地球大气

nullnull第二章 地球大气本 章 内 容 大气的组成 大气的铅直结构 大气的物理性质null第一节 大气的组成 干洁大气（即干空气） 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质一、干洁大气 地球大气由三个部分组成: 干洁大气的定义及其成分变化： 定义： 除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体质粒以外的整个混合气体。null 成分变化： 0~90km，主要成分和含量比例基本保持不变。 90km以上，氮稍有减少,氧稍有增多,氩和二氧化碳 明显减少,其中氧分子和氮分子开始离解 。 各种成分介绍： 各成分总体状况：2-1 干洁大气的成分（高度25km以下）null 氮气（N2）： 存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。 作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。 自然条件下,氮气只能通过闪电雷暴作成形成,通过降水过程被植物和土壤吸收利用。 氧气（O2）： 作用： 是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体； 积极参与大气中的许多化学过程； 对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。 null 臭氧（O3）： 时空变化： 时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。 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； null 这幅地图显示的是臭氧空洞。1986年，南极的臭氧量仅是30年前的一半。 　　1988年，探测发现北半球上空臭氧层已比20年前要薄百分之三。这种变化足以使皮肤癌的病例大幅增加。null 作用： 对紫外线有着极其重要的调控作用。 对高层大气有明显的增温作用。 二氧化碳（CO2）： 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： 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) 工业革命前小于工业革命后。null 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。 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”。null温室效应模式图null二、水汽 来源： 主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。null 时间：夏季多于冬季 空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。 时空变化： 作用： 在天气气候变化中扮演了重要角色。 能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放 出长波辐射，对大气起着“温室效应”。null 大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和大气污染物质两大部分）。 二、大气中的杂质 气溶胶粒子： 定义： 分类：液体质粒、固体质粒 固体质粒的来源： 有机质数量较少，大多为植物花粉、微生物和细菌等； 大气中沉降速率极小、尺度在10-4μm到100μm之间的固态和液态微粒。null 无机质数量较多，主要来源于：尘粒、烟粒、海洋中浪 花飞溅的盐粒，流星飞逝后留下的灰烬，火山尘埃等。 作用： 吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地 面的太阳辐射； 缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而 失去的热量； 降低大气透明度，影响大气能见度； 充当水汽凝结核，对云、雾及降水形成有重要意义。 null 大气中的污染物质： 定义： 由于人类活动或自然过程，使局部、甚至全球范围的大气成分发生对生物界有害的变化。 分布： 空间上垂直：主要集中在3km以下的低层大气中；水平：城市多，农村少；陆地多，海洋少。 时间上：冬季多，夏季少；清晨和夜间多，午后少。 null 火山爆发、风吹扬沙和沙尘暴、雷击森林失火等。 来源： 自然过程形成。 人为过程造成。 工业和交通上煤炭、石油、天然气的使用，农业上化肥、农药的喷施，生活上制冷采暖的排放与泄漏等。null 二次污染物： 分类： 一次污染物：直接从污染源排出来的物质。 进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常组分发生化学反应，以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。null 大气污染的 危 害 null第二节 大气的铅直结构一、大气的铅直分层null 对流层： 厚度变化空间：随纬度增加，厚度降低。低纬地区：平均厚度为17～18km； 中纬地区：平均为10～12km； 高纬地区：平均为8～9km；时间：夏季大于冬季。 特点： 主要天气现象均发生在此层。 温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m， 气温下降0.65℃。） 空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。 气象要素的水平分布不均匀。null 分层：下层、中层、上层、对流层顶。 下层（摩擦层或行星边界层）：0-2km 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。 中层：2-6km 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。null 上层：6km至对流层顶 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。 对流层顶：对流层与平流层之间1-2km的过渡层 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。null 平流层：对流层顶～55km 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。null 中间层：平流层顶～85km 气温随高度增加迅速下降，顶部气温可降至-83℃以下。 空气有强烈的垂直运动，故又称之为“高空对流层”。 热成层(热层、暖层、电离层)：中间层顶～800km 气温随高度增加迅速上升。 空气质点在太阳紫外辐射和宇宙高能粒子作用下，产生 电离现象。null 散逸层： 这一层中的大气物质具有向星际空间散逸的特性，是大气圈与星际空间的过渡地带。null二、大气上界 根据大气中极光出现的最大高度，大气上界的高度为1,000～1,200km。 另一种是以大气密度接近星际气体密度的高度作为，大气上界约在2,000～3,000km高度处。 null第三节 大气的物理性质一、大气的质量 假定大气是均质的，以气温0℃时、45°N（或45°S）处、海平面上的大气密度ρ0为标准（ ρ0 =1.293kg.m-3），则此时大气厚度（Z0）经理论计算约为8,000m。于是单位截面积的大气柱中空气的质量为：m0=ρ0·Zo=1.293×8000=10344kg.m-2 假定条件下的大气质量：据此推算，地球表面大气的总质量大约有5×1015t。 nullρz为Z高度处的大气密度； ρ0为标准状态下的大气密度； Z0为均质大气的高度，Z为对应于要计算ρz的高度。 大气密度的计算公式：null二、气象要素 定义：表示大气状态和特征的物理量和物理现象。 内容： 日射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸发、能见度和天气现象等。 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。null 大风、飑 常见天气现象： 雨、阵雨、毛毛雨 雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、米雪、冰粒、 冰雹、冰针 雾、轻雾、露、霜、雨淞、雾淞 吹雪、雪暴、龙卷、积雪、结冰 沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、霾、尘卷风 雷暴、闪电、极光