文件类型：DOC/Microsoft Word 文件大小：字节
气 象
2-1 概述
形成水文特性之气象因素有:
降水及其分布
雪与冰的发生
风,温度,溼度,日照,气压等对蒸发散及融雪影响.
水文气象学 (Hydrometeorology):为依据气象学原理,并充分应用於水文方面之科学.
日射
太阳辐射为地球能量主要来源,其波长介於0.4～0.8,为短波辐射.(1=10-6 m);地球辐射辐射波长约为10,为长波辐射.
太阳常数(Solar constant):以地球与太阳之平均距离为准,太阳辐射垂直射於大气层上界面上,每单位时间,单位面积,所接收的太阳能量.
其值介於1.89～2.05 ,:Langley (朗来);
其差异在於大气影响的校正,太阳变动影响值极小.通常以1.97当成太阳参数.
日射百分比变化:受纬度及季节性影响
反照率:太阳辐射被物体反射量与入射量比例.
反照率 = 反射量 / 入射量
太阳辐射入射地球表面被散射,大气吸收,云层反射,(吸收),约1/2可达地表.地表反射率视植被,土壤,地表利用等影响.
温室效应(Greenhouse):入射短波可穿越大气到达地面,但地面向外之长波则被大气吸收.
热平衡:对地球整体而言,辐射量只进出需趋於平衡.如课本图2-2(第21页)所示.
日射能量量测:
日射强度表(Pyrheliometer)
天空辐射表(Pyranometer)
地表辐射表(Pyrgeometer)
全半球辐射表(Pyradiometer)
净全半球辐射表(Net Pyradiometer)
2-3 大气(Atmosphere)
外 层(Exosphere)
电离层(Ionosphere)
同温层(Stratosphere)
对流层(Troposphere)
2-4 风
风:指地表上空气的流动现象.
由於气压的不同,高气压的空气即流向低气压处,故风的形成与气压的变化有关.
气压坡降(Pressure Gradient):两等压线之压力差除以此两点间的距离.Pressure gradient大小与风成正比,风力与空气密度成反比.
热循环:如假设地球无自转现象,因赤道与极地冷热空气交换,产生热循环.由赤道上升热空气,往南北极移动.
地球假设无自转(北半球)
考虑地球自转时:
赤道地球自转1,670 km/hr
北纬60度地球自转为835 km/hr
极地地球自转为0 km/hr
风因地球自转发生偏折,在北半球风向右偏折,其偏折之力称之「偏折力」(或称Coriolis force,柯氏力)
由於热循环与地球自转交互作用,北半球之风向分布为:
赤道无风带(Doldrums)
马纬度无风带(Horse latitude)
贸易风(Trade wind)
西风带(Prevailing westerlies)
极顶风(Polar cap)
东北风盛型(Prevailing northeasterlies)
作用於大气中的力有
气压力P
空气密度
偏折力G(Geostrophic force)
:地球自转角速度;:风速;:纬度.
向心力或旋转力C
摩擦力
如不计摩擦力,向心力,则作用力於风上之力为压力及偏折力,以力平衡视之.可得
*压力梯度与风向相反
压力梯度愈大,风力愈大.
ρ愈小,风力愈大.
纬度愈小,风力愈大.
测定风速之仪器为风速仪(Anemometer)
风级0,1,2,……..17及「大於17级」(课本第30页)
风级表P.33,蒲福氏(Beaufort Scale)风级表.
2-5 气压 (Barometric pressure):
◎大气层之下层承受上层之重量称之气压.
◎气压对风向,风力有决定性的影响.
◎测定气压常用之气压计有(Barometer):
水银气压计(Mercurial Barometer)
自记气压计(Barograph)
无液气压计(Aneroid Barometer)
应用上常用毫巴(Millibar, mb)为气压单位. 海平面上之气压为一大气压(1 atm)
气压与高度关系:
:高,:feet高.
国际航空委员会:
.
含水汽空气之密度推导:
水气密度:根据气体之压力与体积关系式,得:
故 :为水汽密度()
则乾燥空气: :乾燥空气密度()
上式中 :乾燥空气常数;e:气压(mb);
:绝对温度;:乾燥空气压(mb):
则含水汽空气压力:
代入前两式於
==
=
由式中可知当蒸气压e愈大,则气压力减低,故低气压中水汽含量大,为多云与多雨之徵象.
热带气旋(Tropical Cyclone):发展於热带低压地区,或可称为台风或飓风.夏季时在纬度5°到15°间形成.
锋面(Frontal Surface):指不同温度及水汽含量的相邻气团交接面.
1.锋面与地球之交接线称为地面锋(Surface front).
2.冷空气取代热空气时,其锋面称冷锋(Cold front).
3.热空气取代冷空气时,其锋面称暖锋(Warm front).
4.若冷空气与热空气势力相当,使锋面不移动时称为滞留锋(Stationary front).
温带气旋(Extratropical Cyclone):形成过程如下图
2-6 温度
名词定义:
常温度(Normal temperature):长期纪录之平均温度.
常日温(Normal daily temperature)
常月温(Normal monthly temperature)
常年温(Normal annual temperature)
日平均温度(Mean daily temperature):一日中最高与最低温之平均.
日温差(Daily range):日温最高与最低温之差.
平均月温度(Mean monthly temperature):月最高温与最低温之平均.
平均年温度(Mean annual temperature):一年中月平均温度之平均.
绝对月温差(Absolute monthly range):纪录中,某月之最高与最低温差度数.
日度(Degree day):某日平均温度超过某标准温度之度数.(通常取0℃或32℉为标准温度).
纵向温降倾率(Lapse rate or Vertical temperature gradient):大气温度在对流层中随距地面距离增加而温度下降,平均每升高1,000ft温降3.6℉ (或100米温降0.7℃).
乾定热倾率(Dry-adiabatic lapse rate):非饱和水汽之空气因空气上升解压膨胀,且无热量加入或排除所导致之温降倾率.(1000ft温降5.4℉或100米温降1℃)
饱和定热倾率(Saturated-adiabatic lapse rate):含饱和水汽之空气上升解压膨胀,又因水汽凝结成水滴放出蒸发潜热,使温降较小.近地表时饱和定热倾率较小,在高空或温度较低时水汽已很少,故饱和定热倾率接近乾定热倾率.(如图2-5)
C.假定热倾率(Pseudo-adiabatic lapse rate):上升气团上升温降,部分水汽凝结产生降水落至地面,热能受额外消耗,其定热倾率与饱和定热倾率相同,但其为不可逆,故称「假定热倾率」.
2-7 湿度
水蒸发需热量称为「蒸发潜热」(Latent heat of vaporization)
(低於40℃时)
上式中 :蒸发潜热(cal/g),T:水温(℃).
如水蒸汽凝结成同温度之水,放出之热量称为「凝结潜热」(Latent heat of condensation).
冰溶成水放出热量,如溶解前後温度不变,该热量称「溶解潜热」(Latent heat of fusion)=79.7 cal/g
∴升华潜热 (Latent heat of sublimation)=677 cal/g
水汽压力之经验公式:(或直接可查表2-8内插值可得)
英制
公制
其中 :水汽压力(mb);
:饱和水汽压力;
:当时大气压力(mb);
:乾温度计温度;
:湿温度计温度;
:温度.
湿度名词:(需特别注意个别所代表的意义及计算公式)
绝对湿度(absolute humidity):单位体积中水汽质量.
其中:(绝对湿度);
:水汽压力(mb);T:绝对温度.
相对湿度(Relative humidity):某温度汽压力与同温度下饱和汽压力比值.
其中::水汽量;:汽压力.
比湿度(Specific humidity):单位质量空气中之水汽质量数.(g/kg)
(由於汽压力值比值小很多)
其中:空气压力(含水汽);:水汽压力.
露点(Dew point,):一定压力及水汽常数条件下,空气冷却变成饱和的温度.(图2-6如下)
混合比(Mixing Ratio,):湿空气内水汽质量与乾空气质量比.(g/kg)
可降水量(Precipitable water):表示大气中单位面积空气柱内所含全部水分,为理论上最大可降水量.其计算公式为:
或
上式中 :空气柱顶层及底层压力(mb);
:比湿度;
:可降水量.
◎前述可降水量之值亦可直接查图可得,如图2-7所示;请参考课本.
范例2-1下列为某地标高,温度,压力及汽压纪录,求该处12,000ft高空气柱之可降水量为何.
【解答】为精确计,把气柱分六个区间计算,结果如下表:
标高(ft)
(mb)
(mb)
0
1,013
7.0
4.30
3.80
71
269.8
2,000
942
5.0
3.30
3.00
67
201.0
4,000
875
3.8
2.70
2.58
63
162.5
6,000
812
3.2
2.45
2.05
59
121.0
8,000
753
2.0
1.65
1.54
56
86.2
10,000
697
1.6
1.43
1.25
53
66.3
12,000
644
1.1
1.06
由上表中可知,
故可降水量
或
【补充】乾湿球温差(表2-10)
说明:以两温度计量测气温值,其中一温度计下包裹一潮湿棉花.如前所述,水蒸发会吸收热量,故包覆潮湿棉花之温度计所量测之温度必较另一温度计来得低.其两温度计之温差与空气中之相对湿度有关,故常以乾湿球温差来反推空气中的相对湿度(如表2-10).
HW2. 习题1,3,11
500浬
60浬
7.5 浬
2-1 概述
形成水文特性之气象因素有:
降水及其分布
雪与冰的发生
风,温度,溼度,日照,气压等对蒸发散及融雪影响.
水文气象学 (Hydrometeorology):为依据气象学原理,并充分应用於水文方面之科学.
日射
太阳辐射为地球能量主要来源,其波长介於0.4～0.8,为短波辐射.(1=10-6 m);地球辐射辐射波长约为10,为长波辐射.
太阳常数(Solar constant):以地球与太阳之平均距离为准,太阳辐射垂直射於大气层上界面上,每单位时间,单位面积,所接收的太阳能量.
其值介於1.89～2.05 ,:Langley (朗来);
其差异在於大气影响的校正,太阳变动影响值极小.通常以1.97当成太阳参数.
日射百分比变化:受纬度及季节性影响
反照率:太阳辐射被物体反射量与入射量比例.
反照率 = 反射量 / 入射量
太阳辐射入射地球表面被散射,大气吸收,云层反射,(吸收),约1/2可达地表.地表反射率视植被,土壤,地表利用等影响.
温室效应(Greenhouse):入射短波可穿越大气到达地面,但地面向外之长波则被大气吸收.
热平衡:对地球整体而言,辐射量只进出需趋於平衡.如课本图2-2(第21页)所示.
日射能量量测:
日射强度表(Pyrheliometer)
天空辐射表(Pyranometer)
地表辐射表(Pyrgeometer)
全半球辐射表(Pyradiometer)
净全半球辐射表(Net Pyradiometer)
2-3 大气(Atmosphere)
外 层(Exosphere)
电离层(Ionosphere)
同温层(Stratosphere)
对流层(Troposphere)
2-4 风
风:指地表上空气的流动现象.
由於气压的不同,高气压的空气即流向低气压处,故风的形成与气压的变化有关.
气压坡降(Pressure Gradient):两等压线之压力差除以此两点间的距离.Pressure gradient大小与风成正比,风力与空气密度成反比.
热循环:如假设地球无自转现象,因赤道与极地冷热空气交换,产生热循环.由赤道上升热空气,往南北极移动.
地球假设无自转(北半球)
考虑地球自转时:
赤道地球自转1,670 km/hr
北纬60度地球自转为835 km/hr
极地地球自转为0 km/hr
风因地球自转发生偏折,在北半球风向右偏折,其偏折之力称之「偏折力」(或称Coriolis force,柯氏力)
由於热循环与地球自转交互作用,北半球之风向分布为:
赤道无风带(Doldrums)
马纬度无风带(Horse latitude)
贸易风(Trade wind)
西风带(Prevailing westerlies)
极顶风(Polar cap)
东北风盛型(Prevailing northeasterlies)
作用於大气中的力有
气压力P
空气密度
偏折力G(Geostrophic force)
:地球自转角速度;:风速;:纬度.
向心力或旋转力C
摩擦力
如不计摩擦力,向心力,则作用力於风上之力为压力及偏折力,以力平衡视之.可得
*压力梯度与风向相反
压力梯度愈大,风力愈大.
ρ愈小,风力愈大.
纬度愈小,风力愈大.
测定风速之仪器为风速仪(Anemometer)
风级0,1,2,……..17及「大於17级」(课本第30页)
风级表P.33,蒲福氏(Beaufort Scale)风级表.
2-5 气压 (Barometric pressure):
◎大气层之下层承受上层之重量称之气压.
◎气压对风向,风力有决定性的影响.
◎测定气压常用之气压计有(Barometer):
水银气压计(Mercurial Barometer)
自记气压计(Barograph)
无液气压计(Aneroid Barometer)
应用上常用毫巴(Millibar, mb)为气压单位. 海平面上之气压为一大气压(1 atm)
气压与高度关系:
:高,:feet高.
国际航空委员会:
.
含水汽空气之密度推导:
水气密度:根据气体之压力与体积关系式,得:
故 :为水汽密度()
则乾燥空气: :乾燥空气密度()
上式中 :乾燥空气常数;e:气压(mb);
:绝对温度;:乾燥空气压(mb):
则含水汽空气压力:
代入前两式於
==
=
由式中可知当蒸气压e愈大,则气压力减低,故低气压中水汽含量大,为多云与多雨之徵象.
热带气旋(Tropical Cyclone):发展於热带低压地区,或可称为台风或飓风.夏季时在纬度5°到15°间形成.
锋面(Frontal Surface):指不同温度及水汽含量的相邻气团交接面.
1.锋面与地球之交接线称为地面锋(Surface front).
2.冷空气取代热空气时,其锋面称冷锋(Cold front).
3.热空气取代冷空气时,其锋面称暖锋(Warm front).
4.若冷空气与热空气势力相当,使锋面不移动时称为滞留锋(Stationary front).
温带气旋(Extratropical Cyclone):形成过程如下图
2-6 温度
名词定义:
常温度(Normal temperature):长期纪录之平均温度.
常日温(Normal daily temperature)
常月温(Normal monthly temperature)
常年温(Normal annual temperature)
日平均温度(Mean daily temperature):一日中最高与最低温之平均.
日温差(Daily range):日温最高与最低温之差.
平均月温度(Mean monthly temperature):月最高温与最低温之平均.
平均年温度(Mean annual temperature):一年中月平均温度之平均.
绝对月温差(Absolute monthly range):纪录中,某月之最高与最低温差度数.
日度(Degree day):某日平均温度超过某标准温度之度数.(通常取0℃或32℉为标准温度).
纵向温降倾率(Lapse rate or Vertical temperature gradient):大气温度在对流层中随距地面距离增加而温度下降,平均每升高1,000ft温降3.6℉ (或100米温降0.7℃).
乾定热倾率(Dry-adiabatic lapse rate):非饱和水汽之空气因空气上升解压膨胀,且无热量加入或排除所导致之温降倾率.(1000ft温降5.4℉或100米温降1℃)
饱和定热倾率(Saturated-adiabatic lapse rate):含饱和水汽之空气上升解压膨胀,又因水汽凝结成水滴放出蒸发潜热,使温降较小.近地表时饱和定热倾率较小,在高空或温度较低时水汽已很少,故饱和定热倾率接近乾定热倾率.(如图2-5)
C.假定热倾率(Pseudo-adiabatic lapse rate):上升气团上升温降,部分水汽凝结产生降水落至地面,热能受额外消耗,其定热倾率与饱和定热倾率相同,但其为不可逆,故称「假定热倾率」.
2-7 湿度
水蒸发需热量称为「蒸发潜热」(Latent heat of vaporization)
(低於40℃时)
上式中 :蒸发潜热(cal/g),T:水温(℃).
如水蒸汽凝结成同温度之水,放出之热量称为「凝结潜热」(Latent heat of condensation).
冰溶成水放出热量,如溶解前後温度不变,该热量称「溶解潜热」(Latent heat of fusion)=79.7 cal/g
∴升华潜热 (Latent heat of sublimation)=677 cal/g
水汽压力之经验公式:(或直接可查表2-8内插值可得)
英制
公制
其中 :水汽压力(mb);
:饱和水汽压力;
:当时大气压力(mb);
:乾温度计温度;
:湿温度计温度;
:温度.
湿度名词:(需特别注意个别所代表的意义及计算公式)
绝对湿度(absolute humidity):单位体积中水汽质量.
其中:(绝对湿度);
:水汽压力(mb);T:绝对温度.
相对湿度(Relative humidity):某温度汽压力与同温度下饱和汽压力比值.
其中::水汽量;:汽压力.
比湿度(Specific humidity):单位质量空气中之水汽质量数.(g/kg)
(由於汽压力值比值小很多)
其中:空气压力(含水汽);:水汽压力.
露点(Dew point,):一定压力及水汽常数条件下,空气冷却变成饱和的温度.(图2-6如下)
混合比(Mixing Ratio,):湿空气内水汽质量与乾空气质量比.(g/kg)
可降水量(Precipitable water):表示大气中单位面积空气柱内所含全部水分,为理论上最大可降水量.其计算公式为:
或
上式中 :空气柱顶层及底层压力(mb);
:比湿度;
:可降水量.
◎前述可降水量之值亦可直接查图可得,如图2-7所示;请参考课本.
范例2-1下列为某地标高,温度,压力及汽压纪录,求该处12,000ft高空气柱之可降水量为何.
【解答】为精确计,把气柱分六个区间计算,结果如下表:
标高(ft)
(mb)
(mb)
0
1,013
7.0
4.30
3.80
71
269.8
2,000
942
5.0
3.30
3.00
67
201.0
4,000
875
3.8
2.70
2.58
63
162.5
6,000
812
3.2
2.45
2.05
59
121.0
8,000
753
2.0
1.65
1.54
56
86.2
10,000
697
1.6
1.43
1.25
53
66.3
12,000
644
1.1
1.06
由上表中可知,
故可降水量
或
【补充】乾湿球温差(表2-10)
说明:以两温度计量测气温值,其中一温度计下包裹一潮湿棉花.如前所述,水蒸发会吸收热量,故包覆潮湿棉花之温度计所量测之温度必较另一温度计来得低.其两温度计之温差与空气中之相对湿度有关,故常以乾湿球温差来反推空气中的相对湿度(如表2-10).
HW2. 习题1,3,11
500浬
60浬
7.5 浬
·上一篇："水文教学计划"
·下一篇：全国水文发展"十一五"规划