《大气物理性质》课件

大气物理性质大气是地球生命的重要组成部分，其物理性质对天气、气候和生物活动具有重要的影响。1.大气成分氮气大气中最主要的成分，约占78%，对生物体和地球生命至关重要。氧气约占21%，为生物呼吸和燃烧提供必需元素。氩气约占0.93%，惰性气体，在工业和科学研究中应用广泛。二氧化碳约占0.04%，温室气体，对地球气候起着重要的调节作用。2.大气结构1对流层地球表面至约10公里，气温随高度降低，主要天气现象发生在此。2平流层对流层之上至50公里，气温随高度升高，臭氧层位于此。3中间层平流层之上至80公里，气温随高度降低，流星在此燃烧。4热层中间层之上至600公里，气温随高度升高，极光出现于此。5散逸层热层之上，气温随高度变化不规则，大气逐渐稀薄，与星际空间相接。大气压力大气压力是指大气层对地球表面及其中一切物体产生的压力。由于重力的作用，大气层对地球表面产生压强，这个压强称为大气压力。大气压力随高度变化，越高的地方大气压力越低。大气压力还受温度、湿度、风速等因素的影响。1013.25百帕海平面标准大气压1千帕约为10米高水柱的压力14.7磅/平方英寸英制单位大气温度大气温度是衡量大气热量的指标，对天气、气候、生物活动等产生重要影响。气温变化受太阳辐射、大气成分、地表性质、云层覆盖、大气环流等因素影响。全球平均气温自20世纪以来呈上升趋势，预计未来将持续上升，对人类生活和生态环境产生重大影响。5.大气湿度大气湿度是指空气中水汽含量的多少。常用指标包括绝对湿度、相对湿度、露点温度等。指标定义绝对湿度单位体积空气中所含水汽的质量相对湿度空气中实际水汽含量与同温度下饱和水汽含量之比露点温度空气冷却到饱和时的温度大气湿度对天气现象、气候变化和人类生活有着重要影响。6.大气能量平衡太阳辐射太阳是地球能量的主要来源，地球吸收太阳辐射后温度升高。地球辐射地球表面吸收太阳辐射后会向外发射红外辐射，这是地球能量的主要损失方式。能量平衡地球吸收的太阳辐射能量与发射的红外辐射能量保持平衡，维持着地球表面的温度稳定。温室效应大气中的温室气体，如二氧化碳，会吸收部分红外辐射，导致地球温度升高。7.大气辐射大气辐射是指大气对太阳辐射的吸收、散射和发射。大气对不同波长的辐射有不同的吸收和散射特性。例如，臭氧层吸收紫外线，二氧化碳和水汽吸收红外线。大气辐射对地球的能量平衡起着至关重要的作用，影响着地表温度和气候。大气热量传输大气热量传输是指热量在大气中传递的过程。1辐射太阳辐射和地球辐射2对流热量通过气流运动传递3传导热量通过物质的直接接触传递辐射是主要方式，对流和传导作用较弱。9.大气对流1对流的概念大气对流是指空气由于温度差异而产生的垂直运动。2对流的形成当空气被加热时，密度减小，上升；冷空气密度更大，下降。3对流的影响对流是天气变化的重要因素，它可以形成云层、降雨和风。大气的静态稳定性稳定大气当空气包裹在一个更冷、密度更大的空气块中时，它会倾向于保持在原位，因为它比周围空气更轻，并且有向上浮力的作用。这种状态被称为稳定大气，因为扰动会迅速消失。不稳定大气当空气包裹在一个更暖、密度更小的空气块中时，它会倾向于上升，因为它比周围空气更轻，并且有向上浮力的作用。这种状态被称为不稳定大气，因为扰动会放大并导致对流。大气环流全球尺度运动受太阳辐射不均和地球自转影响，大气在全球范围内形成的巨大环流系统。能量输送大气环流将热带地区的热量向高纬度地区输送，将高纬度地区的冷空气向低纬度地区输送。气候影响大气环流影响着全球气候分布，例如，赤道地区降水丰富，极地地区寒冷干燥。天气变化大气环流的变化会引起天气变化，例如，台风、寒潮等天气现象。大气浴度大气浴度定义大气浴度是指大气中温度随高度的变化率。它反映了大气的稳定程度，决定着大气运动和天气变化。浴度与天气现象浴度与天气现象密切相关。高浴度意味着大气不稳定，易形成对流天气，如雷雨、阵雨等。低浴度则表明大气稳定，不易产生剧烈的天气变化。浴度与气象预报气象预报中，浴度是重要的预测参数之一。通过分析大气浴度，气象学家可以预测未来天气变化，并发出预警。13.大气湍流大气湍流定义大气湍流是大气运动的一种不规则、不稳定的运动形式。它是由大气中各种因素引起的，包括气流的不稳定性、地形的影响以及气象条件的改变。湍流会造成气流的剧烈变化，例如风向和风速的突然改变，以及温度和湿度的波动。湍流会影响飞机飞行、风力发电以及其他依赖气流的活动。大气界面层风速梯度靠近地面的气流受到摩擦力的影响，速度减缓，形成风速梯度。热量交换界面层是地表和大气之间热量、水分和动量交换的重要区域。湍流混合大气界面层湍流显著，导致热量、水分和动量在垂直方向上的快速混合。大气边界层摩擦层大气边界层指受地球表面摩擦影响的大气层。它存在于对流层底部，受地表摩擦力影响。湍流显著大气边界层内湍流显著，气流运动复杂，垂直混合强烈，影响热量、水分和动量交换。高度变化大气边界层的厚度随地表状况、气象条件等因素而变化，一般为几十米到几千米不等。大气中的水汽和云积云积云是典型的对流云，形状像棉花团，白天常出现在晴朗的天空。层云层云是平展的灰色云层，通常覆盖整个天空，常出现于阴天或雨天。卷云卷云是由冰晶组成的云，高度很高，形状细长而卷曲，常见于高空晴朗的天空。降水过程1凝结核水汽凝结形成云滴2云滴碰撞云滴相互碰撞并合并3降水形成云滴长大为雨滴并降落大气中的水汽凝结形成云，云滴相互碰撞并合并，最终长大为雨滴并降落地面，这就是降水过程。大气电性11.电场大气中存在着电场，这主要由雷暴云中的电荷积累和分布形成。22.电流大气中存在着电流，这主要由雷电、静电放电和宇宙射线等因素引起。33.电离层电离层是地球大气层中被太阳辐射电离的部分，它对无线电波的传播有重要影响。44.极光极光是由来自太阳的带电粒子与地球大气层中的原子和分子发生碰撞而产生的。19.大气化学成分主要成分大气主要由氮气和氧气组成，占总体积的99%以上。其次是氩气、二氧化碳等。微量成分微量成分虽然含量少，但对气候、环境等具有重要影响，包括臭氧、甲烷、二氧化氮等。人为污染人类活动排放的污染物，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等，会改变大气化学成分，导致环境问题。大气环境污染空气污染空气污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等。水污染主要污染物包括工业废水、生活污水、农业废水。噪声污染工业噪声、交通噪声、施工噪声等是主要来源。固体废物污染工业固体废物、生活垃圾、建筑垃圾等污染环境。21.大气遥感技术卫星遥感卫星搭载传感器，从太空获取大气数据，例如气温、湿度和云层。航空遥感飞机携带传感器，在空中获取大气数据，例如气溶胶、污染物和气流。地面遥感地面传感器测量大气变量，例如气压、风速和降水量。数值天气预报1数据采集包括地面观测、气象卫星和雷达数据等。2数值模拟使用大气物理和动力学方程进行计算。3预报结果生成未来不同时间段的天气预报。4发布与应用通过各种渠道向公众发布预报信息。数值天气预报是一种基于计算机模拟的大气预测方法。该方法利用物理学和数学模型来模拟大气运动，并根据历史数据和实时观测结果预测未来一段时间内的天气状况。天气系统分析11.气压系统低气压系统，高气压系统，气压梯度力，地转风。22.风场分析风向，风速，等压线，气旋，反气旋。33.锋面系统冷锋，暖锋，静止锋，锋面雨，锋面云系。44.天气图分析天气图，气象要素，天气预报，天气演变趋势。25.季风系统定义季风是指在一年中，由于海陆热力性质差异引起的风向和风力发生周期性变化的风系。夏季，陆地温度较高，气压较低，空气从海洋吹向陆地，形成夏季风；冬季，陆地温度较低，气压较高，空气从陆地吹向海洋，形成冬季风。主要类型季风主要分为两种类型：东亚季风和南亚季风。东亚季风主要影响东亚地区，包括中国、日本、朝鲜等国家；南亚季风主要影响南亚地区，包括印度、巴基斯坦、孟加拉国等国家。极地涡旋极地涡旋极地涡旋是极地地区上空形成的持续性低压气旋，以逆时针方向旋转。影响范围极地涡旋通常被限制在极地地区，但有时会向南延伸，影响中纬度地区。形成机制极地涡旋的形成与极地地区和中纬度地区之间的温差有关，冷空气会形成强烈的低压系统。热带气旋强烈风暴热带气旋是指在热带或亚热带海洋上形成的强烈风暴系统。旋转的风暴热带气旋的特点是中心附近有低气压，周围有螺旋状的强风和降雨。灾害性天气热带气旋可以带来强风、暴雨、风暴潮等灾害性天气，对沿海地区造成严重影响。锋面系统11.冷锋冷空气主动向暖空气移动，形成冷锋。冷锋过境时，气温骤降，风力增强，降水量大，天气变化剧烈。22.暖锋暖空气主动向冷空气移动，形成暖锋。暖锋过境时，气温缓慢升高，风力减弱，降水量小，天气变化缓慢。33.静止锋冷暖空气势力相当，相互交汇，形成静止锋。静止锋过境时，天气多阴雨，持续时间较长。44.锢囚锋冷锋追赶暖锋，将暖空气抬升至高空，形成锢囚锋。锢囚锋过境时，降水量大，天气变化剧烈。气候变化全球变暖地球平均气温上升，导致冰川融化，海平面上升。极端天气事件增多，例如热浪、洪水和干旱。人类活动的影响化石燃料燃烧排放温室气体，例如二氧化碳和甲烷