大自然系列科普-气象是什么?

摘要:温度:它是表示物体冷热程度的物理量。在气象学中,气温的变化对天气系统的形成和演变有着关键作用。例如,昼夜温差的存在会导致局地空气的对流。在白天,地面吸收太阳辐射后温度升高,使得近地面空气受热膨胀上升,这可能会引发积云的形成;而夜晚地面辐射冷却,气温下降,空气收

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气象是一门研究大气现象和过程的自然科学,它主要关注地球大气层中的物理状态、化学组成以及各种天气现象。

一、气象的主要研究内容基本要素

温度:它是表示物体冷热程度的物理量。在气象学中,气温的变化对天气系统的形成和演变有着关键作用。例如,昼夜温差的存在会导致局地空气的对流。在白天,地面吸收太阳辐射后温度升高,使得近地面空气受热膨胀上升,这可能会引发积云的形成;而夜晚地面辐射冷却,气温下降,空气收缩下沉。

气压:是指单位面积上所承受大气柱的重量。气压的高低分布决定了空气的流动方向。高压区的空气会向低压区流动,这种空气的流动就形成了风。例如,在北半球,由于地球自转的影响,空气从高压区向低压区流动时会向右偏转,这就是地转偏向力的作用,从而形成了不同方向的风。

湿度:指空气中水汽含量的多少。湿度的大小与降水的形成密切相关。当空气中的水汽含量达到饱和状态,并且有足够的凝结核时,水汽就会凝结成水滴或冰晶,从而形成云、雾、雨、雪等降水现象。例如,在闷热潮湿的天气里,空气湿度很高,人们会感觉很不舒服,这是因为高湿度会影响人体汗液的蒸发,从而影响人体的散热。

:风是空气的水平运动。它的速度和方向是气象观测的重要内容。风的形成是由于气压差异导致的。不同地区的气压不同,空气就会从高压区流向低压区。风对天气的影响很大,它可以将热量、水汽和污染物等在不同地区之间输送。例如,海风会将海洋上的水汽和凉爽的空气带到沿海陆地,调节陆地的气候。

天气现象

:云是由大量的小水滴或冰晶组成的可见聚合体。云的形状、高度和颜色等特征可以反映当时的大气状况。根据云底高度和云的外观特征,云可以分为积云、层云、卷云等多种类型。例如,积云通常呈孤立的块状,底部平坦,顶部凸起,它一般在晴天出现,是由于地面受热不均,空气上升冷却凝结而成。而层云则是大面积的、较为均匀的云层,通常与阴天或小雨天气有关。

降水:包括雨、雪、冰雹等。降水的形成需要水汽的凝结和增长。当云中的水滴或冰晶足够大,能够克服空气的阻力时,就会降落形成降水。例如,雨是液态降水,当云层中的水滴相互碰撞合并,不断增大,直到重力大于空气浮力时就会落下。雪是固态降水,它是在云层中的水汽直接凝华成冰晶或者冰晶通过与过冷水滴碰撞冻结而形成的,通常在温度较低的环境下出现。冰雹则是在强烈对流的云中形成的,它的形成过程比较复杂,需要强烈的上升气流来支撑冰晶反复上升和下降,使其不断增长,直到足够重而落下。

雾和霾:雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。它通常在水汽充足、微风及大气层稳定的情况下形成。例如,在山谷地区,夜间地面辐射冷却,使得贴近地面的空气温度下降,水汽凝结形成雾。霾则主要是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子组成的,它会使空气变得混浊,能见度降低。霾的形成与人类活动排放的污染物有很大关系。

气候系统

气象学也涉及气候的研究。气候是指一个地区大气的多年平均状况,包括气温、降水、风等要素的长期统计特征。气候系统包括大气圈、水圈、冰冻圈、陆地表面和生物圈等多个圈层的相互作用。例如,海洋对气候有巨大的调节作用。海洋可以吸收和储存大量的太阳热量,并且通过洋流将热量在全球范围内输送。厄尔尼诺现象就是一种海洋 - 大气相互作用导致的气候异常现象。在厄尔尼诺发生时,赤道东太平洋海域的海水温度异常升高,这会引起全球气候的一系列变化,如南美洲沿岸的暴雨和澳大利亚的干旱等。

二、气象研究的重要性

日常生活方面

气象预报可以帮助人们合理安排日常生活。例如,通过提前了解天气情况,人们可以决定是否携带雨具、选择合适的衣物。对于户外活动,如旅游、体育赛事等,准确的气象信息更是至关重要。在农业生产中,气象信息可以指导农民进行播种、灌溉、收获等农事活动。比如,在雨季来临之前,农民要提前做好农田的排水准备,以免农作物遭受洪涝灾害。

交通运输领域

航空、航海、公路和铁路等交通运输方式都高度依赖气象信息。恶劣的天气条件,如暴雨、大雾、强风等会影响交通的安全和正常运行。例如,在航空运输中,大雾天气会导致能见度降低,飞机无法正常起降,因此机场需要根据气象预报及时调整航班安排。在航海过程中,船员需要关注台风等极端天气的动态,以确保船舶的安全航行。

灾害预防与应对

气象灾害如台风、暴雨洪涝、干旱、寒潮等会给人类社会造成巨大的损失。通过气象研究和监测,人们可以提前预测这些灾害的发生,采取相应的预防措施。例如,在台风来临之前,沿海地区可以组织人员撤离危险区域,加固建筑物等。对于干旱地区,可以通过人工增雨等气象干预手段来缓解旱情。

三、气象研究的方法和技术

观测手段

地面气象观测站是最基本的观测设施,它们分布在世界各地,用于测量气温、气压、湿度、风向、风速等基本气象要素。这些观测站可以是有人值守的,也可以是自动气象站。此外,还有高空气象观测,主要通过探空气球、气象雷达和气象卫星等手段来获取高层大气的信息。例如,探空气球可以携带仪器上升到高空,测量不同高度的气象要素,为气象预报提供数据支持。气象雷达可以探测降水的强度、位置和移动方向等信息,在暴雨、冰雹等强对流天气的监测中发挥着重要作用。气象卫星则可以从太空对地球大气进行大面积的观测,提供全球范围内的云图、温度分布等气象数据。

数值模拟

利用计算机建立大气数值模型是气象研究的重要方法。这些模型基于物理定律和数学公式,将大气看作是一个连续的流体,模拟大气的运动、热量和水汽的传输等过程。通过输入初始的气象条件和边界条件,数值模型可以预测未来天气的演变。例如,欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的数值预报模型是世界著名的气象预报模型之一,它能够提供高精度的全球天气预报。

气象数据分析

气象学积累了大量的数据,通过对这些数据的分析可以发现气象规律和气候变化趋势。数据分析方法包括统计分析、时间序列分析等。例如,通过对多年的气温数据进行统计分析,可以得到一个地区的气温变化趋势,从而为气候研究和气候预测提供依据。

来源:科普菌

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