《自然科学基础》第十四章课件

《自然科学基础》第十四章课件《自然科学基础》第十四章课件大气的组成大气的垂直分层01地球的大气层大气的组成大气的垂直分层01地球的大气层大气中，除去水汽和固体杂质外的整个混合气体，就是干洁空气。干洁空气是大气的主体，平均约占低层大气体积的99.97%（水汽平均约0.03%，杂质可忽略）。干洁空气的成分，氮气含量最多，占大气总量的78%，其次是氧气，占大气总量的21%，两者合占整个空气容积的99%以上；此外，还有1%的大气成分是微量气体，如图14-1所示。1．干洁空气图14-1干洁空气的组成大气中，除去水汽和固体杂质外的整个混合气体，就是水汽是呈气态的水。大气中的水汽来源于地面水体和陆地表面的蒸发与植物的蒸腾，其含量因时因地而异，按容积计算其变化范围在0～4%之间，热带多雨地区可达4%，寒冷干燥地区几乎为零。其垂直分布主要集中在离地面2～3km的大气层中，高度愈高，水汽愈少。水汽是大气中唯一能发生相变（即汽态、液态、固态的相互转化）的成分，人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象，水汽起着主导作用。2．水汽水汽是呈气态的水。大气中的水汽来源于地面水体和陆悬浮在大气中的固体杂质包括烟粒、尘埃、盐粒等。我们有时能看见，但大多数时候是看不见的，因为它们太小了，其半径一般在10-2～10-3cm。固体杂质集中分布于低层大气中。固体杂质来源于城乡生产、生活方面的燃烧，土壤中的微粒，火山喷发产生的火山灰，流星燃烧所产生的细小微粒和海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒等。固体杂质能充当水汽凝结的核心，是大气水汽凝结的必要条件。3．固体杂质悬浮在大气中的固体杂质包括烟粒、尘埃、盐粒等。我大气的底界是地面，大气的上界没有明显的范围。从地面到2000～3000km高空，大气的成分、温度、密度等物理性质都有明显的变化。根据大气在垂直方向上的物理差异，可将大气分成若干层次。世界气象组织规定：主要按大气温度随高度分布的特征，可把大气分成对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，如图14-2所示。图14-2大气的垂直分层大气的底界是地面，大气的上界没有明显的范围。从1．对流层对流层是大气的最下层，从地面向上延伸约10km。对流层的气温随高度的增加而递减，平均每升高100m，气温降低0.65℃。平流层是自对流层顶向上55km的高度。在其顶部距地面19～48km高度，有一个高浓度臭氧（O3）构成的臭氧层。2．平流层3．中间层从平流层顶到85km高度为中间层。在中间层，气温随高度增高而降低，中间层的顶界气温降至-83℃～-113℃。1．对流层对流层是大气的最下层，从地面向上延伸约4．热层5．散逸层热层因其极高的温度而得名。它是地球大气中最厚的一层，从中间层顶一直延伸到距地面500km的区域。热层顶以上是散逸层。它是大气的最外一层，也是大气层和星际空间的过渡层，但无明显的边界线。4．热层5．散逸层热层因其极高的温度而得名。它是地球大气中最风的形成大气环流02大气的运动风的形成大气环流02大气的运动空气是流体，它可以到处移动，引起空气运动的原因是气压的高低不均匀。气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气象上常用百帕作为气压的度量单位，具体是这样规定的：把温度为0℃、纬度为45°的海平面作为标准情况时的气压，称为1个大气压，其值为760mm水银柱高，或相当于百帕。空气是流体，它可以到处移动，引起空气运动的原因是气压的高低不低层就产生了自极地流向赤道的气流补充了赤道上空流出的空气质量，这样就形成了赤道与极地之间一个闭合的大气环流，这种经圈环流称为单圈环流，如图14-3所示。1．单圈环流假设图14-3单圈环流低层就产生了自极地流向赤道的气流补充了赤道上空上述的单圈环流是假设地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转运动，即空气的运动既无摩擦力，又无地转偏向力的作用。事实上地球时刻不停地自转着，即使地球表面是均匀的，但由于空气流动时会受到地转偏向力的作用，这就使得风的运行方向发生了偏转。这种因地球自转导致风的运行路线弯曲的现象叫做科里奥利效应。2．科里奥利效应上述的单圈环流是假设地球表面是均匀一致的，并在科里奥利效应以及其他因素的作用下，环流变得复杂起来。在全球近地面的大气中，形成了七个气压带和六个风带。七个气压带是：赤道低压带，南、北半球的副热带高压带，南、北半球的副极地低压带，南、北半球的极地高压带。六个风带是：南、北半球的低纬信风带，南、北半球的中纬度西风带和南、北半球的极地东风带。因此形成了热带环流圈、中纬度环流圈和极低环流圈，如图14-4所示。3．三圈环流Ⅰ热带环流圈Ⅱ中纬度环流圈Ⅲ极地环流圈图14-4三圈环流在科里奥利效应以及其他因素的作用下，环流变得复什么是天气天气预报03天气什么是天气天气预报03天气（一）天气要素1风是矢量，包括风向、风速。风向是指风的来向，气象上常以16个方位表示；风速是指单位时间内空气水平移动的距离，单位为m/s。2在我国，气温的单位统一为摄氏度（℃）。气温高低取决于空气的热量收支情况，大气的热量主要来源于地面和长波辐射，地面一方面吸收太阳的短波辐射得到热量，另一方面又放出长波辐射失去热量。3湿度表示大气中水汽含量多少的物理量称为大气湿度。大气湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。（一）天气要素1风是矢量，包括风向、风速。风向（二）露点当温度降低时，空气中的水汽含量也会下降，而且水汽会逐渐冷凝形成液体或者冰晶。空气达到饱和且伴随冷凝作用发生的温度就称为露点。露点随着空气中水汽含量的变化而发生改变。（二）露点当温度降低时，空气中的水汽含量也会下（三）云云是高空大气中水汽凝结形成的水滴、冰晶。云的存在和发展必须具备的条件是空气中水汽达到过饱和状态，有凝结核，还必须有水汽的不断输送和补充。1．云的形成（三）云云是高空大气中水汽凝结形成的水滴、冰晶（三）云由于云生成的高度和条件不同，云的形状也不相同。气象学家通常把云分成三类：积云、层云和卷云，如图14-5所示。根据云的形状，可以了解当时的大气状态，并以此预测未来天气的变化。2．云的分类图14-5各种类型的云（三）云由于云生成的高度和条件不同，云的形状也不相（四）降水降水来自云中，但有云不一定都能产生降水。因为构成云体的云滴的体积很小，重量轻，能被空气的浮力和上升气流托住而悬浮于空中。要使云产生降水，必须使云滴增大，并使其下降速度大大超过上升气流的速度，而且在下降的过程中不因蒸发而将水滴耗尽，这样才能使水滴或冰晶从云中降落到地面成为降水。1．降水的形成根据降水的形态，可把降水分为雨、雪、霰和冰雹。2．降水的种类（四）降水降水来自云中，但有云不一定都能产生（一）气象观测最常用的观测气温的仪器是温度表（温度计）。普通温度表是使用一个细长玻璃毛细管及其一段的玻璃球装入水银（或酒精）制成的。

观测气温要在太阳晒不着并且空气流通的地方进行。因此，要把观测气温的仪器放在专门制作的百叶箱（见图14-6）中。1．气温的观测图14-6百叶箱（一）气象观测最常用的观测气温的仪器是温度表（温度计）。普通（一）气象观测测风的仪器种类很多，气象台站多用转杯式的风向风速器（见图14-7），感应部分装在屋顶上，记录部分设在室内，用电线连接，通电后便可记录下风速和风向。风向是指风吹来的方向，可用东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向记录。2．风的观测图14-7风向风速器（一）气象观测测风的仪器种类很多，气象台站多（一）气象观测降水量即从云中降到地面的液态水和固态水，未经渗透、蒸发和流失而在水平面上积聚的水层深度（或厚度），以毫米（mm）为单位。常见的表示方法有日、月、年降水量，月、年平均降水量及多年（日、月）平均降水量等。通常用雨量器（见图14-8）测量降水量。3．降水量的观测表14-1降水强度等级类

型降水强度（mm/日）类

型降水强度（mm/日）小雨10以下大暴雨100～200中雨10～24.9小雪2.5以下大雨25～49.9中雪2.5～5.0暴雨50～99.9大雪5.0以上图14-8雨量器（一）气象观测降水量即从云中降到地面的液态水观测的数据是分析研究天气变化的一手资料，每天四次观测的记录要随时填写，以免忘记。每月要整理统计一次，年终要做一次总的整理统计，作为分析天气和气候的资料。云量是把天空分为10等份，其中被云掩盖的份数依次记为0、1、2、3……10。天空无云或云量不到，记为0；天空都被云遮蔽，记为10。日平均云量小于2，记作晴天；2～5记作少云；5～8记作多云；大于8记作阴天。4．云量观测5．气象观测记录（一）气象观测观测的数据是分析研究天气变化的一手资料，每天四次（二）怎样预报天气任何天气现象都有形成、发展的过程，我们可以根据已经出现的天气现象，预测未来的天气。为了准确地预报天气，必须先精确地观测近期的天气变化过程，所以做好气象观测及其记录是预报天气的基础工作。有了气象资料，气象工作者再根据有关天气和气候等方面的科学理论，对这些资料进行整理、分析和判断，就可以预报未来的天气。（二）怎样预报天气任何天气现象都有形成、发展的（三）天气预报的种类根据预报内容，天气预报可分为天气形势预报和气象要素预报两种。天气形势预报是对各种天气系统，如高气压、低气压、气旋、反气旋、锋面等系统的形成、变化及未来移动路线的预报；气象要素预报是对气温、降水、云量、风力和风向、能见度等各种气象要素的预报。可见，天气形势预报是气象要素预报的基础和前提。图14-9所示是常用天气符号。图14-9常用天气符号（三）天气预报的种类根据预报内容，天气预报可气候及其成因气候变化04气候气候及其成因气候变化04气候（一）气候的概念

气候与天气有密切的联系，但又属于两个不同的概念。天气是指某地区时刻在变化的冷、热、干、湿、风、云、雨、雾等大气状况。气候则是指某地区多年时段大气的一般状态，是该时段各种天气过程的综合表现。一个地方的气候，总是通过各气候要素（温度、降水、风等）的特征值来反映。（一）气候的概念气候与天气有密切的联系，但又属于（二）气候的成因3．下垫面因素下垫面是大气的主要热源和水源，又是低层空气运动的边界面，因此对气候影响十分显著。1．辐射因素太阳辐射是地面和大气热能的源泉。2．大气环流因素大气环流在气候形成过程中具有重要的意义。（二）气候的成因3．下垫面因素1．辐射因素2．大气环流因素（一）近代气候变化近代气候是指近200～300年以来的仪器观测时期。随着近代气象观测仪器的出现，可以普遍使用精确的气象观测记录来研究气候变化。近百年来的气象资料表明，我国气候变化的趋势是气温上升0.4℃～0.5℃，略低于全球的平均气温0.6℃；我国20世纪90年代是近百年来最暖的时期之一，但尚未超过20世纪20～40年代的最暖时期；我国气候存在着大约30年左右的周期变化，20世纪20～40年代为30年左右的暖周期，50～70年代为30年左右的冷周期，80年代以来又转入暖周期。（一）近代气候变化近代气候是指近200～30（二）气候变化的原因1．自然因素2．人类活动1）化石燃料的燃烧2）森林植被的破坏（二）气候变化的原因1．自然因素2．人类活动1）化石燃料的燃《自然科学基础》第十四章课件《自然科学基础》第十四章课件《自然科学基础》第十四章课件大气的组成大气的垂直分层01地球的大气层大气的组成大气的垂直分层01地球的大气层大气中，除去水汽和固体杂质外的整个混合气体，就是干洁空气。干洁空气是大气的主体，平均约占低层大气体积的99.97%（水汽平均约0.03%，杂质可忽略）。干洁空气的成分，氮气含量最多，占大气总量的78%，其次是氧气，占大气总量的21%，两者合占整个空气容积的99%以上；此外，还有1%的大气成分是微量气体，如图14-1所示。1．干洁空气图14-1干洁空气的组成大气中，除去水汽和固体杂质外的整个混合气体，就是水汽是呈气态的水。大气中的水汽来源于地面水体和陆地表面的蒸发与植物的蒸腾，其含量因时因地而异，按容积计算其变化范围在0～4%之间，热带多雨地区可达4%，寒冷干燥地区几乎为零。其垂直分布主要集中在离地面2～3km的大气层中，高度愈高，水汽愈少。水汽是大气中唯一能发生相变（即汽态、液态、固态的相互转化）的成分，人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象，水汽起着主导作用。2．水汽水汽是呈气态的水。大气中的水汽来源于地面水体和陆悬浮在大气中的固体杂质包括烟粒、尘埃、盐粒等。我们有时能看见，但大多数时候是看不见的，因为它们太小了，其半径一般在10-2～10-3cm。固体杂质集中分布于低层大气中。固体杂质来源于城乡生产、生活方面的燃烧，土壤中的微粒，火山喷发产生的火山灰，流星燃烧所产生的细小微粒和海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒等。固体杂质能充当水汽凝结的核心，是大气水汽凝结的必要条件。3．固体杂质悬浮在大气中的固体杂质包括烟粒、尘埃、盐粒等。我大气的底界是地面，大气的上界没有明显的范围。从地面到2000～3000km高空，大气的成分、温度、密度等物理性质都有明显的变化。根据大气在垂直方向上的物理差异，可将大气分成若干层次。世界气象组织规定：主要按大气温度随高度分布的特征，可把大气分成对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，如图14-2所示。图14-2大气的垂直分层大气的底界是地面，大气的上界没有明显的范围。从1．对流层对流层是大气的最下层，从地面向上延伸约10km。对流层的气温随高度的增加而递减，平均每升高100m，气温降低0.65℃。平流层是自对流层顶向上55km的高度。在其顶部距地面19～48km高度，有一个高浓度臭氧（O3）构成的臭氧层。2．平流层3．中间层从平流层顶到85km高度为中间层。在中间层，气温随高度增高而降低，中间层的顶界气温降至-83℃～-113℃。1．对流层对流层是大气的最下层，从地面向上延伸约4．热层5．散逸层热层因其极高的温度而得名。它是地球大气中最厚的一层，从中间层顶一直延伸到距地面500km的区域。热层顶以上是散逸层。它是大气的最外一层，也是大气层和星际空间的过渡层，但无明显的边界线。4．热层5．散逸层热层因其极高的温度而得名。它是地球大气中最风的形成大气环流02大气的运动风的形成大气环流02大气的运动空气是流体，它可以到处移动，引起空气运动的原因是气压的高低不均匀。气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气象上常用百帕作为气压的度量单位，具体是这样规定的：把温度为0℃、纬度为45°的海平面作为标准情况时的气压，称为1个大气压，其值为760mm水银柱高，或相当于百帕。空气是流体，它可以到处移动，引起空气运动的原因是气压的高低不低层就产生了自极地流向赤道的气流补充了赤道上空流出的空气质量，这样就形成了赤道与极地之间一个闭合的大气环流，这种经圈环流称为单圈环流，如图14-3所示。1．单圈环流假设图14-3单圈环流低层就产生了自极地流向赤道的气流补充了赤道上空上述的单圈环流是假设地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转运动，即空气的运动既无摩擦力，又无地转偏向力的作用。事实上地球时刻不停地自转着，即使地球表面是均匀的，但由于空气流动时会受到地转偏向力的作用，这就使得风的运行方向发生了偏转。这种因地球自转导致风的运行路线弯曲的现象叫做科里奥利效应。2．科里奥利效应上述的单圈环流是假设地球表面是均匀一致的，并在科里奥利效应以及其他因素的作用下，环流变得复杂起来。在全球近地面的大气中，形成了七个气压带和六个风带。七个气压带是：赤道低压带，南、北半球的副热带高压带，南、北半球的副极地低压带，南、北半球的极地高压带。六个风带是：南、北半球的低纬信风带，南、北半球的中纬度西风带和南、北半球的极地东风带。因此形成了热带环流圈、中纬度环流圈和极低环流圈，如图14-4所示。3．三圈环流Ⅰ热带环流圈Ⅱ中纬度环流圈Ⅲ极地环流圈图14-4三圈环流在科里奥利效应以及其他因素的作用下，环流变得复什么是天气天气预报03天气什么是天气天气预报03天气（一）天气要素1风是矢量，包括风向、风速。风向是指风的来向，气象上常以16个方位表示；风速是指单位时间内空气水平移动的距离，单位为m/s。2在我国，气温的单位统一为摄氏度（℃）。气温高低取决于空气的热量收支情况，大气的热量主要来源于地面和长波辐射，地面一方面吸收太阳的短波辐射得到热量，另一方面又放出长波辐射失去热量。3湿度表示大气中水汽含量多少的物理量称为大气湿度。大气湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。（一）天气要素1风是矢量，包括风向、风速。风向（二）露点当温度降低时，空气中的水汽含量也会下降，而且水汽会逐渐冷凝形成液体或者冰晶。空气达到饱和且伴随冷凝作用发生的温度就称为露点。露点随着空气中水汽含量的变化而发生改变。（二）露点当温度降低时，空气中的水汽含量也会下（三）云云是高空大气中水汽凝结形成的水滴、冰晶。云的存在和发展必须具备的条件是空气中水汽达到过饱和状态，有凝结核，还必须有水汽的不断输送和补充。1．云的形成（三）云云是高空大气中水汽凝结形成的水滴、冰晶（三）云由于云生成的高度和条件不同，云的形状也不相同。气象学家通常把云分成三类：积云、层云和卷云，如图14-5所示。根据云的形状，可以了解当时的大气状态，并以此预测未来天气的变化。2．云的分类图14-5各种类型的云（三）云由于云生成的高度和条件不同，云的形状也不相（四）降水降水来自云中，但有云不一定都能产生降水。因为构成云体的云滴的体积很小，重量轻，能被空气的浮力和上升气流托住而悬浮于空中。要使云产生降水，必须使云滴增大，并使其下降速度大大超过上升气流的速度，而且在下降的过程中不因蒸发而将水滴耗尽，这样才能使水滴或冰晶从云中降落到地面成为降水。1．降水的形成根据降水的形态，可把降水分为雨、雪、霰和冰雹。2．降水的种类（四）降水降水来自云中，但有云不一定都能产生（一）气象观测最常用的观测气温的仪器是温度表（温度计）。普通温度表是使用一个细长玻璃毛细管及其一段的玻璃球装入水银（或酒精）制成的。

观测气温要在太阳晒不着并且空气流通的地方进行。因此，要把观测气温的仪器放在专门制作的百叶箱（见图14-6）中。1．气温的观测图14-6百叶箱（一）气象观测最常用的观测气温的仪器是温度表（温度计）。普通（一）气象观测测风的仪器种类很多，气象台站多用转杯式的风向风速器（见图14-7），感应部分装在屋顶上，记录部分设在室内，用电线连接，通电后便可记录下风速和风向。风向是指风吹来的方向，可用东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向记录。2．风的观测图14-7风向风速器（一）气象观测测风的仪器种类很多，气象台站多（一）气象观测降水量即从云中降到地面的液态水和固态水，未经渗透、蒸发和流失而在水平面上积聚的水层深度（或厚度），以毫米（mm）为单位。常见的表示方法有日、月、年降水量，月、年平均降水量及多年（日、月）平均降水量等。通常用雨量器（见图14-8）测量降水量。3．降水量的观测表14-1降水强度等级类

型降水强度（mm/日）类

型降水强度（mm/日）小雨10以下大暴雨100～200中雨10～24.9小雪2.5以下大雨25～49.9中雪2.5～5.0暴雨50～99.9大雪5.0以上图14-8雨量器（一）气象观测降水量即从云中降到地面的液态水观测的数据是分析研究天气变化的一手资料，每天四次观测的记录要随时填写，以免忘记。每月要整理统计一次，年终要做一次总的整理统计，作为分析天气和气候的资料。云量是把天空分为10等份，其中被云掩盖的份数依次记为0、1、2、3……10。天空无云或云量不到，记为0；天空都被云遮蔽，记为10。日平均云量小于2，记作晴天；2～5记作少云；5～8记作多云；大于8记作阴天。4．云量观测5．气象观测记录（一）气象观测观测的数据是分析研究天气变化的一手资料，每天四次（二）怎样预报天气任何天气现象都有形成、发展的过程，我们可以根据已经出现的天气现象，预测未来的天气。为了准确地预报天气，必须先精确地观测近期的天气变化过程，所以做好气象观测及其记录是预报天气的基础工作。有了气象资料，气象工作者再根据有关天气和气候等方面的科学理论，对这些资