南京信息工程大學 大氣概論_圖文_百度文庫

1、一、教材：盛裴軒, 毛節(jié)泰等. 大氣物理學, 北大出版社, 2003二、參考書目：2. 許紹祖主編. 大氣物理學基礎(chǔ). 氣象出版社, 19913. 周秀驥等編著. 高等大氣物理學.氣象出版社,1991 三、研究內(nèi)容 研究對象：地球大氣的各種現(xiàn)象與過程如：大氣中流體運動、光象、電象、熱現(xiàn)象、相變過程、輻射過程分支：大氣動力學、大氣光學、大氣電學、大氣熱力學、云降水學、大氣輻射學我們要做的工作：研究地球大氣各種現(xiàn)象與過程的物理機制和規(guī)律 地球科學包括：大氣科學、海洋科學、地理學、地質(zhì)學等大氣科學基礎(chǔ)學科：大氣物理學、大氣化學、大氣動力學、天氣學、氣候?qū)W、大氣探測學應(yīng)用學科：農(nóng)業(yè)氣象學、水文氣象、醫(yī)

2、療氣象、污染氣象、人工影響天氣等一、大氣物理學發(fā)展簡史1）近代大氣物理學起始階段（18世紀中葉20世紀中葉） 1752，美國Franklin 第一次用 風箏探明雷擊的本質(zhì)就是電。1871，英國物理學家Rayleigh 解釋了天空蘭色的現(xiàn)象1908，德國物理學家G.Mie 解決了球形粒子的散射問題1859-1901，兩位德國物理學家開創(chuàng)了輻射定律Max Karl Ernst Ludwig Planck （1858-1947）德國物理學家，量子力學的開 德國物理學家1880-1881，英國物理學家J.Aitken 等指出了凝結(jié)核在霧滴形成中的重要作用。室，因此獲1927年諾貝爾 物理學獎。后來，B

3、.Vonnegut 發(fā)現(xiàn)碘化銀可作為人工冰核大大激勵了科學家們進行人工影響云雨的勇氣與信心，促使云降水物理學獲得了重大發(fā)展。2）需要掌握大氣環(huán)境演變規(guī)律，促使大氣邊界層與大氣湍流學科的發(fā)展3）衛(wèi)星、雷達等遙感技術(shù)的發(fā)展，推動了大氣輻射學的研究地球大氣和行星大氣是怎么產(chǎn)生的？ 宇宙的形成銀河系中心1千億個星系100億年前形成由1000-1500億顆恒星組成 距離，大小，公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)是1000-1500億顆恒星之一距銀河系中心3萬光年為什么太陽系各行星大氣不一樣？ 2、次生大氣火山噴發(fā)=>80%HS,SO 2O,10%CO2、H 2，H22水汽形成降水，成為地表水CO 2 溶于水形成碳酸鹽沉積圖

4、7-3-1 過去10000年來的活火山分布圖（引自Textor, 2004）A cross-section of an oceanic ridge/rise shows its general features (above.Oceanic ridges/rises are called spreading centers because this is where two plates are moving apart. It is an area of plate divergence where new crust is added to the diverging plate edge

5、s. 3、現(xiàn)代大氣1）水汽光解成氫氣和氧氣2）越來越多的氧氣溶于水=>水生物出現(xiàn)=> 光合作用3、現(xiàn)代大氣1）水汽光解成氫氣和氧氣2）越來越多的氧氣溶于水=>水生物出現(xiàn)=>光合作用3）氧氣越來越多氧氣+紫外線=>臭氧=>地球生物生長4）光合作用氧氣和二氧化碳平衡5）氮氣化學惰性，慢慢積累因此，生態(tài)過程、生物的光合作用在地球大氣形成中起重要作用。小結(jié)：生命的出現(xiàn)、生物圈的形成對地球大氣的演變起了重要作用9適宜的日地距離，使水在地球上完成三態(tài)的變化9水氣光解產(chǎn)生氧氣，海洋和氧氣為生命出現(xiàn)創(chuàng)造條件9生命出現(xiàn)又改變了地球大氣成分，以氮氧為主9臭氧層強烈吸收太陽紫外線

6、保護生命，使平流層增溫，從而改變了高層大氣的熱力結(jié)構(gòu) 大氣的組成餅圖90km 以下大氣1）空氣平均分子量28.966，不隨高度變化2）干空氣密度標準狀態(tài)（p=1013.25hPa, t=0）下，1.29kg/m390km 以上大氣1）空氣分子大部分都發(fā)生離解2）空氣成分隨高度的分布逐漸變成按分子量（或原子量）大小排列。從低層到高層依次為N2、O、He、H干潔空氣 （混合氣體） 三態(tài)水 氣溶膠 按停留時間： 按濃度： 不變成分：>1000a;固定比例 （N2,O2,Ar,Ne,He,Kr,Xe） 可變成分：幾年-十幾年； （CO2，CH4，H2，N2O,O3） 變化很快成分: <1年

7、;CSN 主要成分：N2，O2，Ar，CO2， >300ppmv 微量成分（CH4），1-20ppmv 痕量成分（O3），1ppmv 幾種重要的大氣成分 生物體 CH2On + nO2 nCO2 + nH2O 燃燒(煤石油天然氣 源 CO2 匯 火山噴發(fā) 熱帶和低緯地區(qū)洋面 海洋 溫度、酸度、含鹽量等 高寒洋面平衡蒸汽壓低 碳酸鹽礦物 CO2在地殼、大氣層、海洋、生物圈之間循環(huán) Mauna Loa CH4 80%生物體腐敗細菌分解產(chǎn)生；天然氣、工業(yè)廢水和污 水?；瘜W活性，氧化產(chǎn)生氫氧化物、碳氫化合物 CFCs 惰性，光化學分解Cl，破壞臭氧層 O3 臭氧形成過程 臭氧垂直分布 O2+ h

8、 O+O O+O2+M O3+M 不同緯度臭氧濃度的平均垂直分布 月 (a4月 (b10 大氣臭氧的動力輸送示意圖(Stolarski，1987 對流層臭氧：10%強氧化劑，促進二氧化硫的氧化和氮氧化物的轉(zhuǎn)化 9.6m 吸收帶，溫室氣體高濃度臭氧危害人和動物呼吸系統(tǒng)對流層臭氧來源平流層擴散和湍流的方式輸送對流層光化學反應(yīng)（NO X , CO, hv ）幾種重要的化合物 所包括的氣體統(tǒng)稱為NO x ） NO，NO 2（來源 奇氮化合物來源：化石燃料燃燒、汽車尾氣、生物影響 N 2O 5，N 2O 3（不穩(wěn)定，易分體燃燒、閃電、土壤排放奇氮是光化學煙霧的先驅(qū)霧氮的化合物 與HNO 2、等解成NO、

9、N O 2；。氮氧化物合稱為奇 HNO 3等氮）NH 3，N 2O 等 細菌對生物體的分解，動物糞便煤、石油燃燒；硫的化合物 SO 2、H 2S等，含硫酸鹽的氣溶膠粒子 火山噴發(fā)；的重要來源 不穩(wěn)定很快被氧化，通過化大氣酸化和酸雨形成的根源 土壤分解、生物體腐爛；學和光化學反應(yīng)互相轉(zhuǎn)化；海洋泡沫是硫酸鹽顆粒之一； 從而影響臭氧含量； 氨來源：工業(yè)廢氣燃燒，酸沉降礦物燃料燃燒、人類CO 2：活動；火山噴發(fā)；生物體腐?。缓粑饔玫?；碳的化合物 CO 2、CO、CH 4、CH 2O 等，含碳的氣溶膠粒子 CH 4：湖泊 沼澤里的生物體腐敗被細菌分解；天然氣、工業(yè)廢水和污水弗氯化碳：制冷劑、噴霧劑、電

10、子元件的清潔劑等吸收波長<0.3um的太陽紫外對流層：平流層湍流和擴散輸送；臭氧 O 3 對流層光化學反應(yīng)（取決于NOx、碳氫化合物和CO的濃度和紫外線強度） 線； 促進SO 2的氧化及NOx 的轉(zhuǎn)化，是酸雨和光化學煙霧的主要成因之一； 在紅外波段9.6um 附近強吸收帶；污染氣體，對呼吸系統(tǒng)有害改變大氣的熱量平衡（溫室效應(yīng)） CH 4是一種化學活性氣體，易被氧化產(chǎn)生氫氧化物和碳氫化合物 水汽0.1-3%水汽是云和降水的源泉；在全球能量平衡中起重要作用，影響地面和空氣溫度；在地球系統(tǒng)的水循環(huán)中起重要角色。 氣溫的日變化2.2m氣溫的日變化主要受地表日夜溫差的影響，而地表溫度的日變化和太陽

11、輻射以及出地球能量兩者差值有關(guān)。風：1）空氣相對運動形成風大氣科學中的風以地面為參照物，分水平風、垂直風。2）風是矢量，水平風是二維矢量,水平風有兩種描述方法：分量法、方向大小法3）風速：單位時間里空氣所經(jīng)過的距離（m/s、mile/h）1mile/h0.44694 m/s1 km/h0.27778m/s4）風向：指風的來向表示方法：用16 個地理方位或者用方位角氣壓：大氣壓力，指單位面積上直至大氣上界整個空氣柱的重量，是氣象學中極其重要的一個物理量，它的分布和變化與大氣運動及天氣狀況有密切聯(lián)系。國際單位帕（Pa氣象上常用百帕（hPa）標準大氣壓=1013.25hPa1 毫巴（mb）=1 百帕 空氣濕度定義：表示空氣中水汽含量多少或潮濕程度的物理量。水汽達飽和由水汽和平面純水（或純水）組成的系統(tǒng)，在某溫度下達到兩相平衡時，稱為水汽達飽和。 Sequence of events leading to saturat