天氣基礎(chǔ)知識教學演講人：日期:目錄CATALOGUE02.常見天氣現(xiàn)象04.天氣預報原理05.教學實驗設(shè)計01.03.災(zāi)害性天氣06.氣候變化拓展氣象基本概念氣象基本概念01PART地球大氣由氮氣（78%）、氧氣（21%）、氬氣（0.93%）及微量二氧化碳、氖氣等組成，其中二氧化碳雖占比低，但對溫室效應(yīng)和氣候變化起關(guān)鍵作用。主要氣體成分大氣層自下而上分為對流層（天氣現(xiàn)象主要發(fā)生層）、平流層（臭氧層所在）、中間層、熱層和外逸層，各層溫度、氣壓及化學組成差異顯著。垂直分層特征水汽集中于對流層，是云雨形成的基礎(chǔ)；氣溶膠（如塵埃、鹽粒）作為凝結(jié)核，直接影響降水效率和霧霾生成。水汽與氣溶膠分布大氣組成與結(jié)構(gòu)氣象要素定義溫度與濕度溫度反映大氣熱力狀態(tài)，濕度分為絕對濕度（單位體積水汽質(zhì)量）和相對濕度（實際水汽壓與飽和水汽壓之比），兩者共同影響體感舒適度。氣壓與風氣壓指單位面積所受大氣柱重量，水平氣壓梯度驅(qū)動風形成；風速和風向受科里奧利力、摩擦力及氣壓梯度力綜合調(diào)控。降水與能見度降水包括雨、雪、霰等形式，測量以毫米為單位；能見度受霧、霾、沙塵等影響，是航空與交通安全的重點監(jiān)測指標。天氣與氣候區(qū)別時間尺度差異天氣描述短時（分鐘至數(shù)周）的大氣狀態(tài)變化，如雷暴、寒潮；氣候指某地區(qū)長期（30年以上）統(tǒng)計的天氣平均特征，如熱帶季風氣候。研究范疇不同天氣受局部環(huán)流、地形擾動等動態(tài)過程主導；氣候由太陽輻射、海陸分布、洋流等穩(wěn)態(tài)因子與人類活動共同塑造。天氣預報聚焦即時現(xiàn)象分析，需借助衛(wèi)星、雷達實時監(jiān)測；氣候研究涉及歷史數(shù)據(jù)建模，用于評估全球變暖等趨勢性問題。影響因素復雜性常見天氣現(xiàn)象02PART云的類型與形成由對流上升的暖濕空氣冷卻凝結(jié)形成，呈蓬松的棉花狀，通常預示晴朗天氣；若垂直發(fā)展旺盛可能演變?yōu)榉e雨云并伴隨雷暴。積云（Cumulus）低空均勻灰白的云層，由大范圍穩(wěn)定氣流抬升形成，常導致陰天或持續(xù)性小雨，能見度顯著降低。厚而暗的降水云層，覆蓋天空全域，伴隨長時間的中到大雨或雪，由暖鋒抬升作用形成。層云（Stratus）由冰晶組成的高空纖維狀云，通常出現(xiàn)在海拔6000米以上，預示天氣系統(tǒng)變化，如鋒面approaching。卷云（Cirrus）01020403雨層云（Nimbostratus）降水過程和類型地形雨（OrographicPrecipitation）濕潤氣流遇山脈被迫抬升，絕熱冷卻后凝結(jié)降水，背風坡形成雨影區(qū)（如喜馬拉雅山南麓多雨）。地表受熱不均引發(fā)強烈上升氣流，形成積雨云后短時強降水，常見于熱帶午后或夏季內(nèi)陸。冷暖氣團相遇時暖空氣沿鋒面抬升，形成大范圍層狀云降水，持續(xù)時間長（如梅雨季節(jié)）。過冷雨滴接觸地面或物體瞬間凍結(jié)，形成透明冰層，對交通和電力設(shè)施破壞性極強。對流雨（ConvectivePrecipitation）鋒面雨（FrontalPrecipitation）凍雨（FreezingRain）雷電與霧的機理熱雷電（ThermalThunderstorm）地表高溫加熱空氣產(chǎn)生強烈對流，云內(nèi)冰晶碰撞導致電荷分離，正負電荷區(qū)擊穿空氣形成閃電，多發(fā)于夏季午后。暖濕空氣水平流經(jīng)寒冷地表時冷卻至露點以下，水汽凝結(jié)成霧，常見于沿?；蚝磪^(qū)域（如舊金山夏季霧）。晴朗夜間地表輻射降溫使近地面空氣飽和形成，多出現(xiàn)于秋冬河谷或低洼地帶，日出后逐漸消散。暖鋒前降水蒸發(fā)使冷空氣飽和，或冷暖鋒交匯處混合冷卻形成，能見度極低且持續(xù)時間長。平流霧（AdvectionFog）輻射霧（RadiationFog）鋒面霧（FrontalFog）災(zāi)害性天氣03PART臺風特征與預警強風與低壓中心臺風中心氣壓極低，周圍環(huán)繞強風區(qū)，風速可達12級以上，伴隨劇烈旋轉(zhuǎn)氣流，對建筑物和植被造成嚴重破壞。暴雨與風暴潮臺風攜帶大量水汽，登陸時引發(fā)持續(xù)性暴雨，沿海地區(qū)可能遭遇風暴潮侵襲，導致海水倒灌和低洼地帶淹沒。預警信號分級氣象部門根據(jù)臺風強度發(fā)布藍、黃、橙、紅四級預警，提示公眾采取避風、加固設(shè)施、轉(zhuǎn)移人員等應(yīng)對措施。路徑預測技術(shù)通過衛(wèi)星云圖、雷達監(jiān)測和數(shù)值模型分析臺風移動路徑，提前48小時發(fā)布預報以降低災(zāi)害損失。暴雨洪澇防范城市內(nèi)澇成因短時強降雨超過排水系統(tǒng)負荷，導致道路積水，疊加地下管網(wǎng)老化或設(shè)計缺陷會加劇內(nèi)澇風險。01山洪與泥石流山區(qū)暴雨易引發(fā)山洪暴發(fā)，松散土石在水流沖刷下形成泥石流，需通過植被恢復和攔砂壩工程減少危害。應(yīng)急避險措施居民應(yīng)熟悉社區(qū)逃生路線，避免涉水通行，低樓層住戶提前轉(zhuǎn)移貴重物品至高處?；A(chǔ)設(shè)施改造建設(shè)海綿城市，增加透水鋪裝、雨水花園和蓄水池，提升城市蓄排平衡能力。020304高溫干旱影響長期干旱導致濕地萎縮、森林火險等級升高，需實施人工增雨和防火巡查維護生態(tài)穩(wěn)定。生態(tài)鏈失衡空調(diào)負荷激增使電網(wǎng)承壓，可能引發(fā)限電措施，建議企業(yè)錯峰生產(chǎn)并加強設(shè)備散熱管理。能源供應(yīng)緊張干旱造成土壤墑情不足，影響作物生長周期，需推廣滴灌技術(shù)和抗旱品種以保障糧食安全。農(nóng)業(yè)減產(chǎn)威脅持續(xù)高溫導致中暑、熱射病等疾病高發(fā)，老年人和戶外勞動者需補充電解質(zhì)、避免正午外出。熱浪健康風險天氣預報原理04PART氣象觀測手段地面氣象站觀測通過分布在全球的地面氣象站實時采集氣溫、濕度、氣壓、風速、風向等數(shù)據(jù)，為天氣預報提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。地面觀測設(shè)備包括百葉箱、雨量筒、風速儀等，可精確記錄局部天氣變化。高空探測技術(shù)利用氣象氣球（探空氣球）攜帶無線電探空儀，測量高空不同層次的氣壓、溫度、濕度和風速，數(shù)據(jù)通過無線電信號傳回地面站，用于分析大氣垂直結(jié)構(gòu)。雷達監(jiān)測系統(tǒng)天氣雷達通過發(fā)射電磁波并接收降水粒子反射信號，實時監(jiān)測降水強度、范圍及移動趨勢，對短時強對流天氣（如雷暴、冰雹）預警至關(guān)重要。衛(wèi)星遙感技術(shù)氣象衛(wèi)星（如風云系列）通過可見光、紅外線和微波傳感器獲取全球云圖、海溫、氣溶膠等數(shù)據(jù)，彌補地面觀測空白，尤其對臺風、沙塵暴等大尺度天氣系統(tǒng)監(jiān)測效果顯著。將地面觀測、雷達、衛(wèi)星等多源數(shù)據(jù)輸入超級計算機，通過數(shù)據(jù)同化技術(shù)消除誤差，生成初始大氣狀態(tài)場，為數(shù)值模擬提供高精度起點。數(shù)據(jù)同化與初始化通過微調(diào)初始條件或物理參數(shù)生成多組預報結(jié)果，以概率形式呈現(xiàn)天氣不確定性，例如對臺風路徑的“扇形圖”預測，可提高極端事件預警可靠性。集合預報技術(shù)基于流體力學和熱力學方程，計算機通過離散化網(wǎng)格模擬大氣運動，預測未來氣壓場、溫度場和風場的變化，核心模型包括ECMWF（歐洲中期預報）和GFS（全球預報系統(tǒng)）。大氣動力學方程求解010302數(shù)值預報模型在全局模型基礎(chǔ)上嵌套高分辨率區(qū)域模型（如WRF），細化地形和局地環(huán)流影響，提升暴雨、城市熱島等小尺度天氣的預報精度。區(qū)域模式降尺度04藍色預警（12小時降雨量≥50毫米）提示局部強降雨；黃色預警（6小時≥50毫米）需防范城市內(nèi)澇；橙色/紅色預警（3小時≥100毫米）可能引發(fā)山洪或地質(zhì)災(zāi)害，需緊急避險。暴雨預警分級藍色預警（24小時降溫≥8℃）提示農(nóng)業(yè)防凍；橙色預警（48小時降溫≥12℃）可能引發(fā)交通癱瘓；紅色預警伴隨極端低溫（≤-16℃）需啟動供暖應(yīng)急機制。寒潮信號識別依據(jù)中心風速劃分，藍色預警（≥10.8m/s）影響近海；黃色預警（≥17.2m/s）需停止戶外作業(yè)；紅色預警（≥41.5m/s）時沿海地區(qū)需全員撤離。臺風預警標準010302預警信號解讀當PM2.5濃度超過150μg/m3時發(fā)布霧霾預警，與靜穩(wěn)天氣預報結(jié)合，提示減少戶外活動并啟動工業(yè)減排措施?？諝赓|(zhì)量關(guān)聯(lián)預警04教學實驗設(shè)計05PART溫度計與濕度計安裝講解風向標和風速計的運作原理，指導學生如何通過觀察風向標指向和風速計轉(zhuǎn)動次數(shù)計算風力等級，并記錄數(shù)據(jù)變化規(guī)律。風向風速儀使用氣壓計校準與讀數(shù)演示氣壓計的校準方法，解釋大氣壓力與天氣變化的關(guān)聯(lián)性，引導學生分析氣壓數(shù)據(jù)對預測晴雨天氣的作用。指導學生正確安裝溫度計和濕度計，確保設(shè)備放置在通風良好且避免陽光直射的位置，以獲取準確的環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)。簡易氣象站搭建01云層分類與特征觀察提供標準云圖手冊，指導學生識別積云、層云、卷云等主要云型，通過對比實際天空云層形態(tài)加深理解不同云類的形成條件。云圖識別實踐02云高與天氣關(guān)聯(lián)分析結(jié)合云底高度測量工具，分析低云（如層積云）與高云（如卷云）對短期天氣的影響，例如低云常伴隨降水而高云預示晴朗。03衛(wèi)星云圖動態(tài)解讀利用實時衛(wèi)星云圖資源，講解云團移動路徑與天氣系統(tǒng)（如鋒面、低壓槽）的關(guān)系，培養(yǎng)學生通過云圖預判區(qū)域天氣變化的能力。降水模擬實驗人工降雨模型制作使用加濕器模擬水汽蒸發(fā)，通過冷凝板制造低溫環(huán)境，演示水汽凝結(jié)成云滴并最終形成模擬降水的過程，解釋飽和水汽壓概念。不同降水類型對比調(diào)整實驗參數(shù)（如溫度、濕度），模擬雨、雪、冰雹等不同降水形態(tài)，分析其形成條件差異及對應(yīng)的氣象特征。降水強度測量方法引入雨量筒和電子傳感器，指導學生記錄單位時間內(nèi)模擬降水量，并討論數(shù)據(jù)與自然降水的可比性及誤差來源。氣候變化拓展06PART太陽短波輻射穿透大氣層到達地表，被地面吸收后轉(zhuǎn)化為熱能并以長波輻射形式向外釋放，而二氧化碳、甲烷等溫室氣體能有效吸收這些長波輻射，導致熱量滯留在大氣層內(nèi)。溫室效應(yīng)原理太陽輻射與地表吸收工業(yè)革命以來，化石燃料燃燒、森林砍伐等活動大幅增加了大氣中二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）等溫室氣體的濃度，加劇了溫室效應(yīng)的強度，使全球平均氣溫持續(xù)上升。溫室氣體濃度增加自然溫室效應(yīng)本是維持地球適宜溫度的關(guān)鍵，但人類活動導致溫室氣體排放遠超自然循環(huán)的吸收能力，打破了地球能量平衡，引發(fā)氣候系統(tǒng)紊亂。自然與人為因素平衡破壞極端天氣關(guān)聯(lián)性熱浪與干旱頻率上升全球變暖導致高溫事件頻發(fā)，蒸發(fā)加劇使得干旱區(qū)域擴大，如近年歐洲、北美持續(xù)出現(xiàn)的極端高溫和野火事件，與溫室效應(yīng)增強直接相關(guān)。熱帶氣旋強度增強海洋表層溫度上升為臺風、颶風提供了更多能量，使其破壞力顯著提升，超強臺風“山竹”等事件印證了這一點。強降水與洪澇災(zāi)害大氣溫度升高使水循環(huán)加速，飽和水汽含量增加，導致暴雨強度提升，引發(fā)城市內(nèi)澇和河流泛濫，如2021年河南特大暴雨即為此類典型案例。環(huán)保應(yīng)對措施能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型大規(guī)模發(fā)展風能、太陽能等可再生能源，逐步淘汰煤炭等高碳能源，如中國計劃2030年非化石能源消費占比達25%，從源頭減少溫室氣體排放。01碳