第二章大气的基本知识

大气的重要性及组成

大气的垂直结构及特性

表征大气的基本要素第二讲大气的基本知识月球上看到的天空与地球上看到的有什么不同？为什么？地球的外衣→大气龙卷风极光台风猜想一下：没有大气，地球将是什么样？闪电降水

没有大气，天气无变化！台风没有大气，地球易受陨石侵袭！陨石没有大气，声音无法传播！声音没有大气，昼夜温差大！温差没有大气，地球无液态水！水没有大气，地球上将无生命！生命对地面的影响

保护地球的体温----“保温被”形成水循环----“永动机”改变地球形态----“塑像师”对生物和人类的影响—生命之本第一节大气的重要性及组成干洁大气（即干空气）CleanAir

水汽Moisture

悬浮在大气中的固液态杂质Impurity一、干洁大气地球大气由三个部分组成:干洁大气的定义及其成分变化：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。第一节大气的重要性及组成成分变化：

0~90km:主要成分和含量比例基本保持不变。

90km以上:氮稍有减少,氧稍有增多,氩和二氧化碳明显减少,其中氧分子和氮分子开始离解

。各种成分介绍：各成分总体状况：表2-1干洁大气的成分（高度25km以下）氮33.520.95氩二氧化碳0.03231.0气体成分所占体积（%）临界温度（℃）临界压强（大气压）78.08-147.2氧-118.940.70.93-122.048.073.0臭氧0.00006-5.092.3干洁大气100-140.737.2氮气（N2）：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（O2）：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（O3）：时空变化：时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。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；空间变化：水平：由赤道向两极增加。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。

氯氟烃（CFCs）是空调、电冰箱用的制冷剂，其商品名叫氟里昂。氯氟烃在低层大气中稳定，游荡10年左右的时间进入同温层，直至穿出臭氧层。穿出臭氧层后，在强烈紫外线的作用下，氯氟烃迅速分解，产生氯原子，氯原子极为活泼，专门拆散臭氧分子，使臭氧层逐渐变薄，出现空洞。由于臭氧层空洞扩大，目前世界上每年每百万人中有2000人患皮肤癌。如果臭氧层不能得到恢复，空洞继续扩大，到2070年，全世界皮肤癌者人数将增加5％。这幅地图显示的是臭氧洞二氧化碳（CO2）：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。作用：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”。“温室气体”和“温室效应”温室气体包括两类：一类在对流层混合均匀，如CO2、CH4、N2O和CFCs。另一类在对流层混合不均匀，如O3。由于大气中CO2等温室气体浓度的增加，大量吸收地表放出的长波辐射，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高--“温室效应”。温室效应模式图Greenhouseeffect看漫画，试想企鹅在说什么？

近百年来全球平均气温已上升0.6~0.9℃思考：为什么全球气温会升高？----气温升高，对各地区的生态环境、干湿状况和社会经济会造成什么影响？

研究表明，至少在过去3亿年里，大气中二氧化碳含量变化和全球气温升降的曲线吻合得非常好，二氧化碳可能确实是影响气候变化的主要因素。在5次已知的地球生物大灭绝时期，大气中二氧化碳浓度都处于高峰，其中包括6500万年前一颗小行星撞击地球、结束恐龙时代。研究人员说，二氧化碳浓度的异常升高，给生态环境造成了极大破坏。

温室效应会带来以下几种严重恶果：

1)地球上的病虫害增加；

2)海平面上升；

3)气候反常，海洋风暴增多；

4)土地干旱，沙漠化面积增大。

科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2-4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。二、水汽Moisture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）。三、大气中的杂质Impurity气溶胶粒子：Aerosol定义：大气中沉降速率极小、尺度在10-4μm到100μm

之间的固态和液态微粒。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；

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：Pollutant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。二次污染物：分类：一次污染物：直接从污染源排出来的物质。进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常组分发生化学反应，以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。

危害酸雨，有害气体“雨”中垂钓酸雨受酸雨腐蚀的森林5896米高的乞力马扎罗不仅仅是非洲最高的山，更以独特的地理风貌著称世界。笼统地说，乞力马扎罗可以分成四层，最下面一层是热带雨林，中间的腰部有一条沼泽地带，再上面是高原沙漠，而顶部，超过了雪线以上的地方则是高山雪峰。远远地看，乞力马扎罗就像一位拖着长长的洒地的绿裙，系了一条细细的腰带，身着紧身淡黄衬衫，头上俏皮地戴了顶白色小帽的青春少女。第二节

大气的垂直结构及特性想一想：位于非洲中部的乞力马扎罗山，被称为“赤道上的白雪公主”，即地处热带，山顶却终年积雪，这是什么原因？大气的垂直分层外层对流层平流层中间层热层上冷下热高空对流中间层顶到五百氧原吸紫增温快地球束缚引力小空气质点往外跑电离层对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；高度增来温度减，只因热源是地面；天气复杂且多变，风云雨雪较常见。气温初稳后升热，只因层中臭氧多，水平流动天气好，高空飞行很适合。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。Troposphere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。飞机飞行在此气层常出现结冰现象。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。Stratosphere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。MesosphereThermosphere1、定义：表示空气冷热程度的物理量。气温实际上是空气分子平均动能大小的表现。2、单位----温标（1）温标定义：为了定量地表示物体的冷热程度，必须引进衡量物体温度高低的尺子，这把尺子称为温标。（2）温标种类---目前常用的有三种温标：

a）摄氏温标℃------实际业务和日常生活

b）华氏温标℉------一些英语国家用（冰点：32℉

）

c）开氏温标K-----理论计算

t=5×(F－32)/9；t=T－273.15一、气温第三节表征大气的基本要素1、定义：即大气压强，指单位面积上所受到的大气压力或单位面积上空气柱的重量。2、气压单位1）毫米水银柱高度（mmHg）2）毫巴（mb）3）国际单位制用帕斯卡（Pa）来表示，气象上采用百帕（hPa）为单位。1百帕斯卡是1平方厘米面积上受到100牛顿（N）的压力时的压强值，即1hPa=100N/cm2二、气压第三节表征大气的基本要素3、气压单位换算关系

1hPa=100Pa1hPa=1mb1hPa=3/4mmHg4、标准大气压：气象上规定，把温度为0℃、纬度为45°的海平面的气压作为标准情况时的气压，称为1个大气压，其值为760毫米水银柱高，或相当于1013.25hPa。一般海平面气压在970－1040hPa之间，在台风中可能低于900hPa。二、气压第三节表征大气的基本要素1、空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。2、表示方法：有多种

1）绝对湿度：单位体积水汽含量，即密度（g/cm3)

2）水汽压和饱和水汽压水汽压(e)：由水汽引起的那部分压力，单位hPa。饱和水汽压(E)：在温度一定的情况下，单位体积空气中的水汽有一定限度，如果水汽含量达到此限度，空气就呈饱和状态，这时的空气称为饱和空气，饱和空气的水汽压称为饱和水汽压，单位hPa。饱和水汽压是温度的函数，温度越高，饱和水汽压越大。三、湿度第三节表征大气的基本要素4）比湿在