第三单元大气和气候

第三单元大气和气候一、大气得组成(一)干洁空气大气中除固体杂质与水汽之外得全部混合气体,称为干洁空气。氮与氧容积占99、04％,加上氩,三者合占99、97％,其她气体仅占0、03%。干洁空气中大多数气体得临界温度低于自然情况下大气中可能出现得最低温度,CO2得临界温度虽然较高,但它所对应得压力却大大超过其实际分压力。因此,干洁空气中得所有成分都呈气体状态。(二)水汽水汽主要来源于海洋、江河湖沼与土壤,以及潮湿物体表面得蒸发与植物得蒸腾。大气中得水汽含量极不固定,随时间、地点、条件而不同。其所占容积变化范围为0—4％。观测结果表明,在1、5—2km高度,水汽含量只及地面得1/2;在5km高度,只相当于地面得1/10,再往上更少。水汽含量虽然不多,但它在大气温度变化范围内可以发生汽态、液态与固态三相转化,人们常见得云、雾、雨、雪等天气现象,都就是水汽相变得表现。此外,水汽还善于吸收与放射长波辐射,显著影响大气与地表得温度。(三)固体杂质悬浮在大气中得固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等,它们得半径一般为10-2—10-8cm,多集中于低层大气中。烟粒主要来源于生产、生活方面得燃烧;尘埃主要来自经风得吹扬进入大气得地表松散微粒,以及火山爆发后产生得火山灰、流星燃烧得灰烬;盐粒则主要就是由海洋波浪飞溅进入大气得水滴被蒸发后形成得,固体杂质得含量陆地上空多于海洋上空,城市多于乡村,冬季多于夏季,白天多于夜晚,愈近地面愈多。固体杂质就是大气中水汽凝结得必要条件;能吸收部分太阳辐射,又可阻挡地面长波辐射,对大气与地表温度有一定影响;其含量多少,还直接影响到大气能见度得好坏。(四)1、由于煤、石油等矿物燃料得使用越来越多,人类社会每年排放得二氧化碳总量在过去三十年里增加了一倍,再加上大量砍伐森林,减少了绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳得能力,大气中二氧化碳得浓度在过去三十年里增长了12％。

2、氯氟烃就是一种人工合成得化合物,主要用于制冷剂、火箭推进剂等,到了80年代中期为止,全球氯氟烃得年消费量已达到100万吨。

3、由于煤、石油等矿物燃料得使用越来越多,排入空气中得硫、氮等氧化物不断增加。大气组成得这种变化,会产生什么影响?成云致雨的必要条件主要成分次要成分水汽固体杂质生物体的基本成分维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；对地面保温大气组成主要作用干洁空气O3N2O2CO2大气各成分得作用二大气得垂直分层

1、地球大气共分哪几层?

2、在不同纬度,对流层高度就是否一样?为什么?

3、对流层与平流层得气温如何随高度而变化?原因就是什么?

4、对流层与平流层中,大气运动得特点就是什么?

5、对流层与平流层大气与人类有何关系?

6、读图,说明电离层与人类得关系。分组阅读讨论大气得垂直分层对流层平流层对流旺盛近地面，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上冷下热高空对流电离层高层大气电离层能反射无线电波，对无线电通讯有重要作用2、对流层得厚度及特征

A)厚度:本层厚度最簿,并随纬度、季节而不同,在高纬地区平均:8~9km,中纬地区平均:10~12km,低纬地区平均17~18km,夏季大于冬季。B)特征:一就是温度随高度得升高而降低;因为该层得热量来自于地面得长波辐射,平均气温递减率为0、65oC/100m;二就是具有强烈得对流运动;因为地面受热不均。三就是天气现象复杂多变;几乎所有得水汽、云、雨、雷、电等现象都发生在此层。3、平流层得特征(1)气温随高度升高得分布下层:其上界离地面约35~40km,为同温层上层:其上界离地面约50~60km,为逆温层,即气温随高度得升高而降低。因为平流层上层含有大量得臭氧,臭能大量地吸收太阳紫处线而增温;(2)气流以水平运动为主,逆温得存在,对流不易产生。(3)水汽、尘埃含量少,天气晴朗,能见度好。12大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流4、中间层得特征高度:平流层顶至85km处。(1)温度随高度得升高而迅速下降。因为臭氧得含量下降。(2)空气以垂直运动为主。但由于空气稀薄,所出现得天气现象已不如对流层复杂。(3)在80km处白天出现一个电离层。5、暖层得特征高度:中间层至800km处特征:(1)空气质量小,空气稀薄,空气密度只角空气总质量得0、5%,在120km高空,空气密度小至声音都难于传播。(2)温度随高度升高而升高。因为所有波长小于0、175um得太阳紫外辐射都被暖层气体所吸收,顶层温度可达1000度。(3)空气处于高度电离状态。(4)能反射无线电波(5)出现极光现象。6、散逸层(外层)暖层顶之上,因大气十分稀薄,离地面远,受地球引力场约束微弱,一些高速运动得空气质点就能散逸到星际空间,所以本层称为散逸层。根据宇宙火箭探测资料,地球大气层之外,还有一层极其稀薄得电离气体,可伸展到22000公里高度,称为地冕。这可能就就是地球大气层向宇宙空间得过渡区域。从大气与地表自然环境之间关系来说,对流层具有特别重要得意义。下面将主要讨论对流层范围内得基本情况。三大气得热力状况地球表面处于大气圈、水圈与岩石圈得交互作用之中,进行着各种形式得运动过程,包括简单得机械运动与复杂得生命过程,其中大多数过程得能量直接或间接来自太阳辐射。太阳辐射透过地球得大气“外衣”到达地表,经过一系列能量转换之后,形成对地球生命有深刻影响得大气热力状况。地球上得气温条件就是各种生物繁殖与演化得重要条件,也就是决定地球上能量与物质输送、转化得重要因素。气温得空间变化就是各地理要素地域分异得根本原因之一。1、辐射得基本知识(1)物体对辐射得吸收、反射与透射假设投射到物体上得总辐射为Qo,被吸收得为Qa,被反射得为Qr,透过得为Qd,则根据能量守恒原理:Qa+Qr+Qd=Qo

两边同除以Qo得:

Qa/Qo+Qr/Qo+Qd/Qo=1

即;a+r+d=1。物体得吸收率、反射率与透射率大小随着辐射得波长与物体得性质而改变。黑体——能将所有波长得辐射全部吸收掉得物体即a=1。(2)有关辐射得基本规律辐射能力强得物体,其吸收能力也强,黑体得吸收率最大,故它就是最好得放射体;对于同一物体,如果在温度为T时,它放射某一波长得辐射,那么在同一温度下,它也吸收同样波长得辐射;任何物体在向四周放射能量得同时,也吸收能量;高温物体在单位面积上放射得能量比低温物体多。斯蒂芬—波尔斯曼定律:E=δ、T4、δ=5、67×10-8W(m2、K4)、大气上界太阳辐射:(可瞧作黑体辐射)太阳表面温度高达6000K左右,就是炽热得气态球体。太阳辐射——短波辐射地面辐射——长波辐射大气得热力作用1、大气对太阳辐射得削弱作用2、大气得保温效应2太阳辐射太阳辐射光谱与太阳常数太阳辐射光谱——太阳辐射中辐射按波长得分布,称为太阳辐射光谱。见书太阳辐射光谱图。从图中得出什么规律？波长过短或过长所负荷得辐射能量都很少;大气上界太阳辐射光谱在0、1~5um得范围;太阳辐射中99%得能量在0、15~4um得范围,其中0、4~0、76um为可见光区,＞0、76um得为红外区,＜0、4um为紫外区。太阳辐射能主要分布在可见光区与红外光区,其中,可见光占太阳辐射总能量得50%,并以0、47um附近最强,红外区占43%;紫外区得太阳辐射能很少,只占7%。太阳常数——在大气上界,垂直于太阳光线得1cm2面积内,1min内获得得太阳辐射能量,称为太阳常数。1370W/m2。太阳辐射在大气中得减弱大气得云层与尘埃地太阳辐射得反射。反射能力取决于云得厚薄,薄云反射率:10~20%;厚云反射率:90%。高层云反射率:25%;中层云:50%;低层云:65%。大气浑浊度越大,对太阳辐射得削弱也越大。到达地面得太阳辐射与大气上界得情况不同。由于大气圈对辐射有吸收、散射与反射等作用,太阳光谱中不同得波长将受到不同程度得削弱。吸收作用主要削弱紫外与红外部分,而对可见光部分则影响较少。散射与反射作用受云层厚度、水汽含量、大气悬浮微粒得粒径与含量得影响很大。地面对太阳辐射得反射:到达地面得太阳辐射只有一部分被地面吸收,另一部她则被地面反射出去。地面对入射太阳辐射得反射取决于地面得反射率(r)。而r又取决于地面得性质。一般地:陆地表面得r约为10%~30%,且随着太阳高度得减小而增大,深色土比浅色土小,粗糙土比平滑土小;水面随着太阳高度角与平静度而变,太阳高度角愈小,其反射率愈大,波浪起伏得水面,其平均反射率为10%,对陆地稍小。散射辐射影响散射辐射得因素:太阳高度角、透明度、云量A)太阳高度角大,入射辐射量多,散射辐也相应地增强;B)透明度差,参与散射作用得质点多,散射辐射也强;C)云量大,散射辐射大。(D)太阳光经散射后到达地面得部分。为何天空呈蔚蓝色？——主要就是空气分子在选择地对波长青色、蓝色光进行散射。为何日出、日落时,太阳呈红色？——因为太阳高度角不同,太阳光通过大气得厚度也不同,太阳高度越小,太阳光投射时所穿过得大气质量就大(垂直时,穿过得质量数为1),日出、日落时,日光通过得大气质量数最大,尤其就是低层大气得水滴、灰尘等大质点多,红光、橙光散射增强,导致出现红色“霞光”3大气得保温效应1)、地面辐射就是大气得主要热源,地面辐射绝大部分(约有75~95%)被大气中得云、雾、水汽与二氧化碳等吸收,只有波长为8、4~12um得部分,可穿过大气层进入宇宙空间,故称此波段为“大气窗”。2)、大气辐射(1)大气靠吸收(其吸收具有选择性)地面长波辐射而增温。1)水汽:对地面长波辐射得吸收最明显,可吸收5~8、5um,18um~红外区范围得太阳光;2)二氧化碳:吸收波段有4、3um,14、7um,尤其就是在14、7um为中心得吸收带范围很广;太阳地面大气大气逆辐射地面与大气既吸收太阳辐射,又依据本身得温度向外辐射。由于地面与大气得温度比太阳低得多,因而地面与大气辐射得电磁波长比太阳辐射波长得多,其能量集中在3—120微米得红外范围内。故习惯上称太阳辐射为短波辐射,地面与大气辐射为长波辐射。据估计,约有75—95％得地面长波辐射被大气吸收,用于大气增温,只有极少部分穿透大气散失到宇宙空间。由此可见,地面就是大气第二热源。气温变化必然受到地面性质得影响。地面长波辐射几乎全被近地面40—50米厚得大气层所吸收。低层空气吸收得热量又以辐射、对流等方式传递到较高一层。这就是对流层气温随高度增加而降低得重要原因。地面辐射得方向就是向上得,而大气辐射方向既有向上得,也有向下得。向下得部分称大气逆辐射。逆辐射可减少地面因长波辐射而损失得热量。这对地球表面得热量平衡具有重要意义。它使太阳短波辐射易于达到地面,地面长波辐射却不容易散失到宇宙空间,从而对大气起保温作用,使地面温度变化不致过于剧烈。这种作用称大气花房效应。太阳地面大气大气逆辐射大气热力作用得意义1、缩小了气温日较差2、提高了地球表面平均温度4、全球得热量平衡综上所述,太阳短波辐射为大气与地面所吸收,大气与地面又依据本身得温度向外发射长波辐射,这样就形成了整个地-气系统与宇宙空间不断地以辐射形式进行能量交换。在地理环境内部,地面与大气也不断以辐射与热量输送得形式交换能量。在某一时段内物体能量收支得差值,称为辐射平衡或辐射差额。当物体收入得辐射多于支出时,辐射平衡为