第二章大气的基本情况

1、Welcome to the class! 第二章第二章 大气的基本情况 应急管理学院应急管理学院-2012 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 1 主要气象要素主要气象要素 2 本章内容：本章内容： 第二章 大气的基本情况 本章重难点本章重难点 大气的组分及其作用；大气的组分及其作用； 对流层的主要特征；对流层的主要特征； 各圈层对气象和气候的影响；各圈层对气象和气候的影响； 重点重点 难点难点 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 气候系统是那些能够决定气候形成及其变化的各种气候系统是那些能够决定气候形成及其变化的各种 因子的统一体。因子的统一体。 包围地球的大气圈是气候系统的重要组

2、成部分之一。包围地球的大气圈是气候系统的重要组成部分之一。 v 气候系统是地球系统气候系统是地球系统（该系统还包括人类与生命系统、社会（该系统还包括人类与生命系统、社会-经经 济方面等）济方面等）的主要部分之一。它是一个完整的、相互关的主要部分之一。它是一个完整的、相互关 联的具有复杂代谢和自身调节机制的系统。联的具有复杂代谢和自身调节机制的系统。 气候系统气候系统 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 气候系统包括气候系统包括5个物理组分：个物理组分：大气圈大气圈、水圈水圈、冰雪圈冰雪圈、岩石岩石 圈（陆地表面）圈（陆地表面）和和生物圈生物圈。 WMO 2.1 大气圈和气候系统大气圈

3、和气候系统 影响影响 气候气候 系统系统 状态状态 变化变化 外部因子外部因子 内部因子内部因子 可以影响气候，而本身不受气候影响可以影响气候，而本身不受气候影响 本身参与变化、具有反馈作用的那些因子本身参与变化、具有反馈作用的那些因子 太阳辐射、地球轨道参数变化、大陆漂移、火山活动等太阳辐射、地球轨道参数变化、大陆漂移、火山活动等 温度温度-冰反馈、水汽冰反馈、水汽-辐射反馈、生物辐射反馈、生物-大气反馈等大气反馈等 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v大气圈大气圈 大气的组成大气的组成 大气的垂直结构大气的垂直结构 v水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 2

4、.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v大气是由多种气体大气是由多种气体混合混合组成的气体及浮悬其组成的气体及浮悬其 中的中的液态液态和和固态固态杂质所组成。杂质所组成。 v 具体包括：具体包括：干空气干空气、水汽水汽、大气气溶胶大气气溶胶和和空气污染空气污染 物质物质。 大气大气 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 干空气干空气 v 大气中，除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气大气中，除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气 体，成为干洁空气，简称干空气。体，成为干洁空气，简称干空气。 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v臭氧层：臭氧层：2030 km高度。高度。 吸收太阳紫外线

5、，保护地吸收太阳紫外线，保护地 表生物和人类。表生物和人类。 v臭氧层形成的条件：臭氧层形成的条件： 1、太阳短波辐射、太阳短波辐射 2、氧分子和氧原子、氧分子和氧原子 臭氧层的损耗臭氧层的损耗 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v温室气体：对太阳辐射吸收甚少，却能强烈温室气体：对太阳辐射吸收甚少，却能强烈 吸收地面辐射，同时又向周围空气和地面放吸收地面辐射，同时又向周围空气和地面放 射长波辐射。射长波辐射。 包括二氧化碳（包括二氧化碳（CO2）、甲烷（）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（）、氧化亚氮（N2O）、）、 氢氟碳化物氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（）、全氟碳化物（PFCs）及

6、六氟化硫）及六氟化硫 （SF6）、水蒸气及臭氧等。）、水蒸气及臭氧等。 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 来自各种水体及潮湿物体的水分蒸发和植物的蒸腾。来自各种水体及潮湿物体的水分蒸发和植物的蒸腾。 v 一般夏季多于冬季，随高度增加而减少。一般夏季多于冬季，随高度增加而减少。 v 作用作用：通过水的相变和水分循环不仅把大气圈、海：通过水的相变和水分循环不仅把大气圈、海 洋、陆地和生物圈紧密地联系在一起，而且对大气洋、陆地和生物圈紧密地联系在一起，而且对大气 运动的能量转换和变化，以及对地面和大气温度都运动的能量转换和变化，以及对地面和大气温

7、度都 有重要的影响。有重要的影响。 水汽水汽 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 大气中悬浮的多种固体微粒和液体微粒。大气中悬浮的多种固体微粒和液体微粒。 v 来源于自然界（火山灰、尘土、植物孢粉等）和人来源于自然界（火山灰、尘土、植物孢粉等）和人 类活动（燃烧烟尘），多集中于大气的低层。类活动（燃烧烟尘），多集中于大气的低层。 v 作用作用：可成为水滴和冰晶的凝结核，对云雾的形成：可成为水滴和冰晶的凝结核，对云雾的形成 起重要作用；固体微粒能散射、反射和吸收一部分起重要作用；固体微粒能散射、反射和吸收一部分 太阳辐射；减少地面长波辐射外逸，对地面和空气太阳辐射；减少地面长波辐射外逸

8、，对地面和空气 温度有一定影响；降低大气能见度。温度有一定影响；降低大气能见度。 大气气溶胶大气气溶胶 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 由于工业、交通运输业等发展而排放的污染物质包由于工业、交通运输业等发展而排放的污染物质包 括污染气体、固体和液体气溶胶颗粒。包括硫的氧括污染气体、固体和液体气溶胶颗粒。包括硫的氧 化物、氮的氧化物、有机化合物、卤化物、碳化合化物、氮的氧化物、有机化合物、卤化物、碳化合 物等。物等。 v 作用作用：对人类健康、动植物生长产生危害；减少到：对人类健康、动植物生长产生危害；减少到 达地面的辐射；可成为水汽凝结核；形成酸雨。达地面的辐射；可成为水汽凝结核

9、；形成酸雨。 空气污染物质空气污染物质 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v大气圈大气圈 大气的组成大气的组成 大气的垂直结构大气的垂直结构 v水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 根据温度、成分、电荷根据温度、成分、电荷 等物理性质，同时考虑等物理性质，同时考虑 到大气的垂直运动等情到大气的垂直运动等情 况，将大气分成五层：况，将大气分成五层： 对流层对流层 平流层平流层 中间层中间层 热层热层/暖层暖层 散逸层散逸层 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 由于对流程度在热带比寒带强烈，故对流层顶部高由于对

10、流程度在热带比寒带强烈，故对流层顶部高 度随纬度增高而降低：热带约度随纬度增高而降低：热带约1617km，温带，温带10 12 km，两极附近只有，两极附近只有89 km。 v 虽然对流层厚度不及大气层的虽然对流层厚度不及大气层的1%，却集中了整个大，却集中了整个大 气质量的气质量的3/4和几乎全部的水汽，主要大气现象都发和几乎全部的水汽，主要大气现象都发 生在这一层，是对人类活动影响最大的一层。生在这一层，是对人类活动影响最大的一层。 对流层对流层 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 1、气温随高度增加而降低、气温随高度增加而降低 气温直减率气温直减率(气温垂直梯度气温垂直梯度)约

11、为约为0.65 /hm。 v 2、垂直对流运动、垂直对流运动 低纬较强，高维较弱；夏季较强，冬季较弱。低纬较强，高维较弱；夏季较强，冬季较弱。 v 3、气象要素水平分布不均匀、气象要素水平分布不均匀 对流层受地表影响大，而地表具有海陆分异、对流层受地表影响大，而地表具有海陆分异、 地形起伏等差异，故温度、湿度等水平分布不均。地形起伏等差异，故温度、湿度等水平分布不均。 对流层的特征对流层的特征 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 对流层的五个副层对流层的五个副层 对流顶层对流顶层 对流上层对流上层 对流中层对流中层 摩擦层摩擦层 贴地层贴地层 气温变化受地表影响明显，有气温变化受地表影响

12、明显，有逆温现象逆温现象 受地面阻滞和摩擦的影响很大，低云、雾霾受地面阻滞和摩擦的影响很大，低云、雾霾 受地面影响较小，云和降水现象受地面影响较小，云和降水现象 气温常在气温常在0 以下，风速较大，水汽含量小以下，风速较大，水汽含量小 厚度厚度100-2000 m，与平流层的过渡地带，与平流层的过渡地带 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 对流层顶到对流层顶到55 km左右。左右。 v 气温随高度增加而显著升高。气温随高度增加而显著升高。 v 受地面影响较小，且平流层存在大量臭氧，能够直受地面影响较小，且平流层存在大量臭氧，能够直 接吸收大气辐射。接吸收大气辐射。 平流层平流层 2.

13、1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 平流层顶到平流层顶到85 km左右。左右。 v 气温随高度增加而迅速下降，并有强烈的垂直运动。气温随高度增加而迅速下降，并有强烈的垂直运动。 v 这一层几乎没有臭氧，而氮和氧等气体所能直接吸这一层几乎没有臭氧，而氮和氧等气体所能直接吸 收的那些波长更短的太阳辐射大部分被上层大气吸收的那些波长更短的太阳辐射大部分被上层大气吸 收。收。 中间层中间层 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 中间层顶以上，无明显顶部。中间层顶以上，无明显顶部。 v 气温随高度的增加而迅速增高。气温随高度的增加而迅速增高。 v 波长小于波长小于0.175 m的太阳紫外辐

14、射都被该层中的大的太阳紫外辐射都被该层中的大 气物质（主要是氧原子）所吸收。气物质（主要是氧原子）所吸收。 v 空气处于高度电离状态，可反射无线电波（电离空气处于高度电离状态，可反射无线电波（电离 层）。层）。 热层热层(热成层热成层/暖层暖层) 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 暖层顶以上的大气层，是大气圈和星际空间的过渡暖层顶以上的大气层，是大气圈和星际空间的过渡 地带。地带。 v 温度高，空气离子的运动速度很大，受地球引力作温度高，空气离子的运动速度很大，受地球引力作 用小，加之空气稀薄，分子间距离很大，相互碰撞用小，加之空气稀薄，分子间距离很大，相互碰撞 几率小，以致气体分

15、子被撞后很难被上层分子撞回几率小，以致气体分子被撞后很难被上层分子撞回 来，故空气不断地向星际空间散逸。来，故空气不断地向星际空间散逸。 散逸层散逸层 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v大气圈大气圈 大气的组成大气的组成 大气的垂直结构大气的垂直结构 v水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 水圈包括海洋、湖泊、江河、地下水和地表上的一水圈包括海洋、湖泊、江河、地下水和地表上的一 切液态水，其中海洋在气候形成和变化中最重要。切液态水，其中海洋在气候形成和变化中最重要。 水分蒸发；水分蒸发； 洋流；洋流； 热量交换；热

16、量交换； 水圈水圈 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 包括山脉、地表岩层、沉积物和土壤等。包括山脉、地表岩层、沉积物和土壤等。 陆地表面具有不同的海拔高度和起伏形势，可分为陆地表面具有不同的海拔高度和起伏形势，可分为 山地、高原、平原、丘陵和盆地等类型。山地、高原、平原、丘陵和盆地等类型。 在此下垫面上又因岩石、沉积物和土壤等性质的不在此下垫面上又因岩石、沉积物和土壤等性质的不 同，其对气候的影响更是复杂多样。同，其对气候的影响更是复杂多样。 陆面陆面/岩石圈岩石圈 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 包括大陆冰原、高山冰川、海冰和地表雪盖等。包括大陆冰原、高山冰川、海冰

17、和地表雪盖等。 对太阳辐射的反射率很大；对太阳辐射的反射率很大； 在冰雪覆盖下，地表（包括海洋和陆地）与大气间在冰雪覆盖下，地表（包括海洋和陆地）与大气间 的热量交换被阻止，因此对地表热量平衡也有很大的热量交换被阻止，因此对地表热量平衡也有很大 影响。影响。 冰雪圈冰雪圈 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 v 主要包括陆地和海洋中的植物，在空气、海洋和陆主要包括陆地和海洋中的植物，在空气、海洋和陆 地生活的动物及其所处的环境。地生活的动物及其所处的环境。 生物对于大气和海洋的二氧化碳平衡、气溶胶粒子生物对于大气和海洋的二氧化碳平衡、气溶胶粒子 的产生，以及其它与气体成分和盐类有关的化学

18、平的产生，以及其它与气体成分和盐类有关的化学平 衡等都有很重要的作用。衡等都有很重要的作用。 生物圈生物圈 2.1 大气圈和气候系统大气圈和气候系统 思思 考考 讨讨 论论 大气大气 2.2 主要气象要素主要气象要素 v 定义：表示大气状态的物理量和物理现象。定义：表示大气状态的物理量和物理现象。 v 分类：根据观测手段不同，气象要素可分为目测和分类：根据观测手段不同，气象要素可分为目测和 器测两类。器测两类。 目测类（定性或半定量）：云、能见度、天气现象等目测类（定性或半定量）：云、能见度、天气现象等 器测类：温度、气压、湿度、风速等器测类：温度、气压、湿度、风速等 气象要素气象要素 2.2

19、 主要气象要素主要气象要素 v 定义：表示大气冷热程度的物理量，实质是空气分定义：表示大气冷热程度的物理量，实质是空气分 子平均动能的表现。子平均动能的表现。 v 单位：摄氏度单位：摄氏度t（）和绝对温度）和绝对温度T（K） T = t + 273.15 v 测量仪器：百叶箱中的干球温度计测量仪器：百叶箱中的干球温度计 气温气温 2.2 主要气象要素主要气象要素 v 应设在能较好地反映本应设在能较好地反映本 地较大范围的气象要素地较大范围的气象要素 特点的地方，避免局部特点的地方，避免局部 地形的影响。地形的影响。 v 观测场四周必须空旷平观测场四周必须空旷平 坦，避免建在陡坡、洼坦，避免建在

20、陡坡、洼 地或邻近有铁路、公路、地或邻近有铁路、公路、 工矿、烟囱、高大建筑工矿、烟囱、高大建筑 物的地方。物的地方。 气象观测场气象观测场(站站) 气象站气象站 2.2 主要气象要素主要气象要素 v 百叶箱的四边是由两排薄的木百叶箱的四边是由两排薄的木 板组成，木板向内倾斜成板组成，木板向内倾斜成45 角，箱底由三块木板组成，中角，箱底由三块木板组成，中 间一块比边上两块稍高些，箱间一块比边上两块稍高些，箱 盖有两层，其间空气能自由流盖有两层，其间空气能自由流 通。通。 v 干球温度计、湿球温度计、最干球温度计、湿球温度计、最 高温度计、最低温度计。高温度计、最低温度计。 百叶箱百叶箱 2.

21、2 主要气象要素主要气象要素 雨量器雨量器 降水与蒸发降水与蒸发 蒸发皿蒸发皿 2.2 主要气象要素主要气象要素 v 电接风向风速计由感应器、电接风向风速计由感应器、 指示器、记录器组成。感应指示器、记录器组成。感应 器安装在室外的塔架上，距器安装在室外的塔架上，距 地面地面1012 m，指示器和，指示器和 记录器置于室内，指示器与记录器置于室内，指示器与 感应器用长电缆相连，记录感应器用长电缆相连，记录 器与指示器之间用短电缆连器与指示器之间用短电缆连 接。接。 风向风速计风向风速计 2.2 主要气象要素主要气象要素 地温计地温计 地温与日照时数地温与日照时数 暗筒式日照计暗筒式日照计 2.

22、2 主要气象要素主要气象要素 v 从观测点到大气上届单位面积上垂直气空气柱的重从观测点到大气上届单位面积上垂直气空气柱的重 量。量。 p = Mg/A v 单位：百帕（单位：百帕（hPa） v 测量仪器：气压计（如水银气压计）测量仪器：气压计（如水银气压计） v 标准大气压：标准大气压：1013.25 hPa，相当于，相当于760 mm汞柱；汞柱； 纬度为纬度为45的海平面的温度为的海平面的温度为0时。时。 气压气压 2.2 主要气象要素主要气象要素 v 表示大气中水汽量多少的物理量。表示大气中水汽量多少的物理量。 v 常用以下物理量表示：水汽压和饱和水汽压、常用以下物理量表示：水汽压和饱和水

23、汽压、 绝对湿度、相对湿度、饱和差、比湿、水汽混绝对湿度、相对湿度、饱和差、比湿、水汽混 合比、露点。合比、露点。 大气湿度大气湿度 2.2 主要气象要素主要气象要素 水汽压水汽压：大气中的水汽所产生的那部分压力，单位：大气中的水汽所产生的那部分压力，单位 用用hPa。 饱和水汽压饱和水汽压：饱和空气的水汽压，也称最大水汽压，：饱和空气的水汽压，也称最大水汽压， 单位为单位为hPa 。 绝对湿度绝对湿度：指单位空气中含有的水汽质量，即空气：指单位空气中含有的水汽质量，即空气 中的水汽密度，单位为中的水汽密度，单位为g/m3。 相对湿度相对湿度：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和 水汽压的比值，用水汽压的比值，用%表示。表示。 2.2 主要气象要素主要气象要素 饱和差饱和差：在一定温度下，饱和水汽压与实际空气中：在一定温度下，饱和水汽压与实际空气中 水汽压之差，单位也是水汽压之差，单位也是hPa。 比湿比湿：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总 质量的比值，单位为质量的比值，单位为g/g或或g/kg。 水汽混合比水汽混合比：一团湿空气中，水汽质量与干空气之：一团湿空气中，水汽质量与干空气之 类的比值，单位为类的比值，单位为g/g或或g/kg 。 露点露点：在空气中水汽含量不变，气压一定的条件下，：