第三章-基本气象要素

2/17/2020中国民航大学空管学院温、压、湿三个基本气象要素Page2中国民航大学空管学院气象要素表示大气状态的物理量和物理现象通称为气象要素。气温、气压、湿度等物理量是气象要素风、云、降水等天气现象也包含诸多气象要素Page3中国民航大学空管学院一、大气温度（一）气温的概念（二）气温的变化（三）气温的表示Page4中国民航大学空管学院（一）气温的概念表示空气冷热程度的物理量，实质是空气分子平均动能大小的宏观表现。一般生活中所说的气温－－气象观测所用的百叶箱中离地面1.5米高处的温度。Page5中国民航大学空管学院温标气温通常用三种温标：（1）摄氏温标（Celsius、centigrade）温标（ºC）：（2）华氏温标（Fahrenheit）温标（ºF）：（3）开氏温标（Kelvin）温标（K）：Page6中国民航大学空管学院（二）气温变化1、非绝热变化(Non-adiabaticChange)指空气块通过与外界的热量交换而产生的温度变化Page7中国民航大学空管学院1、非绝热变化辐射：空气块之间、地气之间、云之间传导：只要气块间有温差，就有热量传导湍流：乱流使空气微团产生混合，气块间热量也随之得到交换。非绝热变化的方式Page8中国民航大学空管学院相变产生的热量通过空气运动使得热量被传送水相变化：水通过相变释放热量或吸收热量，引起气温变化。Page9中国民航大学空管学院空气块与外界没有热量交换，仅由于外界环境压强变化，使气块膨胀或压缩而引起气块温度变化。是成云致雨的主要途径（二）气温变化2、绝热变化（AdiabaticChange）：Page10中国民航大学空管学院2、绝热变化1）干空气温度的绝热变化：干空气在绝热过程中，温度变化的直接原因是气压的变化。干绝热直减率（rd）：干空气在绝热上升（下降）过程中，每上升（下降）单位距离的温度变化。实际工作中，常取rd=1oc/100mPage11中国民航大学空管学院2）湿空气温度的绝热变化：对于未饱和湿空气：在绝热变化过程中，没有水相变化，可视为干绝热过程当未饱和湿空气上升达到饱和状态开始凝结，就变为饱和湿空气，始终保持饱和状态的气块所作的绝热过程，称为湿绝热过程。湿绝热直减率（rm）：饱和湿空气绝热上升单位距离时的温度变化。2、绝热变化Page12中国民航大学空管学院当饱和时空起从上升运动转为下降运动时，有两种情况上升时产生的凝结物全部留在气块中，气块绝热上升的减温率＝气块下降时的增温率，过程可逆，称为可逆湿绝热过程。气块上升时产生的凝结物全部陆续脱离气块，气块不携带凝结物下降，当气块下降到原先的起始高度时，温度将比原来的高。过程不可逆，称为假绝热过程。2、绝热变化Page13中国民航大学空管学院2、绝热变化总结绝热变化过程有两种情况（1）干绝热过程（2）湿绝热过程Page14中国民航大学空管学院（1）干绝热过程在绝热过程中，如果气块内部没有水相的变化，叫干绝热过程（即干空气或未饱和空气的绝热过程）干绝热直减率γd≈1℃/100mPage15中国民航大学空管学院（2）湿绝热过程在绝热过程中，如果气块内部存在水相变化，叫湿绝热过程湿绝热直减率，用γm表示γm=0.4～0.7℃/100mPage16中国民航大学空管学院当气块作水平运动或静止不动时，非绝热变化是主要的，当气块作垂直运动时，绝热变化是主要的。实际大气中的温度变化Page17中国民航大学空管学院局地气温的变化气温的周期变化日较差年较差Page18中国民航大学空管学院北京十月份气温平均日变化Page19中国民航大学空管学院北京、广州气温的年变化Page20中国民航大学空管学院气温的非周期变化由于大规模冷暖空气运动和阴雨天气的影响而产生的温度变化，没有周期性。局地气温的变化Page21中国民航大学空管学院三、气温的表示天气图上表示某台站各物理量的符号。某时刻测到的该台站的地面气温数值（单位：摄氏温标）。Page22中国民航大学空管学院二、大气压强（一）气压概念（二）气压的单位（三）气压随高度的变化（四）航空上常用的几种气压（五）气压与高度（六）气压随时间的变化（七）水平气压场Page23中国民航大学空管学院（一）气压概念气压即大气压强，是指与大气相接触的面上，空气分子作用在每单位面积上的力。在气象上，通常用测量高度到大气上界的单位横截面积上的垂直大气柱的重量来表示。Page24中国民航大学空管学院（二）气压的单位百帕：hPa毫米汞柱：mmHg英寸汞柱：inHg1个大气压=1013.25hPa=760mmHg=29.92inHg1mmHg≈1.333hPa1hPa≈0.75mmHgPage25中国民航大学空管学院规律：气压总是随高度递减随高度递减的快慢程度：低层较快，高层较慢。在近地面层中，高度每升高100米，气压约降低12.7hPa（9.5mmHg）。图示（三）气压随高度的变化Page26中国民航大学空管学院气压随高度增加而降低：在大气处于静止状态时，某一高度上的气压值等于其单位水平面积上所承受的上部大气柱的重量。随着高度增加，其上部大气柱越来越短，且气柱中空气密度越来越小。（三）气压随高度的变化Page27中国民航大学空管学院1.大气静力学基本方程（EquationofStaticEquilibrium）大气静力学基本方程（简称静力方程）表示：大气在垂直方向上所受的作用力达到平衡时，气压随高度变化的定量关系，即dp=-ρgdz静止大气中气压随高度的变化特点：△Z不变的情况下，随高度增加，空气密度减小，△P随之减小。即随高度增加，气压随高度降低的越慢。→同一高度处，气温高的地区气压降低得比气温低的地区慢。（三）气压随高度的变化－方程Page28中国民航大学空管学院1.大气静力学基本方程2.压高公式（Barometricheightformula）压高公式－－压力和高度间的定量关系：z2-z1=18400(1+αtm)lg(p1/p2)其中α=1/273，tm为气温可用于标准大气条件下气压与高度间的换算，并根据这些数据制作飞机上的气压高度表。三、气压随高度的变化－方程Page29中国民航大学空管学院单位气压高度差（h）在铅直气柱中，气压变化1hpa时所对应的高度差，称为单位气压高度差。dp=-ρgdz-dZ/dP：单位气压高度差hh=-dZ/dP=1/ρgh的大小表示气压随高度变化的快慢。高空的h比低空的h大。低层、高层大气密度不同在暖的地方，单位气压高度差h比冷地方要大。温度越高，空气密度越小近地面高度每增加30ft，气压约下降1hpa。Page30中国民航大学空管学院（四）航空上常用的几种气压1、本站气压2、修正海平面气压3、场面气压4、标准海平面气压Page31中国民航大学空管学院1.本站气压（stationpressure）本站气压是指气象台气压表直接测得的气压；由于各测站所处地理位置及海拨高度不同，本站气压常有较大差异。每小时测定一次。Page32中国民航大学空管学院2.（修正）海平面气压－QNHsea-levelpressure（修正）海平面气压是由本站气压按标准大气条件推算到同一地点海平面高度上的气压值。海拨高度大于1500米的测站不推算（修正）海平面气压。海平面气压用于绘制地面天气图。Page33中国民航大学空管学院3.场面气压－QFEaerodrome/surfacepressure场面气压一般是指离跑道面三米高(相当于飞机重心高度)处的气压。《国际民用航空公约》附件三中，建议用着陆跑道入口端处的气压，通常可用机场标高处的气压代替。多在飞机起飞和着陆时使用。场面气压由本站气压推算出来的。Page34中国民航大学空管学院4.标准海平面气压－QNEstandardatmosphericpressure大气处于标准状态下的海平面气压称为标准海平面气压。值为1013.25hPa或760mmHg用于飞机在航线上的飞行。Page35中国民航大学空管学院(五)气压与高度1、飞机上常用的测高方法及特点2、飞行中常用的气压高度Page36中国民航大学空管学院1、飞机上常用的测高方法及特点无线电高度表测高较精确地测得飞机距地表的距离。飞机离地后无线电高度表就开始连续工作一直到飞机接地。气压式高度表测高根据气压随高度变化原理可以表示飞机相对高度的高低。Page37中国民航大学空管学院2、飞行中常用的气压高度①场面气压高度（QFE）②标准海平面气压高度（QNE）③修正海平面气压高度（QNH）Page38中国民航大学空管学院①场面气压高度（QFE）为使气压高度表指示场面气压高度，需将气压高度表的气压刻度拨正到场压值上。民航目前不报场压。Page39中国民航大学空管学院②标准海平面气压高度（QNE）飞机在航线上飞行时使用在航线飞行，按QNE拨正高度表，此时高度表指示的是气压海拔高度而并非实际的海拔高度（除非是在标准大气中）。它使得所有在航线上飞行的飞机都有相同的“零点”高度,并按此保持航线规定的仪表高度飞行，避免飞机空中相撞。Page40中国民航大学空管学院③修正海平面气压高度（QNH）若采用QNH拨正高度表，则表示同一点海平面高度的高度值；高度表指示高度减去机场标高就等于飞机距机场跑道面的高度。Page41中国民航大学空管学院④假定零点高度当QFE拨正值不在高度表的设计可调范围之内时，无法采用QFE拨正，就以QNE作为拨正基准，当飞机停在道面上时，高度表指针读数相当于场压高“0”。由于它与障碍物标高的基准面不同，给飞行员确定超障余度造成困难。Page42中国民航大学空管学院（六）气压随时间的变化任何地方的气压都在随着时间的不同而改变。气压的周期性变化：日周期变化：最高值：上午9－10点最低值：下午15－16点次高值：21－22点次低值：次日凌晨3－4点年周期变化：随海陆、地理纬度不同。Page43中国民航大学空管学院（六）气压随时间的变化气压的非周期性变化：气压变化不存在固定的周期。实际的气压变化是这两种变化因素综合作用的结果（主要作用，次要作用，不固定，有时双方还会互相转化）。热带地区，气压的周期性变化较明显；中纬度地区，气压的非周期性变化较大。Page44中国民航大学空管学院（七）水平气压场水平气压场指某一水平面上的气压分布将海拔高度在1500m以下的各气象观测站推算出的海平面气压填在一张图上，绘出等压线，则可显示海平面上的气压分布Page45中国民航大学空管学院①表示气压场的方法等压线：气压相同各点的连线等压面：曲面，气压比四周高的地方，等压面上凸，气压比四周低的地方，则等压面下凹。Page46中国民航大学空管学院②气压梯度方向：垂直于等压面从高压指向低压大小：沿这个方向单位距离内的气压差用-ΔP/ΔN表示水平气压梯度大小：Gn=-ΔP/Δn方向：垂直于等压线，从高压指向低压。Page47中国民航大学空管学院水平气压梯度Page48中国民航大学空管学院在天气图上，等压线的疏密程度，反映了水平气压梯度的大小。等压线越密，水平气压梯度越大，等压线越稀疏，水平气压梯度越小。Page49中国民航大学空管学院③气压场的基本形式低压（LowPressure；Cyclone）高压（HighPressure；Anticyclone）低压槽（Trough）高压脊（Ridge）鞍形气压区（Col）Page50中国民航大学空管学院③气压场的基本形式Page51中国民航大学空管学院天气图实例Page52中国民航大学空管学院等压面图实例Page53中国民航大学空管学院三、大气湿度（一）湿度表示法（二）湿度的变化Page54中国民航大学空管学院大气湿度空气湿度就是用来量度空气中水汽含量多少或空气干燥潮湿程度的物理量。绝对湿度a水汽压e饱和水汽压E比湿q相对湿度f露点td温度露点差Page55中国民航大学空管学院1.水汽压(watervaporpressure)（e）大气中的水汽所产生的那部分压力。它是大气压力的一