第二章大氣的基本知識(shí)

大氣的重要性及組成

大氣的垂直結(jié)構(gòu)及特性

表征大氣的基本要素第二講大氣的基本知識(shí)月球上看到的天空與地球上看到的有什么不同？為什么？地球的外衣→大氣龍卷風(fēng)極光臺(tái)風(fēng)猜想一下：沒有大氣，地球?qū)⑹鞘裁礃?？閃電降水

沒有大氣，天氣無變化！臺(tái)風(fēng)沒有大氣，地球易受隕石侵襲！隕石沒有大氣，聲音無法傳播！聲音沒有大氣，晝夜溫差大！溫差沒有大氣，地球無液態(tài)水！水沒有大氣，地球上將無生命！生命對(duì)地面的影響

保護(hù)地球的體溫----“保溫被”形成水循環(huán)----“永動(dòng)機(jī)”改變地球形態(tài)----“塑像師”對(duì)生物和人類的影響—生命之本第一節(jié)大氣的重要性及組成干潔大氣（即干空氣）CleanAir

水汽Moisture

懸浮在大氣中的固液態(tài)雜質(zhì)Impurity一、干潔大氣地球大氣由三個(gè)部分組成:干潔大氣的定義及其成分變化：除去水汽及其他懸浮在大氣中的固、液體質(zhì)粒以外的整個(gè)混合氣體。第一節(jié)大氣的重要性及組成成分變化：

0~90km:主要成分和含量比例基本保持不變。

90km以上:氮稍有減少,氧稍有增多,氬和二氧化碳明顯減少,其中氧分子和氮分子開始離解

。各種成分介紹：各成分總體狀況：表2-1干潔大氣的成分（高度25km以下）氮33.520.95氬二氧化碳0.03231.0氣體成分所占體積（%）臨界溫度（℃）臨界壓強(qiáng)（大氣壓）78.08-147.2氧-118.940.70.93-122.048.073.0臭氧0.00006-5.092.3干潔大氣100-140.737.2氮?dú)猓∟2）：存在方式：以蛋白質(zhì)的形式存在于有機(jī)體中。

作用：是有機(jī)體的基本組成部分，也是合成氮肥的基本原料。

氧氣（O2）：作用：

是人類和動(dòng)植物維持生命活動(dòng)的極為重要的氣體；積極參加大氣中的許多化學(xué)過程；對(duì)有機(jī)物質(zhì)的燃燒、腐敗和分解起著重要的作用。

臭氧（O3）：時(shí)空變化：時(shí)間變化：最大值出現(xiàn)在春季，最小值出現(xiàn)在夏季。垂直：

55～60km，含量極少。

20～25km，達(dá)最大值，形成臭氧層；

12～15km以上，含量增加特別顯著；從10km向上，逐漸增加；

近地面，含量很少；空間變化：水平：由赤道向兩極增加。作用：對(duì)紫外線有著極其重要的調(diào)控制作用。對(duì)高層大氣有明顯的增溫作用。

氯氟烴（CFCs）是空調(diào)、電冰箱用的制冷劑，其商品名叫氟里昂。氯氟烴在低層大氣中穩(wěn)定，游蕩10年左右的時(shí)間進(jìn)入同溫層，直至穿出臭氧層。穿出臭氧層后，在強(qiáng)烈紫外線的作用下，氯氟烴迅速分解，產(chǎn)生氯原子，氯原子極為活潑，專門拆散臭氧分子，使臭氧層逐漸變薄，出現(xiàn)空洞。由于臭氧層空洞擴(kuò)大，目前世界上每年每百萬人中有2000人患皮膚癌。如果臭氧層不能得到恢復(fù)，空洞繼續(xù)擴(kuò)大，到2070年，全世界皮膚癌者人數(shù)將增加5％。這幅地圖顯示的是臭氧洞二氧化碳（CO2）：來源：生物的呼吸、化石燃料的燃燒、有機(jī)物質(zhì)的燃燒和分解、火山噴發(fā)作用等。時(shí)空變化：時(shí)間變化：

a)白天、晴天、夏季時(shí)的二氧化碳濃度小于黑夜、陰天、冬季。

b)工業(yè)革命前小于工業(yè)革命后?？臻g變化：水平：城市大于農(nóng)村；垂直：

0～20km，含量最高；

20km以上，含量顯著減少。作用：綠色植物進(jìn)行光合作用不可缺少的原料。強(qiáng)烈吸收長(zhǎng)波輻射（地面輻射、大氣輻射），使地面保持較高的溫度，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。“溫室氣體”和“溫室效應(yīng)”溫室氣體包括兩類：一類在對(duì)流層混合均勻，如CO2、CH4、N2O和CFCs。另一類在對(duì)流層混合不均勻，如O3。由于大氣中CO2等溫室氣體濃度的增加，大量吸收地表放出的長(zhǎng)波輻射，阻止地球熱量的散失，使地球發(fā)生可感覺到的氣溫升高--“溫室效應(yīng)”。溫室效應(yīng)模式圖Greenhouseeffect看漫畫，試想企鵝在說什么？

近百年來全球平均氣溫已上升0.6~0.9℃思考：為什么全球氣溫會(huì)升高？----氣溫升高，對(duì)各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、干濕狀況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)會(huì)造成什么影響？

研究表明，至少在過去3億年里，大氣中二氧化碳含量變化和全球氣溫升降的曲線吻合得非常好，二氧化碳可能確實(shí)是影響氣候變化的主要因素。在5次已知的地球生物大滅絕時(shí)期，大氣中二氧化碳濃度都處于高峰，其中包括6500萬年前一顆小行星撞擊地球、結(jié)束恐龍時(shí)代。研究人員說，二氧化碳濃度的異常升高，給生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞。

溫室效應(yīng)會(huì)帶來以下幾種嚴(yán)重惡果：

1)地球上的病蟲害增加；

2)海平面上升；

3)氣候反常，海洋風(fēng)暴增多；

4)土地干旱，沙漠化面積增大。

科學(xué)家預(yù)測(cè)：如果地球表面溫度的升高按現(xiàn)在的速度繼續(xù)發(fā)展，到2050年全球溫度將上升2-4攝氏度，南北極地冰山將大幅度融化，導(dǎo)致海平面大大上升，一些島嶼國(guó)家和沿海城市將淹于水中，其中包括幾個(gè)著名的國(guó)際大城市：紐約，上海，東京和悉尼。二、水汽Moisture來源：

主要來自江、河、湖、海、潮濕陸面的水分蒸發(fā)以及植物表面的蒸騰。時(shí)間：夏季多于冬季?？臻g：一般低緯多于高緯，下層多于上層。

時(shí)空變化：作用：在天氣氣候變化中扮演了重要角色。

能強(qiáng)烈吸收地面放射的長(zhǎng)波輻射并向地面和周圍大氣放出長(zhǎng)波輻射，對(duì)大氣起著“溫室效應(yīng)”。

在大氣中懸浮著的各種固體和液體微粒（包括氣溶膠粒子和大氣污染物質(zhì)兩大部分）。三、大氣中的雜質(zhì)Impurity氣溶膠粒子：Aerosol定義：大氣中沉降速率極小、尺度在10-4μm到100μm

之間的固態(tài)和液態(tài)微粒。分類：液體質(zhì)粒、固體質(zhì)粒固體質(zhì)粒的來源：

有機(jī)質(zhì)數(shù)量較少，大多為植物花粉、微生物和細(xì)菌等；

無機(jī)質(zhì)數(shù)量較多，主要來源于：塵粒、煙粒、海洋中浪花飛濺的鹽粒，流星飛逝后留下的灰燼，火山塵埃等。作用：

吸收太陽輻射，使空氣溫度增高，但也削弱了到達(dá)地面的太陽輻射；

緩沖地面輻射冷卻，部分補(bǔ)償?shù)孛嬉蜷L(zhǎng)波有效輻射而失去的熱量；降低大氣透明度，影響大氣能見度；充當(dāng)水汽凝結(jié)核，對(duì)云、霧及降水的形成有重要意義。

大氣中的污染物質(zhì)：Pollutant定義：由于人類活動(dòng)或自然過程，使局部、甚至全球范圍的大氣成分發(fā)生對(duì)生物界有害的變化。分布：空間垂直：主要集中在3km以下的低層大氣中。水平：城市多，農(nóng)村少；陸地多，海洋少；時(shí)間：冬季多，夏季少；清晨和夜間多，午后少?；鹕奖l(fā)、風(fēng)吹揚(yáng)沙和沙塵暴、雷擊森林失火等。來源：

自然過程形成

人為過程造成工業(yè)和交通上煤炭、石油、天然氣的使用，農(nóng)業(yè)上化肥、農(nóng)藥的噴施，生活上制冷采暖的排放與泄漏等。二次污染物：分類：一次污染物：直接從污染源排出來的物質(zhì)。進(jìn)入大氣的一次污染物互相作用或與大氣正常組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以及在太陽輻射線的參與下引起光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的新的污染物。

危害酸雨，有害氣體“雨”中垂釣酸雨受酸雨腐蝕的森林5896米高的乞力馬扎羅不僅僅是非洲最高的山，更以獨(dú)特的地理風(fēng)貌著稱世界?；\統(tǒng)地說，乞力馬扎羅可以分成四層，最下面一層是熱帶雨林，中間的腰部有一條沼澤地帶，再上面是高原沙漠，而頂部，超過了雪線以上的地方則是高山雪峰。遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看，乞力馬扎羅就像一位拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的灑地的綠裙，系了一條細(xì)細(xì)的腰帶，身著緊身淡黃襯衫，頭上俏皮地戴了頂白色小帽的青春少女。第二節(jié)

大氣的垂直結(jié)構(gòu)及特性想一想：位于非洲中部的乞力馬扎羅山，被稱為“赤道上的白雪公主”，即地處熱帶，山頂卻終年積雪，這是什么原因？大氣的垂直分層外層對(duì)流層平流層中間層熱層上冷下熱高空對(duì)流中間層頂?shù)轿灏傺踉显鰷乜斓厍蚴`引力小空氣質(zhì)點(diǎn)往外跑電離層對(duì)流旺盛近地面，緯度不同厚度變；高度增來溫度減，只因熱源是地面；天氣復(fù)雜且多變，風(fēng)云雨雪較常見。氣溫初穩(wěn)后升熱，只因?qū)又谐粞醵啵搅鲃?dòng)天氣好，高空飛行很適合。對(duì)流層：厚度變化空間：隨緯度增加，厚度降低。低緯地區(qū)：平均厚度為17～18km；中緯地區(qū)：平均為10～12km；高緯地區(qū)：平均為8～9km；時(shí)間：夏季大于冬季。特點(diǎn)：主要天氣現(xiàn)象均發(fā)生在此層。

溫度隨高度升高而降低。（平均高度每升高100m，氣溫下降0.65℃。）空氣具有強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)和不規(guī)則的亂流運(yùn)動(dòng)。氣象要素的水平分布不均勻。Troposphere分層：下層、中層、上層、對(duì)流層頂。下層（摩擦層或行星邊界層）：0-2km摩擦作用、對(duì)流運(yùn)動(dòng)和亂流運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)烈；在接近地面約30～50m高度以下的氣層稱為近地氣層，常有霧形成。中層：2-6km

空氣運(yùn)動(dòng)以對(duì)流為主；有中云和直展云出現(xiàn)，由云滴增大成雨滴的過程多在此層進(jìn)行，因而是形成降水的重要?dú)鈱?。上層?km至對(duì)流層頂

受地面影響更小，氣溫常在0℃以下，水汽含量少，各種云均由冰晶或過冷卻水滴組成。飛機(jī)飛行在此氣層常出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。在中、低緯度地帶，常出現(xiàn)風(fēng)速等于或大于30m·s-1

的強(qiáng)風(fēng)帶，即所謂高空急流。

對(duì)流層頂：對(duì)流層與平流層之間1-2km的過渡層氣溫隨高度變化很小，甚至成為等溫狀態(tài)。由低層上升而至的水汽和塵埃等多聚集在這里，使能見度惡化。平流層：對(duì)流層頂～55km

25km以下，氣溫保持不變；25km以上，氣溫隨高度增加而顯著升高。空氣運(yùn)動(dòng)以水平運(yùn)動(dòng)為主，無明顯的垂直運(yùn)動(dòng)。水汽和塵埃含量極少，晴朗少云，大氣透明度好，氣流比較平穩(wěn)，適宜于飛機(jī)航行。Stratosphere中間層：平流層頂～85km氣溫隨高度增加迅速下降，頂部氣溫可降至-83℃以下。

空氣有強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)，故又稱之為“高空對(duì)流層”。

熱成層(熱層、暖層、電離層)：中間層頂～800km氣溫隨高度增加迅速上升。空氣質(zhì)點(diǎn)在太陽紫外輻射和宇宙高能粒子作用下，產(chǎn)生電離現(xiàn)象。MesosphereThermosphere1、定義：表示空氣冷熱程度的物理量。氣溫實(shí)際上是空氣分子平均動(dòng)能大小的表現(xiàn)。2、單位----溫標(biāo)（1）溫標(biāo)定義：為了定量地表示物體的冷熱程度，必須引進(jìn)衡量物體溫度高低的尺子，這把尺子稱為溫標(biāo)。（2）溫標(biāo)種類---目前常用的有三種溫標(biāo)：

a）攝氏溫標(biāo)℃------實(shí)際業(yè)務(wù)和日常生活

b）華氏溫標(biāo)℉------一些英語國(guó)家用（冰點(diǎn)：32℉

）

c）開氏溫標(biāo)K-----理論計(jì)算

t=5×(F－32)/9；t=T－273.15一、氣溫第三節(jié)表征大氣的基本要素1、定義：即大氣壓強(qiáng)，指單位面積上所受到的大氣壓力或單位面積上空氣柱的重量。2、氣壓?jiǎn)挝?）毫米水銀柱高度（mmHg）2）毫巴（mb）3）國(guó)際單位制用帕斯卡（Pa）來表示，氣象上采用百帕（hPa）為單位。1百帕斯卡是1平方厘米面積上受到100牛頓（N）的壓力時(shí)的壓強(qiáng)值，即1hPa=100N/cm2二、氣壓第三節(jié)表征大氣的基本要素3、氣壓?jiǎn)挝粨Q算關(guān)系

1hPa=100Pa1hPa=1mb1hPa=3/4mmHg4、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：氣象上規(guī)定，把溫度為0℃、緯度為45°的海平面的氣壓作為標(biāo)準(zhǔn)情況時(shí)的氣壓，稱為1個(gè)大氣壓，其值為760毫米水銀柱高，或相當(dāng)于1013.25hPa。一般海平面氣壓在970－1040hPa之間，在臺(tái)風(fēng)中可能低于900hPa。二、氣壓第三節(jié)表征大氣的基本要素1、空氣濕度：空氣中水汽含量的多少或潮濕程度。2、表示方法：有多種

1）絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝惑w積水汽含量，即密度（g/cm3)

2）水汽壓和飽和水汽壓水汽壓(e)：由水汽引起的那部分壓力，單位hPa。飽和水汽壓(E)：在溫度一定的情況下，單位體積空氣中的水汽有一定限度，如果水汽含量達(dá)到此限度，空氣就呈飽和狀態(tài)，這時(shí)的空氣稱為飽和空氣，飽和空氣的水汽壓稱為飽和水汽壓，單位hPa。飽和水汽壓是溫度的函數(shù)，溫度越高，飽和水汽壓越大。三、濕度第三節(jié)表征大氣的基本要素4）比濕在