大氣物理學(xué)：第一章 引言

1、大氣物理學(xué) 第一章 引言,成都信息工程學(xué)院-大氣科學(xué)學(xué)院 Chengdu University of Information Technology-College of Atmospheric Sciences,在已掌握的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)的基礎(chǔ)上，使用數(shù)學(xué)、物理工具進(jìn)行基本規(guī)律和公式的推導(dǎo)、證明、描述。側(cè)重于從大氣科學(xué)的角度去解釋這些公式的物理意義，解釋這些規(guī)律所反映的物理過(guò)程、物理現(xiàn)象的本質(zhì)，并與實(shí)際生活相聯(lián)系，以加深理解。,學(xué)習(xí)目的：,2,2,第一章 大氣概述,1 地球大氣的演化 2 地球大氣成分 3 大氣結(jié)構(gòu) 4 氣象要素 5 空氣狀態(tài)方程,3,2 地球大氣成分,地球大氣由多種氣體和懸浮于

2、其中的固體粒子或氣體粒子(稱為大氣氣溶膠)所組成。在地球大氣的氣體成分中，水汽是最重要、最活躍的，它不但造成云雨雷電、天氣變化，而且在地球的生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。 通常地球大氣包括三部分，即多種氣體成分組成的干空氣、水(可處于氣、固、液三態(tài)中之一態(tài))及懸浮的氣溶膠粒子。 地球大氣的各種成分分類： 根據(jù)濃度的分類 根據(jù)平均滯留時(shí)間的分類,4,（1）碳化合物- CO2 來(lái)源：有機(jī)物燃燒，腐爛和生物呼吸。 作用： 對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收和放射，影響地面和大氣的溫度（溫室氣體）。 是植物光合作用不可缺少的原料。,1 干潔大氣,5,（2）O3 O3的來(lái)源： 高空臭氧：高層大氣中的臭氧主要是氧分子吸收一定波長(zhǎng)

3、的太陽(yáng)輻射，形成氧原子，而后氧原子在第三種中性粒子M的參與下與氧分子結(jié)合，形成臭氧。 低空臭氧：低空臭氧主要是從高空輸送而來(lái)，另外對(duì)流層大氣的光化學(xué)反應(yīng)也是臭氧的另一個(gè)主要來(lái)源，還有一部分由雷暴閃電、有機(jī)物氧化生成。,干潔大氣,6,O3的作用： 能強(qiáng)烈吸收紫外輻射，對(duì)大氣有增溫作用，影響了大 氣溫度的垂直分布及高層大氣的加熱過(guò)程。 吸收了絕大部分的紫外輻射，使生物有機(jī)體免遭傷害。 對(duì)紅外輻射的吸收，使地面向外空間的輻射受阻，也促進(jìn)了大氣的增溫。,（2）O3,7,2 地球大氣成分,1 干潔大氣 2 水汽 3 氣溶膠,8,2 水汽,來(lái)源：來(lái)自江、河、湖、海及潮濕物體表面的水分蒸發(fā)和植物蒸騰作用 水

4、汽的時(shí)空分布：地面高空，熱帶極地， 海洋沙漠，夏季冬季 作用：a、云和降水的源泉 b、影響地面、空氣溫度及大氣垂直運(yùn)動(dòng) c、水循環(huán)，聯(lián)系四圈（圖）,9,2 地球大氣成分,1 干潔大氣 2 水汽 3 氣溶膠,10,3 氣溶膠,（1）定義：懸浮在大氣中的各種固體和液體粒子。 （2）按尺度分類 尺度：10-3102m 數(shù)密度： 102106個(gè)/cm3， 城市農(nóng)村，陸地海洋，冬季夏季,11,3 氣溶膠,（3）來(lái)源 人為源：燃燒、工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的煙粒、煤煙粒子，核實(shí)驗(yàn)，氣粒轉(zhuǎn)化過(guò)程。 自然源：土壤巖石風(fēng)化及火山爆發(fā)、 森林火災(zāi)、海洋濺沫、云滴、 冰晶、宇宙塵埃、有機(jī)質(zhì)點(diǎn)等。,12,3 氣溶膠,（4）作用

5、在云霧降水中的作用：作為大氣中水汽凝結(jié)或凍結(jié)的核心(凝結(jié)核或凍結(jié)核)，是形成云霧降水的條件。 對(duì)大氣輻射過(guò)程的影響：能吸收和散射太陽(yáng)輻射、大氣和地面發(fā)射的長(zhǎng)波輻射，改變地球的輻射平衡。 對(duì)大氣光學(xué)特性的影響：氣溶膠也會(huì)造成大氣污染，使能見(jiàn)度降低。 對(duì)大氣電學(xué)特性影響：小離子被愛(ài)根核吸附后成為大離于。晴天大氣電場(chǎng)的方向向下，地面相對(duì)地帶著負(fù)電荷。正、負(fù)離子在大氣電場(chǎng)作用下就形成了垂直方向的傳導(dǎo)電流。 在大氣化學(xué)過(guò)程中的作用：氣溶膠粒子在大氣的許多化學(xué)過(guò)程中起作用。固態(tài)粒子能夠吸附大氣中的微量氣體，液態(tài)粒子能溶解微量氣體，它們起化學(xué)反應(yīng)后生成新的物質(zhì)微粒,13,第一章 大氣概述,1 地球大氣的演化

6、 2 地球大氣成分 3 大氣結(jié)構(gòu) 4 氣象要素 5 空氣狀態(tài)方程,14,4 氣象要素,一 氣溫 二 氣壓 三 風(fēng) 四 云 五 降水 六 能見(jiàn)度 七 大氣濕度 八 常用的濕度參量間關(guān)系,15,七、大氣濕度,1、混合比 r 混合比 r：一定體積空氣中所含水汽質(zhì)量和干空氣質(zhì)量之比，單位為g/kg，kg/kg。 飽和混合比 rs,16,七、大氣濕度,2、比濕 q 比濕 q：一定體積空氣中所含水汽質(zhì)量與濕空氣總質(zhì)量之比，單位為g/g，g/kg。 飽和比濕 qs,17,七、大氣濕度,3、水汽壓 e 水汽壓e：空氣中所含水汽的分壓強(qiáng)，單位為Pa, hPa。 （濕空氣）飽和水汽壓es： 某一溫度下，空氣中的水

7、汽達(dá)到飽和時(shí)所具有的水汽壓，它表示了空氣中水汽的最大容量，也叫最大水汽壓。單位為hPa。飽和水汽壓僅是溫度的函數(shù)。,18,七、大氣濕度,4、絕對(duì)濕度 v ：?jiǎn)挝惑w積濕空氣中所含的水汽的質(zhì)量，即水汽的密度v，單位為gm-3 , kgm-3 。 5、相對(duì)濕度 Uw：一定溫度和壓強(qiáng)下，水汽和飽和水汽的摩爾分?jǐn)?shù)之比。(混和物中某一組分的物質(zhì)的量與混和物物質(zhì)的量之和之比) 6、露點(diǎn)(霜點(diǎn))溫度 Td ( Tf )：濕空氣中水汽含量和氣壓不變的條件下，氣溫降低到對(duì)水（冰）面而言空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，簡(jiǎn)稱露點(diǎn)(霜點(diǎn)) 。 7、溫度露點(diǎn)差(T- Td )：(T- Td )愈小，空氣愈近飽和；(T- Td )愈

8、大，空氣愈不飽和，飽和濕空氣的溫度露點(diǎn)差等于零。,露點(diǎn)td、霜點(diǎn)tf,濕空氣在水汽含量不變的情況下，等壓降溫至相對(duì)于水平面達(dá)飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)；等壓降溫至相對(duì)于冰平面達(dá)飽和時(shí)的溫度稱為霜點(diǎn)。,20,八、常用的濕度參量間關(guān)系,飽和水汽壓 es 馬格納斯（Magnus）公式,經(jīng)驗(yàn)公式,21,八、常用的濕度參量間關(guān)系,1. 飽和水汽壓es,簡(jiǎn)單的Tetens經(jīng)驗(yàn)公式,水面,冰面,或轉(zhuǎn)化為攝氏溫標(biāo)、10為底的指數(shù)公式,es0=6.11，0的飽和水汽壓；水面：a=7.5，b=237.3；冰面： a=9.5，b=265.5,22,八、常用的濕度參量間關(guān)系,一塊體積為V 、溫度為T的濕空氣中，水汽和干空氣狀態(tài)方程分別為：,2. r、q與e的關(guān)系,23,Rv=461.5 Rd=287.05,八、常用的濕度參量間關(guān)系,2. r、q和e的關(guān)系,24,八、常用的濕度參量間關(guān)系,3. 相對(duì)濕度Uw (或RH)、 r和q,25,八、常用的濕度參量間關(guān)系,4. 露點(diǎn)Td和霜點(diǎn)Tf,26,例題：,27,例題：,28,例題：,29,例題：,30,三、水汽狀態(tài)方程,水汽狀態(tài)方程為,帶入（5