气象学第2章课件

第二章地球大气大气的组成大气的铅直结构大气的物理性质CompanyLogo第一节大气的组成

大气：

由于地球引力的作用，地球周围聚集着一层深厚的大气，称地球大气，简称大气。

大气的组成：

干洁大气（即干空气）

水汽

悬浮在大气中的固液态杂质CompanyLogo一、干洁大气干洁大气

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，称干洁大气。干洁大气的成分（高度25km以下）CompanyLogo（三）臭氧（O3）大气中含量极少。主要是在太阳紫外线辐射作用下通过光化学作用由氧分子分解为氧原子后再和另外的氧分子结合而形成。对紫外线有极其重要的调控作用：吸收多余的紫外线，不致使过多的紫外线到达地面对生物构成伤害，又能透过少许的紫外线杀灭地面对动植物有害的一些病菌。对高空大气有明显的增温作用。CompanyLogo（四）二氧化碳（CO2）在大气中含量很少。主要来源于生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧和分解、火山的喷发作用等。低层大气中二氧化碳的含量随时间和空间的不同略有变化。是绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。具有相当强的吸收长波辐射的能力。二氧化碳与“温室效应”。CompanyLogo二、水汽来源：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。

作用：在天气气候变化中的重要作用。对大气和地面的温度状况有着显著影响。使世界各地形成各种各样的天气和气候。水汽与“温室效应”。

CompanyLogo（二）大气中的污染物质大气污染

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称为大气污染。大气中的污染物质主要集中在3km以下的低层大气中。大气污染物质的两大来源自然形成过程火山爆发，沙尘暴，森林火等；人为过程工业和交通上煤炭，石油，天然气的使用；农业上化肥，农药的使用；生活上制冷采暖的排放与泄露等。CompanyLogo大气中主要的污染物颗粒物质，二氧化硫，氮氧化物，一氧化碳，碳氢化物，硫化物，氟化物及光化学氧化剂等。一次污染物与二次污染物污染物一次污染物二次污染物含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、硫酸盐含氮化合物NO、NH3NO2、HNO3、硝酸盐碳的氧化物CO、CO2无碳氢化合物C1～C5醛、酮、过氧乙酰基硝酸酯卤素化合物HF、HCL无CompanyLogo第二节

大气的铅直结构一、大气的铅直结构（一）对流层对流层的主要特点：集中了80%以上的大气质量和几乎所有的水汽；温度随高度升高而降低；空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动；气象要素水平分布不均匀。根据气流和天气特点，还可以把对流层细分为下层、中层、上层和对流层顶等四层。CompanyLogo（二）平流层平流层的特点：在平流层下部，随高度的增加气温变化很小，在25km以上，气温随高度的增加而显著升高；该层空气以水平运动为主，无明显的垂直运动；水汽和尘埃含量较少，晴朗少云，大气透明度好，气流比较平稳，适于飞机航行。（三）中间层气温随高度增高而迅速下降；有强烈的铅直运动，又称“高空对流层”。CompanyLogo（四）热成层又称热层或暖层。温度随高度升高而迅速增高；空气密度小，空气质点在太阳紫外线辐射和宇宙高能粒子作用下，产生电离现象。该层空气多被离解成离子，故又称电离层，它具有很强的反射无线电波的能力，对无线电通讯具有重要作用。（五）散逸层是地球大气的最高层。这一层的大气物质具有向星际空间散逸的特性，是大气圈与星际空间的过渡地带。CompanyLogo二、大气上界

大气的顶界是模糊的，地球大气和星际空间气体之间没有一个截然的分界面把它们分开，而是逐步过渡的。为了实际的应用，通过物理分析，给大气划定一个大致的上界面。一种是根据大气中物理现象极光出现的最大高度作为大气的物理上界，高度为1000～1200km。另一种是以大气密度接近星际气体密度的高度作为大气上界的标准，约在2000～3000km高度处。CompanyLogo二、大气的气体状态方程大气物理状态的常用物理量质量（m）压强(P)温度(T)体积(V)对一定质量的空气，P、V、T之间存在着函数关系。CompanyLogo

（一）干空气的状态方程理想气体的状态方程为：

（2-2）

式中：μ为气体的摩尔质量；R*是通用气体常数．其值为8．31J／（mol·K）；m为气体的质量。在通常情况下，可认为地球大气和理想气体相近似。因此可用（2-2）式求得干空气的状态方程。对于单位质量（g）的干空气，则可将上式改写成：

Pdv=(R*/μ)·T=RdT

(2-3)式中：

v为单位质量干空气所占的体积，称比容；μ为干空气的摩尔质量（其值为28.87）；Rd为单位质量干空气的气体常数，称干气体比气体常数，其值为0.287

J／（mol·K）；

Pd为干气体压强。CompanyLogo由于v=1/ρd(ρd

为干气体密度)，所以干空气状态方程可写成如下形式：

Pd=ρdRdT或ρd=Pd/

RdT（2-4）

由此式可知，空气密度随气压和温度而变化。（二）水汽状态方程

大气中的水汽在没有相变的情况下，也可利用理想气体的状态方程。对于水汽有：

e=ρwRwT或ρw=

e/RwT（2-5）

式中：e为水汽的压强；Rw为水汽的比气体常数，其值为0.461

J／（g·K）；

T为温度；ρw为水汽密度。CompanyLogo由于e/P值通常很小，所以（2-6）可写为：

（2-7）CompanyLogo三、气象要素表示大气状态和特征的物理量和物理现象，统称为气象要素。

气象要素包括：日射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸发、能见度和天气现象等。

能见度：气象学上把人的正常视力所能看到的目标物的最大距离叫做能见度。