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气温与气压

编辑:驾驶网    来源:中国海事    2009-03-09    👁9846  

 

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(5)(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 (W)=r s (ghs)=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=3(4)hPa。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。

 

 

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