認(rèn)識(shí)大氣課件

1目錄n大氣的組成n大氣的結(jié)構(gòu)——高度及垂直分層n大氣的物理性狀

1第一節(jié)大氣的組成大氣是由多種氣體混合組成的，此外，還懸浮有一些固體雜質(zhì)和液體微粒。一

、

干潔空氣1

、

定義及組成1）

定義“干”——干燥“潔”——潔凈大氣概述第一章2大氣中除固體雜質(zhì)和水汽之外的全部混合氣體，稱為干潔空氣。干潔空氣中大多數(shù)氣體的臨界溫度低于自然情況下大氣中可能出現(xiàn)的最低溫度，CO2

的臨界

溫度雖然較高，但它所對(duì)應(yīng)的臨界壓力卻大大超

過(guò)其實(shí)際分壓力。因此，干潔空氣中的所有成分

都呈氣體狀態(tài)。氮和氧容積占99.04％，加上氬，三者合占99.97％，其他氣體僅占

0.03%。

3微量氣體含量的表示：n微量氣體含量通常用體積或質(zhì)量混合比

表示，即單位體積（或質(zhì)量）大氣中微

量氣體所占體積（或質(zhì)量）的比例。n

以mL/L或mg/g表示n也用ppm、ppb、ppt表示

4一、干潔空氣1、定義及組成2）

組成

“單一”成分的氣體，平均分子量28.97

均質(zhì)大氣——90km以下非均質(zhì)大氣——90km以上±

主要成分（定常成分）

——N2、O2次要成分（可變成分）

——CO2、O3

5一、干潔空氣2、大氣中的氮和氧①

大氣的起源n

原始大氣（氫、氦為主）n

次生大氣（水汽、二氧化碳等）n

現(xiàn)代大氣（氮、氧為主要成分）②

氮、氧的作用

63、大氣中的二氧化碳①來(lái)源n

動(dòng)、植物的呼吸作用n

砍伐森林②分布和變化n

分布垂直分布——20km以下水平分布——不均勻n

時(shí)間變化季節(jié)變化——冬多夏少長(zhǎng)期變化——增加

7

大氣概述第一章CharlesDavidKeeling教授，

“他的研究引發(fā)了氣候變化科學(xué)”

，如今“研究全球變化的人，沒(méi)有人

不知道Keeling曲線”

，一年前，一個(gè)炎熱的夏日，因心臟病突發(fā)，于Montana州不幸去世，享年77歲。

9

101.5億個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成的曲線Atmospheric

CO2

Concentration3803703603503403303203101950196019701980199020002010大氣概述第一章11CO2季節(jié)變化（1971）CO2濃度（

ppmv）3303283263243223201

2

3

4

5

6

7

8

910

11

12月份季節(jié)變化大氣概述第一章12CO2季節(jié)變化（

1972）CO2濃度（ppmv）3323303283263243221

2

3

4

5

6

7

8

910

11

12月份CO2季節(jié)變化（

1971）3303283263243223201

2

3

4

5

6

7

8

910

11

12月份年際比較1971vs.

1972

13CO2濃度（

ppmv）CO2季節(jié)變化（

1970）CO2季節(jié)變化（

1971）CO2濃度（ppmv）3303283263243223201

2

3

4

5

6

7

8

910

11

12月份CO2濃度（ppmv）3303283263243223201

2

3

4

5

6

7

8

910

11

12月份年際比較1970vs.

1971

14年際變化1970-1972CO2濃度（

ppmv）3323303283263243223203181

4

7

10

13

16

19

22

25

28

31

34月（自1970年1月始）大氣概述第一章15

16

17Annualaveragecarbon

budget

for

1980-1989CO2sources

GtC/yr(1)

Fossilfuelcombustionandcementproduction

5.5+/-0.5(2)Tropical

land

use

change

1.6+/-1.0(3)Total

anthropogenic

emission

7.1+/-1.1Partitioningamongreservoirs(4)Storage

in

the

atmosphere3.3+/-0.2(5)

Ocean

uptake

2.0+/-0.8(6)

UptakebyN.H.forest

regrowth

0.5+/-0.5(7)

Inferredsink:(3)-(4)-(5)-(6)1.3+/-1.5

183、大氣中的二氧化碳③作用n重要的溫室氣體n

“空中肥料”

19

20引起氣候變化的因素

自然波動(dòng)：太陽(yáng)輻射的變化、火山爆發(fā)等；人類活動(dòng)：溫室氣體和硫化物氣溶膠的

排放、土地利用的變化等。1991年6月12日從克拉克空軍

基地東邊拍攝的皮納圖博火山

噴發(fā)的塵埃柱。圖片來(lái)源：USGS大氣概述第一章21UNFCCCn

Signed

1992,

Rio

Earth

Summit,

Braziln

United

Nations

FrameworkConvention

onClimate

Changen

Effective

March

1994大氣概述第一章22TheKyotoProtocoln

1997n

Specified

legally

bindingcommitments

by

most

industrializedcountriestoreducetheircollectivegreenhousegas

(GHG)emissions

by

at

least5

percentcompared

to

1990levels

by

period2008-2012.

234、大氣中的臭氧①來(lái)源光化反應(yīng)

②

分布垂直分布規(guī)律“臭氧空洞”③

作用“溫室氣體”“保護(hù)傘”

24經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在南極上空臭氧層出現(xiàn)“空洞”這一新現(xiàn)象，引起了世界各國(guó)科學(xué)家的極大注視。近

幾年，每逢到8～11月時(shí)，美

國(guó)的觀測(cè)衛(wèi)星便在南極上空拍

攝照片，觀察臭氧層的變化情

況，發(fā)現(xiàn)臭氧層逐年變薄，

并

已形成一個(gè)相當(dāng)大的空洞。到

目前為止，南極臭氧層空洞（簡(jiǎn)稱為臭氧空洞）的面積已

達(dá)900萬(wàn)平方公里。

25南極臭氧空洞的解釋：n宇宙高能粒子簇破壞了臭氧層。n化學(xué)反應(yīng)引起臭氧損耗造成臭氧空洞。n大量廢氣的排放使臭氧層出現(xiàn)空洞。

26早在20世紀(jì)70年代初期，科學(xué)家們指出人類向大氣中排放的氟氯烴等物質(zhì)會(huì)使大氣中的臭氧遭到破壞，隨后聯(lián)合國(guó)環(huán)境署制定了

“世界保護(hù)臭氧層行動(dòng)計(jì)劃

”。1985年21個(gè)國(guó)家的政府代表簽署了《保護(hù)臭氧層維也納公約》，呼吁各國(guó)政府采取聯(lián)合行動(dòng)，保護(hù)臭氧層。1987年9月，

36個(gè)國(guó)家和10個(gè)國(guó)際組織的140名代表和觀察員在加拿大蒙特利爾集會(huì)，通過(guò)了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議

定書(shū)》

，進(jìn)一步提出了控制消耗臭氧層物質(zhì)的具體措施和方案。到

目前為止，《議定書(shū)》的締約方已達(dá)到165個(gè)之多，反映了世界各國(guó)

政府對(duì)保護(hù)臭氧層工作的重視和責(zé)任。聯(lián)合國(guó)環(huán)境署還規(guī)定從1995年起，每年9月16日為“

國(guó)際保護(hù)臭氧層日

”，以增加世界人民保護(hù)臭氧層的意識(shí)，提高參與保護(hù)臭氧

層行動(dòng)的積極性。

27我國(guó)政府和科學(xué)家們非常關(guān)心保護(hù)大氣臭氧層這一全球性的重大環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)早于1989年

就加入了《保護(hù)臭氧層維也納公約》，先后積極

派團(tuán)參與了歷次的《公約》和《議定書(shū)》的締約國(guó)會(huì)議，并于1991年加入了修正后的《議定書(shū)》。

我國(guó)還成立了保護(hù)臭氧層領(lǐng)導(dǎo)小組，開(kāi)始編制并完成了《中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國(guó)家方案》。根據(jù)這一方案，我國(guó)已于1999年7月1日凍結(jié)了氟氯化碳的生產(chǎn)，并將于2010年前，全部

停止生產(chǎn)和使用所有消耗臭氧層物質(zhì)。

28二、大氣中的水汽1、

來(lái)源n

水面的蒸發(fā)n

植物的蒸騰2、

分布n

垂直分布——主要集中在大氣的底層n

水平分布——海洋上空多于陸地上空n

時(shí)間變化3、

作用n

天氣變化的重要角色n

影響能量的傳輸和轉(zhuǎn)化

29三、大氣氣溶膠——大氣中懸浮的固體和液體微粒1、

來(lái)源n

自然源——火山噴發(fā)、被風(fēng)吹起的土壤微粒、海水飛濺等n

人為源2、

分布n

垂直分布n

水平分布3、

作用n

破壞能見(jiàn)度n

凝結(jié)核

30§1.2

大氣的結(jié)構(gòu)一、大氣的高度大氣的總質(zhì)量：5.27×1018

kg

大氣密度隨高度的變化n

物理上界——極光、1200kmn

著眼于大氣密度——2000

～

3000km二、

大氣的垂直分層1、垂直分層的依據(jù)大氣在垂直方向上物理性質(zhì)有顯著差異2、大氣的垂直分層大氣概述第一章31極光大氣概述第一章32

33高層大氣電離層第一章

大氣概述對(duì)流旺盛近地面，

緯度不同厚度變；

高度增來(lái)溫度減，

只因熱源是地面；

天氣復(fù)雜且多變，

風(fēng)云雨雪較常見(jiàn)電離層能反射

無(wú)線電波，對(duì)

無(wú)線電通訊有

重要作用氣溫初穩(wěn)后升熱

只因?qū)又谐粞醵?/p>

水平流動(dòng)天氣好

高空飛行很適合上冷下熱高空對(duì)流平流層對(duì)流層34名

稱范

圍主要特征氣溫的垂

直變化大氣運(yùn)動(dòng)狀況成分及其他對(duì)流層對(duì)流層頂遞

減對(duì)流顯著氣象要素水平分布

不均勻平流層~55km左右遞

增平

流臭氧、水汽含量極

少、微塵少中間層~85km左右遞

減強(qiáng)烈的垂直

運(yùn)動(dòng)水汽更少、夜光云、

電離層D層暖層不確定遞

增電離層、極光散逸層外

層大氣粒子經(jīng)常散逸

到星際空間大氣的垂直分層

bl

35大氣概述第一章對(duì)流層的范圍n

緯度變化低緯度地區(qū)——17～18km

中緯度地區(qū)——10

～

12km

高緯度地區(qū)——8～

9kmn

季節(jié)變化——夏季>

冬季

36對(duì)流層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n

下層——擾動(dòng)層、摩擦層、行星邊界層范圍、

特點(diǎn)霾n

中層n

上層n

對(duì)流層頂

37n霾，也稱灰霾（煙霞），是指原因不明的因大量煙、塵等微粒

懸浮而形成的渾濁現(xiàn)象。霾的核心物質(zhì)是空氣中懸浮的灰塵顆

粒。

空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)碳?xì)浠衔锏攘Ｗ右?/p>

能使大氣混濁，視野模糊并導(dǎo)致能見(jiàn)度惡化，如果水平能見(jiàn)度

小于10000米時(shí)，將這種非水成物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成的視

程障礙稱為霾

(Haze)或灰霾（

Dust-haze），香港天文臺(tái)稱煙

霞(Haze)。n霾和霧：區(qū)別在于發(fā)生霾時(shí)相對(duì)濕度不大，而霧中的相對(duì)濕度

是飽和的(如有大量凝結(jié)核存在時(shí)，相對(duì)濕度不一定達(dá)到100%

就可能出現(xiàn)飽和)。一般相對(duì)濕度小于80％時(shí)的大氣混濁視野

模糊導(dǎo)致的能見(jiàn)度惡化是霾造成的，相對(duì)濕度大于90%時(shí)的大

氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見(jiàn)度惡化是霧造成的，相對(duì)濕度介于

80-90%之間時(shí)的大氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見(jiàn)度惡化是霾和霧

的混合物共同造成的，但其主第要一章成大分氣

述霾。

38對(duì)流層的主要特征n

一是溫度隨高度的升高而降低；因?yàn)樵搶拥?/p>

熱量來(lái)自于地面的長(zhǎng)波輻射，平均氣溫遞減

率為0.65oC/100m；n

二是具有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)；

因?yàn)榈孛媸軣岵?/p>

均。n

三是天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變；幾乎所有的水汽、

云、雨、雷、電等現(xiàn)象都發(fā)生在此層。

39平流層的特征n

氣溫隨高度升高的分布下層：其上界離地面約35~40km，為同溫層上層：其上界離地面約50~60km，為逆溫層，即氣溫隨高度的升高而降低。因?yàn)槠搅鲗由蠈雍?/p>

有大量的臭氧，臭能大量地吸收太陽(yáng)紫處線而

增溫。n

氣流以水平運(yùn)動(dòng)為主，逆溫的存在，對(duì)流不易產(chǎn)生。n

水汽、塵埃含量少，天氣晴朗，能見(jiàn)度好。

40中間層的特征高度：平流層頂至85km處。（1）溫度隨高度的升高而迅速下降。因?yàn)槌?/p>

氧的含量下降。（2）空氣以垂直運(yùn)動(dòng)為主。但由于空氣稀

薄，所出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象已不如對(duì)流層復(fù)雜。（3）在80km處白天出現(xiàn)一個(gè)電離層。大氣概述第一章41暖層的特征高度：增溫——等溫；中間層至800km處（1）

空氣質(zhì)量小，空氣稀薄，空氣密度只占空氣

總質(zhì)量的0.5%，在120km高空，空氣密度小至聲

音都難于傳播。（2）

溫度隨高度升高而升高。因?yàn)樗胁ㄩL(zhǎng)小于

0.175μm的太陽(yáng)紫外輻射都被暖層中的大氣物質(zhì)

所吸收。（3）

空氣處于高度電離狀態(tài)，能反射無(wú)線電波。（5）

出現(xiàn)極光現(xiàn)象。大氣概述第一章42散逸層（外層）因大氣十分稀薄，離地面遠(yuǎn)，受地球引力場(chǎng)約束微弱，一些高速運(yùn)動(dòng)的空氣質(zhì)點(diǎn)就能散逸到星際空間，所以本層稱為散逸層。根據(jù)宇宙火箭探測(cè)資料，地球大氣層之外，還有一層極其稀薄的電離氣體，可伸展到22000公里高度，稱為地冕。這可能就是地球大氣層

向宇宙空間的過(guò)渡區(qū)域。

43從大氣與地表自然環(huán)境之間關(guān)系來(lái)

說(shuō)，

對(duì)流層具有特別重要的意義。

44本節(jié)總結(jié)：n大氣是各種氣體的混合物，嚴(yán)格地講還含有少量懸浮的固體和液體微粒。氮、氧、氬是組成空氣的基本成

分；二氧化碳、臭氧等的含量與人類活動(dòng)有密切的關(guān)

系；水汽等是易變的成分。n大氣成分、溫度、密度等在垂直方向上存在顯著差異，由此可將大氣分為五層：對(duì)流層、平流層、中間層、暖層、散逸層。其中對(duì)流層集中了75％的大氣質(zhì)

量和90％的水汽，是氣象學(xué)研究的重點(diǎn)。

45§

1.3

大氣的物理性狀

46一、大氣的基本物理性質(zhì)n連續(xù)性-

流體微團(tuán)：宏觀——非常小；微觀——非常大-

連續(xù)性n流動(dòng)性n不可壓縮性

n粘性

47n大氣密度的空間分布不僅與壓強(qiáng)有關(guān)，

而且還依賴于溫度；n大氣運(yùn)動(dòng)可以看成由兩部分組成的：一

是有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；二是無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。

48一、主要的氣象要素氣象要素是指表示大氣屬性和現(xiàn)象的物理量，如氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量、降

水量、能見(jiàn)度等。氣象要素的觀測(cè)

地面氣象觀測(cè)站第一章

大氣概述nn49地面氣象觀測(cè)站

50CAWS600自動(dòng)氣象站大氣概述第一章51無(wú)人氣象站大氣概述第一章521.

氣溫n

定義：反映空氣冷熱程度的物理量。n

單位：絕對(duì)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)，Kelvin

）

攝氏溫標(biāo)（

Celsius

）華氏溫標(biāo)（

Fahrenheit

）n

觀測(cè)干濕球溫度表最高氣溫表最低氣溫表雙金屬溫度計(jì)

53最高溫度表結(jié)構(gòu)及工作原理

54最低溫度表的結(jié)構(gòu)與工作原理

55雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理

56定義——大氣壓強(qiáng)。靜止大氣中任意高度上的氣壓值等于單位面積上所承受的大氣重量。單位帕斯卡、百帕毫米水銀柱高度（mmHg）大氣壓觀測(cè)動(dòng)槽水銀氣壓表

572.

氣壓空盒氣壓計(jì)

繼續(xù)

、

第一章

大氣概述動(dòng)槽式水銀氣壓表583.

濕度·定義表示大氣潮濕程度的物理量

表示濕度的常用物理量絕對(duì)濕度水汽壓和飽和水汽壓、飽和差相對(duì)濕度比濕混合比露點(diǎn)

觀測(cè)l

定義、表達(dá)式、單位、換算

l

59絕對(duì)濕度n定義：?jiǎn)挝惑w積濕空氣中所含的水汽量n表達(dá)式n單位：g/m3

60水汽壓：大氣中水汽所產(chǎn)生的那部分壓強(qiáng)P=Pd

+

ee

=P

-

Pd水汽壓與絕對(duì)濕度的換算關(guān)系：飽和差-

飽和空氣-

飽和水汽壓-

飽和差nnn大氣概述第一章61n相對(duì)濕度-

定義：實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和