第1章 气象(1)

1.你知道大气由什么组成吗

大气是多种气体的混合物。低层大气是由干洁空气、水汽和固体杂质3部分组成的。

干洁空气（25千米以下）的主要成分中，氮和氧合占干洁空气体积分数的99%.氧是人类和一切生物维持生命活动所必需的物质；氮是地球上生物体的基本成分。大气中的微量成分二氧化碳和臭氧，含量虽少，但对地球上的生命活动和自然环境有着重要作用。二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料，并对地面起保温作用。臭氧能大量吸收太阳紫外线，保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害，被誉为“地球生命的保护伞”；而穿透大气射到地面上的少量紫外线，又对人们起到杀菌治病作用。

大气中的水汽和固体杂质含量也很少，却是天气变化的重要角色。水汽的相变（气态、液态、固态三者的互相转变），产生了云、雨、雾、雪等一系列天气现象，并伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度。固体杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件。大气中水汽和固体杂质的含量因时因地气象

石油等矿物燃料，排放出大量的二氧化碳，使大气中的二氧化碳含量不断增加。又如，在制冷工业发展前，大气中是没有氟氯烃化合物的。20世纪80年代以后，随着电冰箱、冰柜等的广泛使用，释放出大量的氟氯烃化合物，使大气中的氟氯烃含量增加。氟氯烃能破坏大气中的臭氧，使大气中的臭氧总量减少。

2.空气有质量吗

空气是有质量的，l立方厘米的空气质量为0.00129克。

但我们秤物体的质量通常都是在空气中，所秤物体的质量远大于同体积空气的质量，空气的质量被忽略。在空气中，秤空气的质量，所秤空气相当于沉没在外部空气中，其浮力等于空气的质量，两相抵消，所以我们秤不到。

在古代，虽然古希腊的一些哲学家，如柏拉图等已经假定空气是有质量的，可是他们无法称出这个质量，因而人们一直认为空气是没有质量的。到了17世纪，伟大的科学家伽利略做了试验，证明了空气是有质量的。

最早的试验很简单，伽利略用气泵向一个大玻璃杯打足气，也就是用加压的办法使瓶中多装一些空气。这时，用天平称称它的质量，记下来。然后，把瓶口打开，那些多装的空气跑了出来，这时再称称质量。结果，瓶子变轻了。这是为什么呢？伽利略认为，这是打进去的空气又跑出来的缘故。很显然减轻的质量应当为跑出来的空气的质量。

接着，伽利略又做了一个试验，想找出空气的密度。他找一个装满空气、又不让空气漏掉的圆筒，然后把水灌进圆筒，使水占有圆筒3/4的容积。换句话说，把圆筒的空气压缩到原来体积的1/4.设放进圆筒的水质量为l千克，但圆筒称了后，质量却超过了水的质量加上原来圆筒的质量。这超过的质量恰是圆筒内被水压缩的那1/4容积的空气质量。这时只要将这个超出数除以水的质量就得出了空气的密度。伽利略计算的结果为空气的质量只有水的1/400，即0.0025克/立方厘米，但这个数字是不准确的，因为后来人们用精确的试验测定，在接近地面的空气层里，l立方厘米的空气质量为0.00129克。

3.常用气象名词有哪些

晴：天空云量不足3成。

阴：天空云量占9成或以上。

雾：近地面空中浮游大量微小的水滴或冰晶，水平能见度下降到1千米以内，影响交通运输。小雨：日降水量不足10毫米。

大雨：日降水量25.0？49.9毫米。

雷阵雨：忽下忽停并伴有电闪雷鸣的阵性降水。

冰雹：小雹核随着积雨云中激烈的垂直运动，反复上升凝结下降融化，成长为透明层相间的小冰块降落，对农作物有影响。

冻雨：雨滴冻结在低于o°c的物体表面的地面上，又称雨凇（由雾滴冻结的，称雾凇），常坠断电线，使路面结冰，影响通信、供电、交通等。

雨夹雪：近地面气温略高于o°c，湿雪或雨和雪同时下降。小雪：日降雪量（融化成水）不足2.5毫米。

中雪：日降雪量（融化成水）2.6~4.9毫米c大雪：日降雪量（融化成水）达到或超过5.0毫米。

霜冻：温度55低于o°c的地面

62暧气团和物体表面上有水汽凝结成白色结晶的是白霜，冷锋水汽含量少没结霜称黑霜，对农作物都有冻害，称霜冻。

低压槽和高压脊：呈波动状的高空西风气流上，波谷对应着低压槽，槽前暧空气活跃，多雨雪天气，槽后冷空气控制，多大风降温天气；波峰与高压脊对应，天空晴朗。

冷锋和暖锋：冷锋即冷空气的前锋，在冷、暖气团交界处、冷空气向暖空气推进。冷锋上多风雨激烈的天气，锋后多大风降温天气；反之为暖锋，锋上多阴雨天气、锋后转多云和晴天，气温回升。

大风：用风矢表示，有风向杆和风羽组成。风向杆指风的来向，有8个方位。风羽由三四个短划和三角表示大风的风力，垂直在风向杆末端的右侧（北半球）。

4.气象卫星是如何探测高空气象的

气象卫星是继无线电探空和气象火箭之后气象探测技术的又一次重大突破。它是携带各种（被动）大气遥感探测仪器，从空间对地球大气进行气象观测的人造地球卫星。

气象卫星在空间沿着固定的轨道运行，它远在几百千米甚至几万千米的大气层之外的太空。它不是把温度计、湿度计、风向标等气象仪器置于大气中来直接感应大气的温度、湿度等要素，而是采用遥感技术，通过卫星上携带的可见光和红外线扫措辐射仪和电视照相机，时刻俯览着地球大气。时刻接收来自地球的被测目标，如云层、陆地、植被、海洋等发射和反射出的电磁辐射信息来间接地检测出地球大气的情况。

气象部门通过地面上的气象卫星接收机接收到卫星发回来的图像，从而更直观、更精确地了解各种天气系统的云系特及其分布、海水表面温度分布、地球表面冰雪分布以及洪涝灾害等。

气象卫星还可以探测大气温度、湿度以及一些气体含量的垂直分布。

根据气象卫星运行的轨道和用途来分，现今世界上业务用的气象卫星可以分为两种。一种叫极轨卫星，如我国发射的“风云一号”系列。这种卫星虽每天可对指定地区进行两次观测，但却不能连续监视，因此对日常天气预报意义不大。另一种叫同步卫星，如我国发射的“风云二号”，它是高轨卫星，24小时绕地球一周，相对地球而言是不动的。它能连续监视一个地区的天气变化，对天气预报十分有用。

气象卫星的出现使高空探测发生了划时代的变化，大大提高了对台风、暴雨等灾害性天气预报的准确率，是气象部门十分理想的探测工具。

5.什么是气象观测

对一定范围内的气象状态及其变化进行系统地、连续地观察和测定，叫做气象观测。所谓“系统”和“连续”，是指对各种气象要素全面地、不间断地进行观测。

气象观测是对气象要素和大气现象观测两种。地面气象观测包括云、能见度、天气现象、湿度、温度、气压、风、降水、蒸发、日照等项目；高空气象观测包括高空风向、风速、气压、温度、湿度等项目。配合专业工作的需要有农业气象观测、林业气象观测、航空气象观测、城市气象观测和船舶气象观测等。

随着无线电电子学、遥感技术、空间技术和其他新技术的发展，气象观测工具也随之发，因而有采用雷达、激光、火箭和卫星等进行的更专门的气象观测。

气象观测是气象工作的基础。根据观测资料就可对天气和气候进行分析、研究，并为国防和国民经济建设服务。由于观测时间的不同，又分为定时气象观测和不定时气象观测。

6.什么是太阳箱射

太阳辐射是地球表层能量的主要来源。太阳辐射在大气上界的分布是由地球的天文位置决定的，称此为天文辐射。由天文辐射决定的气候称为天文气候。天文气候反映了全球气候的空间分布和时间变化的基本轮廓。

除太阳本身的变化外，天文辐射能量主要决定于日地距离、太阳高度角和昼长。

地球绕太阳公转的轨道为椭圆形，太阳位于两个焦点中的一个焦点上。因此，日地距离时刻在变化。每年1月2日至5日经过近日点，7月3日至4日经过远日点。地球上接受到的太阳辐射的强弱与日地距离的平方成反比。

太阳光线与地平面的夹角称为太阳高度角，它有日变化和年变化。太阳高度角大，则太阳辐射强。

白昼长度指从日出到日落之间的时间长度。赤道上四季白昼长度均为12小时，赤道以外昼长四季有变化，40°纬度的春、秋分日昼长12小时，夏至和冬至日昼长分别为14小时51分和9小时09分，到纬度66.33‘出现极昼和极夜现象。南北半球的冬夏季节时间正好相反。

天文辐射的时空变化特点是：①全年以赤道获得的辐射最多，极地最少。这种热量不均匀分布，必然导致地表各纬度的气温产生差异，在地球表面出现热带、温带和寒带气候；②天文辐射夏大冬小，它导致夏季温高冬季温低。

大气对太阳辐射的削弱作用包括大气对太阳辐射的吸收、散射和反射。太阳辐射经过整层大气时，0.29微米以下的紫外线几乎全部被吸收，在可见光区大气吸收很少。在红外区有很强的吸收带。大气中吸收太阳辐射的物质主要有氧、臭氧、水汽和液态水，其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和尘埃等。

云层能强烈吸收和散射太阳辐射，同时还强烈吸收地面反射的太阳辐射。云的平均反射率为0.50~0.55.

经过大气削弱之后到达地面的太阳直接辐射和散射辐射之和称为太阳总辐射。就全球平均而言，太阳总辐射只占到达大气上界太阳辐射的45%.总辐射量随纬度升高而减小，随高度升高而增大。一天内中午前后最大，夜间为0；—年内夏大冬小。

太阳辐射能在可见光线（0.4~0.76微米）、红外线（>0.76微米）和紫外线（<0.4微米）中分别占50%、43%和7%，即集中于短波波段，故将太阳辐射称为短波辐射。

7.什么是气温

气温是指空气的温度。中国以摄氏温标（°c）表示。气象台站用来测量近地面空气温度的主要仪器是装有水银或酒精的玻璃管温度表。因为温度表本身吸收太阳热量的能力比空气大，在太阳光直接暴晒下指示的读数往往高于它周围空气的实际温度，所以测量近地面气温时，通常都把温度表放在离地约1.5米处四面通风的百叶箱里。气象部门所说的地面气温，就是指离地面约1.5米处百叶箱中的温度。

气温在地球表面的平均分布，由大气和地表辐射状况、下垫面性质、大气环流状况以及受环流制约的气团的移动等因素决定。在自由大气中，气温的变化与空气的绝热上升和下降有密切关系。在对流层中，气温一般随高度递减（每升高100米降低0.6°c），有时也会出现气温随高度升高的逆温现象；在平流层中，气温一般随高度缓慢增高（一直到约50千米8.为什么四季的时间不一样长呢

四季的长短与地球离太阳的远近有关系。因为地球绕太阳运行的轨道是一个椭圆形，太阳并不在这个椭圆的中心，而是在这个椭圆的一个焦点上。这样，地球在绕太阳运行的时候，就会离太阳有时近、有时远。地球运行的速度是和太阳引力的大小有关系的，而太阳引力的大小，又和地球距离的远近有关系。如果地球距离太阳远一些，太阳对它发生的引力作用就小一些，那么地球就会走得慢一些；如果地球距离太阳近一些，太阳对它发生的引力作用就大一些，那么地球就会走得快一些。

春季，地球在离开太阳较远的轨道上运行，太阳对它的引力比较小，因此它在轨道上运行就较慢，所以春季的时间就长一些。夏季，地球离开太阳最远，太阳对它的引力最小，因此它走得最慢，所以夏季的时间最长。秋季，地球巳在离开太阳较近的轨道上运行，太阳对它的引力比较大一点，因此它的运行速度就比较快，所以秋季的时间就短一些。到了冬季，地球离太阳最近，太阳对它的引力最大，它也走得最快，所以冬季的时间最短。

9.为什么云能飘浮在空中

一片1平方千米的积云，不是特别大，如果按每立方米平均含水量为0.2克计算，其重量为200吨。肯定很多人有疑问，为什么如此重的云竟然能飘浮在空中呢？