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1、大气科学概论知识梳理（大气的基本知识）一、 地球大气成分由三个部分组成 干洁大气（即干空气）Clean Air【没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气】 水汽（滴） Moisture 悬浮在大气中的固液态杂质 Impurity二、 低层大气的各种主要成分 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。 氧气（O2）：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参加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（O3）：时空变化： 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：
2、5560km，含量极少。 2025km，达最大值，形成臭氧层； 1215km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； 臭氧的作用：a. 对紫外线有着极其重要的调控制作用。b. 对高层大气有明显的增温作用。 二氧化碳（CO2)空间变化： 水平：城市大于农村； 垂直：020km，含 量最高；20km 以上，含量显 著减少。作用：a. 绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。b. 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”。三、 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。 时空变化： 时间：夏季多于冬季
3、空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。 作用：a. 在天气气候变化中扮演了重要角色。b. 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”。四、 大气中的杂质在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）。气溶胶的作用： 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、雾及降水的形成有重要意义。五、 气温、 定义：表示大气冷热程度的物理量，反映一定条件下空气分子平均动能大小。 通常指距地面1.5m高处百叶
4、箱中的空气温度。 单位：摄氏度（）温标；绝对温标，以K表示；华氏温标：，水的沸点为212 单位换算： 百叶箱的设置条件： 1.全为白色 2.四周全为百叶 3.离地面1.5m 4.窗扇向北（因为太阳东升西落，以避免开窗时温度计受到阳光直接照射，使得温度计的读数失真）六、 气压a. 定义：单位面积上所承受到的整个空气柱的质量大气的压强。实质：气压的大小决定于整个空气 柱质量的多少。b. 标准大气压：在纬度为45的海平面上，温度为0时，所测得的水银柱高高为760mm的大气压强， 为一个标准大气压（1atm1013.25Pa）。c. 单位：1Pa=1N/m2，mb毫巴，Pa帕斯卡 1mb=100Pa=
5、1hPa（百帕）； 1atm101325Pa1013.25mb=760mmHgd. 气压的垂直分布由于大气层的厚度随高度的增高而变薄，空气密度也随高度增高而迅速减小，所以，气压随高度增高而急剧减小。大气总质量：由于地表大气平均压力为1个大气压，相当于每cm2地球表面包围103g空气。地球总表 面积为5.1108km2，故大气总质量约为5.21015吨(5.21021g)，相当于地球总质量的 10-6倍（百万分之0.86）。 七、 湿度1、定义：表示大气中水汽量多少的物理量称大气湿度。2、意义：大气湿度状况直接影响了云、雾、降水等天气现象的形成。3、湿度的表示方法 水汽压(e)及饱和水汽压(E)
6、： 水汽压（e）：水汽和其它气体一样也有压力，大气中水汽产生的那一部分压力。 单位：hPa(百帕) 饱和水汽压(E)：温度一定，单位体积空气中的水汽含量是有一定限度，空气达到 此限度时为饱和湿空气，饱和湿空气中的水汽所产生的那部分 压力，即最大水汽压。 相对湿度（f）：表示空气中的实有水汽压（e）与同温度下饱和水气压（E）的百分比。 f=e/E *100% 意义：直接反映了空气距离饱和的程度。f 越大，越接近饱和， 当达到f =100%时，空气就达饱和状态，此时水汽就要开始凝结。 饱和差（d）：在一定温度下，饱和水汽压（E）与实际空气水汽压（e）之差。即：d=E-e 意义：d越大，越不饱和；
7、d=0，空气达饱和状态； d 0，说明不饱和；d0，过饱和。 比湿（q）：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）的比 值，q=m水/(m干+ m水)，其单位是g/g。 水汽混合比（/S）：相对湿一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值称水汽混合比。 S=m水/m干，其单位是g/g。 露点（Td）：在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度。 意义：气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量越多，露点 越高，所以露点也是反映空气中水汽含量多少的物理量。在实际大气中，空 气常处于不饱和状态，此时露点要比气温低，即露点温度差（Td-T）0
8、。 当Td=T时，空气饱和； 当Td-T0时，空气不饱和； 当Td-T0，空气过饱和。八、 降水1 定义：指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等。2 降水量：指降水落至地面后（固态降水则需经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚 的深度，单位为毫米（mm）。 在高纬度地区冬季降雪多，还需测量雪深（从积雪表面到地面的垂直深度，单位：cm） 和雪压（单位面积上的积雪重量，单位：g/cm2）。3 意义：降水量是表征某地气候干湿状态的重要要素，雪深和雪压还反映当地的寒冷程度。九、 风1 定义：空气的水平运动称为风，是一个表示气流运动的物理量。2 它不仅有
9、数值的大小（风速），还具有方向（风向：指风的来向），因此风是向量（矢量）。地面 风向用16 方位表示；在16 方位中，每相邻方位间的角差为22.5。3 高空风向常用方位度数表示； 即以0(或360)表示正北，90表示正东，180表示正南，270表示正西。 风速单位常用m/s、knot（海里/小时，又称“节”）和km/h 表示，其换算关系如下: 1m/s=3.6km/h；1knot=1.852km/h；1km/h=0.28m/s；1knot=1/2m/s。4 风尾长划风速为4m/s，即风力为2级，短划风速为2m/s。一个风旗，表示风力为8级。风尾和风 旗均放在风杆的左侧。（东南风10级 ； 西南
10、风5级 ）5 WMO将热带气旋分为四类，根据中心附近平均最大风力等级划分： 热带低压：7级及其以下； 热带风暴：平均最大风力89级； 强热带风暴：1011级； 台风：12级。十、 云量云：是悬浮在大气中的小水滴、冰晶微粒或二者混合物的可见聚合群体，底部不接触地面（如接 触地面则为雾），且具有一定的厚度。 云量：是指云遮蔽天空视野的成数。 将地平以上全部天空划分为10份，为云所遮蔽的份数即为云量。例如，碧空无云，云量为 0，天空一半为云所覆盖，则云量为5。低云（2500m以下） 中云（2500-5000m） 高云（5000m以上）十一、 能见度定义：视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中
11、看到和辨出目标物的最大水平距离（单位： 米（m）或千米（km）。注意：能见度通常由于大气污染以及湿气而有所降低。出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气时，大气透 明度较低，因此能见度较差。十二、 空气状态方程1 空气状态常用密度（）、体积（V）、压强（P）、温度（T）表示： 干空气的状态方程为：P=RT 湿空气的状态方程为：P=RdT（1+0.3e/p） e为水汽压2 对于一团干空气而言，Rd即干空气的比气体常数为Rd=0.287J/g.k。十三、 大气的垂直结构1) 对流层（Troposphere, 自地面到10km左右） 定义：大气的最下层，它的下界为地面，集中3/4大气，90%水汽，云、雾、雨雪
12、等主要大气现象 都出现在此层，也是对人类生产、生活影响最大的一个层次，也是大气科学研究的重点层次。 主要特点： 气温随着高度而降低， 每升高100m平均降温0.65 空气具有强烈的对流、乱流运动，大气污染主要发生在该层 温度和湿度等气象要素水平分布不均匀2) 平流层（Stratosphere, 自对流层顶到55km） 温度随高度升高而增加 由于越往上臭氧越少，以至于30km以上的上空紫外线辐射无法被吸收，导致层内升温 水汽、尘埃含量很少 平流层中水汽含量极少，大多数时间天空是晴朗的。但有时在20-30km处可看到贝母云，它常出现在冬季极区。平流层中的微尘远较对流层中少，但是当火山猛烈爆发时，火山尘可到达平流层，影响能见度和气温。（火山灰进入大气层引起全球气温下降“阳伞效应”） 没有强烈的对流运动平流层内气流比较平稳，空气的垂直混合作用显著减弱，不利于空气对流运动发展。所以叫平流层。 大部分的臭氧分布在地球表面上空10km到50km处（平流层中）。其中距地表25km附近高空臭氧的浓度最大
