和微小盐粒等。

它们主要集中在大气的低层，影响能见度，能吸收部分辐射，并对太阳辐射具有散射作用。

在水汽相变过程中，杂质可以作为凝结核。

三.大气的垂直分层根据气温、水汽的垂直分布、大气扰动和电离现象等要素的变化规律，可将大气分为五个层次。

1.对流层（Troposphere）：下界为地面，上界随度和季节变化，平均厚度10-12公里。

通常在高纬为6-8Km，中纬度10-12Km，低纬度17-18Km。

夏季对流层的厚度比冬季高。

对流层集中了大气质量的80％和全部水汽，与人类关系最为密切，大气中几乎所有的物理和化学过程都发生在该层。

对流层具有三个主要特征。

⑴气温随高度而降低。

平均幅度为-0.65℃/100m。

即γ＝0.65℃/100m 称γ为气温垂直递减率。

⑵具有强烈的对流和湍流运动。

是引起大气上下层动量、热量、能量和水汽等交换的主要方式。

⑶气象要素沿水平方向分布不均匀。

如温度、湿度等。

2.平流层（Stratosphere）：厚度：自对流层顶到大约55Km左右。

特点：①空气的垂直运动比较弱，主要是水平运动。

②水汽含量少。

③气温随高度递增（最初等温，到20-25Km气温突增，主要是臭氧吸收太阳紫外线）。

④气层稳定利于飞机飞行。

3.中间层（Mesosphere）：厚度：自平流层顶到85Km左右。

特点：①温度随高度迅速下降（无臭氧，有强烈垂直运动）。

②大约在65Km处是电离层，白天强，夜间弱。

4.热层（Thermosphere）：厚度：85-800Km。

特点：①气温随高度迅速增加。

②空气高度电离，•又称电离层。

•电离层的程度也有差别，比较强的为E层（100-120Km）和F层（200-240Km），反射无线电波，对通信有重要意义。

5.逸散层（Exosphere）:厚度：800Km以上。

特点：气温也随高度增加，大气质点摆脱地球引力的束缚，向星际空间散逸。

※大气的垂直高度（大气上界）：大气很难定出上界，一般以物理现象发生的最高高度为上界。

极光发生在高纬度不同高度上，但最高达到1000-1200Km作为大气的物理上界.•但由卫星探测的大气上界为2000-3000Km。

四. 摩擦层与自由大气根据大气运动的不同特征通常将对流层分为：1.摩擦层(friction layer) ：摩擦层又称边界层，从地面到1Km高度，其厚度夏季高于冬季，白天高于夜间。

湍流输送是该层的基本运动特点。

2.自由大气(free atmosphere) ：自由大气的基本运动形式是波动，地面摩擦作用减小，可忽略不计，这样大气的运动显得比较简单和清楚。

3.对流层顶：厚度约为1-2Km，温度随高度呈等温或逆温状态。

五.大气和海洋污染1.大气污染：二氧化碳的逐年增多将导致地球变暖并引起全球天气和气候的异常变化。

导致极冰融化、海面上升、一些陆地和港口将被淹没。

另外，大气中的粉尘、二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、硫化氢、碳氢化合物和氨等。

严重污染大气，对人类造成极大危害。

2.海洋污染：污染途经是降水、江河经流、大气环流、涨落潮、污水排放、海上采油采矿和船舶排污。

其污染具有污染源广、持续性强、扩散范围大、危害严重等特点。

必须严格遵守《防止船舶污染海洋的国际公约》。

否则，制裁是相当严厉的。

第二节气温（Air Temperature）一、气温概述气温是大气的重要状态参数之一，是天气预报的直接对象。

气温的分布和变化与气压场、风场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现象密切相关。

1.定义：气温是表示空气冷热程度的物理量。

可以通过温度表或温度计直接测得。

2.温标及其换算：温度的数值表示法称温标。

常用的温标有三种。

①摄氏温标℃：把水的冰点温度定为0℃，沸点为100℃，多数非英语国家使用。

②华氏温标°Ｆ：水的冰点温度定为32°F，沸点212°F。

一些英语国家多使用。

摄氏与华氏的关系： C=5/9(F-32) F=9/5 C+32③绝对温标(K氏温标) K：水的冰点温度定为273K，沸点为373K（由英国物理学家Kelvin提出）。

多用于理论计算。

关系： K＝273＋C3.控制气温变化的因子：①太阳、地面和大气辐射：辐射的基本特性在自然界中凡高于绝对零度的物体均发出电磁波，电磁波按其波长分为γ射线、X射线、可见光、红外线和无线电波。

温度高，辐射强，多为短波；温度低，辐射弱，多为长波。

不同波长的辐射具有不同的吸收，反射和透射特性。

物体因放射辐射消耗内能而使本身的温度降低，同时又因吸收其它物体放射的辐射能并转变为内能而使本身的温度增高。

太阳（表面温度约为6000K）放出短波辐射（0.15～4μm）。

地面和大气（温度约为300K）放出长波辐射(3～120μm)。

太阳辐射是地球和大气的唯一能量来源。

若将太阳对地球大气系统的辐射作为100份，其中地球大气系统反射和散射占30份，大气吸收占19份，地球表面吸收51份。

地球表面通过长波辐射（21份）、热传导（7份）和水汽相变（23份）等过程释放能量，大气在吸收太阳短波辐射和地面长波辐射的同时又放出长波辐射（19份），最终向外层空间的辐射总量也为100份，使地球大气系统的温度保持恒定。

地球表面接收到的太阳辐射随纬度是不均匀的，而地球表面放出的长波辐射随纬度变化不大，因此，全年平均而言，赤道热带地区得到热量，极地高纬地区失去热量（如图）。

大气和海洋中热量的经向交换，使各纬度带的年平均气温变化保持恒定。

②空气增热和冷却方式 空气的增热和冷却主要是非绝热过程引起的，受下垫面的影响很大。

下垫面是泛指不同性质的地球表面。

下垫面与空气之间的热量交换途径有以下几种：A.热传导（Conduction）：空气与下垫面之间，通过分子热传导过程交换热量，又称感热。

空气是热的不良导体。

仅在贴近地面几厘米以内明显，故通常不予考虑。

B.辐射（Radiation）：地气系统热量交换的主要方式。

地面吸收太阳短波辐射，放射出长波辐射加热大气。

如白天辐射增温，夜间辐射冷却。

C.水相变化：水有液态、气态和固态之间的变化。

液体水蒸发，吸收热量；水汽凝结放出热量。

一般下垫面水蒸发，吸收热量；上空水凝结放出热量。

从而通过水相变化将下垫面的热量传给上层大气。

D.对流（Convection）：一般将垂直运动称对流，对流又分热力对流和动力对流。

由于空气受热不均引起有规则的热空气上升冷空气下沉称热力对流。

由于动力作用造成的对流运动称动力对流，如空气遇山爬升等。

E.平流（Advection）：水平运动称平流。

平流是大气中最重要的热量传输方式，范围大，持续时间长。

如南风暖、北风寒、东风湿、西风干。

平流是指某种物理量的水平输送，如温度平流、湿度平流等。

F 乱流：又称湍流（Turbulence），是空气不规则的运动。

乱流是摩擦层中热量、能量和水汽交换的主要方式。

综上所知，空气与下垫面之间的热量交换是通过多种途径进行的。

通常，地面与大气之间的热量交换以辐射为主，乱流和水相变化次之；各地空气之间的热量交换以平流为主；上下层空气之间的热量交换以对流和乱流为主。

在非绝热过程中，当空气上升时，膨胀降温；下降时，压缩增温。

③海陆热力性质差异对气温变化的影响海面和陆面是两种热属性很不相同的下垫面 , 如果吸收同样的热量 , 海面温度与陆面温度的变化有很大不同 , 海面变化缓和 , 陆面变化剧烈。

这是因为A.热容量的差异：海水的容积热容量 (1cnf 海水升温 1 ℃所需要的热量 ) 大约为土壤容积热容量的 2 倍 ( 约为空气容积热容量的 3100 倍)。

因此 , 在热量收支相同的情况下 , 水面温度变化比土壤温度小很多，海面温度的升降不及陆面的一半。

B.物态的差异：海水是液体具有流动性。

通过对流和乱流向较深层次传播 , 还有水平方向的流动 , 热量向较大的范围传播。

海水是透明的，太阳辐射穿透陆地只限于表面一个薄层 , 在海洋上太阳辐射却可达几十米深 , 因此同样多的太阳辐射在海洋中分配在相当深的水层中, 引起水层温度升高不会太大；而大陆上太阳辐射却集中在一浅层，能引起温度较大幅度升高。

因此陆面温度比海面温度对太阳辐射敏感得多。

C.蒸发的差异：海水吸收太阳热量之后 , 温度可以增高 , 但是温度愈高,蒸发愈快，因蒸发要消耗大量的热量 , 所以就限制了海面温度的上升。

陆地虽然也含有水分 , 也发生蒸发作用 , 但它所含的水分远不如海洋充足 , 不容易得到蒸发的调剂作用 ,因此 ,陆面温度的变化显得格外剧烈；另外, 海洋上由于蒸发旺盛 , 使云量增多 , 这样在白天能减弱透达海面的太阳辐射, 在夜间又能避免海面辐射的大量损耗, 使海面温度变化趋于和缓。