气象要素与天气
气温、气压、湿度、风、云、雾、能见度等，都是表征大气状态的物理量或物理现象，统称为气象要素。因此，要了解天气变化和气候规律，必须首先了解气象要素。 第一节 气温与气压
一、气温 1．气温的定义和单位 气温是表示空气冷热程度的物理量。大气温度状况是支配天气变化的重要因素之一。因此气温既是天气预报的重要项目，又是天气预报的重要依据。 为了定量地表示物体的温度，必须选定一个衡量温度的标准，称为“温标”。制定温标时，需要选定几个参考点，最常用的是纯水在标准大气压力下的冰点和沸点，把其间分为100等份，冰点为0度，沸点为100度，这样确定的温标，称为摄氏温标，以℃表示。把冰点和沸点之间分成180等份，冰点定为32度，沸点定为212度，这样确定的温标，称为华氏温标，以ºF表示。摄氏与华氏温度的换算关系如下： C=9(F－32) (3-1) 另外还有一种绝对温标(或称开氏温标)，以K表示。这种温标1度的大小与摄氏温标中1度的大小相同，但其0度规定为摄氏－273度。开氏0度称为“绝对零度”，水的冰点为273K，沸点为373K。，它与摄氏温度的换算关系如下： C=K－273 (3-2) 2．空气的增热和冷却 下垫面是对流层大气主要而直接的热源，空气的增热和冷却主要受下垫面的影响，这种影响是通过下垫面与空气之间的热量交换来实现的。下垫面与空气之间的热量交换途径主要有下列几种。 (1)辐射：地面的热量以电磁波的形式传给大气，使大气受热增温。地面的这种放热过程，称为地面辐射。大气受热以后，又以电磁波的形式向四周放射热量；使本身温度降低。大气的这种放热过程，称为大气辐射；地面辐射和大气辐射的波长比太阳辐射波长要长，大气对它们都有较好的吸收本领。我们把地面辐射、大气辐射称为长波辐射；把太阳辐射称为短波辐射。 (2)对流：地面受热以后，使靠近地面的空气变热而膨胀上升，与此同时，上层及周围较冷空气流来补充。通过对流，上下层空气相互混合，热量随之交换，使高层次的空气增热，这是对流层中热量交换的主要方式。 (3)传导：贴近地面的空气也以传导方式获得热量，但是空气的热传导能力是非常小的，约为银的导热率的十万分之六。 (4)乱流：当下垫面受热不均匀的范围和程度较小时，或当空气流经粗糙的下垫面时，可以形成一些小规模的、不太强的、不规则的空气运动，称为乱流(或湍流)。乱流能使空气在各个方向上得到充分的混合，使热量、水分和尘埃等伴随着得以交换，使之趋于均匀。乱流是下垫面与空气之间热量交换的重要方式之一。 (5)水相关系：下垫面水分蒸发时吸收下垫面的热量，当这些水汽在空气中凝结时，又把小部分潜热释放给大气，大气便间接地从下垫面获得了热量。同样在大气中当云滴蒸发时，要吸收周围空气的热量；当水汽由一地送往另一地而发生凝结时，便释放潜热给它周围的空气。可见，水相变化也是空气之间交换热量的方式。 3．气温的日变化与年变化 气温在一天中和一年中的正常变化规律，叫气温的日变化和年变化。这种规律是人们经过多年的实践并经过分析研究以后得出来的。冬寒夏暑，午热晨凉，这是近地面气温变化的一般规律。 (1)气温的日变化 气温的日变化特点是在一天内有一个最高值和一个最低值，陆地上最高值，冬季出现在13～14时，夏季出现在14～15时，最低值出现在近日出前。海洋上最高值和最低值出现的时间，比陆地上约迟1～2小时。一天当中气温的最高值与最低值的差，称为气温日较差，它的大小反映了气温日变化的程度。 气温日较差的大小，与纬度、季节、下垫面性质、地形、海拔高度及大气状况有关。在热带地区最大，平均为12℃；温带地区平均为8～9℃；极地区域只有2℃。气温日较差随季节的变化，以中纬度最为显著，夏季大于冬季。大洋上的气温日较差较小，只有1～2℃；内陆地区常在15℃以上，有些地方甚至可达25～30℃。阴天时的气温日较差比晴天时要小。 (2)气温的年变化 在北半球，一年之中大陆上月平均气温，最高值一般出现在7月份，最低值出现在1月份；海洋上比上述时间落后一个月。在南半球，则是1月份气温最高，7月份气温最低。—年中月平均气温的最高值与最低值的差，称为气温年较差。 气温年较差的大小，主要是随着下垫面性质和纬度而异，在赤道附近，季节变化极不明显，年较差很小；在中高纬度，季节变化显著，所以年较差大。在相同纬度的一些地方，由于海陆性质的不同，海上气温的年较差比陆上小。 4．气温与天气 引起气温日变化的基本因素是天文因素，即昼夜长短和太阳高度，也就是与上述因素相对应的太阳辐射的时间和强度。如受到来自高纬度冷空气平流或来自低纬度暖空气平流的作用，正常的气温日变化规律将遭到明显的干扰，出现“日寒夜暖”的反常现象，那么很明显暖空气非常活跃，天气即将变坏。如果气温日变化正常，意味着冷暖平流的作用居于次要的地位，预示着天气晴好少雨。俗话说：“日暖夜寒，东海也干”。 根据气温预测天气，要考虑季节背景。在冬季，冷是正常现象，只有冷得足，才能晴得长。在大冷期间，天气总是晴好， 一旦变得暖和起来，天气往往就要变了。反之，在夏季，暖是正常现象，只要热而不闷，是不会下雨的。一旦天气变冷，只要稍有一点冷空气下来，往往就会下雨。当然，天气变化是复杂的，仅仅依据气温情况进行天气预报，就难免有一定的片面性，因此必须综合分析，全面考虑，才能收到较好的预报效果。 二、气压 1．气压的定义和单位 大气是具有重量的，大气中任意高度上的气压，就是从该高度起，直至大气上界止，在每平方厘米面积上空气柱的重量，也就是大气在单位面积上所施加的压力，即压强。在实际工作中常用水银气压表测气压，如用P表示气压，P表示水银密度，h表示水银柱高度，g表示重力加速度，s表示水银柱截面积，则水银柱的重量： W=rghs (3-3) 因为水银柱底面压强与外界大气压是一致的，所以大气压强为： P= s =r s =rgh (3-4) 当气温为0 ℃，在纬度45º 海平面上，760m水银柱高时的大气压称为标准大气压。 其值为Po=101325 Pa=1013．25 hPa。 在国际单位制中，气压单位为“百帕”(hPa)，1 hPa=l00 Pa。也有用水银柱高(mmHg)作为气压单位的，则1mmHg=3hPa。目前，仍有许多国家还习惯使用毫巴(mb)作为气压的单位。 2．气压的变化 (1)气压随高度的变化 由于某一高度上的气压值，等于这个高度处单位面积上所承受的大气柱重量。由此可知海平面上的气压，显然比山顶上的气压要大。同理可知任何地点的气压值，都是随高度的增加而减小的。在低层大气中(0～1000米)每上升100米，气压降低12hPa以上：在2～3 公里的空中，每上升100米，气压降低不到l0 hPa；到了4～5公里的高度，每上升l00米，气压降低7 hPa左右：在9～10公里的高空，每上升100米，气压只降低约5hPa。 (2)气压的日变化 在一天中，气压有两次高值和两次低值。两次高值分别在10时和22时左右；两次低值分别在4时和16时左右。这种周期性的有规律的气压变化，叫气压的日变化。气压日变化在热带地方表现明显，日较差大，可为3～5 hPa左右；中纬地带，因为常受高低气压系统的影响，致使气压日变化不甚明显，但把气压系统影响除掉后，仍可看出该地区的气压同样存在着有规律的变化，其变化量一般有1 hPa左右。· (3)气压的年变化 比较每月的气压平均值，可发现在一年中有一个月气压最高，另一个月气压最低。这种以一年为周期的气压变化，称为气压的年变化。气压年变化，在中纬度地带最为明显，年较差的值也较大。在大陆上夏季气压最低，冬季气压最高；在海洋上则是夏季气压最高，冬季气压最低。 3．气压与大气 气压的高低及其变化趋势，同未来的天气变化有着十分密切的关系。在一般情况下，气压的明显升高，意味着干冷气流的加强和空气下沉运动发展，二者对于成云致雨都是不利的，所以在这种情况下，天气晴好；相反，气压的明显下降，意味着暖湿气流的加强和空气上升运动的发展，暖湿气流的加强，保证降水所需的水汽供应，上升运动的发展，提供了成云致雨所需要的动力，因此导致降水，天气阴雨。在同一地点，低压上升到最高值的期间，即受高压控制时，往往就是空气下沉运动最明显的时期，天气晴好。反之，气压下降到最低值的期间，即受低压控制时，往往就是空气上升运动最明显的时期，天气阴雨。当然，气压的上升和下降，还有各种不同的情况。在气压很高的时候，气压的轻微下降未必是降水的先兆。反之，在气压很低的时候，气压的轻微上升亦未必是转晴的征兆。另外气压的猛升和猛降，往往是迅速转晴或转雨的先兆，而气压的平稳下降，往往带来比较和缓的降水。至于气压下降时出现的不稳定的跳动现象，往往预示雷雨等剧烈天气即将来临。 根据气压来判断天气变化，必须注意气压的日变化规律是否遭到破坏。在天气晴朗的情况下气压的日变化是正常的，而在天气阴雨时，正常的日变化规律便遭到破坏。大气晴雨的变化受多方面因素的影响，气压只是其中之一，未必能够说明天气变化的全局。仅仅依据气压变化所做出的天气预报，未必完全符合客观实际。 |
