氣象要素Meteorologicalelement
表明大氣物理狀態、物理現象的各項要素。主要有：氣溫、氣壓、風、濕度、雲、降水以及各種天氣現象。擴大氣象要素的概念，則它還可包括日射特性、大氣電特性等大氣物理特性；還有自由大氣中的氣象要素的說法。氣象要原則上還可以包括無法測定，但可求算的、各基本要素的函式，如相當溫度、位溫和空氣密度等。
簡介
氣象要素目前世界各地的氣象台站所觀測記載的主要氣象要素有氣溫、氣壓、風、雲、降水、能見度和空氣濕度等。在這些主要的氣象要素中，有的表示大氣的性質，如氣壓、氣溫和濕度；有的表示空氣的運動狀況，如風向、風速；有的本身就是大氣中發生的一些現象，如雲、霧、雨、雪、雷電等。
它們各自的定義是：
氣溫：表示大氣冷熱程度的物理量；
氣壓：單位面積上大氣柱的重量；
風：空氣在水平方向上的運動；
云：懸浮在空中的大量微小水滴或冰晶；
降水：從雲中降落到地面上的液態或固態水；
能見度：人的正常視力所能看到的目標物的最大距離；
空氣濕度：表示空氣中水汽含量的多少。
當然，氣象要素還遠不止這些，以上僅是最主要的氣象要素而已。一般地說，氣象要素選擇得愈多，就能愈客觀地表達出大氣的各種狀況。
分類
氣溫 大氣的壓強，它是在任何表面的單位面積上，空氣分子運動所產生的壓力。氣壓的大小同高度、溫度、密度等有關，一般隨高度增高按指數律遞減。在氣象上，通常用測量高度以上單位截面積的鉛直大氣柱的重量來表示。常用單位有毫巴(mb)、毫米水銀柱高度(mm·Hg)、帕（Pa）、百帕（hPa）、千帕(kPa)，其間換算關係是：1mm·Hg埄4/3mb，1mb=100Pa=1hPa=0.1kPa。國際單位制通用單位為帕。測量氣壓的儀器常用的有：水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(見地面氣象觀測儀器)。1013.25百帕的氣量。按雲底的高度和雲狀等的不同，把雲壓，稱為標準大氣壓，它相當於在重力加速度為9.80665米/秒2,溫度為0°C時，760毫米鉛直水銀柱的壓強。
氣溫
大氣的溫度，表示大氣冷熱程度的量。它是空氣分子運動的平均動能。習慣上以攝氏溫度(t°C)表示，也有用華氏溫度（t′°F）表示的，理論研究工作中則常用絕對溫度（TK）表示。其間換算關係是：t°C=5/9(t′°F-32)；t°C=TK-273.15。地面大氣溫度一般指地面以上1.25～2米之間的大氣溫度。測量氣溫的儀器有溫度表和溫度計。
大氣濕度
簡稱濕度。表示空氣中水汽含量或潮濕的程度，可用以下各物理量來表示：
混合比(γ)
濕空氣中，水汽質量(mv)與乾空氣品質(mv)之比,γ=mv/md，以克/克或克/千克為單位。飽和濕空氣的混合比稱飽和混合比。
比濕(q)
濕空氣中，水汽質量(mv)和濕空氣品質(mv+md)之比，即q=mv/(mv+md)，以克/克或克/千克為單位。
絕對濕度(ρv)
又名水汽密度，濕空氣中。水汽質量（mv）與該濕空氣體積（V）之比，即ρv=mv/V，單位是克/厘米3或克/米3。
水汽壓(e)
濕空氣中水汽的分壓。在總壓強（即氣壓）為p、混合比為γ的濕空氣內，水汽壓為在總壓強為p、溫度為T時，純水的平水面和純凍的平冰面的飽和水汽壓分別為：其中γw、γi分別是純冰或純冰平面附近的濕空氣的飽和混合比。水汽壓的單位和氣壓的單位相同。
露點或霜點
在不改變氣壓和混合比的情況下，把純水（或純冰）平面附近的空氣冷卻到飽和時的溫度。
相對濕度
空氣中的實際水汽壓與同溫度下飽和水汽壓的百分比。測量濕度的儀器種類很多，有乾濕球溫度表、毛髮濕度表、毛髮濕度計、通風乾濕表、手搖乾濕表等。由於大氣中的水汽主要來自下墊面，如江、河、湖、海水面的蒸發、植被蒸散等，在無雲天氣，大氣的濕度一般自沿海向內陸、自低空向高空遞減。
飽和差
空氣在某溫度下的飽和水汽壓與當時實際水汽壓的差值。其單位和氣壓的單位相同。 能見度 見大氣能見度。
降水
降水 蒸發
液體表面的氣化現象。氣象上指水由液態變成氣態的過程。在一定時段內，水由液態變成氣態的量稱為蒸發量，常用蒸發掉的水層深度表示，以毫米為單位。一般情況下，溫度越高、空氣濕度越小、風速越大或氣壓越低，蒸發越強。測定蒸發可在水面進行，但困難較多。氣象台（站）上一般使用小型蒸發皿進行觀測：在一定口徑、一定深度的金屬圓筒內放入一定量的淨水，隔24小時後測定因蒸發而減少的水量，即為一天的蒸發量。
輻射
氣象上常測定以下幾種輻射：①太陽輻射，又稱日射，指太陽放射的輻射；②地球輻射，指由地球（包括大氣）放射的輻射；③地表輻射，指由地球表面放射的輻射；④大氣輻射，指地球大氣放射的輻射；⑤全輻射，指太陽輻射與地球輻射之和；⑥太陽直接輻射，指來自太陽圓面的立體角內投向與該立體角軸線相垂直的面上的太陽輻射；⑦天空輻射（或太陽漫射輻射），指地平面上接收到的來自2π立體角（除去日面所張之立體角）範圍內的向下的散射和反射的太陽輻射；⑧太陽總輻射，指水平面接受的，來自2π立體角範圍內的太陽直接輻射與散射輻射之和；⑨反射的太陽輻射，指從地表所反射的太陽輻射以及從地表與觀測點之間的空氣層向上空漫射的太陽輻射之和；⑩淨輻射，指向下和向上（太陽和地球）輻射之差，即一切輻射的淨通量；淨太陽輻射，指向下和向上的太陽輻射之差；淨地球輻射，指向下大氣輻射和向上地球輻射的差值。氣象上，通常稱太陽輻射為短波輻射，地球表面輻射和大氣輻射為長波輻射。單位面積接收、通過或放射的輻射能，其單位一般用卡/(厘米2·分)，也有用瓦特/米2和焦耳/（米2·秒）的。在地面氣象觀測中，通常測量的是太陽總輻射。測量各種輻射分量的儀器有：絕對日射表、天空輻射表、直接日射表、淨輻射儀等。
日照
表示太陽照射時間的量。有可照時間和實照時間兩種，分別以可照時數和實照時數表示，均以小時為單位。可照時數是一天內可能的太陽光照時數。也即一天內太陽中心從東方地平線升起，直到進入西方地平線之下的全部時間，完全由該地的緯度和日期決定。實照時數(即日照時數)是太陽直射光線不受地物障礙及雲、霧、煙、塵遮蔽時實際照射地面的時數（由緯度、日期、天氣、地形等所決定），可用日照計測定。日照百分率（實照時數與可照時數的百分比），可用來比較不同季節不同緯度的日照情況。測定日照的常用儀器有暗筒式和聚焦式日照計，也有用光電日照計的。
天氣現象
風 風
空氣相對於地面的運動，氣象上常指空氣的水平運動，並用風向、風速(或風級)表示。風向指風的來向，一般用16個方位或360°來表示。以360°表示時，由北起按順時針方向量度。風速指的是單位時間內空氣的行程，常以米/秒、公里/時、海里/時表示。1805年，英國人F·蒲福根據風對地面（或海面）物體的影響，提出風力等級表,幾經修改後得表1。目測風時，根據風力等級表中各級風的特徵，即可估計出相應的風速。測定風向的儀器有風標、風向器；測定風速的儀器有風杯風速計、熱線風速計等。此外，還有氣象氣球等。
雲
懸浮在空中由大量水滴和(或)冰晶組成的可見聚合體。在常規氣象觀測中要測定雲狀、雲高和雲量。雲狀指雲的外貌，由目測決定。雲高指雲底離地面的鉛直距離，一般用氣球、雲幕燈或雷射測雲儀測定。雲量指雲遮蔽天空的份數，一般採用目測法估計確定。中國規定：氣象部門觀測時，將天空劃分為10份，碧空無雲，雲量為0；雲蔽天空1/10，雲量為1；雲蔽天空2/10，雲量為2；依次類推。高雲、中雲和低雲共同遮蔽天空的份數，稱為總雲量；低雲或直展雲或兩者共蔽天空的份數，稱低雲量。按雲底的高度和雲狀等的不同，把雲分成四族、十屬。
捲雲
雲體具有纖維狀結構，常呈白色，無暗影，有絲一般的光澤。個體分散的雲，系冰晶構成，常呈絲縷狀、馬尾狀、羽毛狀、鉤狀、團簇狀、片狀或砧狀等多種形態。
捲積雲
雲塊很小，呈白色細波、小球或魚鱗狀的雲塊。無暗影，有柔絲般光澤，系冰晶構成。當布滿天空時，稱“魚鱗天”。
卷層雲
雲體均勻成層，呈絹絲狀透明雲幕，有時雲體不顯，僅使天空呈乳白色，系冰晶構成。隔雲可見日月輪廓，地物有影，常伴有暈。
高積雲
雲塊輪廓分明，常呈扁圓形、瓦塊形、寬鱗片形的白色或灰白色雲塊。往往成群、成行、或呈波狀排列。大多由過冷水滴構成，可伴有冰晶或非過冷水滴。高積雲分透光和蔽光兩種，太陽光或月光透過薄的高積雲時，常出現華。
高層雲
雲體均勻成層，呈灰白色或灰色，有時微帶藍色，雲底往往有條紋結構。系小水滴或小水滴和冰晶（上層）構成。隔高層雲只能肯定日月位置，難以辨認日月輪廓。高層雲也分透光和蔽光兩種。
雲 成層或成條排列的波狀鬆散大雲塊，常呈灰色或灰白色，多由小水滴構成。層積雲分透光和蔽光兩種，在雲塊較薄處太陽的位置可辨認。
層雲
雲體均勻成層，呈灰色或灰白色，雲底很低，但不接觸地面，有時也稱“高霧”。主要由小水滴構成。
雨層雲
能產生降水的低而均勻的雲層，雲體厚而濃密，由小水滴或小水滴和冰晶（上層）構成，呈暗灰色，布滿天空常伴有連續性降水。
積雲
一個平底直展雲。頂部呈一個或幾個凸起狀，雲體邊界分明，雲塊孤立而分散於天空。積雲分淡積雲和鉛直發展旺盛的濃積雲兩種，多由水滴構成。
積雨雲
鉛直發展極盛，雲體龐大高聳，雲頂有絲縷狀冰晶結構,有時頂部常呈鐵砧狀。系水滴和冰晶(上層)構成。雲底陰暗混亂，起伏明顯，有時有懸球狀結構。
輸送量
氣象要素當空氣以速度u作水平運動時，也就意味著垂直於氣流的單位橫截面內的空氣在單位時間內移動了距離u。如果速度以m/s為單位，這也就表示橫截面為1m2的空氣在1秒鐘內穿過的體積是u立方米。這就是關於空氣運動速度（風速）的另外一種理解方式。
在這種理解下，風速最大的高空急流附近，自然就是空氣在單位時間穿過的空間體積最大的地方。由於空氣是氣體物質，我們把這理解為物質運動最快的地方，自然也是的準確的。
可是我們當分析“空氣的輸送量最大的地方”時，需要明確輸送量不單單與空氣的速度有關，還與當地的空氣密度有關。而空氣的輸送量是風速和空氣的密度的乘積表示的。由於空氣的密度隨高度迅速降低，於是空氣流速最大的高空急流部位，不見得就是氣象要素的輸送量（流量、通量）最大的部位。
顯然，氣象要素（物理量）x在空氣中的密度如果是ρx（即單位空氣體積內該氣象要素的數量），那么空氣以風速u運動時，就在單位時間，通過單位截面積攜帶了ρxu這么多的該物理量，它也就是物理量x的通量Tx，我們也稱為輸送量。即一般有Tx=ρxu （1）
在對流層中，風速u一般是隨高度而增加的，在對流層頂附近風速達到最大值。但是物理量的密度（如空氣密度），如果隨高度是減小的，那么物理量的最大輸送量的所在的高度就可能與高空急流不重合。下面我們就用實際資料對不同的氣象要素的水平輸送量在不同上的分布情況做初步分析。
空氣和水汽的輸送量的垂直分布的計算
氣象要素計算中利用提供的月平均的地面、850、700、500、400、300、250、200、150、100、70、50、30hPa的13層上的高度、溫度、濕度（溫度露點差）和風速資料作為原始數據。根據乾空氣的氣體狀態方程P=ρRT（2）
計算空氣密度ρ。這裡ρ是空氣的密度，R是乾空氣的氣體常數，R=0.287J/g.K(乾空氣)。於是得到ρ(千克/立方米)＝（壓力的百帕值）×0.3484/絕對溫度值。用空氣密度乘風速就得到空氣品質在單位橫截面、單位時間的通量。
對於水汽，它也應當用公式（1）計算，不過哪裡的ρx表示水汽的密度。它應當是空氣密度與比濕的乘積。本研究中的比濕我們是根據各個高度上的壓力值、溫度露點差值，用熱力學圖表查出來的。
空氣和水汽的最大輸送層的分析
中國上空的空氣輸送量的一般垂直分布特徵是它們在海拔10公里附近有一個最大的輸送層。但是上海的最大輸送層出現在離地面2公里附近，而廣州的最大輸送層出現在10－12公里以及地面以上2公里附近。
中國上空的水汽的一般垂直分布特徵是它們都在地面以上2公里附近有個最大輸送層，再向高層，水汽輸送量迅速減小。在地面附近，由於風速小，輸送量也小。而12公里以上的平流層里水汽的輸送量已經小到可以忽略的程度。
我們綜合出風速最大層、空氣輸送量最大層和水汽輸送量最大層的所在位置，現在統一列於表1中。
| 站名 | 哈爾濱 | 上海 | 廣州 | 蘭州 | 成都 | 烏魯木齊 | 拉薩 |
| 風速最大位置（海拔，公里） | 10-12 | 12-14，24 | 24 | 10-12 | 12-14，24 | 12-13 | 24 |
| 空氣輸送量最大層位置（公里） | 海拔10，2 | 海拔2，12 | 海拔2，10-12 | 海拔9-11 | 海拔8－11 | 海拔11-12 | 海拔11和離地面2 |
| 水汽輸送量最大層位置 | 離地面兩公里附近 | 離地面兩公里附近 | 離地面兩公里附近 | 離地面兩公里附近 | 離地面兩公里附近 | 離地面兩公里附近 | 離地面兩公里附近 |
根據計算數據、表1說明，風所輸送的空氣量（質量）的最大值一般出現在風速最大層以下的1－2公里的高度上。個別情況它也會出現在距離地面2公里的低空。而水汽的最大輸送量基本都出現在離地面2公里的高度附近（無論的海濱的上海，還是高原的拉薩、內陸的烏魯木齊）。
這些結果是合理的，因為輸送量是風速與密度的乘積值，而空氣密度肯定是隨高度而迅速減少的，所以輸送量的最大高度比風速的最大高度要低。水汽更是集中在大氣低層，所以水汽的最大輸送層就更低。
總之，從一般的理論分析和這些站點的空氣和水汽數據分析都表明大氣里存在著一個對特定的氣象要素的最大的輸送層，這個最大輸送層的位置與高空急流並不重合，一般是在更低地位置，對空氣品質的輸送，它大約比高空急流低1－2公里，但是也可能在地面以上2公里附近，而水汽的最大輸送層一般在距離地面2公里的高度附近。
能量的輸送量及其最大輸送層的位置分析
風能風能輸送量和它的最大層：動能是質量與速度的平方的一半，對於單位質量的空氣，它就是（1/2）×（風速）2，即。對於單位體積的動能，它自然應當是前者再乘以空氣密度，即。把它作為公式（1）里的ρx,代入我們得到空氣風能E的輸送量TE公式，它的單位是單位時間、單位橫截面的焦耳值（每平方米的瓦特數）。而它也就是風能計算中的著名的“風能密度”公式[4]。所以風能公式是公式（1）的特例。
根據這個分析，風能輸送量最大層也就是動能輸送量最大層。那么風能輸送量在哪個高度上最大？根據這個公式看它固然有空氣密度的因素，但是它與風速的立方成正比例，這說明風速的決定權更大一些，所以風能輸送量的最大層在風速最大層（高空急流）和空氣輸送量最大層之間，而更靠近風速最大層（高空急流）。
動量輸送量和它的最大層
它僅是風速的平方，所以其最大值出現的位置應當在空氣輸送量最大和風能最大層位置之間。
潛熱能輸送量和它的最大層
由於水汽的潛熱與水汽的含量是正比例關係，所以潛熱輸送量最大層的位置應當與水汽的最大輸送層完全一致，它們都在離地面2公里的高度附近。
熱能輸送量和它的最大層
單位質量的空氣熱能應當是絕對溫度表示的氣溫T與空氣的定容比熱Cv的乘積值，即CvT。所以單位體積的熱能等於空氣密度ρ與CvT的乘積值，ρCvT。注意到關於氣體的狀態方程（2），我們自然得到熱能密度ρH，把這個熱能密度乘以風速u就依公式（1）得到熱能的輸送量TH以Cv等於0.718J/g.K代入計算。
熱能輸送量的單位應當是單位時間單位橫截面輸送的焦耳值。當壓力以百帕表示，風速以米/秒表示時，TH＝250.17pu(J/sec.m2)。熱能輸送量由空氣密度與溫度的乘積決定，而這兩個量都是隨高度減少的，所以其最大輸送層的出現高度應當比空氣品質的輸送量最大的層要低一些。
能輸送量和它的最大層
單位質量的空氣的位能是地球的重力加速度g與它所在高度z的乘積。所以風對空氣位能的輸送量Tp=ρgzu。在對流層大氣中，密度隨高度是降低的，但是空氣的高度和風速基本是隨高度增加的。對七個站點的計算表明（數據和圖從略）位能輸送量的最大層基本與風速最大高度層是重合的。
其他氣象要素的通量的垂直分布
根據前面的分析和公式（1），只要知道某氣象要素（如浮塵、污染物質）在各個高度上單位體積內的數值，就可以計算風對它在各個高度上的輸送量。而根據我們已經分析的一些氣象要素的情況看，這個輸送量一般是具有一個或者兩個最大值出現在對流層內。
小結和結束語
高空急流計算各個氣象要素的輸送量的公式是（1）式。把這個公式用到某氣象要素的各個層次上，我們就求得了該氣象要素在各個層次上的輸送量。風能計算中的風密度公式是這個公式的特例。
我們過去比較熟悉的高空急流僅表示哪裡的空氣在單位時間所穿過的體積是最大的。它並不表示哪裡的單位橫截面在單位時間流過的空氣最多，而水汽的最大輸送量卻出現在距離地面2公里的高度附近，它不在高空也不在地面。
我們計算、分析了中國7個站點的空氣通量、水汽通量等多個氣象要素的垂直分布情況，
| 氣象要素 | 最大層的位置 | 說明 |
| 位能輸送量 | 基本與高空急流 | 大約在對流層頂附近 |
| 風能（動能）輸送量 | 在高空急流和空氣輸送量最大層之間 | 離高空急流比較近，但是位置低一些 |
| 動量輸送量 | 在風能輸送量最大層和空氣輸送量最大層之間 | 比風能最大層低 |
| 空氣（質量）輸送量 | 一般在高空急流以下1－2公里處，也有的在地面以上2公里處 | 它與高空急流不重合，而是比它低。不同地點、不同時間其變化也比較大 |
| 熱能輸送量 | 一般在高空急流以下1－2公里處，也有的在地面以上2公里處 | 它比空氣輸送量的最大層要低。 |
| 水汽輸送量 | 在地面以上2公里處 | 水汽總是集中在大氣低空 |
| 潛熱輸送量 | 在地面以上2公里處 | 與水汽輸送量最大層的位置重合 |
過去我們主要從“高空急流”、“水汽輸送量”等角度關注過輸送量問題。本文則給出了輸送量的通用計算公式即公式（1），還揭露了不同氣象要素都有最大輸送層存在於不同高度的特點。但是對這個特點的物理意義本文沒有展開討論。從能量平衡和物質平衡等角度分析這些特點可能使我們對大氣中的物質、能量循環有新的認識。
