大气圈与气候系统

1、大气圈与气候系统定常部分 可变 成分成云致雨的必要条件成云致雨的必要条件主要主要成分成分次要次要成分成分水水 汽汽固体杂质固体杂质生物体的基本成分生物体的基本成分维持生物活动的必要物质维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件成云致雨的必要条件大气组成大气组成主主 要要 作作 用用干干洁洁空空气气O3氮氮氧氧CO2大气各成分的作用对地面保对地面保温温v 低层大气中的低层大气中的O O3 3主要来源于闪电。闪电不经常主要来源于闪电。闪电不经常发生，

2、所以低层发生，所以低层O O3 3含量极少，而且不稳定。高空的含量极少，而且不稳定。高空的O O3 3是由太阳紫外线作用形成的，所以含量比低层大是由太阳紫外线作用形成的，所以含量比低层大气多，并在气多，并在2025km2025km的高空达到极大值。的高空达到极大值。O O3 3能强烈能强烈地吸收太阳紫外线，对大气有增温作用，并在高空地吸收太阳紫外线，对大气有增温作用，并在高空形成一个暖区。大量紫外线在高空被吸收，使地面形成一个暖区。大量紫外线在高空被吸收，使地面上的生物免受危害。穿透大气层到达地表的少量紫上的生物免受危害。穿透大气层到达地表的少量紫外线，对人类和大部分生物则是有益的。外线，对人

3、类和大部分生物则是有益的。 O O3 3层的破层的破坏可能引起一系列的不利于人类的气候生物效应。坏可能引起一系列的不利于人类的气候生物效应。大气臭氧的季节变化和纬度分布 大气臭氧浓度随高度的变化 v 悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等，它们的半径一般为10-210-8cm，多集中于低层大气中。v 由于自然或人为的原因，导致空气中有害物质的浓度超过一定限度，维持一定的时间，直接或间接地对人类正常生活、动植物正常生长，以及对气候和各类物品、材料造成危害的现象，称为大气污染。v 悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等，它们的半径一般为10-210-8cm，多集中于低层大气中。v

4、由于自然或人为的原因，导致空气中有害物质的浓度超过一定限度，维持一定的时间，直接或间接地对人类正常生活、动植物正常生长，以及对气候和各类物品、材料造成危害的现象，称为大气污染。v 大气高度虽然不易确定，大气质量却可以从理论上求得。假定大气是均匀的，则大气的高度约为8000m，则单位面积大气柱的质量为：1013.3g/m2，那么整个地球大气的总质量为5.141018kg。v 大气压v通常所说的气压是指单位水平面所承受的大气层的压力,它的数值相当于单位水平面上垂直空气柱的重量。 v 气压测量单位是帕（斯米），符号Pa，当选定温度为0，纬度为45的海平面时，气压为1013.25百帕（hPa），称为一

5、个标准大气压。大气压变化的正常范围是9801050hPa。气压日变化、年变化v气压日变化其特点是一天中有一个最高值和一个次高值；一个最低值和一个次低值。v气压年变化受纬度、季节、海陆和海拔等地理因素的影响，有大陆型和海洋型。v气压随高度的增加而降低的快慢程度不同。气压随高度的变化与气温和气压条件有关0102030km5001000气压随高度的分布气压随高度的分布等压线、等压面v气压的分布形势通常是用等压线与等压面来表示的。v 按照从地面到高空，大气的成分、密度、温度等物理性质的明显变化。世界气象组织根据气温的垂直分布，将大气分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。 对流层特点v（3）其他层v

6、 太阳辐射穿过大气层后才到达地面。大气对太阳辐射有吸收、散射和反射作用、使到达地面的辐射通量密度减小，而且光谱组成也发生变化。 二、大气的受热过程大气对太阳辐射的选择性吸收v大气中的臭氧和氧原子主要吸收波长较短的紫外线；v水汽和二氧化碳主要吸收波长较长的红外线；v能量最强的可见光部分很少被吸收，绝大部分可以透过大气射到地面。（2）反射作用：）反射作用：影响因素：影响因素：云层云层尘埃尘埃越厚越厚越多越多反射越强反射越强（3）散射作用波长越短越容易被散射波长越短越容易被散射,散散射的都是波长比较短的光射的都是波长比较短的光影响因素：影响因素：空气分子和微小尘埃空气分子和微小尘埃大气上界大气上界地

7、地 面面太太阳阳辐辐射射地地面面吸吸收收大气吸收大气吸收 、 反射反射、散射散射等削弱等削弱作用作用地面增温地面增温地地面面辐辐射射大气大气吸收吸收射向宇宙空射向宇宙空 间间射向宇宙空射向宇宙空 间间大大气气辐辐射射射向地面射向地面大气的受热过程及大气的受热过程及大气对地面的保温作用大气对地面的保温作用“太阳暖地面太阳暖地面”“地面暖大气地面暖大气”“大气还地面大气还地面”大大气气增增温温云多云多 水气多水气多 大气逆辐射强大气逆辐射强加强大气逆辐射加强大气逆辐射 5、到达地面的太阳辐射、到达地面的太阳辐射 5、到达地面的太阳辐射、到达地面的太阳辐射 5、到达地面的太阳辐射、到达地面的太阳辐射

8、 下垫面下垫面 反射率（反射率（% %）下垫面下垫面 反射率（反射率（% %）耕地耕地 1414绿草地绿草地 20262026沙地（湿）沙地（湿） 1010干草地干草地 3030沙地（干）沙地（干） 2020热带雨林热带雨林 1515粘土粘土 2020混交林混交林 1818深色土深色土 10151015新雪新雪 84-9584-95浅色土浅色土 22322232陈雪陈雪 46604660（二）大气能量及其保温效应v大气获得能量的具体结构为：v1、对太阳辐射的直接吸收v2、对地面辐射的吸收v3、潜热输送v4、感热输送大气中吸收太阳辐射的物质主要是臭氧、水汽和液态水（云），占大气体积的99%以上的

9、氮和氧对太阳辐射的吸收微弱。大气能量及其保温效应地表吸收了到达大气上界太阳辐射能的50%，变成热能，温度升高，而后再以大于3m 的长波（红外）向外辐射。大气能量及其保温效应大气能量及其保温效应海面和陆面的水分蒸发使地面热量得以输送到大气中。一方面水汽凝结成雨滴或雪时，放出潜热给空气；另一方面雨滴和雪降到地面不久又被蒸发，这个过程交替进行。潜热输送年总量，大陆表面平均为1130MJ/m2，大洋表面约为3430MJ/m2，即洋面是陆面的3倍。全球表面平均潜热输送约为2760 MJ/m2，占辐射平衡的84%，可见，地气间的能量交换主要是通过潜热输送完成的。换言之，大气靠水汽凝结释放潜热而得到的能量最

10、多。大气能量及其保温效应陆面、水面温度与低层大气温度并不相等，因此地表和大气间便由感热交换而产生能量输送。把地面和对流层大气视为一个统一体，称地气系统。其在一定的时间内辐射能收入与支出的差，称地气系统净辐射（辐射差额或辐射平衡）辐射平衡图解3 3 云吸收云吸收15 15 分子尘粒吸收分子尘粒吸收散射反射散射反射5云反射云反射21陆地和海洋陆地和海洋地面吸收地面吸收 5050总总吸吸收收6868总总反反射射3232太太 阳阳 辐辐 射射6060向空间的向空间的辐射辐射大大 气气净长波获得净长波获得 13 13 向空间的直接损失向空间的直接损失8 8地面辐射地面辐射98989090大气吸收大气吸收

11、逆辐射逆辐射7777能量的获得能量的获得4747总放出的辐射总放出的辐射137137直接的太直接的太阳能吸收阳能吸收1818吸收吸收净支出的辐射净支出的辐射 2121作为热的支出作为热的支出2929潜热潜热2020感热感热9 9向空间的总辐射向空间的总辐射 6868地面长波辐射地面长波辐射v 气温的水平分布通常用等温线来表示。等温线就是将气温相同的地点连结起来的曲线。等温线愈密，表示气温水平变化愈大；否则，反之。封闭的等温线表示存在温暖或寒冷的中心。 气温的水平分布状况与地理纬度、海陆分布、大气环流、地形起伏、洋流等因素有密切关系。1.1.等等 温温 线线世界世界1 1月海平面气温（摄氏度）的

12、分布月海平面气温（摄氏度）的分布世界世界7 7月海平面气温（摄氏度）的分布月海平面气温（摄氏度）的分布v1）气温随纬度增高而递减：北半球1月（冬季）等温线比7月（夏季）密集，说明北半球冬季南北温度差大于夏季，南半球相反。v2 ）冬季北半球等温线在大陆凸向赤道，海洋凸向极地：反映同一纬度上，陆地冷于海洋，夏季相反。南半球因陆地面积小，海洋面积大，因此等温线相对比较平直。遇到陆地的地方也发生类似北半球的弯曲情况。v3 ）最高温度不是出现在赤道上，冬季5-10N处，夏季20N左右：这一带冬夏月平均气温均高于24，称热赤道。 2、气温水平分布的特点2、气温水平分布的特点v4 ）大陆中纬度西岸气温比同纬度东岸高：太平洋和大西洋北部，冬季大陆沿岸，等温线急剧向北极凸，反映黑潮暖流、阿流申暖流、墨西哥湾流的巨大增温作用。使1月份0等温线，在大西洋的北部伸展到70