第一章大气概述

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1、第一章第一章大气概述大气概述 第一节第一节 大气的组成大气的组成 第二节第二节 大气的结构大气的结构 第三节第三节 主要气象要素主要气象要素 大气的组成大气的组成一、一、干洁空气干洁空气 1 概念：概念： 大气中除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体。2 2 成分：成分：主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体 。3 3 特点特点：(1)组成干洁空气的各种成分总是维持，(2)干洁空气的平均分子量是28.996，(3)在垂直高度90km以下干洁空气的主要成分所占比例不变4 4 干洁空气中几种有影响的气体干洁空气中几种有影响的气体（1）臭氧:含量少，20-25

2、km最多；影响气温垂直分布，保护生物（2）二氧化碳：集中于大气底部20公里，因时间和空间而不同(夏季较 少，冬季较多；城市较多，农村较少)强烈吸收长波辐 射,影响大气和地面温度；但含量过高影响会响人类健 康。第第一一节节二、水汽二、水汽来源：来源：江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发 .分布分布：集中在大气底层，一般随高度的增高而减少 ;且因纬度、地势高 低以及海陆的不同而有差异：低纬高纬、夏季冬季、湿润地 区干旱地区作用作用：是大气唯一能发生相变的气体，产生天气现象； 对地面和空气温度产生影响； 在水平和垂直方向上进行物质与能量的交换。三、大气中的固体杂质和液体微粒三、大气中的固体杂质和液

3、体微粒 1.1.固体杂质固体杂质 定义：定义：悬浮于大气中的烟粒、尘埃、盐粒等。 来源：来源：物质燃烧的烟粒、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒，被风吹 起的土壤微粒及火山喷发的烟尘，流星燃烧所产生的细小微粒和 宇宙尘埃,还有细菌、微生物、植物的孢子花粉等 。 含量分布：含量分布：多集中在大气的底层，随时间、地区和天气 条件而变化（陆上多于海上,城市多于乡村， 冬季多于夏季 ）作用作用: :(1)吸收一部分太阳辐射和阻挡地面放热，对地面 和空气温度有一定影响； (2)使大气能见度变坏 ； (3)充当水汽凝结的核心，对云、雨的形成起重要作用。2.2.液体微粒液体微粒定义：定义：悬浮大气中的水滴、过

4、冷水滴和冰晶等水汽凝结 物。作用：作用：它们常聚集在一起，以云、雾等形式出现，使能 见度变坏，还能减弱太阳辐射和地面辐射。四、大气污染四、大气污染定义：定义：由于工业、交通运输业的发展，在废气不加以回收利用的情况下，空气中增加了许多新的成分，这就是所说的大气污染。大气污染物大气污染物: :如下表防止措施：防止措施：建立监测网，进行污染预报；通过集尘器和清洗器在排气前清除污染物质；发展无烟囱工厂的闭合工艺过程以及合理布局工业等。造林绿化也是保护环境，净化空气，防止大气污染的重要措施。分分类类成分成分粉尘微粒碳粒、飞灰.碳酸钙、氧化锌、二氧化铅硫化物二氧化硫、三氧化硫、硫酸、硫化氢、硫醇等氮化物一

5、氧化氮、二氧化氮、氨等氧化物臭氧、过氧化物、一氧化碳等卤化物氯、氟化氢、氯化氢等有机化合物碳化氢、甲醛、有机酸、焦油、有机卤化物、酮等 大气的结构大气的结构一、一、大气的高度大气的高度严格地说，不存在大气圈的上界。严格地说，不存在大气圈的上界。 大气圈的垂直范围通常有两种划法：大气圈的垂直范围通常有两种划法：（一）着眼于大气中出现的某些物理现象。大气中极光是出现高度最高 的物理现象，因此，可以把大气的上界定为1200公里。 （二）着眼于大气密度，用接近于星际的气体密度的高度来估计大气 的上界。按照人造卫星探测资料推算，这个上界大约在2000 3000公里高度上。 第第二二节节二、大气的垂直分层

6、二、大气的垂直分层 观测证明，大气在垂直方向上的物理性质是有显著差 异的。根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑到 大气的垂直运动等情况，可将大气分为五层 ：对流层、 平流层、中间层、暖层、散逸层(图1-1) 。（一）（一）对流层对流层 对流层是地球大气中最低的一层，其底界是地面。 云、雾、雨、雪等主要大气现象都出现在此层。因而， 对流层是对人类生产、生活影响最大的一个层次，也是 气象学研究的重点层次。 1.界限界限：底层是下地垫面，上层随纬度和季节而不同v低纬度地区平均为17-18公里，中纬度地区为10-12公里，高纬度地区为8-9公里 v任何纬度尤其是中纬度的对流层厚度，夏季较大，冬季较

7、小v同大气的总厚度比较起来，对流层是非常薄的，不及整个大气厚度的1。但是，由于地球引力的作用，这一层却集中了整个大气34的质量和几乎全部的水汽。 2.主要的特征主要的特征:(1)(1)气温随高度的升高而降低气温随高度的升高而降低：由于对流层主要是从地面得到热量，因此温度随高度增加而降低。 气温铅直梯度：气温铅直梯度：对流层中气温随高度而降低的数值，在不同地区、不 同季节、不同高度是不一致的，平均而言，每上升100米， 气温 下降约0.65。这称为气温直减率，也叫气温铅直梯度。通常以y 表示：y=-dT/dZ=0.65/100m .(1-1)(2)(2)铅直对流运动铅直对流运动：由于地表面的不均

8、匀加热，产生铅直对流 运动。空气通过对流和湍流运动，高、低层的空气进 行交换，使近地面的热量、水汽、杂质等易于向上输 送，对成云致雨有重要作用。 (3)(3)气象要素水平分布不均匀气象要素水平分布不均匀：由于对流层受地表的影响最 大，而地表的性质差异也是很大的，因此在对流层 中，温度、湿度的水平分布是不均匀的，特别是冷、 暖气团交绥的地带，即所谓锋区，往往有严重的天气 现象发生，如寒潮、梅雨、暴雨、大风、冰雹等。 3.对流层的分层对流层的分层 按气流和天气现象分布的特点又可分为下层下层、中层中层和上层上层。(1)(1)下层：下层：下层又称扰动层或摩擦层。其范围一般是自地面到2公里高度。 特点：

9、气温有明显的日变化；湍流交换作用特别强盛；由于本层的水汽、 尘粒含量较多，因而低云、雾、霾、浮尘等出现频繁；随着高度的 增高，风速增大，风向偏转。 (2)(2)中层：中层：中层的底界即摩擦层顶，上界高度约为6公里。 它受地面影响比摩 擦层小得多，气流状况基本上可表征整个对流层空气运动的趋势。 大气中的云和降水大都产生在这一层内。(3)(3)上层：上层：上层的范围是从6公里高度伸展到对流层的顶部。这层受地面的 影响更小，气温常年都在0以下，水汽含量较少，各种云都由冰 晶和过冷水滴组成。在中纬度和热带地区，这层中常出现风速等 于或大于30米秒的强风带，即所谓的急流 。此外此外，在对流层和平流层之间

10、，有一个厚度为数百米到12公里的过渡 层，称为对流层顶对流层顶。这一层的主要特征是:温度随高度增加而降低很 慢，或者几乎为等温。(二二)平流层平流层 1.界限界限：自对流层顶到55公里左右 2.特点特点: 1)1) 随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升，到25公里以上，气 温随高度增加而显著升高，在55公里高度上可达-3 (图1-1)； 2)2)气流比较平衡，空气的垂直混合作用显著减弱；多晴好天气，能见度高。( (三三) )中间层中间层 自平流层顶到85公里左右为中间层。该层的特点是: 气温随高度增高而迅速下降，并有相当强烈的垂直运动。该层的60-90公里高度上，有一个只在白天出现的电离

11、层，叫做D层。( (四四) )暖层：暖层：中间层顶至800公里高度暖层有两个特点：(1)(1)随着高度的增高，气温迅速升高空气就更稀薄。(2)(2)空气处于高度电离状态。从这一特征来说，暖层又可称为 电离层。 ( (五五) )散逸层散逸层 800公里高度以上的大气层，统称为散逸层。这一层的气温随高度的增高而升 高。这一层的主要特征是大气质点经常散逸至星际空间。 主要气象要素主要气象要素气象要素气象要素：指表示大气中物理现象的物理量。如气压、温度、湿 度、风向、风力、云量、能见度、降水量、日照、辐 射等。 一、气温一、气温v 表示空气冷热程度的物理量，称为气温。在一定的容积内，一定质量空气温度的

12、高低与气体分子运动的平均动能多少有关，而气体分子运动的平均动能只与温度有关，且与绝对温度了成正比。因此，空气冷热的程度，实质上是空气分子平均动能。第第三三节节v 大小的表现：当空气获得热量时，它的分子运动的平均速度增大，随之平均动能增加，气温也就升高；反之当空气失去热量时，它的分子运动平均速度减小，随之平均动能也减少，气温也就降低。v 气温的单位：目前我国规定用摄氏()温标。以气压为760mmHg时纯水冰点为零度，沸点为100度，其间等分100等分即为1。在理论研究上常用绝对温标，以K表示，这种温标中一度的间隔和摄氏温标相同，但其零度规定为摄氏-273.16，称为“绝对零度”，水的冰点为273

13、.16K，沸点定为373.16K。v两种温标之间的换算关系如下： T=t+273.16t+273 (1-2)v 大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表。二、气压二、气压 气压指大气的压强。它是空气的分子运动与地球重力场综合作用的结果。若以P代表气压，F代表面积A上所承受的力，则： PF/AvdP=-pgdz式称为静力方程。它表达了大气在垂直方向上处于静力平衡状态时，气压变化和高度变化之间的定量关系。v 地面气压分布一般在9401040mb之间，在台风中心可能低于900mb，在西伯利亚高压中心可能高于1080mb。 三、湿度三、湿度表示大气中水汽量多少的物理量，称为湿度。大气的湿度状况是决定云

14、、雾、降水等天气现象的重要因素。大气湿度可用下述几种方法表示：水汽压和饱和水汽压v在温度一定的情况下，单位体积空气中能容纳的水汽数量有在温度一定的情况下，单位体积空气中能容纳的水汽数量有一定的限度，如果水汽含量达到了这个限度，空气就呈饱和一定的限度，如果水汽含量达到了这个限度，空气就呈饱和状态，这时的空气，称为饱和空气。饱和空气中的水汽压，状态，这时的空气，称为饱和空气。饱和空气中的水汽压，称为饱和水汽压称为饱和水汽压(E).v相对湿度相对湿度 所谓相对湿度(f)，就是空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值(用百分数来表示)，即： fe/F100%v饱和差饱和差 在某一温度下，饱和水汽

15、压与实际空气中水汽压之差称为饱和差(d)：d=Ee，d表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸发时常用到d，它可指出水分子的蒸发能力。v露点露点 在空气中水汽含量不变，在一定的气压条件下，使空气冷却到达饱和时的温度，称为露点温度，简称露点(Td)。它的单位与气温相同。例如上海某日14时的气温为30，对应的饱和水汽压为42.5mb，当时的实际水汽压为31.7mb，很明显，这时的空气是未饱和的。如果实际水汽压不变，气压也不变，只有降低空气温度才能使空气达到饱和。而饱和水汽压为 31.7mb时的气温为25，故只有当温度由30降到25时，空气才由未饱和状态变为饱和状态。因此，上海该日14时的露点是25

16、。 v气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量愈多，露点愈高，所以露点也是反映空气中水汽含量的物理量。在实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度常比气温低(TdT)。只有空气达饱和时，露点温度才和气温相等(Td=T)。因此，根据T和Td的差值，还可大致判断空气距离饱和的程度。v 上述湿度的各种表示：绝对湿度、水汽压、比湿、露点基本上表示空气中水汽含量的多寡；而相对湿度、饱和差、温度露点差则表示空气距离饱和的程度。 四、降水四、降水P17五、风五、风v 空气的水平运动就叫风。风是一个表示气流运动的物理量。它和气压、气温、湿度等要素不同，不仅具有数值的大小(即风速)，还具有方向(即风向)。因此风是向量，它是天气预报的重要项目，又是天气预报的重要依据。v 风向是指风的来向。地面风向用十六方位来表示。高空风向常用方位度数(共分360度)表示，以0度(或360度)表示正北，90度表示正东，180度表示正南，270度表示正西。在十六方位中每相邻方位间的角差为22.5度。六、云量六、云量七、能见度七、能见度思考思考： 1、什么是干空气状态方程，解释各项物理意义。、什么是干空气状态方程，解释各项物理意义。 2 、什么是气候系统，你是怎样认识它的。、什么是气候系统，你是怎样认识它的。