大氣的基本特性課件

第三章大氣與氣候第一節(jié)大氣的組成與分層第三章大氣與氣候第一節(jié)大氣的組成與分層1★基本概念★大氣：指圍繞著地球的厚層氣體?！锎髿馊Γ褐复髿馑纬傻倪B續(xù)圈層?！锎髿膺^程：指大氣圈中存在的各種物理過程，如輻射過程、增溫冷卻過程、蒸發(fā)凝結(jié)過程等?！锾鞖猬F(xiàn)象：指由大氣過程所形成的風、云、雨、雪、霧、露、霜、冰等千變?nèi)f化的物理現(xiàn)象。★天氣：某地區(qū)短時間內(nèi)大氣過程和現(xiàn)象的綜合。即短時間內(nèi)風、云、降水、溫度和氣壓等氣象要素連續(xù)變化的綜合現(xiàn)象。其特點是多變?！餁夂颍褐改车貐^(qū)多年間常見的和特有的大氣過程和現(xiàn)象的綜合?！锘靖拍睢锎髿猓褐竾@著地球的厚層氣體?！锎髿馊Γ褐复髿馑?一、大氣的組成◆地球大氣由多種物質(zhì)混合組成，包括干潔空氣、水汽、懸浮塵粒和雜質(zhì)等。1、干潔空氣（干空氣）：不包含水汽和固體雜質(zhì)的整個混合氣體；①主要成分：N2、O2、Ar，占干空氣容積的99.97％、占干空氣質(zhì)量的99.95％；②次要成分：

CO2、O3、CO、CH4、H2S、SOx等等。干空氣中，以氮、氧、二氧化碳、臭氧最重要。一、大氣的組成◆地球大氣由多種物質(zhì)混合組成，包括干潔空氣、13幾種重要氣體的來源及其作用N2：來源：來自于地球形成過程中的火山噴發(fā)；作用：是地球上生命體的基本成分；可沖淡氧氣；是合成氮肥的基本原料。

O2：來源：來源于水的離解和光化學反應(yīng)以及植物的呼吸。作用：是維持生命現(xiàn)象的重要氣體；可助燃，使有機體腐??；起氧化作用。

幾種重要氣體的來源及其作用N2：來源：來自于地球形成過程中的4CO2：

來源：來源于燃燒、氧化、大陸生物圈作用、海洋的作用以及火山噴發(fā)。濃度為0.02%~0.04%，近年來由于工業(yè)的發(fā)展，含量與年俱增。1958年至1988年，其含量從316ppm到351ppm。占干潔空氣容積的0.03%。

作用：能透過太陽的短波輻射而強烈地吸收地面長波輻射和放射長波，對地面起保溫作用；是綠色植物光合作用中不可缺少的物質(zhì)，但其含量超過0.2~0.5%時，對生物體有害。

CO2：來源：來源于燃燒、氧化、大陸生物圈作用、海洋的作用5O3：

來源：主要是在太陽紫外線輻射作用下，氧分子分解為氧原子后再和另外的氧分子結(jié)合而成。低層大氣有機物的氧化和雷雨、閃電作用也能形成臭氧。重要集中在20~30km處。

作用：能吸收太陽紫外輻射的99%，保護地面生物，可殺菌治病。

O3：來源：主要是在太陽紫外線輻射作用下，氧分子分解為氧原6二、大氣的分層（一）大氣壓力1、氣壓：靜止大氣中任一高度單位面積上所承受的空氣柱重量，叫大氣壓力，簡稱氣壓。氣壓的測量單位是帕（Pa），氣象學采用百帕（hPa）為單位，1hPa＝10-2N／cm2；當選定溫度為0℃，緯度為45°的海平面時，氣壓為1013.25hPa，稱為一個標準大氣壓。地面氣壓在980—1040hPa之間變化，平均為1013hPa；二、大氣的分層（一）大氣壓力72、氣壓場和氣壓系統(tǒng)（P63圖3-2）①等壓線和等壓面：某一水平面上氣壓相等各點的連線，稱為等壓線；空間氣壓相等各點組成的面，稱為等壓面，它是一個起伏不平的曲面。②氣壓場：氣壓的空間分布稱為氣壓場③氣壓系統(tǒng)的基本類型：包括低氣壓、高氣壓、低壓槽、高壓脊、鞍（鞍型氣壓區(qū)）等等，統(tǒng)稱為氣壓系統(tǒng)?！舻蜌鈮海汉喎Q低壓，其等壓線閉合，中心氣壓低，等壓面向下凹陷如盆地，空氣向中心輻合，氣流上升；◆高氣壓：簡稱高壓，其等壓線閉合，中心氣壓高，等壓面向上凸出如山丘，空氣向四周輻散，氣流下沉；2、氣壓場和氣壓系統(tǒng)（P63圖3-2）①等壓線和等壓面：8高壓與低壓高壓與低壓9低壓槽◆低壓槽：簡稱槽，由低壓向外延伸出來的狹長區(qū)域，或一組未閉合的等壓線向氣壓較高一方突出的部分。在槽內(nèi)各等壓線彎曲最大處的連線，稱為槽線。槽附近空間等壓面形如山谷，空氣向槽內(nèi)輻合上升；◆高壓脊：簡稱脊，由高壓向外延伸出來的狹長區(qū)域，或一組未閉合的等壓線向氣壓較低一方突出的部分。在脊中各等壓線彎曲最大處的連線，稱為脊線。脊線附近空間等壓面形如山脊，空氣向外輻散；◆鞍（鞍型氣壓區(qū)）：兩個高壓或兩個低壓相對應(yīng)的中間區(qū)域，其附近空間等壓面形狀似馬鞍。低壓槽◆低壓槽：簡稱槽，由低壓向外延伸出來的狹長區(qū)10思考：天氣預(yù)報中常用百帕代表高度？氣壓和高度之間有何對應(yīng)關(guān)系？P63表3-4思考：天氣預(yù)報中常用百帕代表高度？氣壓和高度之間有何對應(yīng)關(guān)系11氣壓垂直梯度氣壓垂直梯度12（二）大氣分層◆根據(jù)大氣在垂直方向上的溫度、成分、密度、電離等物理性質(zhì)和運動狀況，將之分為5層。1、對流層：2、平流層：自下而上分別為：P64圖3-43、中間層4、暖層5、散逸層（二）大氣分層◆根據(jù)大氣在垂直方向上的溫度、成分、密度、1、131、對流層的厚度及特征特征：一是溫度隨高度的升高而降低；因為該層的熱量來自于地面的長波輻射，平均氣溫遞減率為0.65oC/100m；二是具有強烈的對流運動；因為地面受熱不均。三是天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變；幾乎所有的水汽、云、雨、雷、電等現(xiàn)象都發(fā)生在此層。厚度：本層厚度最簿，并隨緯度、季節(jié)而不同，在高緯地區(qū)平均：8~9km,中緯地區(qū)平均：10~12km,低緯地區(qū)平均17~18km，夏季大于冬季。1、對流層的厚度及特征特征：厚度：14問題：為什么在對流層頂，低緯度溫度（-85OC）小于高緯度（-53OC）？提示：因為在低緯地區(qū)對流層頂高17~18km，而高緯地區(qū)平均只有8~9km，在對流層，溫度受地面影響大，且溫隨高度的升高而降低。問題：為什么在對流層頂，低緯度溫度（-85OC）小于高緯度（152、平流層的特征（1）氣溫隨高度升高不變或升高

下層：其上界離地面約35~40km，為同溫層上層：其上界離地面約50~60km，為逆溫層，即氣溫隨高度的升高而升高。因為平流層上層含有大量的臭氧，臭能大量地吸收太陽紫處線而增溫；（2）氣流以水平運動為主，逆溫的存在，對流不易產(chǎn)生。（3）水汽、塵埃含量少，天氣晴朗，能見度好。2、平流層的特征（1）氣溫隨高度升高不變或升高163、中間層的特征高度：平流層頂至85km處。（1）溫度隨高度的升高而迅速下降。因為臭氧的含量下降。（2）空氣以垂直運動為主。但由于空氣稀薄，所出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象已不如對流層復(fù)雜。（3）在80km處白天出現(xiàn)一個電離層。3、中間層的特征高度：平流層頂至85km處。174、暖層的特征高度：中間層至800km處特征：（1）

空氣質(zhì)量小，空氣稀薄，空氣密度只角空氣總質(zhì)量的0.5%，在120km高空，空氣密度小至聲音都難于傳播。（2）

溫度隨高度升高而升高。因為所有波長小于0.175um的太陽紫外輻射都被暖層氣體所吸收，頂層溫度可達1000度。（3）

空氣處于高度電離狀態(tài)。（4）

能反射無線電波（5）

出現(xiàn)極光現(xiàn)象。4、暖層的特征高度：中間層至800km處18暖層出現(xiàn)極光現(xiàn)象極光——是由太陽噴焰中發(fā)射的高能粒子與高層大氣中的空氣分子相撞，使之電離，并在地球磁場的作用下，偏于兩極上空而形成的一種光現(xiàn)象。

暖層出現(xiàn)極光現(xiàn)象極光——是由太陽噴焰中發(fā)射的高能粒子與高層大19800—約3000km的大氣層。特點：空氣極其稀薄；氣溫很高，而且隨高度升高；地球引力小，高速運動的分子可逃逸至宇宙空間。5、散逸層（外層）800—約3000km的大氣層。5、散逸層（外層）20第三章大氣與氣候第一節(jié)大氣的組成與分層第三章大氣與氣候第一節(jié)大氣的組成與分層21★基本概念★大氣：指圍繞著地球的厚層氣體?！锎髿馊Γ褐复髿馑纬傻倪B續(xù)圈層?！锎髿膺^程：指大氣圈中存在的各種物理過程，如輻射過程、增溫冷卻過程、蒸發(fā)凝結(jié)過程等?！锾鞖猬F(xiàn)象：指由大氣過程所形成的風、云、雨、雪、霧、露、霜、冰等千變?nèi)f化的物理現(xiàn)象?！锾鞖猓耗车貐^(qū)短時間內(nèi)大氣過程和現(xiàn)象的綜合。即短時間內(nèi)風、云、降水、溫度和氣壓等氣象要素連續(xù)變化的綜合現(xiàn)象。其特點是多變。★氣候：指某地區(qū)多年間常見的和特有的大氣過程和現(xiàn)象的綜合。★基本概念★大氣：指圍繞著地球的厚層氣體?！锎髿馊Γ褐复髿馑?2一、大氣的組成◆地球大氣由多種物質(zhì)混合組成，包括干潔空氣、水汽、懸浮塵粒和雜質(zhì)等。1、干潔空氣（干空氣）：不包含水汽和固體雜質(zhì)的整個混合氣體；①主要成分：N2、O2、Ar，占干空氣容積的99.97％、占干空氣質(zhì)量的99.95％；②次要成分：

CO2、O3、CO、CH4、H2S、SOx等等。干空氣中，以氮、氧、二氧化碳、臭氧最重要。一、大氣的組成◆地球大氣由多種物質(zhì)混合組成，包括干潔空氣、123幾種重要氣體的來源及其作用N2：來源：來自于地球形成過程中的火山噴發(fā)；作用：是地球上生命體的基本成分；可沖淡氧氣；是合成氮肥的基本原料。

O2：來源：來源于水的離解和光化學反應(yīng)以及植物的呼吸。作用：是維持生命現(xiàn)象的重要氣體；可助燃，使有機體腐敗；起氧化作用。

幾種重要氣體的來源及其作用N2：來源：來自于地球形成過程中的24CO2：

來源：來源于燃燒、氧化、大陸生物圈作用、海洋的作用以及火山噴發(fā)。濃度為0.02%~0.04%，近年來由于工業(yè)的發(fā)展，含量與年俱增。1958年至1988年，其含量從316ppm到351ppm。占干潔空氣容積的0.03%。

作用：能透過太陽的短波輻射而強烈地吸收地面長波輻射和放射長波，對地面起保溫作用；是綠色植物光合作用中不可缺少的物質(zhì)，但其含量超過0.2~0.5%時，對生物體有害。

CO2：來源：來源于燃燒、氧化、大陸生物圈作用、海洋的作用25O3：

來源：主要是在太陽紫外線輻射作用下，氧分子分解為氧原子后再和另外的氧分子結(jié)合而成。低層大氣有機物的氧化和雷雨、閃電作用也能形成臭氧。重要集中在20~30km處。

作用：能吸收太陽紫外輻射的99%，保護地面生物，可殺菌治病。

O3：來源：主要是在太陽紫外線輻射作用下，氧分子分解為氧原26二、大氣的分層（一）大氣壓力1、氣壓：靜止大氣中任一高度單位面積上所承受的空氣柱重量，叫大氣壓力，簡稱氣壓。氣壓的測量單位是帕（Pa），氣象學采用百帕（hPa）為單位，1hPa＝10-2N／cm2；當選定溫度為0℃，緯度為45°的海平面時，氣壓為1013.25hPa，稱為一個標準大氣壓。地面氣壓在980—1040hPa之間變化，平均為1013hPa；二、大氣的分層（一）大氣壓力272、氣壓場和氣壓系統(tǒng)（P63圖3-2）①等壓線和等壓面：某一水平面上氣壓相等各點的連線，稱為等壓線；空間氣壓相等各點組成的面，稱為等壓面，它是一個起伏不平的曲面。②氣壓場：氣壓的空間分布稱為氣壓場③氣壓系統(tǒng)的基本類型：包括低氣壓、高氣壓、低壓槽、高壓脊、鞍（鞍型氣壓區(qū)）等等，統(tǒng)稱為氣壓系統(tǒng)。◆低氣壓：簡稱低壓，其等壓線閉合，中心氣壓低，等壓面向下凹陷如盆地，空氣向中心輻合，氣流上升；◆高氣壓：簡稱高壓，其等壓線閉合，中心氣壓高，等壓面向上凸出如山丘，空氣向四周輻散，氣流下沉；2、氣壓場和氣壓系統(tǒng)（P63圖3-2）①等壓線和等壓面：28高壓與低壓高壓與低壓29低壓槽◆低壓槽：簡稱槽，由低壓向外延伸出來的狹長區(qū)域，或一組未閉合的等壓線向氣壓較高一方突出的部分。在槽內(nèi)各等壓線彎曲最大處的連線，稱為槽線。槽附近空間等壓面形如山谷，空氣向槽內(nèi)輻合上升；◆高壓脊：簡稱脊，由高壓向外延伸出來的狹長區(qū)域，或一組未閉合的等壓線向氣壓較低一方突出的部分。在脊中各等壓線彎曲最大處的連線，稱為脊線。脊線附近空間等壓面形如山脊，空氣向外輻散；◆鞍（鞍型氣壓區(qū)）：兩個高壓或兩個低壓相對應(yīng)的中間區(qū)域，其附近空間等壓面形狀似馬鞍。低壓槽◆低壓槽：簡稱槽，由低壓向外延伸出來的狹長區(qū)30思考：天氣預(yù)報中常用百帕代表高度？氣壓和高度之間有何對應(yīng)關(guān)系？P63表3-4思考：天氣預(yù)報中常用百帕代表高度？氣壓和高度之間有何對應(yīng)關(guān)系31氣壓垂直梯度氣壓垂直梯度32（二）大氣分層◆根據(jù)大氣在垂直方向上的溫度、成分、密度、電離等物理性質(zhì)和運動狀況，將之分為5層。1、對流層：2、平流層：自下而上分別為：P64圖3-43、中間層4、暖層5、散逸層（二）大氣分層◆根據(jù)大氣在垂直方向上的溫度、成分、密度、1、331、對流層的厚度及特征特征：一是溫度隨高度的升高而降低；因為該層的熱量來自于地面的長波輻射，平均氣溫遞減率為0.65oC/100m；二是具有強烈的對流運動；因為地面受熱不均。三是天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變；幾乎所有的水汽、云、雨、雷、電等現(xiàn)象都發(fā)生在此層。厚度：本層厚度最簿，并隨緯度、季節(jié)而不同，在高緯地區(qū)平均：8~9km,中緯地區(qū)平均：10~12km,低緯地區(qū)平均17~18km，夏季大于冬季。1、對流層的厚度及特征特征：厚度：34問題：為什么在對流層頂，低緯度溫度（-85OC）小于高緯度（-53OC）？提示：因為在低緯地區(qū)對流層頂高17~18km，而高緯地區(qū)平均只有8~9km，在對流層，溫度受地面影響大，且溫隨高度的升高而降低。問題：為什么在對流層頂，低緯度溫度（-85OC）小于高緯度（352、平流層的特征（1）氣溫隨高度升高不變或升高

下層：其上界離地面約35~40km，為同溫層上層：其上界離地面約50~60km，為逆溫層，即氣溫隨高度的升高而升高。因為平流層上層含有大量的臭氧，臭能大量地吸收太陽紫處線而增