氣象的基本知識(shí)演講人：日期:01大氣組成與結(jié)構(gòu)02氣象要素基礎(chǔ)03天氣現(xiàn)象解析04氣候系統(tǒng)概述05觀測(cè)技術(shù)與工具06氣象影響與應(yīng)用目錄CATALOGUE大氣組成與結(jié)構(gòu)01PART主要?dú)怏w成分作為大氣中最主要的氣體成分，氮?dú)馐巧锏鞍踪|(zhì)合成的關(guān)鍵元素，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)維持地球生態(tài)平衡具有基礎(chǔ)性作用。氧氣是絕大多數(shù)生物呼吸作用的必需氣體，參與有機(jī)物的氧化分解和能量釋放過程，同時(shí)支撐燃燒反應(yīng)。氬氣作為單原子惰性氣體，廣泛應(yīng)用于工業(yè)保護(hù)氣領(lǐng)域，其穩(wěn)定的化學(xué)特性對(duì)大氣層溫度調(diào)節(jié)有間接貢獻(xiàn)。二氧化碳是植物光合作用的原料，但其濃度升高與溫室效應(yīng)直接相關(guān)，甲烷（CH?）、臭氧（O?）等微量氣體對(duì)氣候和生物圈有復(fù)雜影響。氮?dú)猓∟?）占比78%氧氣（O?）占比21%氬氣（Ar）及其他惰性氣體占比0.93%二氧化碳（CO?）及微量氣體（0.04%）垂直分層特征集中了75%的大氣質(zhì)量和幾乎全部水汽，天氣現(xiàn)象（如云、雨、風(fēng)暴）均發(fā)生在此層，溫度隨高度增加而遞減（6.5℃/km）。對(duì)流層（0-12km）包含臭氧層（20-30km高度），吸收紫外線輻射使溫度隨高度上升而升高，氣流以水平運(yùn)動(dòng)為主，適合航空器飛行。溫度可達(dá)1500℃以上，電離作用強(qiáng)烈形成電離層，反射無線電波，極光現(xiàn)象發(fā)生于此層。平流層（12-50km）溫度降至-90℃左右，存在夜光云現(xiàn)象，流星體在此層因摩擦燃燒形成流星。中間層（50-85km）01020403熱層（85-800km）大氣壓力分布海平面標(biāo)準(zhǔn)氣壓（1013.25hPa）受重力作用影響，近地面空氣密度最大，氣壓值隨海拔升高呈指數(shù)下降（如海拔5.5km處氣壓約為海平面50%）。01氣壓帶與風(fēng)系赤道低壓帶（上升氣流多雨）與副熱帶高壓帶（下沉氣流干燥）交替分布，形成哈德萊環(huán)流、費(fèi)雷爾環(huán)流等全球性大氣環(huán)流模式。02季節(jié)性氣壓變化冬季大陸形成冷高壓（如西伯利亞高壓），海洋相對(duì)低壓；夏季反之，這種海陸熱力差異是季風(fēng)氣候形成的根本原因。03氣壓梯度力與天氣高壓區(qū)多晴朗天氣（如副高控制下的伏旱），低壓區(qū)易產(chǎn)生氣旋性降水（如臺(tái)風(fēng)、溫帶氣旋），氣壓梯度力直接決定風(fēng)速大小。04氣象要素基礎(chǔ)02PART溫度測(cè)量單位國(guó)際通用溫標(biāo)之一，以水的冰點(diǎn)為0℃、沸點(diǎn)為100℃為標(biāo)準(zhǔn)劃分，廣泛應(yīng)用于日常生活和氣象觀測(cè)中。攝氏度（℃）國(guó)際單位制中的熱力學(xué)溫標(biāo)，絕對(duì)零度（-273.15℃）為0K，常用于科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域，如天文和低溫物理實(shí)驗(yàn)。開爾文（K）主要用于美國(guó)等少數(shù)國(guó)家，冰點(diǎn)為32℉、沸點(diǎn)為212℉，與攝氏度的換算公式為℉=℃×9/5+32。華氏度（℉）010302基于華氏度的絕對(duì)溫標(biāo)，0°R對(duì)應(yīng)絕對(duì)零度（-459.67℉），多用于工程熱力學(xué)計(jì)算。蘭金度（°R）04濕度表示方法絕對(duì)濕度單位體積空氣中水蒸氣的質(zhì)量（g/m3），直接反映空氣中水汽的實(shí)際含量，但受溫度影響顯著。01相對(duì)濕度（RH%）當(dāng)前水汽壓與同溫度下飽和水汽壓的百分比，是氣象預(yù)報(bào)和舒適度評(píng)價(jià)的核心指標(biāo)，如RH>60%易引發(fā)悶熱感。比濕（q）水蒸氣質(zhì)量與濕空氣總質(zhì)量的比值（g/kg），常用于大氣科學(xué)中分析氣團(tuán)特性。露點(diǎn)溫度空氣冷卻至飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，露點(diǎn)與實(shí)際溫差越小，濕度越高，可預(yù)測(cè)結(jié)露或霧的形成。020304風(fēng)速分級(jí)陣風(fēng)與持續(xù)風(fēng)速風(fēng)向表示法風(fēng)速測(cè)量工具依據(jù)蒲福風(fēng)級(jí)（BeaufortScale），將風(fēng)速劃分為0-12級(jí)，如6級(jí)風(fēng)（10.8-13.8m/s）可使大樹枝搖動(dòng)，12級(jí)風(fēng)（≥32.7m/s）為臺(tái)風(fēng)級(jí)破壞力。氣象報(bào)告中區(qū)分瞬時(shí)陣風(fēng)（如雷暴時(shí)短時(shí)強(qiáng)風(fēng)）和10分鐘平均風(fēng)速，后者反映穩(wěn)定風(fēng)況。采用16方位制（如北風(fēng)N、東北偏東風(fēng)NEE），或角度制（0°為正北，90°為正東），需結(jié)合羅盤或風(fēng)向標(biāo)測(cè)定。常見包括旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)（如三杯風(fēng)速儀）、超聲波風(fēng)速儀及多普勒雷達(dá)，后者可遠(yuǎn)程探測(cè)大氣層風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)。風(fēng)速風(fēng)向定義天氣現(xiàn)象解析03PART云的形成類型對(duì)流云（積云）由地表受熱空氣上升冷卻形成，常見于晴朗天氣午后，垂直發(fā)展明顯，頂部呈花椰菜狀，底部平坦。此類云若持續(xù)發(fā)展可演變?yōu)榉e雨云，帶來強(qiáng)降水或雷暴天氣。層狀云（層云）大范圍穩(wěn)定氣流抬升形成，覆蓋天空呈灰白色均勻幕狀，常伴隨連續(xù)性降水。包括高層云、雨層云等，是暖鋒過境的典型云系。波狀云（高積云/層積云）由大氣波動(dòng)或湍流形成，云塊排列呈波浪狀，厚度較薄。高積云出現(xiàn)在中高空，預(yù)示天氣可能轉(zhuǎn)變；層積云則多出現(xiàn)在低空，通常帶來小雨或陰天。特殊地形云（莢狀云/山帽云）氣流遇山脈被迫抬升后形成，呈透鏡狀或帽子狀靜止于山頂。這類云可作為大氣穩(wěn)定度和風(fēng)向的觀測(cè)指標(biāo)，常見于山區(qū)或鋒面交界處。當(dāng)云頂溫度低于-15℃時(shí)，過冷水滴與冰晶共存，由于冰面飽和水汽壓低于水面，水汽在冰晶表面凝華增長(zhǎng)，最終形成雪、霰等固態(tài)降水或融化后成為雨滴。冷云降水（冰晶效應(yīng)）濕潤(rùn)氣流遇山脈被迫抬升，絕熱冷卻達(dá)到飽和后形成降水。迎風(fēng)坡降水量可達(dá)背風(fēng)坡數(shù)倍，如喜馬拉雅山南麓年降水超過4000毫米，而北麓不足200毫米。地形抬升降水在溫度高于0℃的云層中，大小水滴因下落速度差異發(fā)生碰撞合并，通過多次碰并形成雨滴。此過程在熱帶降雨中占主導(dǎo)地位，雨滴直徑通常較大。暖云降水（碰并增長(zhǎng)）010302降水過程機(jī)制局地強(qiáng)烈熱力對(duì)流引發(fā)積雨云發(fā)展，云中強(qiáng)上升氣流（可達(dá)10m/s）使水滴反復(fù)升降增長(zhǎng)，形成短時(shí)強(qiáng)降雨或冰雹。此類降水水平范圍小但強(qiáng)度大，易引發(fā)城市內(nèi)澇。對(duì)流性強(qiáng)降水04風(fēng)系統(tǒng)分類行星尺度風(fēng)系（三圈環(huán)流）包括赤道低壓帶的信風(fēng)（東北/東南信風(fēng)）、副熱帶高壓帶的西風(fēng)以及極地東風(fēng)，由地球自轉(zhuǎn)和太陽輻射差異驅(qū)動(dòng)，控制全球氣候帶分布?？评飱W利力導(dǎo)致北半球運(yùn)動(dòng)物體右偏。天氣尺度風(fēng)系（氣旋/反氣旋）溫帶氣旋中心氣壓低于四周，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（北半球）并伴隨鋒面降水，直徑可達(dá)2000公里；反氣旋中心高壓，氣流下沉順時(shí)針輻散，帶來晴朗天氣。局地?zé)崃Νh(huán)流（海陸風(fēng)/山谷風(fēng)）由地表熱力性質(zhì)差異引起，如白天陸地升溫快形成海風(fēng)（向岸風(fēng)），夜間海洋降溫慢形成陸風(fēng)（離岸風(fēng)）。山谷風(fēng)系統(tǒng)日變化明顯，影響山區(qū)云霧分布。極端風(fēng)系統(tǒng)（臺(tái)風(fēng)/龍卷風(fēng)）臺(tái)風(fēng)為熱帶氣旋，直徑數(shù)百公里，中心眼墻風(fēng)速超12級(jí)，能量來自海洋潛熱釋放；龍卷風(fēng)是中小尺度渦旋，直徑數(shù)十至數(shù)百米，由超級(jí)單體雷暴下伸的渦管形成，瞬時(shí)風(fēng)速可達(dá)500km/h。氣候系統(tǒng)概述04PART氣候帶劃分熱帶氣候帶分布于赤道附近，終年高溫多雨，年溫差小，降水分布均勻，典型代表為亞馬遜雨林和剛果盆地，植被以熱帶雨林為主。亞熱帶與高原氣候帶亞熱帶夏季炎熱濕潤(rùn)、冬季溫和（如中國(guó)東南部），高原氣候晝夜溫差大、紫外線強(qiáng)（如青藏高原），對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類活動(dòng)有獨(dú)特影響。溫帶氣候帶位于熱帶與寒帶之間，四季分明，降水類型多樣（如地中海氣候冬季多雨、溫帶大陸性氣候夏季集中降水），適宜農(nóng)業(yè)和人類居住。寒帶氣候帶涵蓋極地和高山地區(qū)，全年低溫，降水稀少且多為雪，如格陵蘭和南極洲，植被以苔原和冰蓋為主，生物多樣性較低。地球接收的太陽輻射隨緯度變化，直接影響地表溫度梯度，是氣候帶形成的根本驅(qū)動(dòng)力。包括信風(fēng)、西風(fēng)帶和極地東風(fēng)帶等，通過熱量和水汽輸送調(diào)節(jié)全球氣候，例如季風(fēng)環(huán)流導(dǎo)致亞洲季節(jié)性降水差異。海洋熱容量大，沿海地區(qū)氣候溫和；暖流（如墨西哥灣暖流）增溫增濕，寒流（如秘魯寒流）降溫減濕。山脈阻擋氣流形成雨影效應(yīng)（如安第斯山脈東側(cè)干旱），森林與沙漠對(duì)地表反照率和蒸散發(fā)的影響顯著。影響因素分析太陽輻射分布大氣環(huán)流模式海陸分布與洋流地形與地表覆蓋季節(jié)變化規(guī)律天文季節(jié)成因地球公轉(zhuǎn)時(shí)黃赤交角導(dǎo)致太陽直射點(diǎn)南北移動(dòng)，引發(fā)日照時(shí)間和強(qiáng)度的周期性變化，形成春夏秋冬四季更替。氣象季節(jié)滯后性因地表和海洋的熱慣性，最熱月（北半球7月）和最冷月（1月）通常比夏至、冬至推遲1-2個(gè)月。季風(fēng)區(qū)特殊規(guī)律東亞和南亞受海陸熱力差異影響，夏季盛行濕潤(rùn)海洋風(fēng)（雨季），冬季干燥大陸風(fēng)（旱季），如印度季風(fēng)降水占全年80%以上。極地與赤道無季節(jié)分化極地全年寒冷，赤道全年高溫，但赤道地區(qū)可能存在“干濕季”替代傳統(tǒng)四季（如非洲薩赫勒地區(qū)）。觀測(cè)技術(shù)與工具05PART地面儀器使用溫度計(jì)與濕度計(jì)用于測(cè)量近地面空氣溫度和相對(duì)濕度，常見類型包括玻璃液體溫度計(jì)、電子溫濕度傳感器等，需定期校準(zhǔn)以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。02040301雨量計(jì)與蒸發(fā)皿翻斗式雨量計(jì)自動(dòng)記錄降水量，蒸發(fā)皿測(cè)量水面蒸發(fā)量，二者結(jié)合可分析區(qū)域水循環(huán)狀況。氣壓計(jì)與風(fēng)速儀氣壓計(jì)（如水銀氣壓計(jì)、空盒氣壓計(jì)）監(jiān)測(cè)大氣壓力變化，風(fēng)速儀（如杯式、超聲波式）記錄風(fēng)向風(fēng)速，為天氣預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)參數(shù)。輻射測(cè)量設(shè)備總輻射表、凈輻射表等用于監(jiān)測(cè)太陽短波輻射和地表長(zhǎng)波輻射，研究能量平衡及氣候變化影響。衛(wèi)星遙感應(yīng)用搭載紅外、可見光、微波等傳感器，實(shí)現(xiàn)大氣溫度垂直廓線反演（如AIRS儀器），精度達(dá)1K以內(nèi)。極軌衛(wèi)星多光譜觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用如風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星可每15分鐘獲取全球云圖，追蹤臺(tái)風(fēng)路徑、監(jiān)測(cè)強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展，分辨率達(dá)500米至4公里。將衛(wèi)星觀測(cè)的亮溫、云導(dǎo)風(fēng)等數(shù)據(jù)輸入數(shù)值模式，改進(jìn)初始場(chǎng)質(zhì)量，使72小時(shí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提升15%-20%。監(jiān)測(cè)PM2.5分布（如MODIS氣溶膠產(chǎn)品）、海溫異常（AVHRR數(shù)據(jù)）、植被指數(shù)（NDVI）等生態(tài)環(huán)境指標(biāo)。靜止氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)同時(shí)發(fā)射水平/垂直偏振波，區(qū)分雨滴（扁球形）、冰雹（不規(guī)則）和雪花（枝狀），冰雹識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)90%以上。雙偏振技術(shù)應(yīng)用針對(duì)X波段雷達(dá)的強(qiáng)降雨衰減問題，采用ZH-ZDR關(guān)系迭代校正，使定量降水估測(cè)（QPE）誤差降低30%。衰減校正算法01020304通過發(fā)射與接收電磁波的頻率變化（徑向速度），反演降水粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，識(shí)別龍卷風(fēng)渦旋特征（TVS結(jié)構(gòu)）。多普勒效應(yīng)測(cè)速電子掃描替代機(jī)械旋轉(zhuǎn)，6秒完成體掃（傳統(tǒng)雷達(dá)需6分鐘），顯著提升短時(shí)強(qiáng)降水、下?lián)舯┝鞯缺O(jiān)測(cè)能力。相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展雷達(dá)監(jiān)測(cè)原理氣象影響與應(yīng)用06PART通過氣象衛(wèi)星、雷達(dá)、地面觀測(cè)站及探空氣球等設(shè)備，實(shí)時(shí)采集大氣溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，形成全球氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。天氣預(yù)報(bào)流程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)利用超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型（如ECMWF、GFS），將采集的數(shù)據(jù)輸入模型進(jìn)行模擬，生成未來天氣趨勢(shì)的初步預(yù)測(cè)結(jié)果。數(shù)值模擬與分析氣象專家結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、本地氣候特征及模型誤差，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，最終通過電視、APP、短信等渠道向公眾發(fā)布精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。人工修正與發(fā)布災(zāi)害預(yù)警體系分級(jí)預(yù)警機(jī)制根據(jù)災(zāi)害嚴(yán)重程度劃分為藍(lán)色、黃色、橙色、紅色四級(jí)預(yù)警，例如臺(tái)風(fēng)紅色預(yù)警代表12小時(shí)內(nèi)可能引發(fā)特大災(zāi)害，需緊急避險(xiǎn)。030201多部門協(xié)同響應(yīng)氣象部門與應(yīng)急管理、交通、水利等部門聯(lián)動(dòng)，提前部署防災(zāi)措施，如疏散群眾、關(guān)閉