1、第五節(jié)第五節(jié) 大氣溫度的空間分布大氣溫度的空間分布一一 氣溫的水平分布?xì)鉁氐乃椒植細(xì)鉁氐姆植纪ǔＳ脷鉁氐姆植纪ǔＳ玫葴鼐€圖等溫線圖表示。表示。所謂等溫線就是地面上氣溫相等的各地點(diǎn)的連線所謂等溫線就是地面上氣溫相等的各地點(diǎn)的連線 等溫線的不同排列，反映出不同的氣溫分布特點(diǎn)。如等溫線稀疏，等溫線的不同排列，反映出不同的氣溫分布特點(diǎn)。如等溫線稀疏，則表示各地氣溫相差不大。等溫線密集，表示各地氣溫懸殊。等溫線則表示各地氣溫相差不大。等溫線密集，表示各地氣溫懸殊。等溫線平直，表示影響氣溫分布的因素較少。等溫線的彎曲，表示影響氣溫平直，表示影響氣溫分布的因素較少。等溫線的彎曲，表示影響氣溫分布的因素較多

2、分布的因素較多 影響氣溫分布的主要因素有三，即影響氣溫分布的主要因素有三，即緯度、海陸和高度緯度、海陸和高度 在繪制等溫線圖時(shí)，常把溫度值訂正到同一高度即海平面上，在繪制等溫線圖時(shí)，常把溫度值訂正到同一高度即海平面上，以便以便消除高度的因素消除高度的因素，從而把緯度、海陸及其它因素更明顯地表，從而把緯度、海陸及其它因素更明顯地表現(xiàn)出來現(xiàn)出來第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度 通常以通常以 1 月代表北半球的冬季和南半球的夏季月代表北半球的冬季和南半球的夏季， 7 月代表北半球的夏季和南半球的冬季月代表北半球的夏季和南半球的冬季。 對(duì)冬季和夏季地球表面平均溫度分布的特征，可作如下分析

3、對(duì)冬季和夏季地球表面平均溫度分布的特征，可作如下分析 在全球平均氣溫分布圖上，明顯地看出，赤道地區(qū)氣溫高，向在全球平均氣溫分布圖上，明顯地看出，赤道地區(qū)氣溫高，向兩極逐漸降低，這是一個(gè)基本特征。兩極逐漸降低，這是一個(gè)基本特征。 在北半球，等溫線在北半球，等溫線 7 月比月比 1 月稀疏。這說明月稀疏。這說明 1 月北半球南北溫度差大于月北半球南北溫度差大于 7 月月 冬季北半球的等溫線在大陸上大致凸向赤道，冬季北半球的等溫線在大陸上大致凸向赤道，在海洋上大致凸向極地，而夏季相反在海洋上大致凸向極地，而夏季相反 最高溫度帶并不位于赤道上，而是冬季在最高溫度帶并不位于赤道上，而是冬季在 5o 一一

4、 10oN 處，夏季移到處，夏季移到 20oN 左右。左右。 南半球不論冬夏，最低溫度都出現(xiàn)在南極。北半球僅夏季最低溫度南半球不論冬夏，最低溫度都出現(xiàn)在南極。北半球僅夏季最低溫度出現(xiàn)在極地附近，而奢冬季最冷地區(qū)出現(xiàn)在東部西伯利亞和格陵蘭地區(qū)。出現(xiàn)在極地附近，而奢冬季最冷地區(qū)出現(xiàn)在東部西伯利亞和格陵蘭地區(qū)。在對(duì)流層內(nèi)各高度的氣溫垂直變化是因時(shí)因地而不同的在對(duì)流層內(nèi)各高度的氣溫垂直變化是因時(shí)因地而不同的 二、對(duì)流層中氣溫的垂直分布二、對(duì)流層中氣溫的垂直分布在對(duì)流層中，總的情況是氣溫隨高度而降低在對(duì)流層中，總的情況是氣溫隨高度而降低 對(duì)流層的中層和上層受地表的影響較小，氣溫直減率的變化比對(duì)流層的中層

5、和上層受地表的影響較小，氣溫直減率的變化比下層小得多。在下層小得多。在中層氣溫直減率平均為中層氣溫直減率平均為 0 . 5 一一 0 . 6 l00m ，上層平均為上層平均為 0 . 65 一一 0 . 75 l00m 。 對(duì)流層下層對(duì)流層下層（由地面至（由地面至 2km ）的氣溫直減率平均為）的氣溫直減率平均為 0.3-0.4 l00m 。但由于氣層受地面增熱和冷卻的影響很大，氣溫直減率隨地面性質(zhì)、季節(jié)、但由于氣層受地面增熱和冷卻的影響很大，氣溫直減率隨地面性質(zhì)、季節(jié)、晝夜和天氣條件的變化亦很大晝夜和天氣條件的變化亦很大 夏季白晝，在大陸上，當(dāng)晴空無云時(shí)，地面劇烈地增熱，底層夏季白晝，在大陸

6、上，當(dāng)晴空無云時(shí)，地面劇烈地增熱，底層（自地面至（自地面至 300 一一 50om 高度）氣溫直減率可大于干絕熱率（可達(dá)高度）氣溫直減率可大于干絕熱率（可達(dá) 1.2-1.5 l00m ） （一）（一） 輻射逆溫輻射逆溫 由于地面強(qiáng)烈輻射由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，冷卻而形成的逆溫，稱為輻射逆溫稱為輻射逆溫 圖圖 2 35 表明輻射表明輻射逆溫的生消過程。逆溫的生消過程。 圖中圖中 a 為輻射逆溫形成前的氣溫垂直分布情形為輻射逆溫形成前的氣溫垂直分布情形 在晴朗無云或少云的夜間，地面很快輻射冷卻，貼近地面的氣層在晴朗無云或少云的夜間，地面很快輻射冷卻，貼近地面的氣層也隨之降溫。由于空氣愈靠

7、近地面，受地表的影響愈大，所以，離地也隨之降溫。由于空氣愈靠近地面，受地表的影響愈大，所以，離地面愈近，降溫愈，離地面愈遠(yuǎn)，降溫愈少，因而形成了自地面開始的面愈近，降溫愈，離地面愈遠(yuǎn)，降溫愈少，因而形成了自地面開始的逆溫（圖逆溫（圖 2 35b ) 隨著地面輻射冷卻的加劇，逆溫逐漸向隨著地面輻射冷卻的加劇，逆溫逐漸向上擴(kuò)展，黎明時(shí)達(dá)最強(qiáng)（圖上擴(kuò)展，黎明時(shí)達(dá)最強(qiáng)（圖 2 35 中中c。）。） 日出后，太陽輻射逐漸增強(qiáng)，逆溫日出后，太陽輻射逐漸增強(qiáng)，逆溫 便逐漸自下而上地消失（圖便逐漸自下而上地消失（圖 2 35 中中 d 、 e ） （二）湍流逆溫（二）湍流逆溫由于低層空氣的湍流混合而形成的逆溫

8、，稱為湍流逆溫由于低層空氣的湍流混合而形成的逆溫，稱為湍流逆溫 （三）平流逆溫（三）平流逆溫 暖空氣平流到冷的地面或冷的水暖空氣平流到冷的地面或冷的水面上，會(huì)發(fā)生接觸冷卻作用，愈近面上，會(huì)發(fā)生接觸冷卻作用，愈近地表面的空氣降溫愈多，而上層空地表面的空氣降溫愈多，而上層空氣受冷地表面的影響小，降溫較少，氣受冷地表面的影響小，降溫較少，于是產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象。這種因空氣的于是產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象。這種因空氣的平流而產(chǎn)生的逆溫，稱平流逆溫平流而產(chǎn)生的逆溫，稱平流逆溫 平流逆溫的形成仍和湍流及輻射作用分不開平流逆溫的形成仍和湍流及輻射作用分不開 夜間地面輻射冷卻作用，可使平流逆溫加強(qiáng)，而白天地面輻射增溫作用，夜間地

9、面輻射冷卻作用，可使平流逆溫加強(qiáng)，而白天地面輻射增溫作用，則使平流逆溫翩，從而使平流逆溫的強(qiáng)度具有日變化則使平流逆溫翩，從而使平流逆溫的強(qiáng)度具有日變化 （四）下沉逆溫（四）下沉逆溫 當(dāng)某一層空氣發(fā)生下沉當(dāng)某一層空氣發(fā)生下沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，因氣壓逐漸增大，運(yùn)動(dòng)時(shí)，因氣壓逐漸增大，以及因氣層向水平方向的輻以及因氣層向水平方向的輻散，使其厚度減小（散，使其厚度減小（ hl h ） 當(dāng)下沉到某一高度上，空氣層當(dāng)下沉到某一高度上，空氣層頂部的溫度高于底部的溫度，而頂部的溫度高于底部的溫度，而形成逆溫形成逆溫 第三章第三章 大氣中的水分大氣中的水分 大氣從海洋、湖泊、河流及潮濕土壤的大氣從海洋、湖泊、河流及潮濕土

10、壤的蒸發(fā)蒸發(fā)中或植物中或植物的的蒸騰蒸騰中獲得水分。水分進(jìn)入大氣后，由于它本身的分子中獲得水分。水分進(jìn)入大氣后，由于它本身的分子擴(kuò)散和空氣的運(yùn)動(dòng)傳遞而散布于大氣之中。在一定條件下擴(kuò)散和空氣的運(yùn)動(dòng)傳遞而散布于大氣之中。在一定條件下水汽發(fā)生水汽發(fā)生凝結(jié)凝結(jié)，形成云、霧等天氣現(xiàn)象，并以，形成云、霧等天氣現(xiàn)象，并以雨、雪雨、雪等降等降水形式重新回到地面。地球上的水分就是通過蒸發(fā)、凝結(jié)水形式重新回到地面。地球上的水分就是通過蒸發(fā)、凝結(jié)和降水等過程循環(huán)不已和降水等過程循環(huán)不已 第一節(jié)第一節(jié) 蒸發(fā)和凝結(jié)蒸發(fā)和凝結(jié) 水相變化水相變化水的三種形態(tài)：氣態(tài)（水汽）、液態(tài)（水）和固態(tài)（冰），稱為水的三相水的三種形態(tài)：

11、氣態(tài)（水汽）、液態(tài)（水）和固態(tài)（冰），稱為水的三相 1 水相變化的物理過程水相變化的物理過程 單位時(shí)間內(nèi)跑出水面的水分子比落回水中的水汽分子多，單位時(shí)間內(nèi)跑出水面的水分子比落回水中的水汽分子多，系統(tǒng)中的水就有一部分變成了水汽，這就是蒸發(fā)過程系統(tǒng)中的水就有一部分變成了水汽，這就是蒸發(fā)過程 在同一時(shí)間內(nèi)，跑出水面的水分子與落回水中的水汽分子在同一時(shí)間內(nèi)，跑出水面的水分子與落回水中的水汽分子恰好相等，系統(tǒng)內(nèi)的水量和水汽分子含量都不再改變，即水和恰好相等，系統(tǒng)內(nèi)的水量和水汽分子含量都不再改變，即水和水汽之間達(dá)到了兩相平衡，這種平衡叫做動(dòng)態(tài)平衡水汽之間達(dá)到了兩相平衡，這種平衡叫做動(dòng)態(tài)平衡 動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的水

12、汽稱為飽和水汽，當(dāng)時(shí)的水汽壓稱為飽和水汽壓。動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的水汽稱為飽和水汽，當(dāng)時(shí)的水汽壓稱為飽和水汽壓。2 水相變化的判據(jù)水相變化的判據(jù) 假設(shè)假設(shè) N 為單位時(shí)間內(nèi)跑出水面的水分子數(shù)，為單位時(shí)間內(nèi)跑出水面的水分子數(shù)，n為為單位時(shí)間內(nèi)落回水中的水汽分子數(shù)，單位時(shí)間內(nèi)落回水中的水汽分子數(shù)， 得到水和水汽得到水和水汽兩相變化和平衡的分子物理學(xué)判據(jù)，即兩相變化和平衡的分子物理學(xué)判據(jù)，即Nn蒸發(fā)（未飽和）蒸發(fā)（未飽和）N=n動(dòng)態(tài)平衡（飽和）動(dòng)態(tài)平衡（飽和）Nn凝結(jié)（過飽和）凝結(jié)（過飽和）在氣象工作中不測量在氣象工作中不測量 N 和和 n ，所以不能直接應(yīng)用以上判據(jù)，所以不能直接應(yīng)用以上判據(jù) Ee蒸發(fā)（未飽

13、和）蒸發(fā)（未飽和） E=e動(dòng)態(tài)平衡（飽和）動(dòng)態(tài)平衡（飽和）Ee凝結(jié)（過飽和）凝結(jié)（過飽和） 水汽水汽 e 與水汽密度與水汽密度成正比，而成正比，而與與 n 成正比，成正比，所以所以e和和 n 之間也成正比。這就是說，當(dāng)水汽壓之間也成正比。這就是說，當(dāng)水汽壓e為為某一定值時(shí)，則有一個(gè)對(duì)應(yīng)的某一定值時(shí)，則有一個(gè)對(duì)應(yīng)的n值。當(dāng)在某一溫度下，值。當(dāng)在某一溫度下，水和水汽達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，水汽壓水和水汽達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，水汽壓 E 即為飽和水汽即為飽和水汽壓，對(duì)應(yīng)的落回水面的水壓，對(duì)應(yīng)的落回水面的水 汽分子數(shù)為汽分子數(shù)為 n s， n s又等又等于該溫度下跑出水面的水分子數(shù)于該溫度下跑出水面的水分子數(shù) N

14、。所以。所以 E 正比于正比于 N ，對(duì)照分子物理學(xué)判，對(duì)照分子物理學(xué)判 據(jù)可得兩相變化和平衡的飽據(jù)可得兩相變化和平衡的飽和水汽壓判據(jù)和水汽壓判據(jù) 若若 E s為某一溫度下對(duì)應(yīng)的冰面上的飽和水汽壓，為某一溫度下對(duì)應(yīng)的冰面上的飽和水汽壓，與以上類似也可得到冰和水汽兩相變化和平衡的判據(jù)與以上類似也可得到冰和水汽兩相變化和平衡的判據(jù) 水的三種相態(tài)分別水的三種相態(tài)分別存在于不同的溫度和存在于不同的溫度和壓強(qiáng)條件下。水只存壓強(qiáng)條件下。水只存在于在于0 以上的區(qū)域，以上的區(qū)域，冰只存在于冰只存在于0 以下以下的區(qū)域，水汽雖然可的區(qū)域，水汽雖然可存在于存在于 O 以上及以上及以下的區(qū)域，但其壓以下的區(qū)域，但

15、其壓強(qiáng)卻被限制在一定值強(qiáng)卻被限制在一定值域下。域下。 三相共存點(diǎn)三相共存點(diǎn)t 0.0076E0 6.11hPa OA 線和線和 OB 線分別表示水與水汽、冰與水汽兩相共存時(shí)線分別表示水與水汽、冰與水汽兩相共存時(shí)的狀態(tài)曲線。顯然這兩條曲線上各點(diǎn)的壓強(qiáng)就是在相應(yīng)溫度的狀態(tài)曲線。顯然這兩條曲線上各點(diǎn)的壓強(qiáng)就是在相應(yīng)溫度下水汽的飽和水汽壓，因?yàn)橹挥兴_(dá)到飽和時(shí)，兩相才能下水汽的飽和水汽壓，因?yàn)橹挥兴_(dá)到飽和時(shí)，兩相才能共存。所以共存。所以 OA 線又稱蒸發(fā)線，表示水與水汽處于動(dòng)態(tài)平衡線又稱蒸發(fā)線，表示水與水汽處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)水面上飽和水汽壓與溫度的關(guān)系。線上時(shí)水面上飽和水汽壓與溫度的關(guān)系。線上 K

16、點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度和水汽壓是水汽的臨界溫度和水汽壓是水汽的臨界溫度 t ，和臨界壓力，和臨界壓力 , 高于臨界溫度時(shí)高于臨界溫度時(shí)就只能有氣態(tài)存在了，因此蒸發(fā)線在就只能有氣態(tài)存在了，因此蒸發(fā)線在 K點(diǎn)中斷。點(diǎn)中斷。OB稱升華線，稱升華線，它表示冰與水汽平衡時(shí)冰面上飽和水汽壓與溫度的關(guān)系。它表示冰與水汽平衡時(shí)冰面上飽和水汽壓與溫度的關(guān)系。OC 線是融解線，表示冰與水達(dá)到平衡時(shí)壓力與溫度的關(guān)系。線是融解線，表示冰與水達(dá)到平衡時(shí)壓力與溫度的關(guān)系。O點(diǎn)點(diǎn)為三相共存點(diǎn)：為三相共存點(diǎn)： t 0 = 0 . 0076 ， E0 = 6 . 11hPa 。上述三線。上述三線劃分了冰、水、水汽的三個(gè)區(qū)

17、域，在各個(gè)區(qū)域內(nèi)不存在兩相間劃分了冰、水、水汽的三個(gè)區(qū)域，在各個(gè)區(qū)域內(nèi)不存在兩相間的穩(wěn)定平衡的穩(wěn)定平衡 3 水相變化中的潛熱水相變化中的潛熱 蒸發(fā)過程中，由于具有較大動(dòng)能的水分子脫出液面，蒸發(fā)過程中，由于具有較大動(dòng)能的水分子脫出液面，使液面溫度降低。如果保持其溫度不變，必須自外界供使液面溫度降低。如果保持其溫度不變，必須自外界供給熱量，這部分熱量等于給熱量，這部分熱量等于蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)潛熱 L , L 與溫度有如下的與溫度有如下的關(guān)系關(guān)系 當(dāng)當(dāng) t =0 時(shí)，有時(shí)，有 L =2 . 5x 106J / kg 。而且。而且 L 是隨溫是隨溫度的升高而減小的。不過在溫度變化不大時(shí)，度的升高而減小的。

18、不過在溫度變化不大時(shí)， L 的變化是的變化是很小的，所以一般取很小的，所以一般取 L 為為 2 . 5 x 106 / kg 。當(dāng)水汽發(fā)生。當(dāng)水汽發(fā)生凝結(jié)時(shí)，這部分潛熱又將會(huì)全部釋放出來，這就是凝結(jié)時(shí)，這部分潛熱又將會(huì)全部釋放出來，這就是凝結(jié)潛凝結(jié)潛熱熱。在同溫度下，凝結(jié)潛熱與蒸發(fā)潛熱相等。在同溫度下，凝結(jié)潛熱與蒸發(fā)潛熱相等。 二、飽和水汽壓二、飽和水汽壓 要了解蒸發(fā)面是處于蒸發(fā)、凝結(jié)還是處于動(dòng)態(tài)平衡要了解蒸發(fā)面是處于蒸發(fā)、凝結(jié)還是處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，就要將實(shí)有水汽壓狀態(tài)，就要將實(shí)有水汽壓 e 與對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓與對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓 E 進(jìn)進(jìn)行比較行比較 飽和水汽壓與溫度的關(guān)系可由克拉柏龍一克勞修

19、司方程描述飽和水汽壓與溫度的關(guān)系可由克拉柏龍一克勞修司方程描述式中式中 E 為飽和水汽壓，為飽和水汽壓， T 為絕對(duì)溫度，為絕對(duì)溫度， L 為凝結(jié)潛熱，為凝結(jié)潛熱， R 、為水汽的比氣體常數(shù)、為水汽的比氣體常數(shù) （一）飽和水汽壓與溫度的關(guān)系（一）飽和水汽壓與溫度的關(guān)系 積分（積分（ 3 4 ）式，并將）式，并將 L = 25 x 106 J/ kg , R 461 J/ kg K , T 0=273K , T = 273 + t , E 。 6 . 11hPa 代入，則得代入，則得根據(jù)（ 3 6 ）式的計(jì)算結(jié)果，列表 3 1 （二）飽和水汽壓與蒸發(fā)面性質(zhì)的關(guān)系（二）飽和水汽壓與蒸發(fā)面性質(zhì)的關(guān)系

20、 1 冰面和過冷卻水面的飽和水汽壓冰面和過冷卻水面的飽和水汽壓 在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常采用經(jīng)驗(yàn)公式確定飽和水汽壓和溫度的關(guān)系。最常用的比較準(zhǔn)確的是馬格努斯經(jīng)驗(yàn)公式 E 代表同溫度下冰面飽和水汽壓和過冷卻水面飽和水代表同溫度下冰面飽和水汽壓和過冷卻水面飽和水汽壓之差：汽壓之差： E = E 一一 E 。其變化趨勢如圖中實(shí)線所示：自。其變化趨勢如圖中實(shí)線所示：自 O 開始，隨著溫度降低，差值迅速增大，至一開始，隨著溫度降低，差值迅速增大，至一 12 時(shí)達(dá)時(shí)達(dá)最大值（最大值（ E 二二 0 . 269hPa ）溫度繼續(xù)降低時(shí)，差值減?。囟壤^續(xù)降低時(shí)，差值減小 （三）飽和水汽壓與蒸發(fā)面形狀的關(guān)系（三）飽和水汽壓與蒸發(fā)面形狀的關(guān)系 不同形狀的蒸發(fā)面上，水分子受到周圍分子的吸引力是不同的不同形狀的蒸發(fā)面上，水分子受到周圍分子的吸引力是不同的 三個(gè)圓圈分別表示凸水面、平水面和凹水面對(duì)于三個(gè)圓圈分別表示凸水面、平水面和凹水面對(duì)于 A 、 B 、 C 三點(diǎn)分子引力作用三點(diǎn)