第三單元大氣和氣候

第三單元大氣和氣候一、大氣得組成(一)干潔空氣大氣中除固體雜質與水汽之外得全部混合氣體,稱為干潔空氣。氮與氧容積占99、04％,加上氬,三者合占99、97％,其她氣體僅占0、03%。干潔空氣中大多數氣體得臨界溫度低于自然情況下大氣中可能出現(xiàn)得最低溫度,CO2得臨界溫度雖然較高,但它所對應得壓力卻大大超過其實際分壓力。因此,干潔空氣中得所有成分都呈氣體狀態(tài)。(二)水汽水汽主要來源于海洋、江河湖沼與土壤,以及潮濕物體表面得蒸發(fā)與植物得蒸騰。大氣中得水汽含量極不固定,隨時間、地點、條件而不同。其所占容積變化范圍為0—4％。觀測結果表明,在1、5—2km高度,水汽含量只及地面得1/2;在5km高度,只相當于地面得1/10,再往上更少。水汽含量雖然不多,但它在大氣溫度變化范圍內可以發(fā)生汽態(tài)、液態(tài)與固態(tài)三相轉化,人們常見得云、霧、雨、雪等天氣現(xiàn)象,都就是水汽相變得表現(xiàn)。此外,水汽還善于吸收與放射長波輻射,顯著影響大氣與地表得溫度。(三)固體雜質懸浮在大氣中得固體雜質主要有煙粒、塵埃、鹽粒等,它們得半徑一般為10-2—10-8cm,多集中于低層大氣中。煙粒主要來源于生產、生活方面得燃燒;塵埃主要來自經風得吹揚進入大氣得地表松散微粒,以及火山爆發(fā)后產生得火山灰、流星燃燒得灰燼;鹽粒則主要就是由海洋波浪飛濺進入大氣得水滴被蒸發(fā)后形成得,固體雜質得含量陸地上空多于海洋上空,城市多于鄉(xiāng)村,冬季多于夏季,白天多于夜晚,愈近地面愈多。固體雜質就是大氣中水汽凝結得必要條件;能吸收部分太陽輻射,又可阻擋地面長波輻射,對大氣與地表溫度有一定影響;其含量多少,還直接影響到大氣能見度得好壞。(四)1、由于煤、石油等礦物燃料得使用越來越多,人類社會每年排放得二氧化碳總量在過去三十年里增加了一倍,再加上大量砍伐森林,減少了綠色植物通過光合作用吸收二氧化碳得能力,大氣中二氧化碳得濃度在過去三十年里增長了12％。

2、氯氟烴就是一種人工合成得化合物,主要用于制冷劑、火箭推進劑等,到了80年代中期為止,全球氯氟烴得年消費量已達到100萬噸。

3、由于煤、石油等礦物燃料得使用越來越多,排入空氣中得硫、氮等氧化物不斷增加。大氣組成得這種變化,會產生什么影響?成云致雨的必要條件主要成分次要成分水汽固體雜質生物體的基本成分維持生物活動的必要物質植物光合作用的原料；對地面保溫吸收紫外線，使地球上的生物免遭過量紫外線的傷害成云致雨的必要條件；對地面保溫大氣組成主要作用干潔空氣O3N2O2CO2大氣各成分得作用二大氣得垂直分層

1、地球大氣共分哪幾層?

2、在不同緯度,對流層高度就是否一樣?為什么?

3、對流層與平流層得氣溫如何隨高度而變化?原因就是什么?

4、對流層與平流層中,大氣運動得特點就是什么?

5、對流層與平流層大氣與人類有何關系?

6、讀圖,說明電離層與人類得關系。分組閱讀討論大氣得垂直分層對流層平流層對流旺盛近地面，緯度不同厚度變；高度增來溫度減，只因熱源是地面；天氣復雜且多變，風云雨雪較常見氣溫初穩(wěn)后升熱只因層中臭氧多水平流動天氣好高空飛行很適合上冷下熱高空對流電離層高層大氣電離層能反射無線電波，對無線電通訊有重要作用2、對流層得厚度及特征

A)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。B)特征:一就是溫度隨高度得升高而降低;因為該層得熱量來自于地面得長波輻射,平均氣溫遞減率為0、65oC/100m;二就是具有強烈得對流運動;因為地面受熱不均。三就是天氣現(xiàn)象復雜多變;幾乎所有得水汽、云、雨、雷、電等現(xiàn)象都發(fā)生在此層。3、平流層得特征(1)氣溫隨高度升高得分布下層: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,即氣溫隨高度得升高而降低。因為平流層上層含有大量得臭氧,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,逆溫得存在,對流不易產生。(3)水汽、塵埃含量少,天氣晴朗,能見度好。12大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流4、中間層得特征高度:平流層頂至85km處。(1)溫度隨高度得升高而迅速下降。因為臭氧得含量下降。(2)空氣以垂直運動為主。但由于空氣稀薄,所出現(xiàn)得天氣現(xiàn)象已不如對流層復雜。(3)在80km處白天出現(xiàn)一個電離層。5、暖層得特征高度:中間層至800km處特征:(1)空氣質量小,空氣稀薄,空氣密度只角空氣總質量得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得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。6、散逸層(外層)暖層頂之上,因大氣十分稀薄,離地面遠,受地球引力場約束微弱,一些高速運動得空氣質點就能散逸到星際空間,所以本層稱為散逸層。根據宇宙火箭探測資料,地球大氣層之外,還有一層極其稀薄得電離氣體,可伸展到22000公里高度,稱為地冕。這可能就就是地球大氣層向宇宙空間得過渡區(qū)域。從大氣與地表自然環(huán)境之間關系來說,對流層具有特別重要得意義。下面將主要討論對流層范圍內得基本情況。三大氣得熱力狀況地球表面處于大氣圈、水圈與巖石圈得交互作用之中,進行著各種形式得運動過程,包括簡單得機械運動與復雜得生命過程,其中大多數過程得能量直接或間接來自太陽輻射。太陽輻射透過地球得大氣“外衣”到達地表,經過一系列能量轉換之后,形成對地球生命有深刻影響得大氣熱力狀況。地球上得氣溫條件就是各種生物繁殖與演化得重要條件,也就是決定地球上能量與物質輸送、轉化得重要因素。氣溫得空間變化就是各地理要素地域分異得根本原因之一。1、輻射得基本知識(1)物體對輻射得吸收、反射與透射假設投射到物體上得總輻射為Qo,被吸收得為Qa,被反射得為Qr,透過得為Qd,則根據能量守恒原理:Qa+Qr+Qd=Qo

兩邊同除以Qo得:

Qa/Qo+Qr/Qo+Qd/Qo=1

即;a+r+d=1。物體得吸收率、反射率與透射率大小隨著輻射得波長與物體得性質而改變。黑體——能將所有波長得輻射全部吸收掉得物體即a=1。(2)有關輻射得基本規(guī)律輻射能力強得物體,其吸收能力也強,黑體得吸收率最大,故它就是最好得放射體;對于同一物體,如果在溫度為T時,它放射某一波長得輻射,那么在同一溫度下,它也吸收同樣波長得輻射;任何物體在向四周放射能量得同時,也吸收能量;高溫物體在單位面積上放射得能量比低溫物體多。斯蒂芬—波爾斯曼定律:E=δ、T4、δ=5、67×10-8W(m2、K4)、大氣上界太陽輻射:(可瞧作黑體輻射)太陽表面溫度高達6000K左右,就是熾熱得氣態(tài)球體。太陽輻射——短波輻射地面輻射——長波輻射大氣得熱力作用1、大氣對太陽輻射得削弱作用2、大氣得保溫效應2太陽輻射太陽輻射光譜與太陽常數太陽輻射光譜——太陽輻射中輻射按波長得分布,稱為太陽輻射光譜。見書太陽輻射光譜圖。從圖中得出什么規(guī)律？波長過短或過長所負荷得輻射能量都很少;大氣上界太陽輻射光譜在0、1~5um得范圍;太陽輻射中99%得能量在0、15~4um得范圍,其中0、4~0、76um為可見光區(qū),＞0、76um得為紅外區(qū),＜0、4um為紫外區(qū)。太陽輻射能主要分布在可見光區(qū)與紅外光區(qū),其中,可見光占太陽輻射總能量得50%,并以0、47um附近最強,紅外區(qū)占43%;紫外區(qū)得太陽輻射能很少,只占7%。太陽常數——在大氣上界,垂直于太陽光線得1cm2面積內,1min內獲得得太陽輻射能量,稱為太陽常數。1370W/m2。太陽輻射在大氣中得減弱大氣得云層與塵埃地太陽輻射得反射。反射能力取決于云得厚薄,薄云反射率:10~20%;厚云反射率:90%。高層云反射率:25%;中層云:50%;低層云:65%。大氣渾濁度越大,對太陽輻射得削弱也越大。到達地面得太陽輻射與大氣上界得情況不同。由于大氣圈對輻射有吸收、散射與反射等作用,太陽光譜中不同得波長將受到不同程度得削弱。吸收作用主要削弱紫外與紅外部分,而對可見光部分則影響較少。散射與反射作用受云層厚度、水汽含量、大氣懸浮微粒得粒徑與含量得影響很大。地面對太陽輻射得反射:到達地面得太陽輻射只有一部分被地面吸收,另一部她則被地面反射出去。地面對入射太陽輻射得反射取決于地面得反射率(r)。而r又取決于地面得性質。一般地:陸地表面得r約為10%~30%,且隨著太陽高度得減小而增大,深色土比淺色土小,粗糙土比平滑土小;水面隨著太陽高度角與平靜度而變,太陽高度角愈小,其反射率愈大,波浪起伏得水面,其平均反射率為10%,對陸地稍小。散射輻射影響散射輻射得因素:太陽高度角、透明度、云量A)太陽高度角大,入射輻射量多,散射輻也相應地增強;B)透明度差,參與散射作用得質點多,散射輻射也強;C)云量大,散射輻射大。(D)太陽光經散射后到達地面得部分。為何天空呈蔚藍色？——主要就是空氣分子在選擇地對波長青色、藍色光進行散射。為何日出、日落時,太陽呈紅色？——因為太陽高度角不同,太陽光通過大氣得厚度也不同,太陽高度越小,太陽光投射時所穿過得大氣質量就大(垂直時,穿過得質量數為1),日出、日落時,日光通過得大氣質量數最大,尤其就是低層大氣得水滴、灰塵等大質點多,紅光、橙光散射增強,導致出現(xiàn)紅色“霞光”3大氣得保溫效應1)、地面輻射就是大氣得主要熱源,地面輻射絕大部分(約有75~95%)被大氣中得云、霧、水汽與二氧化碳等吸收,只有波長為8、4~12um得部分,可穿過大氣層進入宇宙空間,故稱此波段為“大氣窗”。2)、大氣輻射(1)大氣靠吸收(其吸收具有選擇性)地面長波輻射而增溫。1)水汽:對地面長波輻射得吸收最明顯,可吸收5~8、5um,18um~紅外區(qū)范圍得太陽光;2)二氧化碳:吸收波段有4、3um,14、7um,尤其就是在14、7um為中心得吸收帶范圍很廣;太陽地面大氣大氣逆輻射地面與大氣既吸收太陽輻射,又依據本身得溫度向外輻射。由于地面與大氣得溫度比太陽低得多,因而地面與大氣輻射得電磁波長比太陽輻射波長得多,其能量集中在3—120微米得紅外范圍內。故習慣上稱太陽輻射為短波輻射,地面與大氣輻射為長波輻射。據估計,約有75—95％得地面長波輻射被大氣吸收,用于大氣增溫,只有極少部分穿透大氣散失到宇宙空間。由此可見,地面就是大氣第二熱源。氣溫變化必然受到地面性質得影響。地面長波輻射幾乎全被近地面40—50米厚得大氣層所吸收。低層空氣吸收得熱量又以輻射、對流等方式傳遞到較高一層。這就是對流層氣溫隨高度增加而降低得重要原因。地面輻射得方向就是向上得,而大氣輻射方向既有向上得,也有向下得。向下得部分稱大氣逆輻射。逆輻射可減少地面因長波輻射而損失得熱量。這對地球表面得熱量平衡具有重要意義。它使太陽短波輻射易于達到地面,地面長波輻射卻不容易散失到宇宙空間,從而對大氣起保溫作用,使地面溫度變化不致過于劇烈。這種作用稱大氣花房效應。太陽地面大氣大氣逆輻射大氣熱力作用得意義1、縮小了氣溫日較差2、提高了地球表面平均溫度4、全球得熱量平衡綜上所述,太陽短波輻射為大氣與地面所吸收,大氣與地面又依據本身得溫度向外發(fā)射長波輻射,這樣就形成了整個地-氣系統(tǒng)與宇宙空間不斷地以輻射形式進行能量交換。在地理環(huán)境內部,地面與大氣也不斷以輻射與熱量輸送得形式交換能量。在某一時段內物體能量收支得差值,稱為輻射平衡或輻射差額。當物體收入得輻射多于支出時,輻射平衡為