绪论
一、气象学与水文学的关系：
1、水文气象：是研究水文循环和水分平衡中同降水、蒸发有关气象问题的一门学科。它是气象学与水文学之间的边缘学科，既是应用气象学的一个分支，又是水文学的重要组成部分，其研究成果主要用于河道、水库的防洪兴利，以及水资源的开发利用和水利水电工程的规划设计
2、陆地水文学是研究陆地上水温循环规律的科学，它包括降水的时空分布，水面、陆面和植物表面的水分蒸发，以及地表径流和河川径流的形成过程等，也研究地下水的运动规律。而降水过程和蒸发过程都与气象学有关。
3、大气中的水分循环（蒸发——凝结——降水）是气象学的主要研究对象之一。而降水——蒸发——径流又是水文学的主要研究对象。组成水量平衡方程的四要素是降水、蒸发、径流与流域蓄水变量，当流域下垫面变化不大时，径流的变化主要取决于降水与蒸发的变化。
4、在水文分析计算中，为了研究径流变化，首先就要考虑降水量、降水历时、降水面积、降水强度以及暴雨径流等因素。在推求水工建筑物设计洪水标准时，应用气象学的理论与方法，从暴雨成因上进行研究，推求出可能最大降水(PMP),然后推求可能最大洪水（PMF）。在作径流的年内变化、多年变化、探讨丰枯水期交替规律的研究时，显然必须考虑到它们的气候背景。 5、作出中长期水文预报时必须要考虑未来可能影响本地区、本流域的天气系统。至于长期水文预报，更需要分析影响水文情况长期变化的各种因素，而大气环流则是关键因素。一个地区发生的旱涝异常都是由异常大气环流长期维持所形成，因此必须研究大气环流前后期演变承替的规律。
6、在水资源的开发利用中，研究大型水利工程建成后对生态、环境的影响时，都要进行对气候影响的分析。在进行水文区划和流域水文地理分析时，又要以气候区划和流域气候形成条件的研究作为基础。
第一章
一、大气的成分：
1、大气中除了固、液态微粒及水汽以外的空气称为干洁空气，简称干空气。 2、干空气主要又氮、氧、氩组成，三者合计占大气总体质量的99.96%，其余气体所占总体积不到0.1%。氮是大气中最多的气体，约占干空气质量的75%，它是地球上生命体的基本成分。氧是大气中次多的气体，占干空气质量的23%左右，是一切生命所需，且决定着有机物的燃烧、腐烂和分解过程。
3、大气中的氩约占干空气质量的1%，是在自然过程中不重要的惰性气体。 4、地球大气由三部分组成：干洁大气（即干空气）；水汽；悬浮在大气中的固液态杂质 5、臭氧：
时空变化：(1)时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。 (2)空间变化：水平：由赤道向两极增加。 垂直：55～60km，含量极少。
20～25km，达最大值，形成臭氧层；
12～15km以上，含量增加特别显著； 从10km向上，逐渐增加； 近地面，含量很少；
(3)作用：对紫外线有着极其重要的作用；对高层大气有明显的
增温作用。
6、二氧化碳： 来源：生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧和分解、火山喷发作用等。 时空变化：(1)时间变化：a) 白天、晴天、夏季时的二氧化碳浓度小于黑夜、阴
天、冬季。
b) 工业前小于工业后。 (2)空间变化：水平：城市大于农村
垂直：0～20km，含量最高；
20km以上，含量显著减少。 (3)作用：绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。
强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使地面保持较高的温度，产生“温室效应”。
二、大气的垂直结构：
1、对流层：
特点：(1)主要天气现象均发生在此层。
(2)温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m，气温下降0.65℃。） (3)空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。 (4)气象要素的水平分布不均匀。
天气状况：(1)下层：摩擦作用、对流运动和乱流运动最强烈；
在接近地面约30～50m高度以下的气层称为近地气层，常有雾形成。
(2)中层：空气运动以对流为主；
有中云和直展云出现，由云滴增大成雨滴的过程多在此层进行，因而是形成降水的重要气层。
(3)上层：受地面影响更小，气温常在0℃以下，水汽含量少，各种云
均由冰晶或过冷却水滴组成。飞机飞行在此气层常出现结冰现象。
在中、低纬度地带，常出现风速等于或大于30m·s-1的强风带，即所谓高空急流。
(4)对流层顶：气温随高度变化很小，甚至成为等温状态。
由低层上升而至的水汽和尘埃等多聚集在这里，使能见度恶化。
2、平流层：
特点：25km以下，气温保持不变；25km以上，气温随高度增加而显著升高。
空气运动以水平运动为主，无明显的垂直运动。
水汽和尘埃含量极少，晴朗少云，大气透明度好，气流比较平稳，适宜于飞机航行。
天气状况：平流层中水汽含量极少，透明度好，大多数时间天空晴朗，只是在底
部有分散的贝母云。平流层中空气以平流为主，气流稳定。
三、基本气象要素：
1、气象要素：(1)定义：表示大气状态和特征的物理量和物理现象。
(2)天气现象：在大气中或地面上产生的降水、水汽凝结物（云除
外）、冻结物、干质悬浮物和光、电学现象，也包括一些风的特征。
2、气温：(1)定义：气温是空气温度的简称，是表示空气冷热程度的物理量。 (2)在一定的容积内，一定质量的空气，其温度的高低只与气体分子运
动的平均动能有关。即这一动能与绝对温度T成正比。因此，空气冷热的程度，实质上是空气分子平均动能的表现。当空气获得热量时，其分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温也就升高。反之当空气失去热量时，其分子运动平均速度减小，平均动能随之减少，气温也就降低。
(3)气温决定着空气的干、湿与降水；决定着气压的大小，是影响大气
运动和大气变化的基本因素。
3、气压：定义：单位面积上所承受到的整个空气柱的质量，即大气的压力。
实质：气压的大小决定于整个空气柱质量的多少
4、湿度：(1)定义：表示大气中水汽量多少的物理量称大气湿度。
(2)意义：大气湿度状况直接影响了云、雾、降水等天气现象的形成。 (3)水汽压（e）：大气中水汽产生的那部分压力。单位：hap (4)饱和水汽压（E）：温度一定，单位体积空气中的水汽含量是有一定
限度，空气达到此限度时为饱和湿空气，饱和湿空气中的水汽所产生的那部分压力，即最大水汽压。
(5)相对湿度(f)：表示方法：空气中的实有水气压e与同温度下饱和水
气压E的百分比，用f表示。
意义：相对湿度直接反映了空气距离饱和的程度。 对湿度越大，越接近饱和，当达到100%时，空
气就达饱和状态，此时水汽就要开始凝结。
(6)饱和差(d)：定义：在一定温度下，饱和水汽压E与实际空气中水汽
压e之差称饱和差（d）。即d=E-e。
意义：d 表示实际空气距离饱和的程度。d越大，越不
饱和；d=0，空气达饱和状态；d›0，说明不饱和；d‹0，过饱和。
(7)比湿(q)：定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水
汽质量加上干空气质量）的比值，称比湿（q）。
(8)水汽混合比(γ)：定义：一团湿空气中，水汽质量与干空气质
量的比值称水汽混合比(γ) (单位：g/g)
(9)露点(Td)：定义：在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷
却达到饱和时的温度， 称露点温度，简称露点（Td）。单位：℃或K
结论：气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量
有关，水汽含量越多，露点越高，所以露点也是反映空气中水汽含量多少的物理量。
(10)总结：上述大气湿度的表示方法中，水汽压（e）、比湿（q）、水汽
混合比（γ）、露点等基本上表示了空气中水汽含量的多少。
而相对湿度、饱和差、温度露点差则表示了空气距离饱和的
程度。
第二章
一、辐射的基础知识：
1、辐射及其特性：
辐射：物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。 辐射能：物体以辐射的方式传递交换的能量。 基本特性：波粒二象性
在气象学上，称太阳辐射为短波辐射，地球和大气辐射称为长波辐射。 2、辐射的度量和单位： 辐射通量、辐射通量密度
辐射通量及单位：定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。 单位：J·s-1或W
辐射通量密度（E）及单位：定义：单位面积上的辐射通量。 单位： J·s-1·m-2或W·m-2
辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射
能力。
3、辐射的基本定律：
(1)普朗克定律：依据量子理论导出了绝对黑体对单色波的辐射强度与波长、温
度的关系。
(2)维恩位移定律：定律：绝对黑体的放射能力最大值对应的波长(λm) 与其本
身的绝对温度(T)成反比。
意义：物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈短，随着
物体温度不断增高，最大辐射波长由长向短位移。 太阳辐射是短波辐射，人、地面和大气辐射是长波辐射。
(3)斯蒂芬—波尔兹曼定律：定律：黑体的总放射能力（ET）与它本身绝对温度
（T）的四次方成正比。
意义：物体温度愈高，其放射能力愈强。 (4)基尔荷夫定律(选择吸收定律)
定律：在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力(eλ,T) 与物体对该
波长的吸收率(aλ,T)的比值，只是温度和波长的函数，而与物体的其它性质无关。
推论：对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力也较强；反之，
放射能力弱者，吸收能力也弱，黑体的吸收能力最强，所以它也是放射能力最强的物体。
对同一物体，如果在温度T时它放射某一波长的辐射，那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。
二、太阳辐射：
1、太阳辐射光谱
太阳辐射能随波长的分布曲线。
图中：
实线是大气上界的太阳辐射光谱；
虚线是温度在6,000K时的黑体辐射光谱。
2、太阳辐射：单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量。
太阳常数：当地球位于日地平均距离时(约为1.496×108km)，在地球大气上
界投射到垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度。
1981年世界气象组织推荐的太阳常数是1367W·m-2，常采用的太
阳常数值为1370 W·m-2
3、太阳辐射在大气中的减弱：
(1)减弱方式：a)吸收作用：主要的吸收成分：氧、臭氧、水汽和CO2
b)散射作用：当太阳辐射通过大气时，遇到大气中的各种质点，太
阳辐射能的一部分散向四面八方，称为散射。
太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的光
被散射得较多。雨后天晴，天空呈青蓝色就是因为辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射的缘故。而在日出和日落时，当太阳高度角较小时，太阳辐射在到达地面前所经过的光学厚度很大，蓝色光被散射殆尽。所以太阳光呈红色。
c)反射作用：参与反射作用的物质：大气中较大的尘粒和云滴、云
层。
(2)减弱因素：a)大气质量：太阳光通过大气路径的长度与大气铅直厚度之比。 大气质量m随太阳高度的增高而减小，当太阳高度低时，m值
的增大特别迅速。
b)大气透明系数：定义：透过一个大气质量(m＝1)后的太阳辐射强
度 (S1)与透过前的太阳辐射强度(S0)之比
影响因子：海拔、水汽、微尘、云雾
第三章
一、了解绝热过程：
1、绝热：如果一个封闭系统在变化过程中与外界不发生热量交换，称这种过程
为绝热过程，简称绝热。
非绝热过程：在实际大气中，运动中的一团空气(气块)吸收太阳短波辐射、
地球大气的长波辐射，并且和周围空气之间有热量交换，这些热量使得实际空气的热量有所增加，故称之为非绝热过程。
2、干绝热过程：如果升价气块内部既没有发生水相变化，又没有与外界交换热
量，称这种过程为干绝热过程。
3、湿绝热过程：(1)湿空气中的水汽凝结后，过程的进行可能有两种情况：
a)凝结成水滴和冰晶仍留在气块内，而且随着气块垂直向上； b)凝结物雨滴、雪花等一部分或全部降落。
(2)湿绝热过程：饱和湿空气在上升过程中，与外界没有热量交
换，该过程称为湿绝热过程。
4、假绝热过程：潮湿空气块上升，饱和前温度按干绝热直减率减小，饱和以后
俺湿绝热直减率减小。当气块中水汽凝结，成为雨滴、雪花等部分或全部降落后，气块中水分含量减少，下降过程按干绝热直减率或介于干、湿绝热直减率之间的直减率(它大于上升过程中的湿绝热直减率)增温，气块回到原来高度上时，其温度就变成另一个较高的温度，这种过程是个不可逆过程。严格说是非绝热的，所以称为假绝热过程。
二、大气中的逆温(看书):
1、在一定条件下，对流层中也会出现气温不随高度变化或随高度增加温度升高的现象，前者称为等温层，后者称为逆温层。从热力学的角度，无论是等温层还是逆温层都表示大气层结是稳定的。
2、辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，未成辐射逆温。 3、湍流逆温：由于低层空气的湍流混合而形成的逆温，称为湍流逆温。
4、平流逆温：暖空气平流到冷的地面或冷的水面上，会发生接触冷却作用，愈
近地表的空气降温愈多，而上层空气受冷地表面的影响小，降温较少，于是产生逆温现象。
5、下沉逆温：因整层空气下沉而造成的逆温，称为下沉逆温。
6、锋面逆温：同一数值的等温线的位置在暖空气中要比在冷空气中高，当它穿
过锋面时，便发生转折，当冷暖空气的温度差别很大时，就可以出现逆温。
第四章
1、海平面气压场的基本型式（气压系统） 低压（低气压、气旋）
逆时针旋转
D 向中心辐合 绝热上升
高压（高气压、反气旋）
多阴雨天气 顺时针旋转 向四周辐散 绝热下沉
G
槽（低压槽） 脊（高压脊） D
多晴好天气
G
2、高空气压场的基本型式（气压系统）
高压
顺
G 时 针 旋
低压 D 转 逆 时 针 旋
脊
转
槽
D 槽前
脊线 脊前 G
脊后
槽后
3、水平方向作用于空气的力 水平气压梯度力 G 水平地转偏向力 A 惯性离心力 C 摩擦力 R
4、地转偏向力的方向：与运动方向垂直
北半球指向运动方向的右侧 南半球指向运动方向的左侧 5、弯曲等压线的气压场中的风 C≠0
空气所受的力：G、A、C 梯度风： A+C+G=0
逆
G D 时 针
A G 顺 时 针 旋
V
A C 旋 转
V G C 转
在自由大气层中，风沿着等压线吹。
自由大气层中的白贝罗风压定律：(判断风压关系的定律） 北半球，背风而立，低压在左，高压在右，南半球相反。
