第一章 地球大气.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 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,地球大气由三个部分组成,:,Earths Atmosphere,99%of atmospheric gases,including water vapor,extend only 30 kilometer(km)above earths surface.,Most of our weather,however,occurs within the first 10 to 15 km.,Figure 1.2,Atmospheric Gases,Figure 1.3,Nitrogen,oxygen,argon,water vapor,carbon dioxide,and most other gases are invisible.,Clouds are not gas,but condensed vapor in the form of liquid droplets.,Ground based smog,which is visible,contains reactants of nitrogen and ozone.,各种成分介绍：,表,2-1,干洁大气的成分（高度,25km,以下）,气体成分,所占体积（,%,）,临界温度（）,临界压强（大气压）,氮,78.08,-147.2,33.5,氧,20.95,-118.9,40.7,氩,0.93,-122.0,48.0,二氧化碳,0.032,31.0,73.0,臭氧,0.00006,-5.0,92.3,干洁大气,100,-140.7,37.2,一、干洁大气,干洁大气的定义：,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。,氮气,（,N,2,）,：,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,（,O,2,）,：,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,（,O,3,）,：,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：,55,60km,，,含量极少。,20,25km,，,达最大值，形成臭氧层；,12,15km,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；,The destruction of the ozone layer by chlorofluorocarbons(CFCs).CFCs discharged into the atmosphere break down in sunlight releasing chlorine,which breaks down the ozone to form chlorine monoxide and a free oxygen atom.These products react together to form oxygen and chlorine,leaving the chlorine to break down another ozone molecule,and so on.,这幅地图显示的是臭氧洞。,1986,年，南极的臭氧量仅是,30,年前的一半。,1988,年，曾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增加。,二氧化碳,（,CO,2,）,：,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：,0,20km,，,含量最高；,20km,以上，含量显著减少。,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（地面辐射、大气辐射），使,地面保持较高的温度，产生,“,温室效应,”,。,作用：,对紫外线有着极其重要的调控制作用。,对高层大气有明显的增温作用。,温室效应对地球表面,温度的维持,温室效应模式图,大气中二氧化碳含量变化图,The Land and Oceans have warmed,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,”,。,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）。,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,等；,大气中沉降速率极小、尺度在,10,-4,m,到,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、雾及降水的形成有重要意义。,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,垂直：主要集中在,3km,以下的低层大气中。,水平：,城市多，农村少；陆地多，海洋少；,时间：,冬季多，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。,第二节 大气的垂直结构,大气的垂直分层,对流层,平流层,热成层,中间层,散逸层,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,17,18km,；,中纬地区：平均为,10,12km,；,高纬地区：平均为,8,9km,；,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,0.65,。）,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）：,0-2km,摩擦作用、对流运动和乱流运动最强烈；,在接近地面约,30,50m,高度以下的气层称为近地气,层，常有雾形成。,中层：,2-6km,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：,6km,至对流层顶,受地面影响更小，气温常在,0,以下，水汽含量少，,各种云均由冰晶或过冷却水滴组成。,在中、低纬度地带，常出现风速等于或大于,30m,s,-1,的强风带，即所谓,高空急流。,对流层顶,：,对流层与平流层之间,1-2km,的过渡层,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,55km,25km,以下，气温保持不变；,25km,以上，气温随高度增加,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,85km,气温随高度增加迅速下降，顶部气温可降至,-83,以下。,空气有强烈的垂直运动，故又称之为,“,高空对流层,”,。,热成层,(,热层、暖层、电离层,),：,中间层顶,800km,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。,Earth(including its atmosphere)has a radius of about 6500 km.The atmosphere is only about 100 km thickless than 2%of the Earths thickness.,第二节 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,=1.293kg.m,-3,），,则此时大气厚度（,Z,0,）,经理论计算约为,8,000m,。,于是,单位截面积,的大气柱中空气的质量为：,m,0,=,0,Z,o,=1.293,8000=10344kg.m,-2,假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,5,10,15,t,。,z,为,Z,高度处的大气密度；,0,为标准状态下的大气密度；,Z,0,为均质大气的高度，,Z,为对应于要计算,z,的高度。,大气密度的计算公式：,（,2-1,）,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、电的现象，,也包括一些,风的特征,。,Meteorological instruments used to measure wind speed and direction.Wind speed is commonly measured with an,anemometer,（风速计）,.An anemometer consists of three open cups attached to a rotating spindle.The speed of rotation is then converted into a measurement of wind speed.Wind direction is measured with a,wind,vane,（风向标）,.,On the photograph above,the wind vane instrument has a bullet shaped nose attached to a finned tail by a metal bar,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,Squall Line,Atlantic Ocean June 1985,气象卫星所拍摄的飓风,沙尘暴,Aurora,Oct.27/28,2001,美丽的极光,