大气圈与气候系统

1.大气的组成和热能

1.1 大气的成分

  1. 成分

    1. 定常成分：氮、氧、氩、惰性气体

    2. 可变成分

  2. 组成

    1. 干洁空气

    2. 水汽

    3. 固体杂质液体颗粒（悬浮颗粒）

  3. 三态组成

    1. 固态：冰晶、悬浮的杂质

    2. 液态：水滴

    3. 气态：氮气、氧气、水汽等

1.2 大气的结构

1.3 大气的热能

![[大气圈与气候系统-20240926095222851.webp]] 系统能量平衡公式：$In=Output+\Delta S$ 地表能量平衡公式：$R_n = LE + H +G$ $R_n:$地面净辐射 $LE$:潜热通量,为地面水分蒸发或凝结所产生的潜热交换 $H$:感热（显热）通量，即地面与大气之间的湍流交换热量 $G$:土壤热通量，即地面与下层土壤之间的热传导交换量

能量收支差额的变化

  1. 日变化

  2. 年变化

    1. 纬度因素

      1. 长短波因素（含大气环流和海洋环流的影响） ![[大气圈与气候系统-20240926100825555.webp|190]]

1.4 气温

气温是大气热力状况（即空气冷热程度）的数量度量。 目前，气象观测和记录的气温，是指离地面一定高度上（我国规定离地面1.5m高），放在百叶窗箱里的温度计测得的空气温度。

气温的周期性变化

  1. 日变化

    1. 日较差（一天中气温的最高值与最低值之差）

    2. 影响因素：

      1. 纬度

      2. 季节

      3. 地表性质

      4. 天空状况

  2. 年变化

    1. 年较差

      1. 纬度

        1. 气温的年较差随纬度的增加而增大

      2. 地表性质

        1. 陆地上空的气温最低值多出现在 1月，最高值多出现在7月

        2. 海洋上空气温最低值多出现在2月，最高值多出现在 8月

气温的水平分布

  1. 等温线

    1. 等温线的不同的分布形式表示不同的气温分布特点

      1. 等温线稀疏，表示气温分布较均匀

      2. 等温线密集，表示各地气温相差较大

      3. 封闭的等温线则表示存在冷或暖中心

  2. 全球气温的水平分布具有以下特征

    1. 气温由赤道向两极逐渐降低。冬季（夏季）等温线密集（稀疏），表明冬季（夏季）温度 梯度大（小）。 •

    2. 北半球等温线与纬圈不平行，有较大的弯曲。南半球海洋上等温线基本平行。反映了地表 性质、大气和洋流的运动对气温的影响。 •

    3. 全球气温最高的热赤道与地理赤道不吻合，其位置随太阳直射点的南北位移而变化，夏季 在20°N左右，冬季在5°N ~ 10°N，显示了云量对太阳总辐射的影响 •

    4. 南半球不论冬夏，最低温度都出现在南极。北半球夏季最低温度出现在极地，冬季最低气 温出现在西伯利亚，这与地形及冷空气的路径有关。

  3. ![[大气圈与气候系统-20240926102000374.webp]]

  4. 热赤道的影响因素------热赤道在北半球

气温的垂直分布

  1. 近地表气温的总趋势是随高度升高而降 低 •

    1. 气温直减率0.65 ℃ /100m

  2. – 有时会出现上层温度比下层高的逆温现象（Temperature inversion ）

    1. 辐射逆温 由于地面强烈的辐射冷 却形成的逆温称为辐射逆温

    2. 平流逆温 由于暖空气平流到冷的 地表上形成的逆温称为平流逆温

    3. 下沉逆温 由于整层空气下沉、压 缩, 顶部空气的增温比底部多而形 成的逆温称为下沉逆温。

    4. 锋面逆温 由于冷空气密度大于暖 空气，暖空气位于冷空气之上，这 样形成的逆温为锋面逆温。

大气水分和降水

[!important] P:降水 T:温度

2.1 大气湿度相关概念

  1. 水汽压和饱和水汽压

    1. 水汽压(vapor pressure)：大气中水汽产生的那部分压力 。其大小直接反映大气中水汽含量的多少。

    2. 饱和水汽压(saturation vapor pressure)：温度一定时，单位体积 空气中容纳的水汽量达到到其上限时的水汽压

    3. 饱和水汽压取决于温度。饱和水汽压随温度升高而增大。

  2. 饱和水汽压差（VPD） 是指在一定温度下饱和水汽压E与空气中的 实际水汽压e之间的差值（即E - e），反映实际空气距离水汽饱和 状态的程度

[!important] 温度升高，水汽增加（和饱和水汽压一个道理） 所以大暴雨和全球变暖有关，干旱也有关

  1. 绝对湿度 (Absolute humidity)

    1. 指单位体积空气（干空气与水汽混合体）中所含的水汽质量， 即为空气中的水汽密度。单位为$g/m^3$

  2. 相对湿度 (Relative humidity)

    1. 单位体积空气内实际所含的水气密度（d）和同温度下饱和水气密度（D）的百分比，即RH（%）= d / D x 100%

  3. 比湿 (Specific humidity)

    1. 一团湿空气中,水汽的质量与该团空气的总质量（水汽质量加 上干空气质量）的比值，单位为g/kg

  4. 露点温度 (dew point temperature)

    1. 在固定的气压与水汽含量条件之下，空气中所含的气态水达到饱和而 凝结成液态水所需要冷却到的温度，简称露点。

    2. 露点完全由空气的水汽压决定

[!question] 温度升高，饱和水汽压如何变化，气压如何变化 饱和水汽压变大 大气压变小 大气压变小原因：问题讲述的是开放系统，空气密度变小，大气压变小 相反的在密闭系统情况有所不同

湿度的变化与分布

  1. 日变化

    1. 温度升高

      1. 相对湿度变小（饱和增加的快）

  2. 年变化

    1. 根据前面的判断，应该是冬天相对湿度大

    2. 但是，我们处于季风区，夏天有来自海洋的季风，冬天把水汽吹走了，所以情况相反

  3. 空间变化

    1. 纬度因素：

      1. 赤道高温多雨：湿度大；高纬度低温：湿度大；中纬度相对较小

    2. 海陆因素：

      1. 海洋湿度大，距离海洋近，湿度也大

蒸发和凝结

蒸发及影响因素

e< E :出现蒸发，反之相反

[!tip] 在水文过程中，垂直尺度上的度量一半用mm，水平上的度量一半用$mm^3/s$

  1. 蒸散发(ET)-大气圈、水圈和生物圈能量与水分交换的重要环节

    1. E:蒸发(Evaporation)-液态水由地表（土壤、河湖、植物转发为气态的过程

    2. T:蒸腾(Transpiration)-水分从活的植物体表面（主要是叶子）以水蒸气状态 散失到大气中的过程

[!question] ![[大气圈与气候系统-20240926111604982.webp]] 读图：

  1. 温度对于蒸腾作用的影响大于蒸发作用

蒸散发量的测定方法

  1. 仪器

    1. 蒸发皿

    2. 称重蒸渗仪：测的是ET，就是只考虑植物的重量增长主要来自水，如果是草的话，C的增长可以不计

  2. 公式

    1. 水量平衡法

    2. 能量平衡法

    3. 空气动力学与能量平衡混合模型 （FAO56)

    4. 经验公式 (Priestley-Tayler)

[!question] 海上蒸发

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