2_农业气象学_大气

1、青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气第一章第一章 大气大气 大气的组成、大气的垂直结构大气的组成、大气的垂直结构 大气污染（污染源、污染物、大气污染的影响）大气污染（污染源、污染物、大气污染的影响） 大气与农业（二氧化氮的浓度变化对农业的影响）大气与农业（二氧化氮的浓度变化对农业的影响）青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气第一节第一节 大气的组成和垂直结构大气的组成和垂直结构一、大气的组成一、大气的组成大气：大气：包括悬浮其中的液体和固体质粒在内的包括悬浮其中的液体和固体质粒在内的气体混合物气体混合物。混合物：混合物：干洁大气干洁大气、水汽水汽和和气溶胶粒子气溶胶粒

2、子。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气干洁大气干洁大气不含水汽和气溶胶粒子的混合空气称为不含水汽和气溶胶粒子的混合空气称为干洁大气干洁大气。平均分子量：平均分子量：28.96628.966左右左右青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气主要成分：主要成分： 25km25km以下以下 95km95km处处 氮气氮气 78% 77%78% 77% 氧气氧气 21% 21.5%21% 21.5% 氩气氩气 0.9% 0.76%0.9% 0.76% 青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 氮和氧氮和氧 氮氮是大气中

3、含量最多的气体，是大气中含量最多的气体， 氮是地球上生命体的基本成本，氮是地球上生命体的基本成本， 以蛋白质的形式存在于有机体中。以蛋白质的形式存在于有机体中。 氧氧是大气中含量次多的气体，是大气中含量次多的气体， 氧气是维持人类及动植物生命极为重要的气体。氧气是维持人类及动植物生命极为重要的气体。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 臭氧臭氧大气中的臭氧是氧分子在太阳紫外辐射的作用下分解成氧大气中的臭氧是氧分子在太阳紫外辐射的作用下分解成氧原子原子(O(O2 2O+O)O+O)，然后又和氧分子化合而成，然后又和氧分子化合而成(O(O2 2+OO+OO3 3) )。臭氧的分布：近

4、地空气层中，臭氧含量很少臭氧的分布：近地空气层中，臭氧含量很少 5-10km5-10km高度，含量开始增加高度，含量开始增加 20-25km20-25km处达最大浓度，形成明显的臭氧层处达最大浓度，形成明显的臭氧层 55km55km逐渐消失逐渐消失。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气臭氧吸收的紫外线：臭氧吸收的紫外线： 紫外紫外C(C(波长波长0.20-0.280.20-0.28微米微米) - ) - 全部全部 紫外紫外B(B(波长波长0.28-0.320.28-0.32微米微米) - ) - 绝大部分绝大部分 紫外紫外A(A(波长大于波长大于0.320.32微米微米) ) 杀

5、灭细菌杀灭细菌 防治佝偻病防治佝偻病 促进植物细胞壁和纤维素的合成促进植物细胞壁和纤维素的合成 青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 二氧化碳二氧化碳大气中的二氧化碳来源：大气中的二氧化碳来源： 海洋及陆地上的有机体的腐烂、分解海洋及陆地上的有机体的腐烂、分解 动植物的呼吸作用动植物的呼吸作用 石油煤等化石燃料的燃烧石油煤等化石燃料的燃烧二氧化氮多集中于大气底部二氧化氮多集中于大气底部20km20km的气层内的气层内在低层大气中的含量，随时间和地点而不同在低层大气中的含量，随时间和地点而不同一般一般夏季含量少、冬季多夏季含量少、冬季多 白天少，夜间多白天少，夜间多 农村少，城市、

6、工矿区多农村少，城市、工矿区多。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 水汽水汽水汽是大气的重要组成部分。水汽是大气的重要组成部分。水汽主要来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的蒸发。水汽主要来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的蒸发。主要集中在低层大气，随高度升高很快减少。主要集中在低层大气，随高度升高很快减少。 1.5-2 km1.5-2 km高度高度 - - 空气中水汽含量减少为地面的空气中水汽含量减少为地面的1/21/2 5 km 5 km高度高度 - - 减少为地面的减少为地面的1/101/10。 大气中的各种凝结物大气中的各种凝结物 - - 云、雾、雨、雪等有水汽存在而产生。云

7、、雾、雨、雪等有水汽存在而产生。 水汽、液态的水滴和固态的冰晶在不断进行相互转换，在转换水汽、液态的水滴和固态的冰晶在不断进行相互转换，在转换 过程中伴随着潜热的吸收和释放，从而引起温度的改变和热量过程中伴随着潜热的吸收和释放，从而引起温度的改变和热量 的转换。的转换。 大气中的水汽能强烈吸收地面长波辐射，它和大气中的水汽能强烈吸收地面长波辐射，它和COCO2 2一起，对地一起，对地 面保温起着重要的作用。面保温起着重要的作用。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气气溶胶粒子气溶胶粒子悬浮在大气中的固态或液态的粒子称为气溶胶粒子悬浮在大气中的固态或液态的粒子称为气溶胶粒子 水滴、冰

8、晶水滴、冰晶 燃烧产生的烟粒燃烧产生的烟粒 被风卷起的尘土被风卷起的尘土 海洋中浪花溅起在空中留下的盐粒海洋中浪花溅起在空中留下的盐粒 火山爆发后进入大气的火山灰火山爆发后进入大气的火山灰 植物的花粉植物的花粉 微生物和细菌等。微生物和细菌等。 能见度降低能见度降低 云、雨的形成起重要作用（水汽凝结核）云、雨的形成起重要作用（水汽凝结核） 吸收一部分太阳辐射及阻挡地面放射吸收一部分太阳辐射及阻挡地面放射对地面和空气温度有一定的影响对地面和空气温度有一定的影响 有些是大气中的污染物质，可对人类、动植物造成危害。有些是大气中的污染物质，可对人类、动植物造成危害。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象

9、学第一章 大气青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气大气的垂直分层大气的垂直分层大气在垂直方向上大气在垂直方向上物理性质物理性质是不均匀，是不均匀， 根据根据大气温度的垂直分布特性，特性， 并考虑并考虑垂直方向上的大气运动情况，情况，将大气层分为以下五层。将大气层分为以下五层。对流层，平流层，中间层，热层，散逸层对流层，平流层，中间层，热层，散逸层 二、二、大气的结构大气的结构青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 对流层

10、： 对流层是大气的最底层，它的底部直接接触于地面。对流层是大气的最底层，它的底部直接接触于地面。 低纬度：低纬度： 17-18 km 17-18 km 中纬度：中纬度： 10-12 km10-12 km 高纬度：高纬度： 8-9 km8-9 km 夏季高于冬季夏季高于冬季 它受地面影响最大，而它的厚度最薄。它受地面影响最大，而它的厚度最薄。 对流层里集中了对流层里集中了3/43/4的大气质量和大部分水汽的大气质量和大部分水汽 对流层的主要特点对流层的主要特点 气温随高度增加而降低气温随高度增加而降低( (每上升每上升100m100m，气温约下降，气温约下降0.65)0.65) 空气具有强烈的对

11、流运动和不规则的乱流运动空气具有强烈的对流运动和不规则的乱流运动 气象要素水平分布不均匀气象要素水平分布不均匀青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 平流层平流层位于对流层顶到距地面约平流层位于对流层顶到距地面约50-55km的高度的高度。 平流层的特征平流层的特征 上部气温随高度的上升而升高上部气温随高度的上升而升高 空气以水平运动为主（气流比较平稳）空气以水平运动为主（气流比较平稳） 水汽、尘埃含量极少，大多数时间天气晴朗。水汽、尘埃含量极少，大多数时间天气晴朗。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 中间层中间层是

12、从平流层顶到距地面中间层是从平流层顶到距地面85km85km的高度。的高度。 （顶部温度：（顶部温度：-113-83-113-83度）度） 气温随高度的增加迅速降低，气温随高度的增加迅速降低， 气流有强烈的垂直运动。（又称高空对流层）气流有强烈的垂直运动。（又称高空对流层） 青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 热层热层位于中间层以上。该层气温随高度增加而迅速增高。位于中间层以上。该层气温随高度增加而迅速增高。热层没有明显的顶部，通常认为在垂直方向上，热层没有明显的顶部，通常认为在垂直方向上，气温从向上增温至转为等温时为其上限（大约气温从向上增温至转为等温时为其上限（大约800k

13、m800km）。）。 热层的特征热层的特征 气温随高度增加迅速增高气温随高度增加迅速增高 增温幅度与太阳活动有关增温幅度与太阳活动有关 ( (强，强，500km - 2000k)500km - 2000k) ( (弱，弱，500km - 500k)500km - 500k) 空气处于高度电离状态空气处于高度电离状态在高层大气中在高层大气中(60km以上以上)由于受到太阳的强烈辐射，迫使气体原子电离，由于受到太阳的强烈辐射，迫使气体原子电离，产生带电离子和自由电子，使在高层大气中产生电流和磁场，并可反射无线电波。产生带电离子和自由电子，使在高层大气中产生电流和磁场，并可反射无线电波。青岛农业大学

14、农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 散逸层散逸层它是大气的最高层，又称外层，是大气圈与星际空它是大气的最高层，又称外层，是大气圈与星际空间的过渡带。间的过渡带。气温随高度的增加很少变化。气温随高度的增加很少变化。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 大气污染大气污染由于人类活动或自然过程，使排放到大气中的物质的浓度及持续时由于人类活动或自然过程，使排放到大气中的物质的浓度及持续时间足以对人类及动植物的健康、设施或环境产生不利影响，破坏了间足以对人类及动植物的健康、设施或环境产生不利影响，破坏了生态系统和人类及动植物的生活生存条件的现象，称为生态系统和人类及动植物的生活生存条件

15、的现象，称为大气污染。对人类造成危害较大的有对人类造成危害较大的有：烟尘、硫化物、氧化物、氮化物和有机：烟尘、硫化物、氧化物、氮化物和有机物等。物等。被列入大气卫生质量标准的污染物被列入大气卫生质量标准的污染物尘埃，尘埃，SOSO2 2, NO, NO2 2, CO, , CO, 和和COCO2 2等气体等气体第二节第二节 大气污染大气污染青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气一、大气污染源1. 1. 工业污染源工业污染源 大气污染物的主要来源，且排放量大而集中。大气污染物的主要来源，且排放量大而集中。 烟尘和烟尘和SOSO2 2排

16、放量占全国排放总量的排放量占全国排放总量的84%84%。2. 2. 交通运输污染源交通运输污染源 汽车、轮船、飞机等汽车、轮船、飞机等 - - 一氧化碳和氮氧化物一氧化碳和氮氧化物 它们的排放量占总排放量的一半以上。它们的排放量占总排放量的一半以上。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气3. 3. 农业污染源农业污染源 o o 农业生产过程中的农业生产过程中的农药、化肥等使用不当农药、化肥等使用不当 大气产生大气产生 污染，对农产品及产品质量也有不良影响。污染，对农产品及产品质量也有不良影响。 o o 家畜饲养所带来的污染物家畜饲养所带来的污染物 粪尿本身及其分解产生的恶臭、氨、醛

17、、酰、粪尿本身及其分解产生的恶臭、氨、醛、酰、HH2 2S S及病原微及病原微 生物等。生物等。 4. 4. 生活污染源生活污染源 家庭炉灶家庭炉灶及及取暖设备取暖设备在燃烧过程中向大气排放的污染物质在燃烧过程中向大气排放的污染物质 烟尘、二氧化碳、二氧化硫等烟尘、二氧化碳、二氧化硫等青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气二、大气污染物二、大气污染物1.1.含硫化合物含硫化合物: SO: SO2 2, SO, SO3 3, H, H2 2SOSO4 4, H, H2 2S, S, 硫酸盐、有机硫硫酸盐、有机硫 化物等。化物等。 危害最大的是危害最大的是 SOSO2 2, H, H2

18、 2SOSO4 4, H, H2 2S S SO SO2 2的危害：酸雨的主要原因的危害：酸雨的主要原因 2. 2. 含氮化合物含氮化合物：NHNH4 4, N, N2 2O, NO, NOO, NO, NO2 2等。等。 NO, NONO, NO2 2的危害最大的危害最大 NONO2 2对呼吸器官有强烈的刺激作用，能迅速破坏肺细胞对呼吸器官有强烈的刺激作用，能迅速破坏肺细胞青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气3. 3. 碳氧化合物碳氧化合物：COCO和和 COCO2 2。 COCO2 2属于温室气体，是导致地球温度的上升，并使全球气候属于温室气体，是导致地球温度的上升，并使全球

19、气候发生明显的变化。发生明显的变化。4. 4. 碳氢化合物碳氢化合物：挥发性的碳氢化合物，有烷烃，烯烃，：挥发性的碳氢化合物，有烷烃，烯烃， 炔烃，芳香烃等。炔烃，芳香烃等。主要污染物是甲烷和苯并芘（主要污染物是甲烷和苯并芘（C C2020HH1212) )。甲烷甲烷: : 仅次于仅次于COCO2 2的温室气体。的温室气体。苯并芘（苯并芘（BaP): BaP): 致癌物质致癌物质 食用油煎炸食品，食用油煎炸食品， 煤、石油煤、石油 碳氢化合物燃烧碳氢化合物燃烧青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气5. 5. 含卤素化合物含卤素化合物：卤代烃，其他含氯化合物和氟化物。：卤代烃，其他含

20、氯化合物和氟化物。 一氟三氯甲烷一氟三氯甲烷 CFClCFCl3 3（F-11F-11） 二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷 CFCF2 2ClCl2 2（F-12F-12） 冰箱制冷剂、喷雾器中的推进剂、塑料起泡剂等。冰箱制冷剂、喷雾器中的推进剂、塑料起泡剂等。6. 6. 光化学氧化剂光化学氧化剂：OO3 3、过氧乙酰硝酸酯（、过氧乙酰硝酸酯（PAN)PAN)、NONO2 2、HH2 2OO2 2等。等。 危害人和动植物，具有刺激性（引起眼睛酸、痛、流泪）危害人和动植物，具有刺激性（引起眼睛酸、痛、流泪）青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气7. 7. 颗粒物：气溶胶、总悬浮颗粒物、降尘、

21、飘尘、可颗粒物：气溶胶、总悬浮颗粒物、降尘、飘尘、可吸入颗粒物等的总称。吸入颗粒物等的总称。 可吸入颗粒物是指粒径小于可吸入颗粒物是指粒径小于1010微米的粒子。粒径越小，微米的粒子。粒径越小，在大气中停留时间越长，被人体吸入的可能性就越高。在大气中停留时间越长，被人体吸入的可能性就越高。 小于小于2 2微米的粒子可以到达肺部无纤毛区，对人体健康微米的粒子可以到达肺部无纤毛区，对人体健康造成极大的危害造成极大的危害青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气三、大气污染的影响 1. 1. 对农业生产的危害 农作物减产、产品品质下降。农作物减产、产品品质下降。 2. 2. 对全球气候的影响

22、 酸雨、温室效应、臭氧层遭破坏酸雨、温室效应、臭氧层遭破坏青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气a. 酸雨 ：PH5.6PH5.6时的降雨。时的降雨。 形成途径：形成途径：二氧化硫在潮湿、污浊的空气中，被大气二氧化硫在潮湿、污浊的空气中，被大气 中的金属离子催化氧化成硫酸而形成酸。中的金属离子催化氧化成硫酸而形成酸。 酸雨的危害酸雨的危害: : 使河流、湖泊酸化使河流、湖泊酸化 危害植物正常的生长发育危害植物正常的生长发育 使土壤酸化，降低土壤肥力使土壤酸化，降低土壤肥力 严重腐蚀城市建筑物、桥梁、机器等严重腐蚀城市建筑物、桥梁、机器等青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章

23、大气b. b. 温室效应温室效应大气吸收地面长波辐射之后，也同时向宇宙和地面发射辐射，大气吸收地面长波辐射之后，也同时向宇宙和地面发射辐射，从而对地面起保暖增温作用。从而对地面起保暖增温作用。 引起温室效应的气体称为温室气体。引起温室效应的气体称为温室气体。 有二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氟里昂、水汽等。有二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氟里昂、水汽等。 青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 c. 臭氧层遭破坏 影响臭氧层的化学反应物大约有一万种。影响臭氧层的化学反应物大约有一万种。 氟利昂破坏性最严重氟利昂破坏性最严重, , 氮氧化物（氮氧化物（NONO、NONO2 2）也能和臭氧发生

24、反应，使臭氧分解）也能和臭氧发生反应，使臭氧分解222322223OClOClOOOOOClOOClClCFCl自由ClCFCFCl自由ClCFCl青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气R22（二氟一氯甲烷 ）分子式：CHClF22013年生产和使用分别冻结在年生产和使用分别冻结在2009和和2010年两年平均水年两年平均水平平2015年在冻结水平上削减年在冻结水平上削减10%2020年削减年削减35%2025年削减年削减67.5%2030年实现除维修和特殊用途以外的完全淘汰。年实现除维修和特殊用途以外的完全淘汰。青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气 大气污染的治理大

25、气污染的治理 合理布局工业，减少污染物排放合理布局工业，减少污染物排放 改进燃烧方法和燃料构成改进燃烧方法和燃料构成 采用区域采暖集中供热采用区域采暖集中供热 减少交通废弃污染减少交通废弃污染 合理使用农药和化肥合理使用农药和化肥 造林绿化造林绿化青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气第三节 大气与农业一、一、COCO2 2浓度变化对农作物的影响浓度变化对农作物的影响1. CO1. CO2 2浓度增高对不同作物类型的影响浓度增高对不同作物类型的影响 增加增加COCO2 2浓度，浓度， C C3 3植物无论是弱光或强光条件下，光合作用均能得到促进。植物无论是弱光或强光条件下，光合作用

26、均能得到促进。 C C4 4植物在高的植物在高的COCO2 2浓度下，也只能增加一点浓度下，也只能增加一点COCO2 2吸收率。吸收率。2. CO2. CO2 2浓度增高对植物光合率与生产力的影响浓度增高对植物光合率与生产力的影响 增加增加COCO2 2浓度，从长期看来可以延迟叶片衰老，使叶片有较长时间浓度，从长期看来可以延迟叶片衰老，使叶片有较长时间 维持活跃的光和作用，这对作物增产非常有利。维持活跃的光和作用，这对作物增产非常有利。 青岛农业大学农学与植保学院 农业气象学第一章 大气3. CO3. CO2 2浓度增高对植物水分利用率的影响浓度增高对植物水分利用率的影响 植物每获得一个分子的植物每获得一个分子的COCO2 2，叶片将蒸腾失去水分的比值称为，叶片将蒸腾失去水分的比值称为 光合水分利用率。光合水分利用率。 增加增加COCO2 2浓度，可减少小麦蒸腾浓度，可减少小麦蒸腾80%80% 玉米、高粱约玉米、高粱