地球大气

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1、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 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。 成分变化： 090主要成分和含量比例基本保持不变。 90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： 表 2干洁大气的成分（高度 25 气体成分 所占体积（ %） 临界温度（ ） 临界压强（大气压） 氮 氧化碳 氧 洁大气 100

2、 氮气 （ ： 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 （ ： 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。 臭氧 （ ： 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 60量极少。 20 25最大值，形成臭氧层； 12 15量增加特别显著； 从 10渐增加； 近地面，含量很少； 这幅地图显

3、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。 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 （ ： 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。 空间变化： 水平： 城市大于农村； 垂直： 0 20量最高； 20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

4、面辐射、大气辐射），使 地面保持较高的温度，产生 “ 温室效应 ” 。 温室效应模式图 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。 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 ” 。 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

5、 等； 大气中沉降速率极小、尺度在 10 100m 之间的固态和液态微粒。 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。 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 3 水平： 城市多，农村少；陆地多，海洋少。 时间上： 冬

6、季多，夏季少；清晨和夜间多，午后少。 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。 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。 大气污染的 危 害 第二节 大气的铅直结构 一、大气的铅直分层 对流层 平流层 中间层 热成层 散逸层 电离层 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 18 中纬

7、地区：平均为 10 12 高纬地区：平均为 8 9 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 。） 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。 分层： 下层、中层、上层、对流层顶。 下层（摩擦层或行星边界层）： 0 摩擦作用、对流运动和乱流运动最强烈； 在接近地面约 30 50层，常有雾形成。 中层： 2 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。 上层： 6 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

8、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强风带，即所谓 高空急流。 对流层顶： 对流层与平流层之间 1 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。 平流层： 对流层顶 55 25温保持不变； 25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。 中间层： 平流层顶 85 气温随高度增加迅速下降，顶部气温可降至 以下。 空气有强烈的垂直运动，故又称之为 “ 高空对流层 ” 。 热成

9、层 (热层、暖层、电离层 )： 中间层顶 800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。 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。 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 1,200 另一种是 以大气密度接近星际气体密度的高度 作为标准，大气上界约在 2,000 3,000 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 0为标准（ 0 =则此时大气厚度（ 理论计算约为 8,000m。于是 单位截

10、面积 的大气柱中空气的质量为： 08000=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。 高度处的大气密度； 0为标准状态下的大气密度； 大气密度的计算公式： 00e （ 2 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 。 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