海洋气象学-第一次

海洋气象学教学安排：总学时数：64本课程由多门学科组成，前沿科学发展较快。因此，凡涉及前沿科学的，或现阶发展内容较丰富的，与课本有所不同。而较成熟的理论知识，数学推导复杂，为便于掌握，按课本顺序授课，基本无变动。无期中考试。成绩：平时作业占30%，期末考试70%。2023/2/47第一章大气概论起源成分和结构气象要素湿空气的状态方程大气的垂直分层气溶胶粒子热力学图表上湿度量的计算太阳系：水金地火木土天海冥1.1地球大气的起源原始大气阶段(45亿年前)原始大气的主要成分是氢和氦由于当地球形成以后，地球内部放射性物质的衰变，进而引起能量的转换。这种转换对于地球大气的维持和消亡都是有作用的，再加上太阳风（高能离子流）的强烈作用和地球刚形成时的引力较小，使得原始大气很快就消失掉了。次生大气阶段(45~20亿年前)地球生成以后，由于温度的下降，地球表面发生冷凝现象，而地球内部的高温又促使火山频繁活动，火山爆发时所形成的挥发气体，就逐渐代替了原始大气，而成为次生大气。水汽约80%、二氧化碳约10%、氮、硫化物及其他杂质。现代大气(20亿年前到现在)现代大气组成成分水份火山爆发时，由于大气中只能容纳很少一部分水汽质量，因此地球表面最早的火山活动产生了云和雨，从而形成了地球表面上的水体。氧生成：2H2O2H2+O2(1) H2O+CO2{CH2O}+O2(2)早期的微生物对于氧气的生成起到了决定性作用。消耗：动植物的呼吸、腐烂；碳酸盐生成。二氧化碳和水二氧化碳生成碳酸盐，从大气中移除。水由于在大气中的溶解度很小，变成降水，几乎完全从大气中移走。氮火山喷发排到大气中的氮,其中一小部分进入地壳的硝酸盐中，但由于氮具有化学惰性，在水中的溶解度又低,所以，大部分留在大气中。硫、硫化物及惰性气体排放到大气中的硫及其硫化物经云滴溶解降水清洗后,在地壳中形成硫酸盐类。大气中的惰性气体如氩、氦等大部分是地球固体部分放射性物质衰变产生的。现在的大气成分是地球长期演化的结果，是和水圈、生物圈、岩石圈进行充分的物质循环的结果。现在的大气成分还处在不断进行着的循环过程之中，而且这个过程基本是平衡的，稳定的，在短时期内不是会有明显变化的。1.2地球大气的成分和结构大气质量大气成份干空气状态方程大气成分随高度的变化较轻成分的逃逸1.2.1大气质量由压强的计算公式:得:从而可以计算出地球大气的总质量为:5.14×1018kg,大气质量的99%集中在高度低于30km的范围内。1.2.2大气成分干洁大气概念:通常把不含水汽、液体、固体杂质的大气称为干洁大气,也常称为干空气。对流层干空气主要成份1.氧气，占23%2.氮气，占75%3.隋性气体，占1%4.CO2，0.03%干空气组成及体积所占比例氧气含量：23%来源：植物的光合作用。作用：丰富的氧气是动植物赖以生存、繁殖的必要条件。氧的主要来源是植物的光合作用，而有机物的呼吸和腐烂又会从大气中夺去氧而放出二氧化碳，矿物质燃料的燃烧也需要氧气，并放出二氧化碳，这是光合作用的逆过程。氮气含量：75%来源：火山喷发。作用：氮气中大气中含量最多的成分，氮的性质很稳定，有极少量的氮能被微生物固定在土壤和海洋里变成有机化合物。 空中电能把大气中的氮高温氧化成NO2，然后被雨水吸收且在土壤中成为硝酸盐，并成为植物所需要的肥料。二氧化碳含量:0.03%来源：矿物燃烧、工业活动；生物的呼吸、生物体的腐化；火山爆发。汇：植物的光合作用、海洋的溶解。作用：强烈吸收地球表面发出的长波辐射，同时放射长波辐射。浓度增加，可能改变大气的热量平衡，从而导致温室效应。如：假如气温升高1~2摄氏度，极地冰将溶化洋面升高几米，天气系统和洋流都会发生变化。臭氧产生：O2-->O+O O+O2+M-->O3+M含量：很少作用：臭氧对太阳紫外辐射有强烈吸收作用，这加热了平流层大气，对平流层的温度场和流场起着快定性作用，更为重要的是，臭氧层阻挡了强紫外辐射，保护了地球上的生命。水汽水汽主要来源于下垫面,即从水面、潮湿物体的表面、植物的叶面蒸发而来的。水汽上升凝结成云后，又转变为雨、雪，以降水的形式降落到陆地和海洋上。含量：0.001%作用：水汽是天气变化的主要角色，云雾雨雪霜露等都是水汽的各种形态。水汽还可以强烈的吸收地表发出的长波。蒸发和凝结会影响地面和空气温度。1.2.3干空气状态方程-克拉伯龙方程理想气体假设：分子只是质点，没有体积；分子间没有作用力。P--压强，V--体积，m--质量，R*--普适气体常数，R*=8.143×103J/K，T--绝对温度，μd--干空气分子量。由于干空气可以认为是由几种气体组成的混合气体，所以为混合气体的平均分子量，对于干空气其值为28.96g/mol。若干空气中每一种气体的比热Ci为已知，则质量为m的混合气体温升ΔT所需热量为：由上式可求出干空气的比热C，其定压比热为Cpd=1004J/kgK，定容比热Cvd=717J/kgK。比热定义：单位质量的物质温度升高一度所需要吸收的热量，单位为：J/kg•k。一般分为：Cp,Cv水C4.1868×103J/kg•k例水蒸气Cp2.1×103J/kg•k1.2.5氢、氦气体的逃逸氢和氦都是宇宙中最丰富的元素，但在地球大气中，它们却是微量成分，这是因为在漫长的地球大气的演化过程中，氢和氦逐渐逃逸出地球的结果。高层大气中氢气的平衡（水汽的离解、高能质子）高层大气中氢的逃逸是由于吸收了太阳辐射，其中一部分具有很高的动能，某些速率较快的粒子就可以逃逸出大气。1.3气象要素概念:表示大气中物理现象与物理过程的物理量.目测:云、能见度、天气现象等.器测:温度、气压、湿度、风、降水量、日照、辐射等.气象要素表征大气的宏观物理状态,是大气科学研究的基础。其中气压、气温、湿度最为重要。1.3.1气温气温:表示大气冷暖程度的物理量。表示方法:摄氏温标℃、绝对温标K及华氏温标˚F。三者之间的关系：概念：气压即大气的压强。它是由分子无规则的热运动宏观上作用在物体表面单位面积上的压力。在地球重力场中，某地的气压为从观测高度到大气上界面单位面积上垂直空气柱的总重量。单位:帕斯卡,1Pa=1N/m2毫米汞柱。换算：1标准大气压=760mmHg=101325Pa=1013.25hPa（百帕或称毫巴）1.3.2气