氣象物理量

① 1, 什麼是氣象要素

氣象要素（meteorological element）表明一定地點和特定時刻天氣狀況的大氣變數或現象， 如溫、壓、濕、風、降水等。

表明大氣物理狀態、物理現象以及某些對大氣物理過程和物理狀態有顯著影響的物理量。主要有：氣溫、氣壓、風、濕度、雲、降水、蒸發、能見度、輻射、日照以及各種天氣現象。

1. 氣壓 : 大氣的壓力，它是在任何錶面的單位面積上，空氣分子運動所產的壓力。

2. 氣溫 : 大氣的溫度，，表示大氣冷熱程度的量。它是空氣分子運動的平均動能。

3. 大氣濕度（簡稱濕度）： 它是表示空氣中水汽含量或潮濕的程度，可以由比濕（g）、絕對濕度（pv）、水氣壓（e）、露點、相對濕度等物理量表示。

4. 風 : 空氣相對於地面的運動。氣象上常指空氣的水平運動，並用風向、風速來表示。

5. 雲 : 懸浮在空氣中的大量水滴和冰晶組成的可見聚合體。在常規氣象觀測中要測定雲狀、雲高和雲量。

6. 降水 : 指從雲中降落的液態水和固態水，如雨、雪、冰雹等。

7. 蒸發 : 液體表面的氣化現象。氣象上指水由液體變成氣體的過程。

8. 輻射 : 能量或物質微粒從輻射體向空間各方向發送過程。氣象上通常稱太陽輻射為短波輻射，地球表面輻射和大氣輻射為長波輻射。

9. 日照 : 表示太陽照射時間的量。氣象上通常提供的是觀測到的實照時數。

10. 能見度：人的正常視力所能看到的目標物的最大距離。

② 氣象（氣候）因素

潛水含水系統埋藏最淺，水位變化受氣象因素影響最大。潛水位變化周期與大氣降水變化周期明顯一致。我國大部分地區屬季風氣候區，受東南季風影響，大體上每年4～7月，自南向北，進入雨季，降水顯著增加，潛水位逐漸升高。雨季結束後，降雨減少，由於徑流排泄，潛水水位逐漸降低，到翌年雨季來臨前，水位降低到谷底，全年潛水水位動態表現為單峰、單谷型，季節性變化明顯。南方地區，由於受秋雨季節的影響，潛水水位動態表現為雙峰型。

潛水動態變化主要受氣候周期的影響。氣候變化周期，除了年際間的周期性變化外，還有多年性的周期變化，存在豐水年和枯水年長周期的交替現象。例如，周期為11年左右的太陽黑子變化，會影響豐水年和枯水年的交替變化，從而引起潛水位長周期的峰、谷變化。因此，研究地下水動態變化，需根據多年氣象資料分析，從中找出不同保證率下的降水量分布對潛水補給量和水位變化的影響。

③ 在高空氣象探測中,描述空氣運動狀態的物理量是風向和是

風速。大氣的常量是溫壓濕風，其中溫度、壓強和濕度是大氣自身的狀態，是標量；而風則是描述空氣運動的物理量，是矢量，包括風向和風速。
高空氣象探測中，風向和風速是非常重要的物理量，它直接描述大氣運動的方式方法，同時從側面提供了大氣的狀態（高空中的風不是從高壓吹向低壓，而是和等壓線平行的吹，所以根據風向和壓強的連線，可以畫出等壓線）。同時，風速大小和防線可以判斷大氣運動是輻合還是輻散，對判斷當地以及下游地區的晴雨預報有重要指示意義。

④ 氣象學中的水汽通量的概念是什麼表達式和物理意

物理量是指物理學中所描述的現象、物體或物質可定性區別和定量確定的屬性。簡稱為量，如長度、質量、時間等。物理量有固定的名稱、符號，有時符號帶有確定的下標或其他說明性標記。物理量的符號必須用斜體表示，符號後不附加圓點。氣象學中的水汽通量的概念是什麼？表達式和物理意

⑤ 氣象上垂直速度與散度的單位是什麼

渦度、散度與垂直速度，是天氣分析預報中經常使用的三個物理量。

垂直速度單位是pa/s，用公式（omega，P坐標的垂直速度）ω=﹣ρɡw可以把單位轉為m/s；散度的單位是1/s。

散度：

1. 定義及表達式

散度是衡量速度場輻散、輻合強度的物理量，單位為1/s，輻散時為正，輻合時為負。

水平散度的表達式為：

⑥ 氣象(氣候)因素

自然地理因素包括地形、氣象、水文及植被等方面。由於各地區自然地理條件不同，決定了一個地區地下水的形成條件和變化規律，使各地區的地下水具有獨特的性質。下面著重介紹氣象因素和水文因素對地下水的形成和變化的影響。

自然界中水循環的重要環節———蒸發、降水，都與大氣的物理狀態密切相關。氣象要素包括氣溫、氣壓、風向、風力、濕度、蒸發和降水等這些決定大氣物理狀態的因素。這種大氣的物理狀態稱為天氣。而某一地區天氣的多年平均狀態(用氣象要素的多年平均值來表示)稱為該地區的氣候。氣象和氣候因素對水資源的形成與分布具有重要影響。對地下水的形成而言，雖然變化緩慢的氣候因素起著極為重要的影響作用，但變化迅速的氣象要素，則對地下水發生著顯著的影響。這其中以降水、蒸發及氣溫的影響最大。

1.氣溫

大氣具有一定的溫度稱為氣溫。一切復雜的天氣變化，主要是氣溫條件不同而引起的。氣溫的變化會直接影響地下水溫度的變化，水溫變化會使地下水中的氣體成分發生變化。例如由於溫度的增高，氣體活躍性增大，一部分氣體就要從水中逸出，從而減少地下水中氣體成分的含量;水中氣體含量的降低，又會引起地下水化學成分的變化。此外，由於熱力增加，地下水蒸發作用加強，水量就減少，水的濃度增加。

2.濕度

大氣中水汽的含量稱為空氣濕度。大氣中水汽含量變化不定，占空氣總量的0.01%～4%，其中70%分布在0～3.5km的高度內。

水汽具有重量，所以有壓力，因此，表示空氣中水汽含量多少可以用重量或壓力表示。濕度分為絕對濕度和相對濕度兩種。

絕對濕度:為某一地區某一時刻空氣中水汽的含量。採用重量單位時，以1m³空氣中所含水汽克數(g/m³)表示，表示符號為m;用壓力單位時，為空氣中所含水汽分壓相當於水銀柱高度的毫米數或以毫巴表示，表示符號為e。

空氣中絕對濕度變化很大，主要受氣溫、地表面性質等因素的影響。在溫暖地帶和遼闊水面或潮濕土壤上空，絕對濕度較大。在氣溫低的地區，空氣絕對濕度則很小。

空氣中可容納水汽的數量和溫度有密切關系，溫度越高，可容納的水汽數量越多;反之越少。某一溫度下，空氣中所能容納的最大水汽數量，稱為該溫度下的飽和水汽含量。同樣也可用重量單位或壓力單位表示，兩種情況分別用符號M和E表示。不同溫度下的飽和水汽含量，見表1－2。

表1－2 不同溫度下的飽和水汽含量

絕對濕度只能說明某一時刻空氣中水汽含量的多少，而不能說明空氣中的水分是否達到飽和，因此，又有相對濕度的概念。

相對濕度:絕對濕度與飽和水汽含量之比為相對濕度(r)。即

普通水文地質學

盡管空氣絕對濕度不變，當氣溫下降時，則相對濕度增加。當相對濕度達到100%時，說明空氣中水汽已達到飽和狀態。空氣中水汽達到飽和時的氣溫稱為露點。當氣溫低於露點以下時，多餘的水汽就要凝結發生降水。

3.降水

當空氣的溫度低於露點時，空氣中多餘的水汽就要凝結，以液態或固態形式降落到地表稱為降水。氣象部門用雨量計測定降水量，以某一地區某一時期的降水總量平鋪於地面得到水層高度的毫米數表示。如某地區年降水量為1000mm，即表示降落在該地區的水量平鋪在該區水平面積上，該水層高度為1000mm。

降水是水循環的主要環節之一，一個地區降水量的大小，決定了該地區水資源的豐富程度，對地下水資源的形成具有重要影響。大氣降水滲入地下，對地下水的補給最為普遍，它是地下水最重要的來源。大氣降水補給作用的強弱主要取決於兩個方面:一是大氣降水(特別是降雨、降雪)的強度、延續時間;另一方面是當地的入滲條件，如包氣帶的岩性和厚度、地形、植被等。如單位時間內所降下的雨量(降雨強度)大，延續時間長，則可能補給的地下水量就多;當入滲條件好，如地表岩土透水性好，地形平坦，植被良好，則入滲作用就強，補給地下水就多。

不同類型的降雨對地下水的補給是不一樣的。

暴雨:歷時短而強度大。按氣象部門的慣例，當日降雨量大於50mm或12h降雨量大於30mm的降雨稱為暴雨。這種雨一般籠罩面積不大，降雨過程短，一般說來降雨大部分來不及滲入地下而變為地表徑流流走，而且往往強烈沖刷地表，甚至改變地表原來的結構。但在平坦的裸露砂礫石層地區和植被覆蓋較好的地區，仍然可有相當多的水滲入地下。

細雨:歷時不久，雨量小，雨滴小。這種雨往往一邊下，一邊極易蒸發，對地下水補給的意義不大。

淫雨:歷時久，強度小，籠罩面積大，在地表條件適當時，這種雨可以大量地補給地下水，對地下水的補給具有很大的意義。

暴淫雨:歷時久，平均強度大，常常釀成地面的洪澇災害，它對地下水的影響也是顯著的，它常常破壞原有的地表結構，對礦坑和某些工程帶來威脅。

在分析大氣降水的補給作用時，不但要考慮絕對的降水量，還應考慮降水的性質(如延續時間、強度)，降水形式(液態、固態)和降水的類型等。在水文地質調查時，應收集降水的月平均、年平均及多年平均資料。

4.蒸發

水在常溫下，由液態變為氣態進入大氣的過程稱為蒸發。自然界的蒸發可以在水面、岩石土壤表面和植物的枝葉上進行。所以根據蒸發性質的不同，可分為水面蒸發、土面蒸發和葉面蒸發三種。蒸發量仍以水層厚度毫米數表示。

(1)水面蒸發

水面蒸發是指在一個地區，一定時間內地表水體表面水分的蒸發。其蒸發量的大小用水面蒸發皿來測定，其值以蒸發度表示，它表示一個地區蒸發能力的大小。

水面蒸發量的大小受許多因素影響，它與蒸發面的溫度、空氣飽和差、風速、氣壓等有關。蒸發面的溫度越高，飽和差越大，風速越大，氣壓越低，則蒸發速度越快，蒸發量越大。

(2)土面蒸發

土面蒸發是指在一個地區，一定時間內土壤表面水分的蒸發。土面蒸發量除了氣溫、飽和差、風速、氣壓外，還與地下水的埋藏條件、土壤性質有關。一般當地下水埋藏較淺時，由於土壤毛細作用，將地下水吸至地表，蒸發量加大;埋藏較深，蒸發量就小。土壤顆粒越細，土壤層經常保持的水分就多，則蒸發量就大。

(3)葉面蒸發

葉面蒸發是指在一個地區，一定時間內某種植物葉面水分的蒸發，其蒸發過程稱為蒸騰(蒸散)。

必須注意，氣象部門提供的蒸發量，只能說明蒸發的相對強度(蒸發度)，它不代表實際的蒸發水量。

最後介紹氣壓與地下水的關系和潮濕系數的概念。

大氣的質量施加於地面的壓力稱為氣壓，常用毫米水銀柱高度表示。在標准狀態下的氣壓為760mmHg高度，即約相當於10⁵Pa。

各地氣壓的差異引起空氣流動，冷暖空氣交鋒，形成降雨。我國東部由於受季風的影響，故降雨大多集中於夏季，而冬季寒冷乾燥。氣壓變化可影響地下水位升降，從而引起泉水流量變化。如氣壓下降，泉水流量有增高的現象。

潮濕系數(K_B)是指一個地區的年降水量(X)與年蒸發度(Z)(水面蒸發值)的比值。

普通水文地質學

潮濕系數的大小反映了一個地區水分的豐缺和氣候的干濕特性。K_B越大，說明地區水量越豐富;反之，則蒸發越強烈，水分越缺乏。前者有利於地下水的形成，而後者不利於地下水的形成。地區的潮濕程度與潮濕系數的關系如下:

普通水文地質學

普通水文地質學

⑦ 氣象學中的水汽通量的概念是什麼表達式和物理意義都是什麼

物理量是指物理學中所描述的現象、物體或物質可定性區別和定量確定的屬性。簡稱為量，如長度、質量、時間等。物理量有固定的名稱、符號，有時符號帶有確定的下標或其他說明性標記。物理量的符號必須用斜體表示，符號後不附加圓點。

⑧ 氣象要素的輸送量

當空氣以速度u作水平運動時，也就意味著垂直於氣流的單位橫截面內的空氣在單位時間內移動了距離u。如果速度以m/s為單位，這也就表示橫截面為1m2的空氣在1秒鍾內穿過的體積是u立方米。這就是關於空氣運動速度（風速）的另外一種理解方式。在這種理解下，風速最大的高空急流附近，自然就是空氣在單位時間穿過的空間體積最大的地方。由於空氣是氣體物質，我們把這理解為物質運動最快的地方，自然也是的准確的。
可是我們當分析「空氣的輸送量最大的地方」時，需要明確輸送量不單單與空氣的速度有關，還與當地的空氣密度有關。而空氣的輸送量是風速和空氣的密度的乘積表示的。由於空氣的密度隨高度迅速降低，於是空氣流速最大的高空急流部位，不見得就是氣象要素的輸送量（流量、通量）最大的部位。
顯然，氣象要素（物理量）x在空氣中的密度如果是ρx（即單位空氣體積內該氣象要素的數量），那麼空氣以風速u運動時，就在單位時間，通過單位截面積攜帶了ρxu這么多的該物理量，它也就是物理量x的通量Tx，我們也稱為輸送量。即一般有Tx=ρxu⑴
在對流層中，風速u一般是隨高度而增加的，在對流層頂附近風速達到最大值。但是物理量的密度（如空氣密度），如果隨高度是減小的，那麼物理量的最大輸送量的所在的高度就可能與高空急流不重合。下面我們就用實際資料對不同的氣象要素的水平輸送量在不同上的分布情況做初步分析。 這里我們用哈爾濱，上海，廣州，蘭州，成都，烏魯木齊，拉薩共七個點的1982年8月（北京時間08時）的平均探空資料做一些分析。根據公式⑴我們計算出不同高度層上的空氣水平（不計方向）輸送量和水汽輸送量，並且繪在圖上以顯示它們的垂直變化。而這七個站點也大致代表了地居中緯度的中國的東西南北中、靠近海洋、內陸、高原、盆地等不同情況。它們對理解這個總問題有代表性。計算中利用提供的月平均的地面、850、700、500、400、300、250、200、150、100、70、50、30hPa的13層上的高度、溫度、濕度（溫度露點差）和風速資料作為原始數據。根據干空氣的氣體狀態方程P=ρRT⑵
計算空氣密度ρ。這里ρ是空氣的密度，R是干空氣的氣體常數，R=0.287J/g.K（干空氣）。於是得到ρ（千克/立方米）=（壓力的百帕值）×0.3484/絕對溫度值。用空氣密度乘風速就得到空氣質量在單位橫截面、單位時間的通量。
對於水汽，它也應當用公式⑴計算，不過哪裡的ρx表示水汽的密度。它應當是空氣密度與比濕的乘積。本研究中的比濕我們是根據各個高度上的壓力值、溫度露點差值，用熱力學圖表查出來的。 中國上空的空氣輸送量的一般垂直分布特徵是它們在海拔10公里附近有一個最大的輸送層。但是上海的最大輸送層出現在離地面2公里附近，而廣州的最大輸送層出現在10－12公里以及地面以上2公里附近。中國上空的水汽的一般垂直分布特徵是它們都在地面以上2公里附近有個最大輸送層，再向高層，水汽輸送量迅速減小。在地面附近，由於風速小，輸送量也小。而12公里以上的平流層里水汽的輸送量已經小到可以忽略的程度。
我們綜合出風速最大層、空氣輸送量最大層和水汽輸送量最大層的所在位置，統一列於表1中。 站名 哈爾濱 上海 廣州 蘭州 成都 烏魯木齊 拉薩 風速最大位置（海拔，公里） 10-12 12-14，24 24 10-12 12-14，24 12-13 24 空氣輸送量最大層位置（公里） 海拔10，2 海拔2，12 海拔2，10-12 海拔9-11 海拔8－11 海拔11-12 海拔11和離地面2 水汽輸送量最大層位置 離地面兩公里附近 離地面兩公里附近 離地面兩公里附近 離地面兩公里附近 離地面兩公里附近 離地面兩公里附近 離地面兩公里附近 根據計算數據、表1說明，風所輸送的空氣量（質量）的最大值一般出現在風速最大層以下的1－2公里的高度上。個別情況它也會出現在距離地面2公里的低空。而水汽的最大輸送量基本都出現在離地面2公里的高度附近（無論的海濱的上海，還是高原的拉薩、內陸的烏魯木齊）。
這些結果是合理的，因為輸送量是風速與密度的乘積值，而空氣密度肯定是隨高度而迅速減少的，所以輸送量的最大高度比風速的最大高度要低。水汽更是集中在大氣低層，所以水汽的最大輸送層就更低。
總之，從一般的理論分析和這些站點的空氣和水汽數據分析都表明大氣里存在著一個對特定的氣象要素的最大的輸送層，這個最大輸送層的位置與高空急流並不重合，一般是在更低地位置，對空氣質量的輸送，它大約比高空急流低1－2公里，但是也可能在地面以上2公里附近，而水汽的最大輸送層一般在距離地面2公里的高度附近。 風能
前面我們著重分析了空氣質量和水汽質量的輸送量和它們在垂直方向的最大輸送層。把輸送量的公式⑴再擴大到空氣具有的能量等方面（風能、動量、潛熱能、熱能、位能）。風能輸送量和它的最大層：動能是量與速度的平方的一半，對於單位質量的空氣，它就是（1/2）×（風速）2，即。對於單位體積的動能，它自然應當是前者再乘以空氣密度，即。把它作為公式⑴里的ρx，代入我們得到空氣風能E的輸送量TE公式，它的單位是單位時間、單位橫截面的焦耳值（每平方米的瓦特數）。而它也就是風能計算中的著名的「風能密度」公式[4]。所以風能公式是公式⑴的特例。
根據這個分析，風能輸送量最大層也就是動能輸送量最大層。那麼風能輸送量在哪個高度上最大？根據這個公式看它固然有空氣密度的因素，但是它與風速的立方成正比例，這說明風速的決定權更大一些，所以風能輸送量的最大層在風速最大層（高空急流）和空氣輸送量最大層之間，而更靠近風速最大層（高空急流）。 根據前面的分析和公式⑴，只要知道某氣象要素（如浮塵、污染物質）在各個高度上單位體積內的數值，就可以計算風對它在各個高度上的輸送量。而根據我們已經分析的一些氣象要素的情況看，這個輸送量一般是具有一個或者兩個最大值出現在對流層內。