第三章_大氣圈與氣候系統(tǒng)第一節(jié) 大氣的組成和熱能

1、第三章第三章 大氣圈與氣候系統(tǒng)大氣圈與氣候系統(tǒng) 重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)及難點(diǎn) o 大氣熱能性質(zhì)大氣熱能性質(zhì) o 大氣運(yùn)動(dòng)形式及特點(diǎn)大氣運(yùn)動(dòng)形式及特點(diǎn) o 各種氣候類型的判斷各種氣候類型的判斷 o 大氣的組成和熱能大氣的組成和熱能 o 大氣水分和降水大氣水分和降水 o 大氣運(yùn)動(dòng)和天氣系統(tǒng)大氣運(yùn)動(dòng)和天氣系統(tǒng) o 氣候的形成氣候的形成 o 氣候變化氣候變化 第一節(jié)第一節(jié) 大氣的組成和熱能大氣的組成和熱能 一、大氣的成分一、大氣的成分 （一）（一） 干潔空氣干潔空氣 通常把除水汽、液體和固體雜質(zhì)外的整個(gè)混合氣體通常把除水汽、液體和固體雜質(zhì)外的整個(gè)混合氣體 稱為干潔空氣。簡(jiǎn)稱干空氣。它是地球大氣的主體，主稱為干

2、潔空氣。簡(jiǎn)稱干空氣。它是地球大氣的主體，主 要成分是氮、氧、氬、二氧化碳等，此外還有少量氫、要成分是氮、氧、氬、二氧化碳等，此外還有少量氫、 氖、氪、氙、臭氧等稀有氣體。氖、氪、氙、臭氧等稀有氣體。 氮：氮：78%，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定；，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定； 氧：氧：21% 二氧化碳：二氧化碳：20KM以下，由有機(jī)物燃燒、生物呼吸等產(chǎn)生；以下，由有機(jī)物燃燒、生物呼吸等產(chǎn)生； 臭氧：臭氧：10-40KM，臭氧層（，臭氧層（20-25KM），臭氧空洞），臭氧空洞； （二）水汽（二）水汽 大氣中水汽是一種可變氣體，含量不僅隨時(shí)間和地點(diǎn)變化。大氣中水汽是一種可變氣體，含量不僅隨時(shí)間和地點(diǎn)變化。 1 分布特點(diǎn)：

3、分布特點(diǎn)： 垂直方向：主要集中于大氣底部；垂直方向：主要集中于大氣底部； 水平方向：海洋上空多于陸地，鄉(xiāng)村多于城市；水平方向：海洋上空多于陸地，鄉(xiāng)村多于城市； 2 作用作用 可造成云、霧等一系列天氣現(xiàn)象；可造成云、霧等一系列天氣現(xiàn)象； 影響氣溫；影響氣溫； 保溫作用；保溫作用； （三）（三） 固、液體雜質(zhì)固、液體雜質(zhì) ： 大氣懸浮固體雜質(zhì)和液體微大氣懸浮固體雜質(zhì)和液體微 粒，也可稱為氣溶膠粒子。粒，也可稱為氣溶膠粒子。 1 大的水溶性氣溶膠粒子最易使水氣凝結(jié)，是大的水溶性氣溶膠粒子最易使水氣凝結(jié)，是 成云致雨的重要條件。成云致雨的重要條件。 2氣溶膠粒子能吸收部分太陽(yáng)輻射并散射輻射，氣溶膠粒子

4、能吸收部分太陽(yáng)輻射并散射輻射， 從而改變大氣透明度。它影響太陽(yáng)輻射、增大散射輻從而改變大氣透明度。它影響太陽(yáng)輻射、增大散射輻 射、大氣長(zhǎng)波逆輻射，都有可能破壞地球的輻射平衡。射、大氣長(zhǎng)波逆輻射，都有可能破壞地球的輻射平衡。 3 時(shí)間分布：白天多于晚上，冬季多于夏季時(shí)間分布：白天多于晚上，冬季多于夏季。 大氣中二氧化碳濃度的增加 大氣中二氧化碳濃度變化趨勢(shì)與氣溫變化趨大氣中二氧化碳濃度變化趨勢(shì)與氣溫變化趨 勢(shì)有什么共同特征？勢(shì)有什么共同特征？ （四）（四）1、由于煤、石油等礦物燃料的使用越來(lái)越多，、由于煤、石油等礦物燃料的使用越來(lái)越多， 人類社會(huì)每年排放的二氧化碳總量在過(guò)去三十年里增人類社會(huì)每年

5、排放的二氧化碳總量在過(guò)去三十年里增 加了一倍，再加上大量砍伐森林，減少了綠色植物通加了一倍，再加上大量砍伐森林，減少了綠色植物通 過(guò)光合作用吸收二氧化碳的能力，大氣中二氧化碳的過(guò)光合作用吸收二氧化碳的能力，大氣中二氧化碳的 濃度在過(guò)去三十年里增長(zhǎng)了濃度在過(guò)去三十年里增長(zhǎng)了12。 2、氯氟烴是一種人工合成的化合物，主要用于制、氯氟烴是一種人工合成的化合物，主要用于制 冷劑、火箭推進(jìn)劑等，到了冷劑、火箭推進(jìn)劑等，到了80年代中期為止，全球氯年代中期為止，全球氯 氟烴的年消費(fèi)量已達(dá)到氟烴的年消費(fèi)量已達(dá)到100萬(wàn)噸。萬(wàn)噸。 3、由于煤、石油等礦物燃料的使用越來(lái)越多，排入、由于煤、石油等礦物燃料的使用越

6、來(lái)越多，排入 空氣中的硫、氮等氧化物不斷增加。空氣中的硫、氮等氧化物不斷增加。 成云致雨的必要條件成云致雨的必要條件 主要主要 成分成分 次要次要 成分成分 水水 汽汽 固體雜質(zhì)固體雜質(zhì) 生物體的基本成分生物體的基本成分 維持生物活動(dòng)的必要物質(zhì)維持生物活動(dòng)的必要物質(zhì) 植物光合作用的原料；對(duì)地面保溫植物光合作用的原料；對(duì)地面保溫 吸收紫外線，使地球上的生吸收紫外線，使地球上的生 物免遭過(guò)量紫外線的傷害物免遭過(guò)量紫外線的傷害 成云致雨的必要條件；對(duì)地面保溫成云致雨的必要條件；對(duì)地面保溫 大氣組成大氣組成主主 要要 作作 用用 干干 潔潔 空空 氣氣 O3 N2 O2 CO2 大氣各成分的作用 2大

7、氣的結(jié)構(gòu)大氣的結(jié)構(gòu) （一）（一） 大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量 1 大氣上界大氣上界 A 在理論上，當(dāng)壓力為零或接近于零的高度為大氣頂層，在理論上，當(dāng)壓力為零或接近于零的高度為大氣頂層， 但這種高度不可能出現(xiàn)。因?yàn)樵诤芨叩母叨葷u漸到達(dá)星際空但這種高度不可能出現(xiàn)。因?yàn)樵诤芨叩母叨葷u漸到達(dá)星際空 間，不存在完全沒有空氣分子的地方。間，不存在完全沒有空氣分子的地方。 B 氣象學(xué)家認(rèn)為，只要發(fā)生在最大高度上的某種現(xiàn)象與地氣象學(xué)家認(rèn)為，只要發(fā)生在最大高度上的某種現(xiàn)象與地 面氣候有關(guān)，便可定義這個(gè)高度為大氣上界。因此，過(guò)去曾面氣候有關(guān)，便可定義這個(gè)高度為大氣上界。因此，過(guò)去曾 把極光出現(xiàn)的最大高度（把極光出現(xiàn)的最大高

8、度（1200km）定為大氣上界。）定為大氣上界。 C 物理學(xué)家、化學(xué)家則從大氣物理、化學(xué)特征出發(fā)，認(rèn)為物理學(xué)家、化學(xué)家則從大氣物理、化學(xué)特征出發(fā)，認(rèn)為 大氣上界至少高于大氣上界至少高于1200km，但不超過(guò)，但不超過(guò)3200km，因?yàn)樵谶@個(gè)，因?yàn)樵谶@個(gè) 高度上離心力已超過(guò)重力，大氣密度接近星際氣體密度。所高度上離心力已超過(guò)重力，大氣密度接近星際氣體密度。所 以在高層大氣物理學(xué)中，常把大氣上界定在以在高層大氣物理學(xué)中，常把大氣上界定在3000km。 2 大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量 大氣高度雖然不易確定，大氣質(zhì)量卻可以從理論上求大氣高度雖然不易確定，大氣質(zhì)量卻可以從理論上求 得。假定大氣是均質(zhì)的，則大氣高度

9、約為得。假定大氣是均質(zhì)的，則大氣高度約為8000m，整個(gè)，整個(gè) 大氣柱的質(zhì)量為大氣柱的質(zhì)量為 mpH 1.12510 3 8105 1013.3g/cm2 p為標(biāo)準(zhǔn)情況下（為標(biāo)準(zhǔn)情況下（T0度，氣壓為度，氣壓為1013.25hPa）大）大 氣密度氣密度 。 大氣密度按指數(shù)規(guī)律減小，大氣質(zhì)量也如此。大氣密度按指數(shù)規(guī)律減小，大氣質(zhì)量也如此。 （二）（二） 大氣壓力大氣壓力 1 氣壓氣壓 ：觀測(cè)高度到大氣上界單位面積上（橫截面積：觀測(cè)高度到大氣上界單位面積上（橫截面積1cm2） 鉛直空氣柱的重量。鉛直空氣柱的重量。 A 單位：?jiǎn)挝唬篜a(國(guó)際單位制）；國(guó)際單位制）；hPa(氣象學(xué)氣象學(xué)); B 測(cè)量

10、儀器：水銀氣壓表和空盒氣壓計(jì)測(cè)量?jī)x器：水銀氣壓表和空盒氣壓計(jì) C 周期變化：地面的氣壓值在周期變化：地面的氣壓值在9801040hPa之間變動(dòng)，平均之間變動(dòng)，平均 為為1013hPa。 日變化：一晝夜有兩個(gè)最高值（日變化：一晝夜有兩個(gè)最高值（910時(shí)，時(shí)，2122時(shí)）和兩個(gè)時(shí)）和兩個(gè) 最低值（最低值（34時(shí)，時(shí)，1516時(shí)）。熱帶的日變化比溫帶明顯。時(shí)）。熱帶的日變化比溫帶明顯。 年變化：赤道地區(qū)氣壓年變化不大，高緯地區(qū)較大；大陸和年變化：赤道地區(qū)氣壓年變化不大，高緯地區(qū)較大；大陸和 海洋也有顯著差別，大陸冬季氣壓高，夏季最低，而海洋相反。海洋也有顯著差別，大陸冬季氣壓高，夏季最低，而海洋相反

11、。 D 非周期變化。氣壓非周期變化常與大氣環(huán)流和和天氣系統(tǒng)有非周期變化。氣壓非周期變化常與大氣環(huán)流和和天氣系統(tǒng)有 關(guān)，且變化幅度大。關(guān)，且變化幅度大。 2 氣壓的垂直分布?xì)鈮旱拇怪狈植?氣壓大小取決于所在水平面的大氣質(zhì)量，隨高氣壓大小取決于所在水平面的大氣質(zhì)量，隨高 度的上升，大氣柱質(zhì)量減少，所以氣壓隨高度升高度的上升，大氣柱質(zhì)量減少，所以氣壓隨高度升高 而降低。而降低。 在氣壓相同條件下，氣柱溫度愈高，單位氣壓高在氣壓相同條件下，氣柱溫度愈高，單位氣壓高 度差愈大，氣壓垂直梯度愈小；在相同氣溫下，氣度差愈大，氣壓垂直梯度愈?。辉谙嗤瑲鉁叵?，氣 壓愈高單位氣壓高度差愈小，氣壓垂直梯度愈大。壓愈

12、高單位氣壓高度差愈小，氣壓垂直梯度愈大。 氣壓隨高度的實(shí)際變化與氣溫和氣壓條件有關(guān)氣壓隨高度的實(shí)際變化與氣溫和氣壓條件有關(guān) （三）（三） 大氣分層大氣分層 按照分子組成，大氣可分為兩個(gè)大層次，即均質(zhì)層和非按照分子組成，大氣可分為兩個(gè)大層次，即均質(zhì)層和非 均質(zhì)層。均質(zhì)層。(85KM) 按照大氣化學(xué)和大氣物理性質(zhì)，大氣可分為光化層和離按照大氣化學(xué)和大氣物理性質(zhì)，大氣可分為光化層和離 子層。子層。 在氣象學(xué)中，根據(jù)溫度和大氣運(yùn)動(dòng)狀況將大氣圈分為五在氣象學(xué)中，根據(jù)溫度和大氣運(yùn)動(dòng)狀況將大氣圈分為五 層。層。 1、地球大氣共分哪幾、地球大氣共分哪幾 層層? 2、在不同緯度，對(duì)流、在不同緯度，對(duì)流 層高度是

13、否一樣層高度是否一樣?為什么為什么? 3、對(duì)流層和平流層的、對(duì)流層和平流層的 氣溫如何隨高度而變化氣溫如何隨高度而變化? 原因是什么原因是什么? 4、對(duì)流層和平流層中，、對(duì)流層和平流層中， 大氣運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是什么大氣運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是什么? 5、對(duì)流層和平流層大、對(duì)流層和平流層大 氣與人類有何關(guān)系氣與人類有何關(guān)系? 大氣的垂直分層 對(duì)流層 平流層 對(duì)流旺盛近地面，對(duì)流旺盛近地面， 緯度不同厚度變；緯度不同厚度變； 高度增來(lái)溫度減，高度增來(lái)溫度減， 只因熱源是地面；只因熱源是地面； 天氣復(fù)雜且多變，天氣復(fù)雜且多變， 風(fēng)云雨雪較常見風(fēng)云雨雪較常見 氣溫初穩(wěn)后升熱氣溫初穩(wěn)后升熱 只因?qū)又谐粞醵嘀灰驅(qū)又谐粞醵?/p>

14、 水平流動(dòng)天氣好水平流動(dòng)天氣好 高空飛行很適合高空飛行很適合 上冷下熱上冷下熱 高空對(duì)流高空對(duì)流 電電 離離 層層 高 層 大 氣 電離層能反射電離層能反射 無(wú)線電波，對(duì)無(wú)線電波，對(duì) 無(wú)線電通訊有無(wú)線電通訊有 重要作用重要作用 由于地球引力作用，大氣由于地球引力作用，大氣 密度隨高度的增加逐漸減小，密度隨高度的增加逐漸減小， 到大氣上界，逐漸過(guò)渡為星到大氣上界，逐漸過(guò)渡為星 際氣體密度。際氣體密度。 從地面到高空，不僅大從地面到高空，不僅大 氣的密度、成分不同，大氣氣的密度、成分不同，大氣 的溫度也存在著明顯的變化。的溫度也存在著明顯的變化。 可以這么認(rèn)為：地球大氣在可以這么認(rèn)為：地球大氣在

15、垂直方向上形成三個(gè)相對(duì)的垂直方向上形成三個(gè)相對(duì)的 暖層和兩個(gè)相對(duì)的冷層。暖層和兩個(gè)相對(duì)的冷層。 世界氣象組織（世界氣象組織（WMOWMO）根）根 據(jù)氣溫從地面到高空垂直方據(jù)氣溫從地面到高空垂直方 向的分布，將整個(gè)大氣分成向的分布，將整個(gè)大氣分成 對(duì)流層、平流層以及中間層、對(duì)流層、平流層以及中間層、 暖層和散逸層暖層和散逸層。 大氣中溫度、密度以及物質(zhì)成分大氣中溫度、密度以及物質(zhì)成分 的分層結(jié)構(gòu)的分層結(jié)構(gòu) o 1、對(duì)流層的厚度及特征、對(duì)流層的厚度及特征 A）厚度：本層厚度最薄，并隨緯度、季節(jié)而）厚度：本層厚度最薄，并隨緯度、季節(jié)而 不同，在高緯地區(qū)平均：不同，在高緯地區(qū)平均：89km ,中緯地區(qū)

16、中緯地區(qū) 平均：平均：1012km,低緯地區(qū)平均低緯地區(qū)平均1718km， 夏季大于冬季。夏季大于冬季。 o B）特征：）特征： o 一是溫度隨高度的升高而降低；因?yàn)樵搶拥臒嵋皇菧囟入S高度的升高而降低；因?yàn)樵搶拥臒?量來(lái)自于地面的長(zhǎng)波輻射，平均氣溫遞減率為量來(lái)自于地面的長(zhǎng)波輻射，平均氣溫遞減率為 0.65oC/100m； o 二是具有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)；因?yàn)榈孛媸軣岵痪?。二是具有?qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)；因?yàn)榈孛媸軣岵痪?o 三是天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變；幾乎所有的水汽、云、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。雨、雷、電等現(xiàn)象都發(fā)生在此層。 o 2、平流層的特征、平流層的特征

17、 o （1）氣溫隨高度升高的分布）氣溫隨高度升高的分布 o 下層：其上界離地面約下層：其上界離地面約3540km，為同溫層，為同溫層 o 上層：其上界離地面約上層：其上界離地面約5060km，為逆溫層，為逆溫層， 即氣溫隨高度的升高而增高。因?yàn)槠搅鲗由蠈雍礆鉁仉S高度的升高而增高。因?yàn)槠搅鲗由蠈雍?有大量的臭氧，臭氧能大量地吸收太陽(yáng)紫處線而有大量的臭氧，臭氧能大量地吸收太陽(yáng)紫處線而 增溫；增溫； o （2）氣流以水平運(yùn)動(dòng)為主，逆溫的存在，對(duì)流）氣流以水平運(yùn)動(dòng)為主，逆溫的存在，對(duì)流 不易產(chǎn)生。不易產(chǎn)生。 o （3）水汽、塵埃含量少，天氣晴朗，能見度好）水汽、塵埃含量少，天氣晴朗，能見度好。 o

18、3、中間層的特征、中間層的特征 o 高度：平流層頂至高度：平流層頂至85km處。處。 o （1）溫度隨高度的升高而迅速下降。因?yàn)椋囟入S高度的升高而迅速下降。因?yàn)?臭氧的含量下降。臭氧的含量下降。 o （2）空氣以垂直運(yùn)動(dòng)為主。但由于空氣?。┛諝庖源怪边\(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。薄，所出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象已不如對(duì)流層復(fù)雜。 o （3）在）在80km處白天出現(xiàn)一個(gè)電離層。處白天出現(xiàn)一個(gè)電離層。 電離層對(duì)電波傳播的影響與人類活動(dòng)密切電離層對(duì)電波傳播的影響與人類活動(dòng)密切 相關(guān)，如無(wú)線電通訊、廣播、無(wú)線電導(dǎo)航、相關(guān)，如無(wú)線電通訊、廣播、無(wú)線電導(dǎo)航、 雷達(dá)定位等。雷達(dá)定位等。

19、 4、暖層的特征、暖層的特征 o 高度：中間層至高度：中間層至800km處處 o 特征：特征： o （1） 空氣質(zhì)量小，空氣稀薄，空氣密度只占空氣總質(zhì)空氣質(zhì)量小，空氣稀薄，空氣密度只占空氣總質(zhì) 量的量的0.5%，在，在120km高空，空氣密度小至聲音都難高空，空氣密度小至聲音都難 于傳播。于傳播。 o （2） 溫度隨高度升高而升高。因?yàn)樗胁ㄩL(zhǎng)小于溫度隨高度升高而升高。因?yàn)樗胁ㄩL(zhǎng)小于 0.175um的太陽(yáng)紫外輻射都被暖層氣體所吸收，頂層的太陽(yáng)紫外輻射都被暖層氣體所吸收，頂層 溫度可達(dá)溫度可達(dá)1000度。度。 o （3） 空氣處于高度電離狀態(tài)。空氣處于高度電離狀態(tài)。 o （4） 能反射無(wú)線電波

20、能反射無(wú)線電波 o （5） 出現(xiàn)極光現(xiàn)象。出現(xiàn)極光現(xiàn)象。 o 5.散逸層（外層）：暖層頂之上，因大氣十分散逸層（外層）：暖層頂之上，因大氣十分 稀薄，離地面遠(yuǎn)，受地球引力場(chǎng)約束微弱，一稀薄，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，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。所以本層稱為散逸層。 o 根據(jù)宇宙火箭探測(cè)資料，地球大氣層之外，還根據(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。這可能就是地公里高度，稱為地冕。這可能就是地 球大氣層向宇宙空

21、間的過(guò)渡區(qū)域。球大氣層向宇宙空間的過(guò)渡區(qū)域。 （四）（四） 標(biāo)準(zhǔn)大氣標(biāo)準(zhǔn)大氣 人們根據(jù)高空探測(cè)數(shù)據(jù)和理論，規(guī)定了一種特性隨人們根據(jù)高空探測(cè)數(shù)據(jù)和理論，規(guī)定了一種特性隨 高度平均分布的大氣模式，稱為高度平均分布的大氣模式，稱為“標(biāo)準(zhǔn)大氣標(biāo)準(zhǔn)大氣”或或“參考參考 大氣大氣”。 標(biāo)準(zhǔn)大氣模式假定空氣是干燥的，在標(biāo)準(zhǔn)大氣模式假定空氣是干燥的，在86km以下是均以下是均 勻混合物，平均摩爾質(zhì)量為勻混合物，平均摩爾質(zhì)量為28.964kg/mol，且處于靜，且處于靜 力學(xué)平衡和水平成層分布。在給定溫度，高度廓線及邊力學(xué)平衡和水平成層分布。在給定溫度，高度廓線及邊 界條件后，通過(guò)對(duì)靜力學(xué)方程和狀態(tài)方程求積分，

22、就得界條件后，通過(guò)對(duì)靜力學(xué)方程和狀態(tài)方程求積分，就得 到壓力（到壓力（1013hPa） 和密度值（和密度值（1.225kg/m3）。）。 三、大氣的熱能三、大氣的熱能-輻射能量交換輻射能量交換 （一）（一） 太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射 1 太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射-短波輻射；地面輻射短波輻射；地面輻射-長(zhǎng)波輻射長(zhǎng)波輻射 （ 1）太陽(yáng)輻射能主要集）太陽(yáng)輻射能主要集 中在哪兩個(gè)部分？中在哪兩個(gè)部分？ （2）太陽(yáng)輻射為什么屬）太陽(yáng)輻射為什么屬 于短波輻射？于短波輻射？ 可見光區(qū)和紅外區(qū)?？梢姽鈪^(qū)和紅外區(qū)。 太陽(yáng)溫度高，輻射中太陽(yáng)溫度高，輻射中 最強(qiáng)部分為可見光部分，最強(qiáng)部分為可見光部分， 波長(zhǎng)短。波長(zhǎng)短。 太陽(yáng)輻射太

23、陽(yáng)輻射短波輻射短波輻射 地面輻射地面輻射長(zhǎng)波輻射長(zhǎng)波輻射 太陽(yáng)光譜輻射太陽(yáng)光譜輻射 自然界的各種物體，向外輻射的波長(zhǎng)與其溫自然界的各種物體，向外輻射的波長(zhǎng)與其溫 度成反比，一般溫度愈高其最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng)度成反比，一般溫度愈高其最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng) 愈短，溫度愈低輻射的波長(zhǎng)愈長(zhǎng)。愈短，溫度愈低輻射的波長(zhǎng)愈長(zhǎng)。 太陽(yáng)的光球表面溫度約太陽(yáng)的光球表面溫度約6000K，太陽(yáng)輻射，太陽(yáng)輻射 中約有一半的能量分布在中約有一半的能量分布在0.40.76微米的微米的 可見光區(qū)，其余一半大多在近紅外區(qū)，少量可見光區(qū)，其余一半大多在近紅外區(qū)，少量 在紫外區(qū)在紫外區(qū),波長(zhǎng)較短。地面輻射能主要集中波長(zhǎng)較短。地面輻射能主要集中

24、在在480微米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，對(duì)流層中大氣微米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，對(duì)流層中大氣 的輻射能主要集中在的輻射能主要集中在3120微米的波長(zhǎng)范微米的波長(zhǎng)范 圍內(nèi)，都是不能直接看見的紅外輻射，長(zhǎng)波圍內(nèi)，都是不能直接看見的紅外輻射，長(zhǎng)波 輻射輻射 2 太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)常數(shù):在日地平均距離上，大氣頂界垂直于太陽(yáng)在日地平均距離上，大氣頂界垂直于太陽(yáng) 光線的單位面積上每分鐘接收的太陽(yáng)輻射（光線的單位面積上每分鐘接收的太陽(yáng)輻射（1361W/m2) 8. .24J/（cm2. .min) 3 大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱（吸收、散射和反射）大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱（吸收、散射和反射） 讀教材圖讀教材圖3-5，你會(huì)得出什么結(jié)論？，你會(huì)得出

25、什么結(jié)論？ B.散射作用散射作用:太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣時(shí)遇到空氣分子、塵粒、云太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣時(shí)遇到空氣分子、塵粒、云 滴等質(zhì)點(diǎn)時(shí)，都要發(fā)生散射。但散射并不象吸收那樣把滴等質(zhì)點(diǎn)時(shí)，都要發(fā)生散射。但散射并不象吸收那樣把輻射能輻射能 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)闊崮軣崮?，而只是改變，而只是改變輻射輻射方向，使方向，使太?yáng)輻射太陽(yáng)輻射以質(zhì)點(diǎn)為中心以質(zhì)點(diǎn)為中心 向四面八方傳播開來(lái)。經(jīng)過(guò)散射之后，有一部分太陽(yáng)輻射就到向四面八方傳播開來(lái)。經(jīng)過(guò)散射之后，有一部分太陽(yáng)輻射就到 不了地面。雨后天晴，天空呈青藍(lán)色就是因?yàn)檩椛渲星嗨{(lán)色波不了地面。雨后天晴，天空呈青藍(lán)色就是因?yàn)檩椛渲星嗨{(lán)色波 長(zhǎng)較短，容易被長(zhǎng)較短，容易被大氣散射大氣散射

26、的緣故。的緣故。 ？晴空時(shí)，天空蔚藍(lán)色；陰天時(shí)，天空灰白色。？晴空時(shí)，天空蔚藍(lán)色；陰天時(shí)，天空灰白色。 C 反反 射射 作作 用用 太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣時(shí)，被大氣中的云層和較大塵埃將其一 部分反射到宇宙空間去，從而削弱到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射， 這稱為大氣反射大氣反射。云層愈厚反射愈強(qiáng)， o 太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱 A 大氣的云層和塵埃對(duì)太陽(yáng)輻射的反射。大氣的云層和塵埃對(duì)太陽(yáng)輻射的反射。 B 反射能力取決于云的厚薄，薄云反射率：反射能力取決于云的厚薄，薄云反射率： 1020%；厚云反射率：；厚云反射率：90%。高層云反。高層云反 射率：射率：25%；中層云：；中層云：50%；低層云

27、：；低層云： 65%。 C 大氣渾濁度越大，對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱也越大大氣渾濁度越大，對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱也越大。 4 總輻射的空間變化總輻射的空間變化 一般是緯度愈高，總輻射愈??；緯度愈低，總輻射一般是緯度愈高，總輻射愈小；緯度愈低，總輻射 愈大。因?yàn)槌嗟栏浇嘣疲傒椛渥畲笾挡⒉怀霈F(xiàn)愈大。因?yàn)槌嗟栏浇嘣?，總輻射最大值并不出現(xiàn) 在赤道，而是出現(xiàn)在在赤道，而是出現(xiàn)在20N附近。附近。 5 時(shí)間變化時(shí)間變化 日變化：日出日變化：日出-正午正午-午后；午后； 年變化：夏季年變化：夏季冬季冬季 6 地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射： o 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射只有一部分被地面吸收，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射只

28、有一部分被地面吸收， 另一部分則被地面反射出去。地面對(duì)入射太陽(yáng)另一部分則被地面反射出去。地面對(duì)入射太陽(yáng) 輻射的反射取決于地面的反射率（輻射的反射取決于地面的反射率（r）。而）。而r又又 取決于地面的性質(zhì)。取決于地面的性質(zhì)。 一般地：陸地表面的一般地：陸地表面的r約約 為為10%30%，且隨著太陽(yáng)高度的減小而增，且隨著太陽(yáng)高度的減小而增 大，深色土比淺色土小，粗糙土比平滑土??；大，深色土比淺色土小，粗糙土比平滑土?。?水面隨著太陽(yáng)高度角和平靜度而變，太陽(yáng)高度水面隨著太陽(yáng)高度角和平靜度而變，太陽(yáng)高度 角愈小，其反射率愈大，波浪起伏的水面，其角愈小，其反射率愈大，波浪起伏的水面，其 平均反射率為平均

29、反射率為10%。 （二）（二） 大氣能量及其保溫效應(yīng)大氣能量及其保溫效應(yīng) 大氣獲得能量的結(jié)構(gòu)：大氣獲得能量的結(jié)構(gòu)： 1 對(duì)太陽(yáng)輻射的直接吸收對(duì)太陽(yáng)輻射的直接吸收 大氣中吸收太陽(yáng)輻射的物大氣中吸收太陽(yáng)輻射的物 質(zhì)主要是臭氧、水汽和液態(tài)水，對(duì)大氣而言，太陽(yáng)輻射質(zhì)主要是臭氧、水汽和液態(tài)水，對(duì)大氣而言，太陽(yáng)輻射 不是主要的直接熱源。不是主要的直接熱源。 2 對(duì)地面輻射的吸收對(duì)地面輻射的吸收 ：主要熱源：主要熱源 3 潛熱輸送潛熱輸送 地氣間能量交換主要是通過(guò)潛熱輸送地氣間能量交換主要是通過(guò)潛熱輸送 完成的完成的 4 感熱輸送感熱輸送 o 據(jù)估計(jì)，約有據(jù)估計(jì)，約有7595的地面長(zhǎng)波輻射的地面長(zhǎng)波輻射 被

30、大氣吸收，用于大氣增溫，只有極少部被大氣吸收，用于大氣增溫，只有極少部 分穿透大氣散失到宇宙空間。由此可見，分穿透大氣散失到宇宙空間。由此可見， 地面是大氣第二熱源。氣溫變化必然受到地面是大氣第二熱源。氣溫變化必然受到 地面性質(zhì)的影響。地面長(zhǎng)波輻射幾乎全被地面性質(zhì)的影響。地面長(zhǎng)波輻射幾乎全被 近地面近地面4050 米厚的大氣層所吸收。低米厚的大氣層所吸收。低 層空氣吸收的熱量又以輻射、對(duì)流等方式層空氣吸收的熱量又以輻射、對(duì)流等方式 傳遞到較高一層。這是對(duì)流層氣溫隨高度傳遞到較高一層。這是對(duì)流層氣溫隨高度 增加而降低的重要原因。增加而降低的重要原因。 o 地面輻射的方向是向上的，而大氣輻射方地面

31、輻射的方向是向上的，而大氣輻射方 向既有向上的，也有向下的。向下的部分向既有向上的，也有向下的。向下的部分 稱稱大氣逆輻射。大氣逆輻射。逆輻射可減少地面因長(zhǎng)波逆輻射可減少地面因長(zhǎng)波 輻射而損失的熱量。這對(duì)地球表面的熱量輻射而損失的熱量。這對(duì)地球表面的熱量 平衡具有重要意義。它使太陽(yáng)短波輻射易平衡具有重要意義。它使太陽(yáng)短波輻射易 于達(dá)到地面，地面長(zhǎng)波輻射卻不容易散失于達(dá)到地面，地面長(zhǎng)波輻射卻不容易散失 到宇宙空間，從而對(duì)大氣起保溫作用，使到宇宙空間，從而對(duì)大氣起保溫作用，使 地面溫度變化不致過(guò)于劇烈。這種作用稱地面溫度變化不致過(guò)于劇烈。這種作用稱 大氣花房效應(yīng)。大氣花房效應(yīng)。 太陽(yáng)太陽(yáng)地面地面

32、大氣大氣 大氣逆輻射大氣逆輻射 大氣熱力作用的意義大氣熱力作用的意義 1、縮小了氣溫日較差、縮小了氣溫日較差 2、提高了地球表面平均溫度、提高了地球表面平均溫度 o 全球年平均輻射平衡為零，但局部地區(qū)卻并全球年平均輻射平衡為零，但局部地區(qū)卻并 非如此。低緯地區(qū)輻射平衡為正，能量盈余；非如此。低緯地區(qū)輻射平衡為正，能量盈余； 高緯地區(qū)輻射平衡為負(fù)，能量虧損；高緯地高緯地區(qū)輻射平衡為負(fù)，能量虧損；高緯地 區(qū)虧損的部分由低緯地區(qū)盈余的部分補(bǔ)充，區(qū)虧損的部分由低緯地區(qū)盈余的部分補(bǔ)充， 能量由低緯向高緯輸送主要是依靠全球性的能量由低緯向高緯輸送主要是依靠全球性的 大氣環(huán)流和洋流大氣環(huán)流和洋流進(jìn)行的。進(jìn)行

33、的。 （三）（三） 地氣系統(tǒng)的輻射平衡地氣系統(tǒng)的輻射平衡 ：某一時(shí)段內(nèi)物體能量：某一時(shí)段內(nèi)物體能量 收支的差額。收支的差額。 全全 球球 輻輻 射射 平平 衡衡 圖圖 解解 o 輻射平衡有明顯的日變化與年變化。在一日內(nèi)，輻射平衡有明顯的日變化與年變化。在一日內(nèi)，白天白天收入收入 的太陽(yáng)輻射超過(guò)支出的長(zhǎng)波輻射，故輻射平衡為的太陽(yáng)輻射超過(guò)支出的長(zhǎng)波輻射，故輻射平衡為正正；夜晚夜晚 情況相反，輻射平衡為情況相反，輻射平衡為負(fù)負(fù)。輻射平衡由正轉(zhuǎn)為負(fù)或由負(fù)轉(zhuǎn)。輻射平衡由正轉(zhuǎn)為負(fù)或由負(fù)轉(zhuǎn) 為正的時(shí)刻，分別出現(xiàn)在日沒前與日出后一小時(shí)。在一年為正的時(shí)刻，分別出現(xiàn)在日沒前與日出后一小時(shí)。在一年 內(nèi)，北半球夏季的

34、輻射平衡因收入的太陽(yáng)輻射增多而加大；內(nèi)，北半球夏季的輻射平衡因收入的太陽(yáng)輻射增多而加大； 冬季則相反，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這種年變化情況因緯度不同冬季則相反，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這種年變化情況因緯度不同 而不同，緯度愈高，輻射平衡保持正值的月份愈少。而不同，緯度愈高，輻射平衡保持正值的月份愈少。 不同緯度輻射差額的變化不同緯度輻射差額的變化 大氣的熱力狀況 大氣的熱力狀況大氣的熱力狀況 大氣的熱力作用大氣的熱力作用 大氣對(duì)太陽(yáng)的削弱作用 大氣的保溫效應(yīng)大氣的保溫效應(yīng) 太陽(yáng)太陽(yáng)地面地面大氣大氣 大氣逆輻射大氣逆輻射 全球的熱量平衡全球的熱量平衡 （四）氣溫（四）氣溫 ：表示空氣冷熱程度的物理量，是空氣分子平

35、均動(dòng)：表示空氣冷熱程度的物理量，是空氣分子平均動(dòng) 能大小的表現(xiàn)，通常所說(shuō)的氣溫，指能大小的表現(xiàn)，通常所說(shuō)的氣溫，指1.5m高度出的空氣溫度。高度出的空氣溫度。 1 氣溫的測(cè)定：溫度計(jì)氣溫的測(cè)定：溫度計(jì)-安置在百葉箱中安置在百葉箱中 2 與氣溫有關(guān)的一些概念與氣溫有關(guān)的一些概念 A 極端氣溫（絕對(duì)氣溫）：歷年中給定時(shí)段（如某日、月、年）極端氣溫（絕對(duì)氣溫）：歷年中給定時(shí)段（如某日、月、年） 內(nèi)所出現(xiàn)的氣溫極端值。內(nèi)所出現(xiàn)的氣溫極端值。極端最低氣溫和極端最高氣溫極端最低氣溫和極端最高氣溫 B 界限溫度（臨界溫度）：對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有指示意義或界限（臨界）界限溫度（臨界溫度）：對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有指示意義或界限（

36、臨界） 意義的氣溫。意義的氣溫。 1）日平均氣溫）日平均氣溫0度度 春季日平均氣溫春季日平均氣溫0度表示土壤解凍，積雪融化，田間耕作開始的度表示土壤解凍，積雪融化，田間耕作開始的 氣溫。秋季則表示土壤開始凍結(jié)，田間耕作開始結(jié)束的時(shí)候。氣溫。秋季則表示土壤開始凍結(jié)，田間耕作開始結(jié)束的時(shí)候。 2）日平均氣溫）日平均氣溫5度度 春季與秋季日平均氣溫春季與秋季日平均氣溫5度表示冬作物和大多數(shù)林木恢復(fù)與停止度表示冬作物和大多數(shù)林木恢復(fù)與停止 生長(zhǎng)的溫度。生長(zhǎng)的溫度。5度以上的時(shí)期為作物生長(zhǎng)期。度以上的時(shí)期為作物生長(zhǎng)期。 3）日平均氣溫）日平均氣溫10度度 表示喜涼作物和某些多年生植物進(jìn)入活躍生長(zhǎng)及喜溫作

37、物開始播表示喜涼作物和某些多年生植物進(jìn)入活躍生長(zhǎng)及喜溫作物開始播 種與生長(zhǎng)的溫度。種與生長(zhǎng)的溫度。 4）日平均氣溫）日平均氣溫15度度 表示喜溫作物適宜生長(zhǎng)的溫度。表示喜溫作物適宜生長(zhǎng)的溫度。 5）日平均氣溫）日平均氣溫20度度 表示水稻安全齊穗所要求的溫度，或大秋作物灌漿開始的溫度。表示水稻安全齊穗所要求的溫度，或大秋作物灌漿開始的溫度。 2）有效積溫：植物某一發(fā)育期或安全生育期內(nèi)有效溫度的總和。）有效積溫：植物某一發(fā)育期或安全生育期內(nèi)有效溫度的總和。 有效溫度指每天的活動(dòng)溫度減去界限溫度的差值。有效溫度指每天的活動(dòng)溫度減去界限溫度的差值。 例例:界限溫度界限溫度10度為準(zhǔn)，假如有三天的日平均氣溫分別為度為準(zhǔn)，假如有三天的日平均氣溫分別為11度、度、 10和和13度，則這三天均為度，則這三天均為10度的活動(dòng)溫度，其有效溫度分別為度的活動(dòng)溫度，其有效溫度分別為1、 0和和3度。度。 C 積溫：日平均氣溫高出某一界限溫度期間的氣溫累積總和，是衡積溫：日平均氣溫高出某一界限溫度期間的氣溫累積總和，是衡 量氣候熱量資源狀況的一個(gè)指標(biāo)，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系密切。量氣候熱量資源狀況的一個(gè)指標(biāo)，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系密切。 1）活動(dòng)積溫：植物某一發(fā)育期或安全生育期內(nèi)活動(dòng)溫度的總和。）活動(dòng)積溫：植物某一發(fā)育期或安