科学：小学教师指南/天气、季节和气候
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天气是指某个地点和时间的温度、干燥度、阳光、风和雨等大气状况。天气仅仅是指任何时间的大气状态，包括温度、降水、气压和云量等。日变化是由风和风暴引起的。季节变化是地球绕太阳公转引起的。天气变化的循环就是季节。天气飞机在某些地理区域的某些高度收集数据，它们通常用于追踪各种风暴。通过一些简单的近距离观察，收集了重要的数据，帮助科学家了解下一场风暴可能袭击哪里，以及它实际上在做什么。
天气 地球周围有一层叫做大气的空气层。有时空气变热，有时变冷。这种空气变化被称为天气。天气日复一日地变化，有时甚至一小时一小时地变化。生物气象学是研究天气如何影响生物的科学。
云根据形状和高度被赋予不同的名称。有些云靠近地面。有些云几乎和喷气式飞机飞行的高度一样高。有些云像棉花一样蓬松。另一些云是灰色的，并且是均匀的。大气中最高的云是卷云、卷层云和卷积云。积雨云也可以长得非常高。中层云包括高积云和高层云。大气中最低的云是层云、积云和层积云。 https://scied.ucar.edu/sites/default/files/images/long-content-page/%3Cem%3EEdit%20Long%20Content%20Page%3C/em%3E%20Clouds%20Types/cloudchart.gif
高云：卷云 - 形态为白色、纤细丝状的孤立云，多为白色斑块或狭窄带。它们可能具有纤维（毛发状）和/或丝绸般的光泽外观。卷云总是由冰晶组成，它们的透明度取决于晶体的分离程度。卷层云 - 透明的、白色的面纱云，具有纤维（毛发状）或光滑的外观。一片非常广阔的卷层云，几乎总是最终覆盖整个天空。与外观类似的卷层云相比，乳白色的薄雾（或薄层云）区别在于，太阳或月亮几乎总是在卷层云层中产生晕现象。卷积云 - 薄的、白色的斑块、薄片或分层云，无阴影。它们由非常小的元素组成，形式为或多或少规则排列的颗粒或波纹。通常，卷积云代表卷云和卷层云的退化状态，它们都可能转变为卷积云，并且是一种不常见的云。它们将与卷云或卷层云相连，并将显示出冰晶云的一些特征。
Mid-Clouds:
高层云 - 灰色或蓝色云层或条纹或纤维状云层，完全或部分覆盖天空。它们足够薄，可以让太阳像透过磨砂玻璃一样照射进来。高层云不会产生晕现象，地面的物体也不会出现阴影。高积云 - 白色和/或灰色斑块、薄片或分层云，通常由薄片（板）、圆形团块或卷轴组成。它们可能部分是纤维状或弥散状的。当高积云的边缘或薄的半透明斑块经过太阳或月亮时，会出现光环。这个彩色环在外部是红色的，在内部是蓝色的，发生在离太阳或月亮几度的范围内。最常见的中层云，同一时间经常会出现多层高积云。许多时候，高积云会与其他云类型一起出现。雨层云 - 持续性降雨云。由高层云增厚而成，这是一层深灰色的云层，由于降雨或降雪而扩散。它足够厚实，可以遮蔽阳光。随着降水持续，云底下降到低层云。此外，低层的不规则云经常出现在该云的下方，有时会与它的底部融合。
低云：积云 - 分离的、通常是致密的云，轮廓分明，以上升的土堆、穹顶或塔状的形式垂直发展，其膨胀的顶部经常类似于花椰菜。这些云的阳光照射部分大多是明亮的白色，而它们的底部则相对较暗且水平。层云 - 一层通常是灰色的云层，具有均匀的底座，如果足够厚，可以产生毛毛雨、冰棱或雪粒。当太阳透过这层云时，它的轮廓清晰可见。当层云层分解和消散时，经常可以看到蓝天。积雨云：雷暴云，这是一种形状像山脉或巨大塔楼的沉重而致密的云。上部通常是光滑的、纤维状或条纹状的，几乎总是扁平的，呈砧状或巨大的羽状。在这片通常非常黑暗的云的底部下方，经常会有低矮的不规则云，这些云可能与底部融合也可能不融合。它们产生降水，有时以雨幡的形式出现。积雨云还会产生冰雹和龙卷风。层积云 - 灰色或白色的斑块、薄片或分层云，几乎总是具有深色的方格状（蜂窝状外观）、圆形团块或卷轴。除了雨幡外，它们是非纤维状的，可能融合也可能不融合。它们还具有规则排列的小元素，其明显宽度超过五度（伸直手臂时的三个手指）。
- 冷锋：一个厚重的冷空气团推动一个暖空气团。
- 暖锋：一个暖空气团追赶一个后退的冷空气团。
季节 天气（大气状态）锋面是分离两个密度不同的空气团的边界，是气象现象的主要原因。在地面天气分析中，锋面使用各种颜色的三角形和半圆形来描绘，具体取决于锋面的类型。
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温室效应是使地球表面变暖的自然过程。当太阳能到达地球大气层时，一些能量被反射回太空，其余的能量被温室气体吸收并重新辐射。
温室气体包括以下几种：
- 水
- 蒸汽
- 二氧化碳
- 甲烷
- 氧化亚氮
- 臭氧
- 人工化学物质，如氯氟烃 (CFCs)。
根据其对温室效应的贡献对气候进行排名
水蒸气，贡献率为 34–70%；二氧化碳，贡献率为 9–26%；甲烷，贡献率为 4–9%；臭氧，贡献率为 3–8%。
被吸收的能量使大气和地球表面变暖。这个过程将地球的温度保持在比没有温室效应时高约 33 摄氏度的水平，使地球上的生命得以生存。
温室效应。
- 步骤 1：太阳辐射到达地球大气层。
- 步骤 2：其余的太阳能被陆地和海洋吸收，使地球变暖。
- 步骤 3：热量从地球辐射到太空。
- 步骤 4：大气中的温室气体捕获了部分热量，使地球保持足够温暖以维持生命。
- 步骤 5：人类活动，如燃烧化石燃料、农业和土地清理，正在增加排放到大气中的温室气体量。
- 步骤 6：这会导致更多的热量被捕获，并导致地球温度升高。
全球变暖和气候变化是指地球气候系统平均温度的世纪尺度上升及其相关影响。多方面的科学证据表明，气候系统正在变暖。
全球变暖是指地球大气层总体温度的逐渐升高，通常归因于二氧化碳、氯氟烃和其他污染物浓度增加引起的温室效应。最近，由于大气中某些气体（如二氧化碳）的增加，世界气温有所上升，据信这是全球变暖的原因。
Global warming is the current increase in temperature of the Earth's surface (both land and water) as well as it's atmosphere. Average temperatures around the world have risen by 0.75°C (1.4°F) over the last 100 years about two thirds of this increase has occurred since 1975. In the past, when the Earth experienced increases in temperature it was the result of natural causes but today it is being caused by the accumulation of greenhouse gases in the atmosphere produced by human activities.
我们人类也对全球变暖问题负有责任。我们必须更加谨慎地对待自己的行为，并意识到其后果，因为我们的行为也会破坏地球。全球变暖是一个影响我们所有人的问题，因为我们也会受到它的影响。此外，动物也受到影响，现在正在灭绝，因此我们需要意识到自己的行为，并好好照顾我们的地球。
通常，一切都是从太阳辐射开始的，太阳辐射在地球表面以不同的方式被消耗。地球表面因云层覆盖、山谷、水体、山脉和沙漠等情况而产生不同的温度。
由于这种不均匀的加热，地球表面的温度必然会有很大差异。温度较高的表面上的空气会因为更轻而上升。当空气上升时，它会产生低气压。温度较低的表面上的空气会下沉。
- 静风：通常感觉像是微风。这种风力不足以让羽毛风筝飞起来。它也被称为微风，风速约为 1 公里/小时。从烟囱中垂直升起的烟雾可以表明存在静风。它们的风力等级为 0 级。
- 微风：风速约为 12-20 公里/小时，在美国被称为轻微至中等风力。
- 中等风力：中等风力风速约为 20-38 公里/小时。它们足以让风筝飞起来，并让风筝越飞越高。它们可以导致海面上出现中等浪高和白浪，并使树木发出哨声。
- 大风：风速约为 75 公里/小时或更高。它们可能具有很大的破坏性，会折断许多树木的枝干。它们会产生高潮和波涛汹涌的海面。它们还会掀翻建筑物的屋顶。
地方性风
地方性风是由植被、山脉或水体等地形地貌引起的。通常，它们变化很快，我们每天都能在电视上的天气预报中听到有关这种气候变化的消息。它们可以在几个小时内从微风变成狂风。海风和陆风，以及山风和谷风是地方性风的一些典型例子。地方性风覆盖的距离很短。
全球性风
全球性风是规模很大的气团，其形成主要是由地球自转、地球形状和太阳的加热能力造成的。
- 赤道无风带：这是赤道附近低气压带，盛行风最平静的地方。这种低气压带是由太阳的持续加热造成的。该带延伸到赤道以北和以南约 5 度。
- 马纬度：这是赤道以北和以南约 30 度的纬度，空气冷却到足以下沉到地球表面，形成下降的高气压带。
- 信风：这是从亚热带高气压带（北纬 30 度和南纬 30 度）吹向赤道低气压带的非常稳定的风。这些风本来应该从北半球吹向南半球，从南半球吹向北半球，但由于科里奥利效应和费雷尔定律，它们在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。
- 西风：这些风从亚热带高气压带吹向副极地低气压带。
- 急流：狭窄的高空高速风带位于北半球和南半球的盛行西风带中。
- 季风：这些风是季节性风，指的是风系具有明显的季节性方向反转。
- 陆风：夜晚，由于快速辐射，陆地比海洋冷却得快，导致陆地上气压高，海面上气压低。
生活中最可怕、破坏性最大的事件，通常是由恶劣天气引起的，而恶劣天气通常以飓风、龙卷风、雷暴或它们的组合形式出现。飓风是全球对人类生命最大的自然威胁。
飓风（在西太平洋被称为台风，在印度被称为气旋）是指在热带海洋上形成的低气压或气旋。6 月至 11 月被称为“飓风季节”，因为几乎所有飓风都在这几个月里形成，尤其是在 8 月、9 月和 10 月。在一年中的这段时间里，热带地区从太阳那里获得了巨大的能量，导致大量海水蒸发。温暖潮湿的空气流入，在海洋表面之上形成。大量较冷、较重的空气流入，迫使温暖潮湿的空气向上运动，形成剧烈、旋转的空气运动，螺旋式地向风暴中心移动。风速为每小时 64 公里至 120 公里。
当风速低于 74 英里/小时时，被称为热带风暴。当风速达到 74 英里/小时或更高时，则被视为飓风。飓风的中心被称为“眼”，非常平静，几乎没有风。
飓风桑迪是一场后热带气旋，于 2012 年 10 月横扫加勒比海，并袭击了美国东海岸。飓风始于加勒比海的热带波，仅在 6 个小时内迅速转变为热带风暴。当它达到 74 英里/小时的风速时，于 10 月 24 日升级为飓风。美国国家飓风中心表示，热带风暴风速最宽处达到 820 英里。桑迪的纯动能风暴潮和海浪破坏潜力在国家海洋和大气管理局的量级上达到了 5.8 分（满分 6 分）。总死亡人数达到 285 人，其中包括美国至少 125 人死亡。
飓风的宽度约为 480 公里，最强的风位于中心向外延伸约 40 公里的狭窄环形区域内。在北半球，飓风以西北方向移动，最终转向东北方向。飓风造成的最大破坏是由它们产生的海浪造成的。海浪高度可能比正常海平面高出 4.5 米或更高。
龙卷风，也称为漏斗云或旋风，是最小、最猛烈、持续时间最短的风暴。它们几乎只发生在美国。虽然它们可以在任何平坦的陆地区域发生，并且所有 48 个相连的州都经历过它们，但最容易受到龙卷风影响的地区似乎从德克萨斯州开始，然后向东和向北延伸到一个称为“龙卷风带”的路径。通常，寒冷、沉重的空气会推挤到温暖的空气团下面。然而，有时一层寒冷、干燥的空气会被推挤到一层温暖、潮湿的空气之上。当这种情况发生时，温暖、潮湿的空气可以快速以螺旋状方式向上穿过冷空气层，形成龙卷风。龙卷风的通道可能到达地面也可能不到达地面，有时它在一个点触地，抬起一段时间，然后在短距离外再次触地。它以大约每小时 40 到 64 公里的速度在蜿蜒的路径上移动。这个强大的上升气流中的旋转风速可达每小时 800 公里。龙卷风可以用 F 标度从 F0 到 F5 进行评级，其中 F0 最小，F5 最大。F5 龙卷风的风速可达每小时 200 英里或更高。
当不同温度和湿度相遇时，龙卷风就会形成。空气的旋转在它收集到足够的灰尘使其形状可见之前是看不见的。龙卷风可以撕毁建筑物的屋顶，有时风会把整个建筑物带走。
积云通常是晴天云，但它们可以响应不稳定的大气条件，长得又高又黑，变成积雨云，也就是雷暴云。雷暴来自积雨云，并伴有闪电、雷鸣、强阵风、暴雨，有时还有冰雹。雷暴与温暖潮湿的空气强烈的上升气流和同样迅速的冷空气下降气流有关。雷暴云中的水积聚可达 500,000 或更多。
天气预报
- 气象学=天气研究
- 气象学家：研究和预测天气的人
天气预报所需的仪器
- 温度计用于温度=测量气团的仪器
- 气压计用于气压
- 风向标用于风向
- 风速计用于风速
- 湿度计用于相对湿度
- 雨量计用于降雨量
- 测量尺用于降雪量
3,500 个地面站贡献天气数据。
- 无线电探空仪和投放探空仪
> 无线电探空仪
- 由气球升到高空大气中以记录数据。
- 在 90,000 英尺处，气球爆裂，无线电探空仪用降落伞降落到地球上以备再次使用。
- 每天在世界各地同时释放数百个。
> 投放探空仪
- 从飞机上投放，用于获取特定地点的天气数据
- 气象卫星
> 极地轨道
> 地球同步
- 雷达不受云层遮挡。
> 多普勒雷达在气象部门的实施中相对较新，它还可以确定风暴的速度和方向。
什么是季节？这指的是一年中天气变化的规律性重复模式，这就是我们谈论我们大多数人所熟悉 的四个季节的时候：夏季、冬季、秋季和春季。即使气温和降雨量逐年变化，但可以肯定地说，季节模式明显一致。地球上并非所有地区都受到相同的影响，有些地方可能全年都很冷，而另一些地方可能全年都很热，但这并不意味着它只是冷或热，有一些地方确实经历了冷暖季节，但这意味着人们必须适应气候或季节变化。就大多数时间而言，地球经历变化的原因主要是因为地球面对太阳的方式。
季节是一年中[1]的划分，以天气、生态和日照时间的变化为标志。季节是由地球绕太阳运行的年度轨道以及地球自转轴相对于轨道平面的倾斜[2][3]造成的。在温带和极地地区，季节以到达地球表面的阳光强度变化为标志，这些变化可能会导致动物冬眠或迁徙，以及植物休眠。
地球季节
春季、秋季、夏季、冬季
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气候是通常以 30 年为时间段计算的特定区域和时间段的平均天气。气候与天气不同，而是特定区域天气的平均模式。天气描述了大气的短期状态。我们的气候系统是什么？
大气-大气覆盖着地球。它是混合气体的薄层，构成了我们呼吸的空气。这层薄薄的气层还有助于地球避免变得太热或太冷。
海洋-海洋覆盖了地球表面的约 70%。它们巨大的规模和热特性使它们能够储存大量的热量。
陆地-陆地覆盖了地球表面的 27%，陆地地形影响天气模式。
冰-冰是世界上最大的淡水供应源。它覆盖了地球表面的剩余 3%，包括南极洲和格陵兰岛的大部分地区。冰在调节气候方面发挥着重要作用，因为它具有高度的反射性。
生物圈-生物圈是地球大气、陆地和海洋中支持任何活植物、动物或生物的部分。它是植物和动物（包括人类）居住的地方。
海洋影响地球的天气和气候模式。
气候变化指标
全球温室气体排放-全球范围内，人类活动产生的温室气体排放量从 1990 年到 2010 年增加了 35%。二氧化碳排放量占总排放量的四分之三，在此期间增加了 42%。
温室气体的大气浓度-自工业时代开始以来，大气中二氧化碳和更多温室气体的浓度一直在上升。几乎所有这些增长都是由人类活动造成的。从 1990 年到 2015 年，人类向地球大气中添加的温室气体造成的总变暖效应增加了 37%。
气候强迫-气候强迫指的是地球能量平衡的变化，随着时间的推移造成变暖或降温效应。大气中温室气体浓度的升高会造成正气候强迫或变暖效应。
地球气候系统
气候是特定区域的长期大气状况
地球气候包括以下方面的相互作用：大气、水圈、岩石圈、生物圈、冰冻圈
气候系统是这些圈层之间能量和水分的交换
研究大气特征的科学家，决定气候的两个主要因素是平均气温和平均年降水量。
研究气候的人称为气候学家。气候学家使用气温和降水记录来定义一个地方的“正常”气候状况。他们通过平均 30 年的气温和降水记录来做到这一点。他们还通过为城市和地区制作气候图来跟踪这些信息。
示例气候图 气候图是显示一个地方每月平均气温和降水的图表。左边的图表是伊利诺伊州芝加哥的气候图示例。绿色条表示每个月的降水量，红色线表示每个月的平均气温。查看更多美国城市和世界各地城市的 气候图。
气候学家还可以查看多年的记录，以确定某个特定城市或区域发生干旱的频率。请记住，干旱可能发生在任何地方，但它在某些地区可能比其他地区更常见！
雨量计有助于我们跟踪我们得到的降雨量，但跟踪干旱并不那么简单。气候学家使用许多不同的指标来监测 (观察) 干旱何时开始和结束，以及干旱的严重程度。温度和降雨是指标，但河流、溪流和湖泊的水位、土壤中的水分含量以及山区积雪量也是指标。
气候学家将这些信息与该地区的“正常”情况进行比较，以确定干旱是否正在开始或结束，甚至干旱的严重程度。例如，医生计算出人的正常体温是 98.6 华氏度。如果你感觉不舒服，医生或你的父母会给你量体温。体温比正常温度 (98.6°F) 高或低多少可以表明你可能病得多严重。气候学家也会做同样的事情，让人们知道是否发生了干旱以及干旱的严重程度。
温室效应是指通常会以红外线形式反射回太空的能量停留在大气中。二氧化碳等某些气体吸收了这种能量，并阻止辐射能量进入太空。地表吸收阳光。阳光反射回太空，这被称为红外辐射。温室效应吸收了部分能量，使大气变暖。人类正在向大气中排放更多二氧化碳。温室效应使地球的第一个大气层变暖，从而保持地球的温度。如果没有温室效应，地球可能会变得更冷。如果空气变得太热，食物链可能会受到威胁。如果食物链受到威胁，可能会在全球范围内造成更大的问题。这些额外的气体会影响地球大气的温度，更高的温度会影响地球上的生物。
地球大气和地表热量逐渐增加的影响被称为全球变暖。全球变暖的主要原因是温室效应和温室气体增加。全球变暖的不利影响将是极端气候条件、海平面上升等。
大气温室效应
全球变暖——地球全球气温升高
温室效应——使地球表面适宜居住
传入的热能波长较短
较长波长——部分被捕获，部分逃逸，净增温效应
科里奥利效应——是一种重要的气象力，用于预测风暴的路径，并解释了为什么如果地球自转没有被考虑在内，弹丸将不会击中远处的目标。
季风是夏季和冬季海洋和陆地热量差异产生的季节性风。
陆地在白天比水升温更快，在夜间比水降温更快。
水蒸发是指水从液体变成无形气体的过程。分子不断运动，速度较快的分子到达表面并脱离进入空气，变成水蒸气分子。
蒸发是指水从液体变成气体或蒸气的过程。蒸发是水从液态回到水循环中变成大气水蒸气的主要途径。研究表明，海洋、海湾、湖泊和河流通过蒸发提供大气中近 90% 的水分，剩余的 10% 则由植物蒸腾贡献。
少量的水蒸气通过升华进入大气，升华是指水从固态（冰或雪）直接变成气态，跳过液态。这种情况经常发生在落基山脉，因为干燥温暖的钦努克风在冬末和早春从太平洋吹来。当钦努克风来袭时，当地的气温会在几个小时内急剧上升。当干燥的空气遇到雪时，它会直接将雪变成水蒸气，跳过液态。升华是干旱地区雪迅速消失的一种常见方式。（来源：华盛顿山天文台）
湿度是指空气中的水分，而比湿是指实际存在的水蒸气的量。相对湿度是衡量空气中实际存在的水分量与其在该温度下所能容纳的最大水分量之间的比例。
降水是指从大气中落下的水分形式，包括雪、雨、雨夹雪和冰雹。
水蒸气在大气中凝结形成微小的水滴，最轻微的气流足以使它们不会落到地面。
当气温低于冰点时，水蒸气会以冰晶的形式凝结。
当雨滴从云层落下时，它们穿过较冷的空气，在到达地面之前冻结，被称为雨夹雪，也就是冻雨。
当夏季雷暴期间，雷雨云中存在强烈的上升气流时，形成冰雹，雨滴形成并被带到非常冷的空气层中，雨滴冻结。 冰雹可以形成各种尺寸。它们可以像弹珠一样小，也可以像棒球一样大。