航空氣象課件第二章地球大氣

1、Page 1中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院地球大氣地球大氣中國民航大學空管學院2022/3/12Page 2中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院地球表面的外層是多種氣體混合組成的空氣，受地球地球表面的外層是多種氣體混合組成的空氣，受地球重力作用，圍繞地球占有一定的空間，稱為地球大氣，簡稱重力作用，圍繞地球占有一定的空間，稱為地球大氣，簡稱大氣大氣 （AtmosphereAtmosphere）。）。大氣不停地運動，不斷地變化，呈現(xiàn)出各種各樣的大氣不停地運動，不斷地變化，呈現(xiàn)出各種各樣的天天氣氣 （WeatherWeather）現(xiàn)象。）現(xiàn)象。大氣的狀態(tài)用氣溫、氣壓、濕度、風、云、

2、降水、能大氣的狀態(tài)用氣溫、氣壓、濕度、風、云、降水、能見度等見度等氣象要素氣象要素 （Meteorological elementMeteorological element）表示。）表示。 地球大氣Page 3中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院 1 1、干潔空氣干潔空氣（Dry airDry air）2 2、水汽水汽（Water vaporWater vapor）大氣中唯一能發(fā)生相變的成分，來源于地面，含量變化。大氣中唯一能發(fā)生相變的成分，來源于地面，含量變化。容積計約占容積計約占0-5%0-5%。 3 3、氣溶膠粒子（大氣雜質(zhì)）氣溶膠粒子（大氣雜質(zhì)）（AerosolsAerosol

3、s）水汽凝結(jié)物水滴和冰晶，懸浮的固體煙粒、鹽粒、塵粒、水汽凝結(jié)物水滴和冰晶，懸浮的固體煙粒、鹽粒、塵粒、各種凝結(jié)核以及帶電離子等。各種凝結(jié)核以及帶電離子等。一、大氣成分Page 4中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院干潔空氣中對天氣影響較大的成分：干潔空氣中對天氣影響較大的成分：除臭氧外，各種成分的氣體均不能除臭氧外，各種成分的氣體均不能直接吸收太陽輻射，大量的太陽輻射可直接吸收太陽輻射，大量的太陽輻射可穿過大氣層到達地面，使地面增溫。穿過大氣層到達地面，使地面增溫。1、干潔空氣CO2CO2：吸收地面受熱后放出的長波輻射，對地球具有：吸收地面受熱后放出的長波輻射，對地球具有“溫室溫室效應(yīng)

4、效應(yīng)”（greenhouse effectgreenhouse effect）的作用。）的作用。O3O3：強烈吸收太陽紫外線輻射而使臭氧層增溫，改變大氣：強烈吸收太陽紫外線輻射而使臭氧層增溫，改變大氣溫度的垂直分布，同時也使地球生物免受了過多紫外線溫度的垂直分布，同時也使地球生物免受了過多紫外線（ultravioletultraviolet）的照射。）的照射。Page 5中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院水汽對天氣的影響：水汽對天氣的影響：水汽相變產(chǎn)生云、霧、露、霜、雨、雪、雹等天氣現(xiàn)象。水汽相變產(chǎn)生云、霧、露、霜、雨、雪、雹等天氣現(xiàn)象。相變過程中放出或吸收熱量，影響地面和空氣的溫度。

5、相變過程中放出或吸收熱量，影響地面和空氣的溫度。水汽與氣溫及天氣變化關(guān)系密切：大氣運動中的水汽通水汽與氣溫及天氣變化關(guān)系密切：大氣運動中的水汽通過狀態(tài)變化傳輸熱量。過狀態(tài)變化傳輸熱量。2、水汽Page 6中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院水汽的分布：水汽的分布：大氣中的水汽含量隨高度的增加而逐漸減少：大氣中的水汽含量隨高度的增加而逐漸減少：在離地在離地1.51.52km2km高度上水汽含量約為地面的一半；高度上水汽含量約為地面的一半；5km5km高度上是地面的十分之一。高度上是地面的十分之一。水汽是成云致雨的物質(zhì)基礎(chǔ)，故大多數(shù)復(fù)雜天氣均出現(xiàn)水汽是成云致雨的物質(zhì)基礎(chǔ)，故大多數(shù)復(fù)雜天氣均出

6、現(xiàn)在中低空，高空晴朗。在中低空，高空晴朗。2、水汽Page 7中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院（1 1）定義）定義 大氣氣溶膠大氣氣溶膠(Aerosols)(Aerosols)：指懸浮在大氣中的固體和液體：指懸浮在大氣中的固體和液體粒子。粒子。（2 2）對天氣的影響：）對天氣的影響：Q在一定的天氣條件下，氣溶膠粒子常聚集在一起，形在一定的天氣條件下，氣溶膠粒子常聚集在一起，形成霾、風沙浮塵等視程障礙現(xiàn)象，使大氣透明度變差；成霾、風沙浮塵等視程障礙現(xiàn)象，使大氣透明度變差；Q吸收、散射和反射地面和太陽輻射，影響大氣溫度；吸收、散射和反射地面和太陽輻射，影響大氣溫度；Q固體雜質(zhì)可充當水汽的

7、凝結(jié)核，在云、霧、降水等的固體雜質(zhì)可充當水汽的凝結(jié)核，在云、霧、降水等的形成過程中起著重要的作用。形成過程中起著重要的作用。3、大氣氣溶膠3、大氣氣溶膠Page 8中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院二、大氣結(jié)構(gòu)Page 9中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院 = T Z T 采用攝氏溫標采用攝氏溫標, Z 取取100 m 或或 1, 000 ft。1、大氣垂直分層的依據(jù)氣溫垂直遞減率氣溫垂直遞減率的定義Page 10中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院大氣層狀結(jié)構(gòu)：大氣層狀結(jié)構(gòu)：Q對流層對流層（TroposphereTroposphere）Q平流層平流層/同溫層同溫層（St

8、ratosphereStratosphere）Q中間層中間層（MesosphereMesosphere）Q暖層暖層/電離層電離層（ThermosphereThermosphere）Q散逸層散逸層（ExosphereExosphere）2、大氣垂直結(jié)構(gòu)Page 11中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院（1 1）對流層）對流層對流層對流層是緊貼地面的一層，它受地面的是緊貼地面的一層，它受地面的影響最大。影響最大。因為地面附近的空氣受熱上升，而位于上面的冷空氣下沉，因為地面附近的空氣受熱上升，而位于上面的冷空氣下沉，發(fā)生對流運動，故得名對流層。發(fā)生對流運動，故得名對流層。2、大氣垂直結(jié)構(gòu)Pag

9、e 12中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院對流層集中了約對流層集中了約75%75%的大氣質(zhì)量和的大氣質(zhì)量和90%90%以上的水汽。以上的水汽。對流層大氣熱量的直接來源主要是空氣吸收地面發(fā)出的長對流層大氣熱量的直接來源主要是空氣吸收地面發(fā)出的長波輻射，靠近地面的空氣受熱后熱量再向高處傳遞。波輻射，靠近地面的空氣受熱后熱量再向高處傳遞。對流層中，水汽和二氧化碳對大氣溫度變化的影響最大。對流層中，水汽和二氧化碳對大氣溫度變化的影響最大。對流層的厚度隨季節(jié)變化，夏季厚于冬季。對流層的厚度隨季節(jié)變化，夏季厚于冬季。對流層上界高度隨緯度變化。對流層上界高度隨緯度變化。（1）對流層Page 13中國

10、民航大學中國民航大學 空管學院空管學院在對流層的頂部，直到在對流層的頂部，直到5555公里的這一層，氣流運動相當平衡，而公里的這一層，氣流運動相當平衡，而且主要以水平運動為主，故稱為且主要以水平運動為主，故稱為平流層平流層。 平流層頂?shù)臍鈮杭s平流層頂?shù)臍鈮杭s1hPa1hPa。平流層下部溫度隨高度變化很小，平流。平流層下部溫度隨高度變化很小，平流層上部因為存在臭氧層，臭氧吸收太陽紫外輻射使大氣溫度增加。層上部因為存在臭氧層，臭氧吸收太陽紫外輻射使大氣溫度增加。（2）平流層Page 14中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院（2）平流層特點Q氣溫隨高度的升高而升高。氣溫隨高度的升高而升高。Q水

11、汽稀少。水汽稀少。Q水平風速大：冬季極地有時出現(xiàn)水平風速大：冬季極地有時出現(xiàn)8080米米/ /秒以上的強風。秒以上的強風。Q大氣層結(jié)穩(wěn)定，垂直運動收到抑制。大氣層結(jié)穩(wěn)定，垂直運動收到抑制。Q空氣阻力小，顛簸極少?？諝庾枇π?，顛簸極少。Q大氣密度小，對飛機的空氣動力性能有影響；天空黯淡。大氣密度小，對飛機的空氣動力性能有影響；天空黯淡。Q高空主導(dǎo)環(huán)流：高空主導(dǎo)環(huán)流：夏季以極地為高壓中心的東風環(huán)流夏季以極地為高壓中心的東風環(huán)流中高緯度盛行東風；中高緯度盛行東風；冬季以極地為低壓中心中高緯度盛行西風。冬季以極地為低壓中心中高緯度盛行西風。Page 15中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院（3）

12、中間層有利于空氣的垂直對流運動，故又稱之為高空對流層有利于空氣的垂直對流運動，故又稱之為高空對流層或上對流層?；蛏蠈α鲗印Ｖ虚g層頂部尚有水汽存在。中間層頂部尚有水汽存在。 Page 16中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院（4）暖層又叫電離層。氣溫高達又叫電離層。氣溫高達10001000以上。所以這一層叫做暖以上。所以這一層叫做暖層或者熱層。層或者熱層。 用于通訊目的。用于通訊目的。Page 17中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院（5）外逸層暖層頂以上的大氣統(tǒng)稱為外逸層，又叫外層。暖層頂以上的大氣統(tǒng)稱為外逸層，又叫外層。它是大氣的最高層，高度最高可達到它是大氣的最高層，高度最高可

13、達到30003000公里。公里。外逸層中溫度很高，空氣十分稀薄，受地球引力場的約外逸層中溫度很高，空氣十分稀薄，受地球引力場的約束很弱，一些高速運動著的空氣分子可以掙脫地球的引力和束很弱，一些高速運動著的空氣分子可以掙脫地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空間。其它分子的阻力散逸到宇宙空間。Page 18中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院制定目的：出于比較飛機性能和設(shè)計大氣數(shù)據(jù)儀表的需要制定目的：出于比較飛機性能和設(shè)計大氣數(shù)據(jù)儀表的需要在設(shè)計飛行器、飛行器的設(shè)備和儀表時，在訂正飛行試在設(shè)計飛行器、飛行器的設(shè)備和儀表時，在訂正飛行試驗數(shù)據(jù)時，都要以預(yù)先規(guī)定好的，隨高度固定分布的大驗數(shù)據(jù)時

14、，都要以預(yù)先規(guī)定好的，隨高度固定分布的大氣物理狀態(tài)為根據(jù)，這樣才能得到可以相互比較的儀表氣物理狀態(tài)為根據(jù)，這樣才能得到可以相互比較的儀表示度、飛行試驗數(shù)據(jù)和空氣動力數(shù)據(jù)。示度、飛行試驗數(shù)據(jù)和空氣動力數(shù)據(jù)。三、標準大氣Q標準大氣是鉛直方向上，溫度、氣壓和密度按一種假定的規(guī)標準大氣是鉛直方向上，溫度、氣壓和密度按一種假定的規(guī)律分布的模式大氣，是根據(jù)實測資料，用簡化方式近似的表示律分布的模式大氣，是根據(jù)實測資料，用簡化方式近似的表示大氣溫度、壓力和密度的平均分布。大氣溫度、壓力和密度的平均分布。Page 19中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院由國際民航組織由國際民航組織(ICAO)(ICAO

15、)統(tǒng)一采用的統(tǒng)一采用的3030公里以下標準大氣的主要數(shù)據(jù)是：公里以下標準大氣的主要數(shù)據(jù)是：（1 1） 干潔大氣，垂直方向上成份（各種氣體的比例）不改變，平均干潔大氣，垂直方向上成份（各種氣體的比例）不改變，平均 分子量為分子量為28.964428.9644（以（以1212C C為標準）；為標準）；（2 2） 具有理想氣體的性質(zhì)；具有理想氣體的性質(zhì)；（3 3） 標準海平面的重力加速度為標準海平面的重力加速度為g g0 0=9.80665m/s=9.80665m/s2 2；（4 4） 在平均海平面上，氣溫為在平均海平面上，氣溫為T T0 0=15=15C=288.16 K C=288.16 K ；

16、 氣壓為氣壓為P P0 0=1013.25hPa(mb)=1013.25hPa(mb)或或760mmHg 760mmHg 或或1 1個大氣壓；個大氣壓； 空氣密度為空氣密度為0 0=1.225kg/m=1.225kg/m3 3；（5 5） 處于流體靜力平衡狀態(tài)；處于流體靜力平衡狀態(tài)；（6 6） 氣溫的垂直遞減率，在海拔氣溫的垂直遞減率，在海拔1111公里以下為公里以下為0.65/100m0.65/100m或或 1.98/1,000ft1.98/1,000ft，11112020公里為零公里為零 （即氣溫隨高度不變（即氣溫隨高度不變 -56.5 ) -56.5 ) ，20203030公里為公里為0

17、.1/100m0.1/100m。標準大氣主要常數(shù)Page 20中國民航大學中國民航大學 空管學院空管學院習題一、單選題：一、單選題：1 1、中緯度地區(qū)對流層上界的高度通常是（、中緯度地區(qū)對流層上界的高度通常是（ ） A A：8 - 9 8 - 9 千米千米 B B：10 - 12 10 - 12 千米千米 C C：15 - 17 15 - 17 千米千米 D D：17 - 18 17 - 18 千米千米 2 2、在標準大氣中飛機在空中測得的氣溫是、在標準大氣中飛機在空中測得的氣溫是-24-24，則飛機所在，則飛機所在高度是（高度是（ ）A A：30003000米米 B B：40004000米米 C C：6