《气象现象复习》课件

气象现象复习欢迎参加气象现象复习课程本课程全面涵盖气象学基本概念与应用，包含从基础气象要素到现代天气预报技术的发展历程通过系统学习，您将掌握气象观测与分析的核心技能，为进一步研究和应用打下坚实基础本课程适用于气象学专业学生、环境科学研究者以及对天气现象有浓厚兴趣的学习者无论是基础复习还是知识拓展，这里都能找到您需要的专业指导和系统解析课程大纲气象学基础概念探索气象学的定义、研究对象及其与其他学科的关系，为后续学习奠定理论基础天气现象分类与特点深入了解各类天气现象的形成机制、特征及影响，包括降水、风暴系统和大气光学现象等云的种类与观测系统学习云的分类体系、形成原理及观测方法，掌握云系识别的关键技能能见度与气象要素测量掌握气象观测的核心技术，包括能见度测定和各类气象要素的测量方法与应用天气预报技术与应用探索从传统到现代的天气预报技术发展，了解气象学在航空、农业等领域的专业应用第一部分气象学基础概念气象学定义和研究对象气象要素与天气系统气象学是研究地球大气层中气象要素包括气温、气压、发生的各种物理、化学现象湿度、风向风速等可测量的及其变化规律的科学它主大气特性这些要素组成复要关注大气中的热量传递、杂的天气系统，共同决定了水汽循环和大气运动等过程特定时间和地点的大气状态气象观测标准体系国际气象组织制定了全球统一的观测标准，包括观测时间、方法和数据处理规范，确保全球气象数据的一致性和可比性气象学的定义科学研究范畴学科交叉特点气象学是研究大气中各种物理现代气象学与天文学、地理学、现象和过程的自然科学，它关海洋学、环境科学等多学科紧注从微观粒子运动到全球大气密交叉天文学提供日照变化环流等多尺度现象这一学科基础，地理学解释地形对天气的核心是揭示大气变化的内在的影响，海洋学则研究海气相规律和物理机制互作用对气候的调节作用广泛应用领域气象学在天气预报、气候研究、农业生产、航空航海、军事活动等领域有着广泛应用它不仅帮助人类预测灾害性天气，还为社会经济发展提供科学决策依据时制和日界世界时（）当地时间与转换国际日期变更线UTC世界时，即协调世界时当地时间是特定地区使用的实际时间，国际日期变更线大致沿°经线，180（，与有固定的时差关系中国采用是地球上日期改变的分界线穿越此Coordinated UniversalTime UTC），是基于原子时的国际标准时东八区时间（），即北京时间线向西航行，日期会后退一天；向东UTC UTC+8间系统它取代了格林威治标准时间在气象数据处理中，需要注意不同地穿越则前进一天（），成为全球气象观测的统一区观测数据的时差校正GMT在全球气象观测网络中，日期变更线时间标准气象部门通常使用来记录和发布气象观测中，规定每天（北京的存在要求气象人员特别注意日期标UTC00UTC观测数据，确保全球气象数据的时间时间时）的观测为一日之始，这种记，确保数据的时间序列正确卫星08一致性和可比性中国气象观测记录规定对全球同步观测和数据交换至关遥感和全球气象模式需要特别处理这通常同时标注北京时间和时间重要一区域的日期问题UTC天气与气候的区别天气短期大气状态描述特定时间和地点的大气条件气候长期大气特征一个地区长期天气模式的统计特征时空尺度差异天气关注日变化，气候研究年代际变化天气是我们每天感受到的大气状态，包括当日的温度、降水、风力等条件，具有高度变化性和短期性一个地区的天气可能在几小时内发生显著变化，这种变化受到大气环流、锋面活动等短期因素的直接影响气候则是长期天气状态的统计描述，通常基于至少年的观测数据它关注一个地区的平均状况、季节变化和极端事件发生30频率等特征气候受到海洋环流、太阳辐射等大尺度和长期因素的控制，变化相对缓慢但持久大气层结构热层（）80-700km温度随高度增加，可达°1500C中间层（）50-80km温度随高度降低，最低可达°-90C平流层（）11-50km含臭氧层，温度随高度增加对流层（）0-11km人类活动区域，温度随高度递减对流层是最接近地表的大气层，平均厚度约公里，但在赤道地区可达公里，而极地地区仅有公里这一层内温度通常随高度上升每上升米下11168100降约°，且绝大多数天气现象都发生在此层内对流层顶是一个重要的逆温层，被称为对流层顶，它阻止了对流层与平流层之间的垂直混合

0.6C平流层是大气的第二层，从对流层顶延伸到大约公里高度这一层中存在臭氧层，能吸收太阳的紫外辐射，因此温度随高度上升而增加平流层非常50稳定，很少有剧烈的垂直运动，这使得商业飞机通常选择在平流层下部飞行，以避开对流层的湍流第二部分天气现象分类降水现象风暴系统包括雨、雪、雹等从云中落下的水的各种大规模的剧烈大气扰动和环流系统形态包括台风、飓风、龙卷风等•形成需要足够的大气水汽和冷凝核•通常伴随强风、降水和气压变化•根据物态和强度分为多种类型•光学现象电学现象由大气对光的折射、反射或衍射产生的视大气中的电荷分离和放电过程觉效应主要是闪电和雷暴活动•包括彩虹、晕、幻日等•与强对流天气系统密切相关•反映大气中水汽和冰晶的状态•降水现象雨

0.1mm毛毛雨下限直径小于的雨滴，几乎不下落

0.5mm

2.5mm小雨上限小时累积雨量通常在以下1210mm8mm大雨标准降水强度每小时超过8mm16mm暴雨下限小时累积降水超过2450mm雨的形成是大气中水汽冷凝、碰并和凝结过程的结果当空气中的水汽达到饱和状态后，会在冷凝核周围凝结成微小水滴，这些水滴在云中通过碰并增大，当重力超过大气浮力时，水滴开始下落形成雨气象部门根据强度将雨分为毛毛雨、小雨、中雨、大雨和暴雨观测人员通过标准雨量器测量降水量，现代气象台站还配备了自记雨量计和雷达系统，可实时监测降水强度的时空分布和变化趋势雨量数据是水文预报、防洪调度和农业生产的重要依据降水现象雪雪的形成条件降雪需要满足两个基本条件大气中充足的水汽供应和足够低的温度环境通常当近地面气温低于°且大气层中温度分布适宜时，水汽会直接凝华成冰晶，逐渐形成雪花0C雪花结构雪花是大气中水汽直接凝华形成的冰晶体，每片雪花都有六角形的基本结构，但因温度、湿度条件不同而呈现无数变化研究表明，自然界中几乎不存在完全相同的两片雪花积雪测量气象部门通过雪尺和雪板测量积雪深度，使用雪密度仪测定雪密度，计算积雪含水量这些数据对水文预报、防洪、农业和交通运输具有重要价值降水现象雹冰雹形成初期在强对流云中，小冰粒形成初始胚胎，开始在上升气流中漂浮这些冰粒通常由冻结的水滴或雪晶发展而来层状增长阶段冰粒在强烈上升气流的作用下反复上下运动，每次穿过含水丰富的云层时，表面会附着新的冰层温度不同区域形成的冰层密度和透明度各异下落阶段当冰雹重量增加到上升气流无法支撑时，它会克服上升气流的浮力下落到地面冰雹直径从小于厘米到超过厘米不等110防护措施冰雹是严重的气象灾害，可对农作物、建筑物和交通工具造成重大损失现代技术采用催化剂播撒等方法减小冰雹危害风暴系统台风强度分级中心风速中心气压影响特征m/s hPa热带低压轻微影响

10.8-

17.1≥1000热带风暴强风雨

17.2-

24.4980-1000强热带风暴局部灾害

24.5-

32.6965-980台风严重灾害

32.7-

41.4945-965强台风大面积破坏

41.5-

50.9920-945超强台风＜毁灭性灾害≥

51.0920台风是西北太平洋地区生成的热带气旋，其形成需要海水温度高于°、低纬26C度区域（通常在°°之间）、适当的科里奥利力和大气层稳定结构等条件5-20台风在形成后会经历热带低压、热带风暴和台风三个主要发展阶段台风典型结构包括清晰的眼区、眼墙和螺旋雨带眼区天气晴朗，气压最低；眼墙区风力最强，降水最猛烈我国台风预警系统根据风力强度分级，通过蓝、黄、橙、红四色预警信号发布预警风暴系统龙卷风光学现象彩虹晕与幻日其他光学现象彩虹是阳光经水滴折射、反射和色散晕是由阳光或月光经大气中冰晶折射绿闪是日出或日落时，太阳上边缘短形成的美丽光学现象标准彩虹由内形成的环状光学现象，常见的°晕暂呈现绿色的罕见现象，由大气折射22向外依次呈现紫、蓝、绿、黄、橙、围绕太阳或月亮呈现一个半径约°和色散共同作用形成蓝月亮并非真22红色光带，这一顺序与白光色散规律的光环当特定形状的冰晶大量存在的呈蓝色，而是指一个月内出现的第一致时，可能出现其他角度的晕二个满月形成彩虹的条件需要观察者背对太阳，幻日则是出现在太阳两侧的亮点，由日柱是太阳光线被大气中平板状冰晶面向含有水滴的空气区域（如雨后或六棱形冰晶的水平反射面产生它们反射形成的垂直光柱；佛光是观察者喷泉处）主彩虹的角半径约为°，通常与°晕同时出现，并可能伴随的影子投射在云或雾上，周围环绕彩4222而次彩虹的角半径约为°，颜色顺有水平的日柱和彩色的幻日弧等复杂色光环；蜃景则是由大气中温度梯度51序与主彩虹相反光学结构造成的光线弯曲，使远处物体产生虚像电学现象闪电形成机制闪电是云内或云与地面间的大规模电放电现象在雷暴云中，强烈上升气流导致冰晶与软雹碰撞，分离出正负电荷一般情况下，云顶聚集正电荷，云底聚集负电荷，当电位差足够大时，发生放电形成闪电闪电类型根据放电路径，闪电可分为云内闪电（最常见，占）、云间闪电和云70-80%地闪电（威胁最大）云地闪电又分为正闪电和负闪电，正闪电虽然罕见但威力更大球形闪电则是一种罕见且尚未完全解释的自然现象雷暴观测现代雷电观测系统包括闪电定位系统、多普勒雷达和闪电映射仪等闪电定位系统通过测量电磁波到达不同站点的时间差，精确定位闪电发生位置；多普勒雷达则可以探测雷暴云内部结构和发展趋势雷暴是大气中最强的对流系统之一，通常由积雨云发展而成一个典型的雷暴单体生命周期包括发展期、成熟期和消散期，总持续时间约分钟强雷暴常伴随强降30-60水、冰雹、大风和强闪电活动，可能导致闪电击伤、山洪、城市内涝等灾害第三部分云的观测云的定义与成分云是大气中水滴、冰晶或混合物的可见聚集体，悬浮在大气中云的成分与温度密切相关℃以上主要是水滴，℃以下主要是冰晶，中间温度0-40则是水滴和冰晶的混合体国际云分类系统世界气象组织制定的国际云图集将云分为十种基本云属，根据高度分为高、中、低三类这一分类系统是全球气象观测的统一标准，便于气象人员交流和记录目视观测方法云的目视观测包括云量（以十分制表示）、云状（根据形态确定云属）和云高的观测观测人员需经过专业训练，能够准确识别各类云系及其变化特征现代仪器观测现代云观测设备包括云高仪、天空照相机和卫星遥感系统其中云高仪使用激光测量原理，能够准确测定云底高度；卫星云图则提供了大尺度云系分布和运动特征云的基本概念云的微物理组成云的形成机制云由大量微小的水滴、冰晶或云的形成需要三个基本条件两者混合物构成典型的云滴充足的水汽、冷却机制和凝结直径为微米，浓度可达核空气冷却至露点温度以下1-100每立方厘米数百个云的可见时，水汽开始在凝结核表面凝度与其中水滴或冰晶的大小、结形成云滴冷却主要通过绝数量和分布密切相关温暖云热膨胀实现，当空气上升时，主要由水滴组成，寒冷云则主压力降低导致膨胀和冷却不要由冰晶构成，混合云则两者同的上升机制产生不同类型的兼有云云在气象系统中的作用云是大气水循环的核心环节，也是重要的天气系统指示器不同类型的云反映了大气的稳定度和运动特征云对气候有双重作用一方面通过反射太阳辐射起冷却作用，另一方面通过吸收地球长波辐射产生温室效应云的观测对气象预报和气候研究至关重要云的国际分类高度分类形态分类根据云底高度将云分为高云层状云水平延展，层积云、层云；6-、中云和低云块状云垂直发展，积云、积雨云；18km2-8km以下丝状云纤维状，卷云2km基本云属细分种类国际云系包括十种基本云属卷云、每种基本云属还可根据透明度、排列卷积云、卷层云、高积云、高层云、方式等细分为不同种和变种层积云、层云、雨层云、积云、积雨云云的国际分类系统是由世界气象组织制定的全球统一标准，最早可追溯到世纪初英国药剂师霍华德的分类工作现代国际19云图集不仅包含了详细的分类标准，还配有高质量的云照片，帮助观测人员准确识别各类云系高云系卷云卷积云卷层云Cirrus,Ci Cirrocumulus,Cc Cirrostratus,Cs卷云是高空中由冰晶组成的白色纤维状卷积云由小片、小团或小波纹状的白色卷层云是一种透明或半透明的白色云幕，或丝状云，常呈羽毛状或马尾状它们云块组成，排列成群或行，有时呈鱼鳞呈纤维状或光滑状，能够覆盖整个或部通常出现在晴朗天空的高空，是高气压状这些云块直径通常小于度（约两分天空它主要由冰晶组成，最明显的1系统的指示卷云的存在往往预示着天个指宽），不产生阴影卷积云主要由特征是产生晕现象太阳或月亮周围——气将在小时内发生变化，特别是冰晶组成，常与卷云和卷层云共同出现，出现度光环卷层云的出现常预示着24-3622由西向东移动的卷云可能预示着锋面系但相对罕见，通常预示着晴好但不稳定锋面系统即将到来，降水可能在12-24统的接近的天气小时内发生中云系高层云高积云Altostratus,As Altocumulus,Ac高层云是一种灰白色或灰蓝色的云层，通常覆盖大部分或整高积云由白色或灰色的片、层或团块组成，这些云块比卷积个天空它由水滴、冰晶或两者混合组成，厚度变化较大云大，常有明显的明暗部分，可能排列成波浪状或鱼鳞状高层云的特征是太阳或月亮透过云层时呈现毛玻璃效应，高积云主要由水滴组成，在冬季或高海拔地区可能含有冰晶即能看到轮廓但不清晰，且不产生晕现象高层云通常与温暖锋面系统相关，其出现常预示着持续性降高积云有多种形态变种，如透光高积云、堡状高积云和透镜水即将到来当高层云逐渐变厚变低时，可能转变为雨层云，状高积云等其中透镜状高积云常出现在山区的背风面，与伴随着连续性降水高层云的运动方向对预测锋面移动具有山地波有关早晨出现的堡状高积云羊毛卷往往预示着指示意义当天可能出现对流性降水，这是天气谚语早起的羊毛卷，晚上就有雨的科学基础中云系的观测对天气预报至关重要高积云的变种和演变可以指示大气稳定度的变化，而高层云的厚度和移动则与锋面系统密切相关气象观测人员需要能够准确区分不同类型的中云，特别是高层云与卷层云、高积云与层积云之间的区别，这往往需要考虑云的高度、厚度和透光性等特征低云系低云系包括层积云、层云、雨层云、积云和积雨云五种基本云型层积云是灰色或白色云块、云团排列成的层或片，有明显的明暗部分，Sc StNs CuCb通常不产生降水层云则是较均匀的灰色云层，基底常模糊不清，可能产生毛毛雨或雪粒雨层云是一种产生连续降水的深厚灰色云层，能完全遮挡太阳或月亮积云是分离的、浓密的白色云团，顶部呈圆顶状，底部较平，代表晴好天气下的热对流积雨云则是垂直发展强烈的浓密云团，顶部常呈砧状或纤维状，能产生阵性降水、雷电等强对流天气现象，代表大气高度不稳定的状态特殊云系积雨云Cumulonimbus强对流云系，垂直发展可达对流层顶荚状云Mammatus乳房状下垂云袋，常见于强雷暴云底砧状云顶积雨云发展成熟期特征，顶部扩展如砧积雨云是最为壮观和危险的云系，垂直发展可从千米一直延伸到千米高度，几乎贯穿整个对流层它的生命周期通常包含发展期、210-16成熟期和消散期三个阶段发展期以强烈上升气流为主；成熟期同时存在上升和下沉气流，云顶达到最大高度并形成特征性的砧状结构；消散期则以下沉气流为主导，降水逐渐减弱荚状云是积雨云系统下方出现的囊状或乳房状下垂云结构，常见于强雷暴过境后的天空它形成于冷空气下沉区域，指示着强对流天气系统的存在超级单体雷暴云则是一种特殊的、长寿命的旋转雷暴系统，能持续数小时并产生严重的灾害性天气，包括大冰雹、破坏性大风和龙卷风识别这些特殊云系对及时预警灾害性天气至关重要云的观测方法目测观测仪器观测卫星观测观测员根据经验和国际云图集，目视判断云量、云高仪利用激光或红外光测量云底高度，测量气象卫星通过可见光和红外通道观测全球云系云状和云高云量以十分制表示，如表范围可达米天空照相机可全天候自动分布可见光通道反映云顶反照率，识别云的0/107500示晴空，表示全阴云底高度可通过拍摄天空状况，结合图像处理技术自动识别云形态和厚度；红外通道测量云顶温度，可估算10/10参照物估算或使用简易测云气球测定量和云型多普勒雷达能探测云内部结构和运云顶高度；水汽通道则揭示大气中水汽分布动特性现代云观测采用多种手段相结合的综合观测系统自动气象站配备的云高仪能够全天候连续监测云底高度变化，雷达网络则提供云系的三维结构和演变信息气象卫星观测弥补了地基观测的空间局限性，提供全球尺度的云系分布图像，特别适合监测大尺度天气系统的发展和移动云的气象应用航空气象服务提供关键云信息保障飞行安全预报短期天气根据云系演变预测未来小时天气变化24天气系统识别通过云系识别锋面、气旋等大尺度系统云是天气系统的直观指示器，不同的云型与特定的天气系统和大气状态密切相关在天气分析中，卷层云和高层云的出现常指示温暖锋的接近；窄带状积雨云列指示冷锋；螺旋状云带则代表气旋系统通过分析云系的分布和演变，气象学家能够识别和追踪各类天气系统，并预测其未来发展趋势在航空气象服务中，云高、云量和特殊云型的准确观测至关重要积雨云内强烈的上下气流、结冰区和雷电活动对飞行安全构成严重威胁；层云导致的低能见度会影响起降；而晴空颠簸和山地波引起的透镜状云则提示高空湍流区域现代航空气象服务依赖于精确的云观测和预报，为飞行计划和导航决策提供关键支持第四部分能见度与天气现象观测能见度的科学定义影响能见度的天气现象能见度是描述大气透明度的大气中的水滴、冰晶、尘埃气象参数，定义为观测者能和污染物会散射和吸收光线，够辨认出黑色目标物轮廓的降低能见度雾、霾、沙尘最大距离它反映了光在大暴、降水等天气现象是影响气中的衰减程度，是航空、能见度的主要因素，能将能航海、道路交通安全的关键见度从几十公里降低到几米指标观测与应用体系能见度观测已从传统目测发展为现代自动化仪器测量测得的数据广泛应用于交通安全预警、空气质量评估和气候变化研究，是现代气象观测体系的重要组成部分能见度的基本概念能见度等级距离范围描述术语典型天气条件级＜米浓雾极浓雾或下着暴雪050级米雾浓雾或大雪150-500级公里轻雾轻雾、雨夹雪

20.5-1级公里薄雾薄雾、中雨31-2级公里轻度霾霾或轻雨42-4级公里一般轻度灰霾54-10级公里良好晴朗但空气质量一610-20般级＞公里极好晴朗干净的空气720水平能见度是气象学中最常用的能见度类型，指在地平面上°方向中能见度的最小值而垂直能360见度则用于描述观测者向上看时的视程，多用于浓雾或低云情况下的航空气象服务气象光学距离是光强度减弱到原来的（约）时的传播距离，它与人眼感知的能见度有一定差异1/e

36.8%能见度等级划分在不同国家和不同应用领域有所差异在航空气象中，能见度分为飞行能见度和跑道视程两个概念，前者用于航路飞行，后者关键影响起降安全我国气象部门一般将能见度公里以10上定义为能见度良好，公里以下定义为能见度不良，能见度与空气质量指数也有一定的对应关1系影响能见度的因素水汽凝结大气污染物光线条件空气中的水汽凝结成微小工业排放、汽车尾气和燃太阳高度角、观测方向与水滴形成雾和云，是影响烧产生的颗粒物会形成霾，太阳位置的关系都会影响能见度的主要天气因素严重影响能见度与雾不能见度观测结果顺光观当相对湿度接近时，同，霾主要由干燥或半干测能见度通常低于背光观100%大气中的水汽凝结成直径燥颗粒物组成，相对湿度测，早晚时光线条件较差为微米的水滴，这通常低于和时，相同大气条件下的能1-1080%PM

2.5些水滴强烈散射光线，显浓度与能见度呈明见度往往低于正午夜间PM10著降低能见度浓雾可使显负相关，污染物累积常能见度观测更依赖于人造能见度降至米以下，构导致灰蒙蒙的天空和能见光源的亮度和分布，增加50成严重的交通安全隐患度显著下降了观测的复杂性降水现象雨、雪、雹等各类降水都会降低能见度，影响程度取决于降水类型和强度大雨可使能见度降至1-2公里，暴雪则可能使能见度降至几十米降水造成的能见度降低通常是暂时性的，随降水结束而改善，除非伴随持续的大气污染能见度的观测方法目测法传统目测法依赖观测员选择合适的地物标志，记录能够辨认出最远地物的距离观测站通常建立一套固定的参照物系统，如山峰、建筑物、灯塔等，每个参照物距离已知观测时，观测员按照由远及近的顺序检查哪些参照物可见，从而确定能见度值透射式能见度仪透射式能见度仪由发射器和接收器组成，测量已知距离上光线的衰减程度发射器发出的光束经过大气后，接收器测量接收到的光强，根据比尔朗伯定律计算大气消光系数，-进而转换为能见度值这类仪器精度高但测量距离有限，常用于机场跑道视程监测散射式能见度仪散射式能见度仪测量光线被大气颗粒物散射的程度，是现代自动气象站的标准设备仪器发出的光束被大气中的颗粒物散射，散射光的强度与大气中颗粒物浓度成正比通过测量特定角度的散射光强度，仪器可以计算大气消光系数并转换为能见度值这类仪器结构简单、维护方便，适合长期自动观测天气现象的观测观测时间规范现象识别与描述编码与数据传输国际标准气象观测时次为每日八次，天气现象观测要求观测员准确识别不观测结果需按照世界气象组织规定的即北京时间、、、、、同类型的现象，如各类降水（雨、雪、格式进行编码，如地面天气观测使用

0205081114、、时其中和时为雨夹雪、冰粒等）、雾（辐射雾、平码，高空观测使用码1720230820SYNOP TEMP主要观测时次，需要进行全面观测；流雾、蒸发雾等）、霾、尘暴、沙暴编码后的数据通过全球电信系统其余为次要观测时次，可适当简化观等，并按国际规范描述其特征观测（）传输到各国气象中心，供实GTS测项目此外，灾害性天气发生时，还需关注天空状况，如云量、云型和时天气分析和数值预报使用应进行加密观测，及时记录天气变化光学现象等现代气象观测网络已广泛采用自动化过程现象描述需遵循国际气象编码规则，设备，但天气现象的自动识别仍面临气象观测采用连续监视制度，要求观使用统一的现象代码和术语例如，技术挑战因此，许多站点采用人机测员不仅在规定时次记录天气现象，降水强度分为微量、小、中、大、暴结合的方式自动设备测量基本气象还应密切关注天气变化，记录每个观等级别；雾的强度则按能见度划分为要素，观测员负责识别和记录天气现测时段内的各类天气现象，特别是雷轻雾、雾和浓雾正确的描述确保不象，两部分数据结合形成完整的气象暴、冰雹等灾害性天气的开始时间、同观测站之间数据的可比性，为区域观测报告结束时间和强度变化和全球天气分析提供基础地面状态的观测代码地面状态描述积雪情况地面干燥，无积雪或可测冰层无雪0地面湿润，无积水无雪1地面有积水无雪2地面结冰无雪3地面未全部被雪覆盖有雪4地面全部被雪覆盖有雪5地面主要被雪融化或可结成雪块有雪6疏松积雪覆盖地面有雪7坚实积雪覆盖地面有雪8深雪堆积覆盖地面有雪9地面状态观测关注地表的物理特性和覆盖情况，包括干湿程度、积水、结冰和积雪状态等这些信息对于农业气象、交通安全和城市管理具有重要价值观测通常在气象站的观测场内进行，要求场地代表性好，能反映周边区域的平均状况积雪观测是地面状态观测的重要内容，包括测量积雪深度、新雪深度和雪密度积雪深度使用雪尺测量，观测点应避开风吹积雪和融雪加速区域雪密度则用雪密度筒采样测定，计算积雪含水量这些数据对水文预报、农业防冻和冬季交通规划具有重要应用价值，尤其在北方地区和高海拔山区第五部分气象要素测量气压测量气温测量气压是单位面积上的大气压力，气温是表征大气热状态的基本要是天气系统分析的基础要素测素，观测使用玻璃温度计、电阻量使用水银气压表、空盒气压表温度计和热电偶温度计等温度和数字气压计等仪器气压数据计需安置在标准百叶箱内，避免需进行温度修正和海平面订正，直射阳光和降水影响气温观测用于绘制天气图和分析大气环流记录日最高、最低温度和固定时气压梯度是风形成的直接驱动力，次温度，用于计算日平均温度和气压变化趋势是预测天气系统变温度变化趋势，是气候分析和天化的重要指标气预报的核心数据湿度测量湿度描述大气中水汽含量，表示方式包括相对湿度、绝对湿度、比湿和露点温度等观测常用干湿球温度表、毛发湿度计和电子湿度计湿度数据用于计算降水可能性、预测雾和霜的形成，以及评估人体舒适度和作物生长条件，是气象预报和生态研究的重要参数气压观测气压的物理意义水银气压表气压是大气对单位面积施加的压力，水银气压表是基于托里拆利原理的标准大气压为百帕气精密测量仪器，由玻璃管和水银槽

1013.25压是大气质量在重力作用下的表现，组成读数时需校正温度影响和仪随高度增加而快速减小水平方向器误差，并转换为标准条件下的气上的气压差异是产生风的基本驱动压值站用水银气压表为气象站的力，各种天气系统都伴随着特定的基准仪器，用于校准其他气压计，气压分布和变化模式精度可达百帕

0.1空盒气压表与数字气压计空盒气压表利用密封金属盒随气压变化产生形变的原理，通过放大机构将微小形变转化为指针移动现代数字气压计多采用电容式或谐振式传感器，具有体积小、反应快、便于自动化等优点，广泛应用于自动气象站多种气压计需定期与水银气压表比对校准气压观测是气象观测的核心内容之一，要求仪器安装在温度稳定、振动小的室内环境中气压数据需要记录到小数点后一位，单位使用百帕（）或毫巴（）在分hPa mb析和预报中，气压趋势（小时气压变化）和气压倾向（变化特征）是预测天气变化的3重要指标，上升气压通常预示天气转好，而下降气压则可能意味着天气恶化气压观测应用海平面气压订正消除高度影响以便全球气压数据比较航空气压参数和为飞行高度参考基准QNH QFE等压面分析揭示大气三维结构和环流系统海平面气压订正是将站点实测气压换算为假设该地点位于海平面时的气压值，目的是消除地形高度对气压的影响，使全球各地气压数据可比订正公式考虑了站点海拔高度、气温和湿度等因素海平面气压是绘制地面天气图的基础数据，通过等压线可以分析高低气压系统的分布和移动在航空气象服务中，是指海平面气压，飞机高度表设定此值后显示的是飞机距平均海平面的高度；则是机场标高处的实际气压，QNH QFE高度表设定此值后显示的是飞机距机场的高度两者的准确测量和转换对飞行安全至关重要在天气预报中，气象学家分析不同高度的等压面（如百帕面）形态，了解大气环流的三维结构，这是现代数值天气预报的重要输入500气温观测温度计种类气象温度计主要包括玻璃液体温度计、电阻温度计和热电偶温度计玻璃液体温度计利用液体热胀冷缩原理，常用液体有水银（测量范围℃到℃）和酒精（适合测-38+357量低温，可达℃）电阻温度计基于金属或半导体电阻随温度变化的特性，具有高精度和易于自动化的优点-112百叶箱规范标准百叶箱是温度计的防护装置，为双层百叶结构的木质（或塑料）箱体，涂白色漆以反射阳光箱门朝北开启，避免阳光直射温度计百叶箱应安装在平坦开阔的草地上，离地面高度米，远离建筑物、大树和水体等可能影响温度的物体，确保测量值代表区域平均状况

1.5温度变化规律气温的日变化呈单峰单谷型，通常最低温出现在日出前，最高温出现在午后时左右，日较差受地理位置、季节和天气状况影响气温的年变化在北半球通常呈现最冷14-15月为月、最热月为月的规律，滞后于太阳辐射的年变化，这种滞后现象称为气候迟缓17地温观测5cm表层深度测量日较差显著的近表层土壤温度10cm作物根层农作物主要根系分布区，影响发芽生长20cm标准深度国际标准观测层，日变化较小100cm深层参考年变化小，反映季节性蓄热变化地温是表征土壤热状态的重要指标，对农业生产、建筑基础设计和地热能利用具有重要意义地温观测通常在不同深度进行，常规观测深度为0cm（地表）、、、、和，有条件的站点还会测量、和深度的温度观测使用专用地温表，传统5cm10cm15cm20cm40cm80cm160cm320cm仪器有玻璃地温表和形管地温计，现代仪器则多采用电阻或热电偶传感器U地温的变化规律与气温相似但有明显差异随着深度增加，地温日较差和年较差迅速减小，变化相位也会延迟在北方地区，冬季土壤可能形成季节性冻土，冻结深度是重要的观测指标农业气象服务中，地温数据用于指导播种时间、预测作物生长发育和估算土壤水分蒸发，是农事技术指导的科学依据湿度观测湿度表示方法湿度观测仪器湿度是描述空气中水汽含量的气象要素，有多种表示方法干湿球温度表（通风干湿计）是常用的湿度测量仪器，由两相对湿度是实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比，最个相同的温度计组成，一个温度计保持干燥（干球），另一常用但依赖温度；绝对湿度是单位体积空气中的水汽质量；个温度计的感温部分包裹湿润的薄纱布（湿球）水分蒸发比湿是单位质量空气中水汽的质量比；露点温度是空气冷却带走热量使湿球温度降低，干湿球温度差越大，相对湿度越至饱和状态时的温度，直接反映实际水汽含量低通过查表或计算可将干湿球温度转换为相对湿度不同湿度表示方法各有用途相对湿度用于评估舒适度和预毛发湿度计利用人发等有机材料随湿度变化伸缩的特性测量测凝结可能性；绝对湿度和比湿用于水汽传输计算；露点温相对湿度，构造简单但精度较低现代电子湿度计多采用电度则用于预测雾、霜和露的形成气象观测通常测量相对湿容式或电阻式传感器，响应迅速且便于自动化，精度可达度或干湿球温度，其他参数通过计算得出±露点仪则通过冷却金属镜面，直接测量露点温度，2%是高精度测量方法湿度观测与温度观测一样，应在标准百叶箱内进行，避免直射阳光和降水影响通风干湿计在使用时需确保湿球纱布完全湿润且清洁，通风良好（使用人工或机械通风），读数前应等待水分充分蒸发达到稳定状态在寒冷天气中，当湿球温度低于℃0时，需特别注意水分冻结后读数可能不准确，应采用专门的冰湿球温度计算方法风向风速观测风的测量仪器型电接风向风速计超声风速仪多普勒激光雷达EL型风向风速计是我国气象超声风速仪是现代高精度风多普勒激光雷达是测量风廓EL站常用的风向风速仪器，由测量仪器，利用超声波在空线的先进设备，通过发射激风向标、风速杯和转换装置气中传播速度受风影响的原光束并检测被大气颗粒物散组成风向标随风转向，通理工作典型的超声风速仪射回波的多普勒频移，可测过电位计将方向转换为电信有多个收发探头，通过测量量不同高度的风向风速它号；风速杯受风转动，转速不同方向超声波传播时间差能提供从近地面到数千米高与风速成正比仪器信号传计算风速和风向它没有机空的连续风剖面，对三维大输到显示器或数据采集系统，械运动部件，响应迅速，可气风场监测和研究大气边界实现风向风速的连续测量和测量三维风场，适合湍流研层结构有重要价值记录究和复杂气象条件下的观测风向风速仪器的安装要求场地开阔，避免建筑物、树木等障碍物的影响标准安装高度为离地面米，仪器应牢固安装在专用杆塔上，避免振动影响测量精度传感器需定期校准，检10查方向标定是否准确，风速传感器的灵敏度是否符合规范在特殊观测项目中，还需使用其他风测量设备测风气球可用于观测高空风，由地面经纬仪跟踪其移动轨迹计算风向风速；飞机场常设有专门的风切变监测系统，及时发现低空风切变对起降的威胁；海上观测则可能使用漂流浮标和船载风测量设备，这些观测填补了传统观测网的空白降水量观测降水量观测是气象观测的核心内容之一，标准雨量器是最基本的测量工具它由漏斗口、集水器和量筒组成，漏斗口的标准面积为平方厘米雨量器应安装在平坦开阔处，口缘水平，高出地面厘米，远离建筑物和树木等障碍物，避免其遮挡或引起涡20070流影响测量精度自记雨量计能连续记录降水过程，常见类型包括翻斗式和称重式翻斗式雨量计利用容量固定的翻斗装置，每翻转一次代表固定雨量；称重式则直接测量收集到的降水重量，适合测量各种形态的降水，包括雪现代气象站还配备雨滴谱仪等先进设备，测量雨滴大小分布，为降水物理研究提供详细数据记录的降水数据通常包括小时总量和不同时段降水量，单位为毫米24蒸发量观测蒸发皿类型小型蒸发皿是标准观测设备，直径厘米，深厘米，用镀锌铁皮制成它安装在百叶箱附近的观测场内，水面与地面平行大型蒸发皿（型）直径为厘米，2010E

60161.8深度为厘米，部分埋入地下，水面与地面平齐，更接近自然水体的蒸发条件60观测方法蒸发量观测采用水位测针或量筒直接测定观测时先记录降水量，然后测量蒸发皿内水位变化如果有降水，需从水位上升量中减去降水量得到实际蒸发量；如果无降水，水位下降量即为蒸发量观测完成后，需补充水分使水面恢复到固定刻度线位置自动化设备现代气象站使用自动蒸发观测设备，通过液位传感器连续监测水位变化部分系统还配备温度、湿度和风速传感器，全面监测影响蒸发的环境参数这些系统能提供高时间分辨率的蒸发数据，揭示日变化规律和短时变化特征第六部分气象应用天气预报技术发展从古代经验观察到现代数值模式，天气预报技术经历了质的飞跃现代预报综合利用观测网络、卫星遥感和超级计算机，预报准确率和时效不断提高，为社会经济发展提供科学支撑气象灾害预警建立在多源数据和先进预报技术基础上的气象灾害预警系统，能够提前发现和预警台风、暴雨、雷暴等灾害性天气，有效减轻灾害影响预警信息通过多种渠道快速传播，成为防灾减灾的第一道防线专业气象服务针对航空、农业、海洋、交通等不同领域的专业气象服务，提供定制化的气象信息产品这些服务将气象科学与行业需求紧密结合，转化为直接的经济和社会效益，展示了气象学的广泛应用价值天气预报技术发展史古代经验预报依靠长期观察总结出的天气谚语和经验规律，如朝霞不出门，晚霞行千里古代预报主要基于局部现象观察和历史记忆，虽然缺乏科学理论支撑，但部分经验规律符合现代气象学原理协同观测网络世纪中期，电报技术使远距离气象数据交换成为可能，促成了第一批国19家气象服务机构的建立各国开始建立标准化气象观测网络，绘制同步天气图，开展大尺度天气系统追踪和简单预报现代观测技术世纪中期，雷达和气象卫星技术革命性地扩展了观测能力，从点到面，20从二维到三维多普勒雷达能探测暴雨和龙卷风；气象卫星则提供全球尺度的云系和水汽分布，填补了海洋等观测空白区数值预报模式计算机技术发展催生了数值天气预报，用数学方程组描述大气运动和变化规律，通过超级计算机求解预测未来天气今天的全球模式水平分辨率已达千米级别，预报时效延长至天1010-15天气谚语与科学解析天气谚语科学解释适用条件朝霞不出门，晚霞行千里朝霞往往预示西方有云系接近，中纬度地区，天气系统自西向带来降水；晚霞则表明西方天东移动气转晴久晴大雾必阴天长期晴天后出现大雾，常因暖春秋季节锋面活动频繁时湿气流在近地面层形成，预示锋面系统接近蚂蚁搬家蛇过道，明日必定雨昆虫和爬行动物对气压下降和大气稳定度变化明显的季节淋淋空气湿度变化敏感，提前感知降水信号燕子低飞要阴天降雨前空气湿度增加，昆虫飞春夏季燕子活动期行高度降低，燕子追逐觅食也相应降低飞行高度云脚阴沉雨必临低云云底变暗，往往是云变厚、层状云系发展过程云内水滴增多的表现，预示降水即将开始早起的羊毛卷，晚上就有雨早晨出现堡状高积云，表明高大气层结不稳定的暖季空有冷空气，大气不稳定，易发展成对流性降水天气谚语是古人在长期生产实践中积累的宝贵经验，虽然形式朴素，但许多谚语反映了真实的大气物理过程和天气变化规律现代气象学对这些谚语进行了科学解析，发现其中不少蕴含合理的预报逻辑，如对日出日落时天空颜色、云系特征、动植物异常行为的观察，都可以反映大气状态的某些方面现代气象台预报系统数据处理系统综合观测网络负责观测数据的收集、质量控制、存储和初步分析包括地面观测站、高空探测、雷达网、气象卫星等多源数据采集系统预报模式系统运行全球和区域数值预报模式，提供客观预报指导预报发布系统预报员决策通过多种渠道向公众和专业用户发布预报预报员综合各种信息，形成最终预报产品现代气象台是一个集观测、通信、计算、预报、服务为一体的综合性平台地面观测网由数千个自动气象站组成，每小时甚至更频繁地提供温度、湿度、气压、风向风速等基本气象要素观测；高空探测系统则通过探空气球和风廓线雷达获取大气垂直结构数据；多普勒雷达网络实时监测降水分布和强度；气象卫星从太空俯瞰，提供全球范围的云系和水汽分布气象雷达应用5cm250km波长探测半径波段雷达标准波长，平衡探测范围与分辨率单部多普勒雷达的有效定量探测范围C分钟61km²扫描周期空间分辨率完成体扫描所需时间，监测快速变化的风暴雷达数据产品的典型网格分辨率多普勒气象雷达是现代气象观测的核心装备，它不仅能探测降水回波强度，还能测量降水粒子的径向运动速度雷达发射电磁波脉冲，接收从降水粒子返回的散射波，通过分析回波特性获取降水分布和运动信息多普勒雷达利用多普勒效应原理，通过测量回波频率偏移计算目标相对雷达的径向速度，这对探测风场结构至关重要雷达回波图是预报员识别和追踪强对流天气的重要工具不同的回波模式代表不同类型的降水系统带状回波通常与锋面相关；弓形回波常伴随强下击暴流；状回波则是超级单体雷暴和潜在龙卷风hook的特征信号现代雷达还能识别冰雹、下击暴流等危险天气特征，实现对灾害性天气的即时监测和短临预警，为防灾减灾提供关键技术支持气象卫星应用卫星类型与轨道观测通道与产品台风监测气象卫星主要分为极轨卫星和地球同现代气象卫星配备多种观测通道可气象卫星是台风监测的主要手段，能步卫星两类极轨卫星在低轨道（约见光通道观测云的反照率和形态；红连续观测台风位置、强度和结构变化公里高）运行，每天可多次覆盖外通道测量云顶温度，估算云顶高度；利用云系特征和台风眼区识别台风850地球两极地区，提供高分辨率图像水汽通道揭示大气中水汽分布；微波中心；分析云系对称性和云顶温度估地球同步卫星则位于赤道上空约通道则能透视云层，观测降水结构计台风强度；监测环境水汽和海温条公里的固定位置，可持续观测件评估发展趋势36000同一区域，适合监测天气系统演变卫星观测数据衍生出丰富的产品，包现代卫星台风监测技术已发展出多种中国的风云卫星系列包括（地球括云图、水汽图、降水估计、大气温客观分析方法，如技术根据云FY-2Dvorak同步）和（极轨）两个系列，配湿廓线、风场分析等这些产品既直系特征估计台风强度；微波探测技术FY-3合美国的、欧洲的和接用于预报员分析，也是数值预报模可透视云层观察台风内部结构；风场GOES Meteosat日本的等卫星，组成全球式的重要输入，特别是对海洋等常规反演技术则提供台风周围的风场分布，Himawari气象卫星观测网络，实现对全球天气观测稀少的区域，卫星数据尤为关键这些信息对台风路径和强度预报至关系统的连续监测重要数值天气预报集合预报系统评估预报不确定性和概率分布区域精细化模式高分辨率模拟局地天气系统全球中期预报模式模拟全球大气环流和天气系统大气动力学方程组描述大气运动和变化的物理基础数值天气预报（）是现代天气预报的核心技术，它基于流体力学和热力学原理，用一组偏微分方程描述大气运动和变化规律这些方程包括运动方程、连NWP续性方程、热力学方程和状态方程等，共同构成描述大气行为的完整数学模型预报过程中，首先将当前观测数据通过资料同化技术融入模型，然后利用数值计算方法求解方程组，预测未来大气状态随着观测技术、计算能力和物理参数化方案的不断进步，数值预报准确率显著提高现代全球模式水平分辨率已提升至千米量级，预报时效延长至两周左右10区域模式分辨率更高，可达公里级，能够更好地模拟局地天气特征集合预报系统通过多次不同初始条件的模拟，提供概率化预报产品，评估预报的不确定性，特别适用于台风路径和强降水等高影响天气的风险评估航空气象服务航空气象服务是气象应用的重要领域，为飞行安全和效率提供关键支持机场天气报告（）是标准化的国际航空气象METAR报文，包含能见度、云高、风向风速、温度、气压等关键要素，每半小时或更频繁地发布终端区域预报（）则提供未来TAF小时的机场天气预报，着重描述能影响起降的天气变化这些报文采用国际标准格式和代码，确保全球一致理解24航路预报关注飞行沿线的危险天气，包括颠簸区、积冰层、对流云顶高度和风切变等特殊天气现象如火山灰、热带气旋和强雷暴对航空安全影响巨大，需要专门的监测和预警现代航空气象服务已发展出完善的信息传递系统，将气象信息实时传送到飞行员和航空调度员手中，支持飞行计划制定和调整，提高航空运输的安全性和效率农业气象服务农业气象观测农业气象灾害预警农事气象服务农业气象观测关注影响农作物生长的特农业气象灾害包括干旱、洪涝、霜冻、农事气象服务为农业生产各环节提供定殊要素，包括地温、土壤湿度、日照、寒潮、高温热害和冰雹等，严重影响农制化气象信息播种期预报根据气温和蒸发量和作物生长状况等农业气象站业生产农业气象预警系统基于数值预土壤水分条件，推荐最佳播种时间；施通常建在典型农田中，配备标准气象仪报和历史统计，提前识别灾害风险并发肥喷药服务考虑降水和风况，避免肥效器和专门的农业观测设备现代农业气布警报预警信息通过广播、电视、手流失或农药飘移；收获气象预报则关注象还利用遥感技术监测大面积作物生长机短信和农村气象信息服务站等多种渠未来降水和湿度，确保农产品收获和储状况和土壤墒情，为农业生产决策提供道传递给农民，指导采取防灾减灾措施存条件适宜，减少损失宏观信息复习要点总结气象学基础概念掌握气象学定义、研究对象和学科特点；理解天气与气候的区别；熟悉大气层结构和各层特性；掌握气象时间标准和日界定义这些基础知识是理解气象现象和天气系统的理论框架，是气象学习的起点天气现象识别准确识别各类降水形式、风暴系统、光学和电学现象；熟悉各种云系的分类和特征；理解能见度变化的影响因素这些观测技能是气象工作的基础，对预报和研究都有重要价值观测方法与技术掌握各类气象要素的观测原理和标准方法；了解气象仪器的正确使用和维护；熟悉观测数据的记录、处理和质量控制规范观测是气象工作的第一环节，高质量的观测数据是准确预报的基础气象知识应用理解天气预报技术的发展历程和基本原理；了解现代气象台的工作流程；掌握气象信息在航空、农业等领域的应用方法气象知识的实际应用是最终目标，体现了气象学的社会价值本课程系统介绍了气象学的基本概念、天气现象分类、观测方法和应用技术，旨在帮助学习者建立完整的气象知识体系在实际应用中，要注重理论与实践的结合，通过野外观测、天气分析和预报实习等实践活动，不断提升对气象现象的理解和分析能力未来的学习可以向专业方向深入，如动力气象学、天气学、气候学和卫星气象学等也可以拓展交叉领域，如大气环境、农业气象、海洋气象等应用方向气象学是一门理论与实践紧密结合的学科，持续的学习和实践是提高专业水平的关键。