因而對太陽輻射的減弱作用不大28地學基礎資源與環(huán)境學院2課件

第三章大氣圈第一節(jié)大氣的組成與結構第二節(jié)大氣的熱能與溫度第三節(jié)大氣水分第四節(jié)大氣的運動第五節(jié)天氣系統(tǒng)第六節(jié)氣候第三章大氣圈第一節(jié)大氣的組成與結構大氣圈（atmosphere）是地球最外部的一個圈層。大氣是人類和生物賴以生存必不可少的物質條件，也是使地表保持恒溫和水分的保護層，同時也是促進地表形態(tài)變化的重要動力和媒介。覆蓋整個地球的大氣，質量約5300萬億噸，約占地球總質量的百萬分之一。由于地心引力的作用，大氣質量的90%聚集在離地表15km高度以下的大氣層內(nèi)。2000km高度以上，大氣極其稀薄，逐漸向星際空間過渡，無明顯上界。大氣圈（atmosphere）是地球最外部的第一節(jié)大氣的組成與結構一、大氣組成恒定組份：任何地方低層（<90km）大氣中；氮+氧+氬=99.96％；還有氖、氦、氪、氡等可變組份：隨季節(jié)、氣象和人類活動而變；CO2、O3、H2O不定組份：可有可無；塵埃、硫化氫、氮氧化物、硫氧化物…第一節(jié)大氣的組成與結構一、大氣組成恒定組份：任何地方低層（大氣組成干潔空氣水汽懸浮顆粒主要來自水面、土壤的蒸發(fā)和植物的蒸“騰”作用；含量不穩(wěn)定；可三相轉化。主要源于土壤、巖石風化、火山爆發(fā)、宇宙塵埃、植物花粉及海水飛沫等；人類活動。干潔空氣的體積組成大氣組成干潔空氣水汽懸浮顆粒主要來自水面、土壤的蒸發(fā)和植物的二、大氣的垂直結構按照人造衛(wèi)星大氣密度探測資料，用接近于星際的氣體密度的高度估計，大氣的上界為2000~3000km，這個高度可以大致看作是地球大氣的上界。根據(jù)大氣熱力性質在垂向上的差異，可將大氣分為五層：對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層（外層）。二、大氣的垂直結構按照人造衛(wèi)星大氣密度探測資料，用接近于星際赤道較厚，兩極較薄，赤道17~18km，兩極8~9km，平均11~13km；一般夏季較大，冬季較??；占大氣圈總質量3/4，集中了大氣全部水汽和塵埃；大氣降溫率6.5℃/km（熱源來自地面的長波輻射）；垂直對流強（風、雪、雨、云等活動）；濕度和溫度水平分布不均勻；受人類活動影響最顯著。（一）對流層（troposphere）赤道較厚，兩極較薄，赤道17~18km，兩極8~9km，平均在飛機上俯瞰對流層在飛機上俯瞰對流層對流層以上至35~55km，占大氣圈總質量的20%；含臭氧層（ozonelayers），吸收紫外線；臭氧吸收紫外線，使溫度逐漸上升（熱源來自太陽的短波輻射）；氣流以水平運動為主，垂直運動緩慢，例如火山塵埃，可以在平流層下部停留多年，使全球氣溫降低；水汽少、塵埃少、透明度高，很少氣象現(xiàn)象發(fā)生。（二）平流層（stratosphere）對流層以上至35~55km，占大氣圈總質量的20%；（二）平平流層頂至55-85km，無臭氧，氣溫隨高度增大而迅速下降；出現(xiàn)空氣的垂直對流，但空氣太稀薄，又無水蒸汽，無風雨。（三）中間層（mesosphere）（高空對流層）平流層頂至55-85km，無臭氧，氣溫隨高度增大而迅速下降；80-500km，空氣質點受太陽輻射和高能宇宙粒子作用，溫度迅速升高；氧、氦氣等被分解，處于原子或離子狀態(tài)，電離層。（四）熱層（thermosphere）熱層上部800km以上，空氣極為稀薄，人造衛(wèi)星軌道處；大氣圈與星際空間過渡地帶。（五）散逸層（exosphere）80-500km，空氣質點受太陽輻射和高能宇宙粒子作用，溫度大氣圈的垂直分層結構示意圖（據(jù)M.J.Pidwirny，2002年資料）大氣圈的垂直分層結構示意圖三、大氣的物理性狀表示空氣冷熱程度的物理量。一般用T來表示；單位：攝氏溫標（℃，即氣壓為1013.3hPa時純水的冰點為0℃，沸點為100℃，其間等分100等份中的1份即為1℃）；絕對溫標（K，T=t+273.15）；測量：百葉箱。（一）主要氣象要素1、氣溫三、大氣的物理性狀表示空氣冷熱程度的物理量。一般用T來表百葉箱的作用是防止太陽對儀器的直接輻射和地面對儀器的反射輻射，保護儀器免受強風、雨、雪等的影響，并使儀器感應部分有適當?shù)耐L，能真實地感應外界空氣溫度的變化。百葉箱內(nèi)外各部分均涂刷白色油漆。百葉箱百葉箱的作用是防止太陽對儀器的直接輻射和地面對儀器的反射輻射單位面積上所承受的大氣柱的重量；單位：毫米汞柱高度mmHg；百帕hPa；換算：1hPa=0.75mmHg；當選定溫度為0℃，緯度為45°的海平面作為標準時，海平面氣壓為1個大氣壓，相當于760mm的水銀柱高度或1013.25hPa。測量：一般情況下氣壓值用水銀氣壓表測量。氣壓隨高度升高而降低。2、氣壓單位面積上所承受的大氣柱的重量；2、氣壓空氣的水平運動；風向是指風的來向。地面風向用16方位表示，高空風向常用方位度數(shù)表示，即以0°（或360°）為正北，90°為正東，180°為正南，270°為正西；風速單位常用m/s、knot（海里/小時，又稱“節(jié)”，）表示，其換算關系：1m/s=1.94knot。測量：地面風向—風向標，地面風速—風速表。3、風空氣的水平運動；3、風風向16方位圖風向16方位圖表示大氣中水汽量多少的物理量。水汽壓和飽和水汽壓水汽壓（e）：大氣中的水汽所產(chǎn)生的壓力。用hPa表示。飽和水汽壓（E）：一定溫度下，水汽達到飽和時的壓力，也叫最大水汽壓。飽和水汽壓隨溫度的升高而增大。絕對濕度（a）：單位體積中氣中所含水蒸汽的質量（g／m3）；換算：a=217·（e/T），式中，e-水汽壓（hPa），T-絕對溫度（K）。4、濕度表示大氣中水汽量多少的物理量。4、濕度飽和差（d）——在一定溫度下，飽和水汽壓與實際空氣中水汽壓之差。即d=E-e。f=100%或d=0時，E=e空氣飽和f＞100%或d＜0時，E＜e空氣過飽和f＜100%或d＞0時，E＞e空氣未飽和相對濕度（f）——空氣中的實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值（用百分數(shù)表示）,即飽和差（d）——在一定溫度下，飽和水汽壓與實際空氣中水汽壓之露點（Td）——空氣中水汽含量不變、氣壓一定時，使空氣冷卻達到飽和時的溫度，簡稱露點。單位與氣溫相同。在氣壓一定時，露點的高低只與空氣中的水汽含量有關，水汽含量愈多，露點愈高，所以露點也是反映空氣中水汽含量的物理量。實際大氣中，露點溫度常比氣溫低（Td≤T）。因此，T和Td的差值，可反映空氣距離飽和的程度。露點（Td）——空氣中水汽含量不變、氣壓一定時，使空氣冷卻達（二）空氣狀態(tài)方程1、干空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)：密度（ρ）、體積（V）、壓強（P）、溫度（T）理想氣體的狀態(tài)方程：在標準狀態(tài)下（P0=1013.25hPa，T0=273K），1mol氣體的體積約等于22.4L，即V0=22.4L/mol（二）空氣狀態(tài)方程1、干空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)：密度（ρ）、體可見，質量為M的理想氣體狀態(tài)方程：溫度一定，氣體的壓強與其密度成正比；密度一定，氣體的壓強與其絕對溫度成正比。R稱比氣體常數(shù)，其取值與氣體的性質有關。若把干空氣分子量視為28.97，則干空氣比氣體常數(shù)：可見，質量為M的理想氣體狀態(tài)方程：溫度一定，氣體的壓強與其密2、濕空氣狀態(tài)方程濕空氣水汽含量變化，因此R濕很難固定；用P-濕空氣總壓強，e-水汽壓，ρd，ρw-干、濕空氣密度，則：1.608Rd2、濕空氣狀態(tài)方程濕空氣水汽含量變化，因此R濕很難固定；1.上式右邊分子分母同乘（1+0.378e/P），因e比P小很多，故（0.378e/P）2可忽略不計，上式可寫成：引入虛溫Tv=（1+0.378e/P）T，則：虛溫的意義：同一壓強下，干空氣密度等于濕空氣密度時，干空氣應有的溫度，虛溫大于實際溫度。低層大氣，尤其是夏季，必須用濕空氣狀態(tài)方程。上式右邊分子分母同乘（1+0.378e/P），因e比P小很第二節(jié)大氣的熱能和溫度一、太陽輻射太陽輻射光譜：太陽輻射中輻射能按波長的分布。（一）太陽輻射光譜和太陽常數(shù)T=6000K時，根據(jù)黑體輻射公式計算的黑體光譜能量分布曲線第二節(jié)大氣的熱能和溫度一、太陽輻射太陽輻射光譜：太陽輻射中太陽輻射強度太陽常數(shù)（I0）：大氣上界日地平均距離時，垂直于太陽光線的1cm2面積，1min內(nèi)獲得的太陽輻射能量（1370W/m2）。太陽輻射強度影響因子：太陽高度和日地距離。太陽輻射強度1、大氣對太陽輻射的吸收（二）太陽輻射在大氣中的減弱0-50-100501001250紅外線可見光吸收紅外線O3CO2水汽吸收紫外線到達地面的主要是可見光。O3CO2水汽紫外線1、大氣對太陽輻射的吸收（二）太陽輻射在大氣中的減弱0-50此外，懸浮在大氣中的水滴、塵埃等雜質，也能吸收一部分太陽輻射，但其量甚微。

▲結論：大氣對太陽輻射的吸收具有選擇性，因而穿過大氣后的太陽輻射光譜極不規(guī)則。由于大氣中主要吸收物質（臭氧和水汽）對太陽輻射的吸收帶都位于太陽輻射光譜兩端能量較小的區(qū)域，因而對太陽輻射的減弱作用不大。此外，懸浮在大氣中的水滴、塵埃等雜質，也能吸收一部分太陽輻射2、大氣對太陽輻射的散射太陽輻射通過大氣，遇到空氣分子、塵粒、云滴等質點——散射。散射只是改變輻射的方向而不改變能量形式，使太陽輻射以質點為中心向四面八方傳播。2、大氣對太陽輻射的散射太陽輻射通過大氣，遇到空氣分子、塵粒①分子散射，也叫蕾利散射：②粗粒（水滴）散射，也稱米散射：太陽輻射遇到直徑比波長小的空氣分子，則輻射的波長愈短，散射得愈強。晴空呈藍色。太陽輻射遇到直徑比波長大的質點，輻射的各種波長都同樣地被散射?？諝庥休^多塵埃和霧粒時，天空呈灰白色。①分子散射，也叫蕾利散射：②粗粒（水滴）散射，也稱米散射：太3、大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反射3、大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反射3、大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反射大氣中云層和較大顆粒的塵埃能將太陽輻射中一部分能量反射到宇宙空間去。反射沒有選擇性，所以反射光呈白色云的反射作用最為顯著：高云反射率約25％，中云為50％，低云為65％，稀薄云層10％-20％，厚云層可達90％，平均反射率為50％-55％。3、大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反射大氣中云層和較大顆粒的塵1、雨后天晴，天空呈青藍色。2、當空氣中存在較多的塵?；蜢F粒時，天空呈灰白色。3、白天烏云密布時，天空光線很暗。問題——請解釋下列現(xiàn)象：總結：1、吸收和分子散射有選擇性，粗粒散射和反射無選擇性2、散射作用主要減弱可見光；而吸收作用主要減弱紫外區(qū)和紅外區(qū)；反射則較均勻的減弱太陽輻射。3、散射和反射只改變輻射的方向，不改變能量形式；而吸收是將輻射轉變?yōu)闊崮苄问健?、三個作用中，以反射和散射為主，而吸收作用較小。1、雨后天晴，天空呈青藍色。問題——請解釋下列現(xiàn)象：總結：課堂練習：下列現(xiàn)象中，與大氣對太陽輻射的削弱作用無關的是：A.多云的夜晚比晴朗的夜晚溫暖些B.日出前天已亮，日落后天不黑C.夏季白天多云時，氣溫不會太高D.平流層的氣溫隨高度的增加而增加課堂練習：直接輻射+散射輻射=到達地面的總輻射（三）到達地面的太陽輻射直接輻射+散射輻射=到達地面的總輻射（三）到達地面的太陽輻射1、直接輻射（Q）太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的。兩個主因子：太陽高度角和大氣透明度。①太陽高度角（h）的影響1、直接輻射（Q）太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的。①太陽高度角愈小，太陽輻射穿過的大氣層愈厚太陽高度角愈小，太陽輻射穿過的大氣層愈厚②大氣透明度影響——透明系數(shù)（ρ）它是指透過一個大氣質量的輻射強度與進入該大氣的輻射強度之比。ρ小——大氣中所含水汽、水汽凝結物和塵粒雜質較多。大氣層厚度一定時，ρ越小對太陽輻射削弱越多。②大氣透明度影響——透明系數(shù)（ρ）它是指透過一個大氣質量的輻2、散射輻射（q）①h增大，到達近地面層的Q增強，q也相應增強；②大氣透明度差，參與散射作用的質點增多，q增加；日出以前，地面上總輻射收入少，只有散射輻射；日出以后，隨著太陽高度的升高，Q和q逐漸增加。Q＞q，即散射輻射在總輻射中所占成分逐漸減?。惶柛叨壬郊s8°時，Q=q；當50°時，q＜＜Q;中午時Q和q均達到最大值；中午以后二者又按相反次序變化。隨緯度的分布：緯度愈低，總輻射愈大。3、總輻射（Q+q）2、散射輻射（q）①h增大，到達近地面層的Q增強，q也相應影響因子輻射類型h增大ρ增強海拔增高緯度加大總輻射E總增強增強增強減弱直接輻射Q增強增強增強減弱散射輻射q增強減弱減弱減弱(絕對量)增強(相對量)影響因子h增大ρ增強海拔緯度加大總輻射E總增強增強增強4、地面對太陽輻射的反射陸地表面對太陽輻射的反射率約為10-30％；雪面的反射率約為60％，潔白雪面可達90％；水面比陸面反射率小。4、地面對太陽輻射的反射陸地表面對太陽輻射的反射率約為10-太陽輻射的減弱——吸收、散射、反射太陽常數(shù)（I0）到達地面的總輻射=直接輻射+散射輻射地面對太陽輻射的反射太陽輻射的減弱——吸收、散射、反射太陽常數(shù)（I0）到達地面的二、地面和大氣輻射（一）地面、大氣的輻射和地面有效輻射太陽輻射—短波輻射，地面、大氣輻射—長波輻射二、地面和大氣輻射（一）地面、大氣的輻射和地面有效輻射1、地面輻射2、大氣輻射——由地面向上空放出熱量，大部分為大氣所吸收。水汽對長波輻射的吸收最顯著，除8-12μm波段外，其它波段都能吸收，并以6μm附近和24μm以上波段的吸收能力最強。液態(tài)水對長波輻射的吸收性質與水汽相仿，作用更強，厚度大的云層表面幾乎全部吸收。二氧化碳有兩個吸收帶，中心分別位于4.3μm和14.7μm。1、地面輻射2、大氣輻射——由地面向上空放出熱量，大部分為大8-12μm處吸收率最小，透明度最大，稱為“大氣窗口”——正好位于地面輻射能力最強處，20%的地面輻射能量被透過。8-12μm處吸收率最小，透明度最大，稱為“大氣窗口”——長波輻射與太陽直接輻射的差異太陽直接輻射是定向的平行輻射，地面和大氣輻射是漫射輻射。太陽輻射在大氣中傳播時，僅考慮大氣對太陽輻射的削弱作用。但長波輻射在大氣中的傳播時，不僅要考慮大氣對長波輻射的吸收，而且要考慮大氣本身的長波輻射。長波輻射在大氣中傳播時，可不考慮散射作用。長波輻射與太陽直接輻射的差異太陽直接輻射是定向的平行輻射，地3、地面有效輻射大氣逆輻射：大氣輻射指向地面的部分。保溫效應：大氣逆輻射使地面因放射輻射而實際損耗的能量減少，大氣對地面這種保暖作用。大氣的保溫作用使近地表氣溫提高約18℃。月球無大氣，白天表面溫度達127℃，夜間降至-183℃。3、地面有效輻射大氣逆輻射：大氣輻射指向地面的部分。大氣的保地面有效輻射(F0)：地面放射的輻射(Eg)與地面吸收的大氣逆輻射(Ea)之差。F0=Eg-Ea通常地面溫度高于大氣溫度，地面有效輻射多為正影響因子：地面溫度，空氣溫度，空氣濕度和云況

主要因子EgEaF0地面溫度高增強——增大空氣溫度高——增強減小空氣濕度大——增強減小云量大減小增強減小多地面有效輻射(F0)：地面放射的輻射(Eg)與地面吸收的大氣大氣對地面的保溫作用地面增溫地面輻射射向宇宙空間太陽輻射大氣吸收地面吸收

大氣上界地面大氣吸收“太陽暖大地”“大氣還大地”“大地暖大氣”大氣輻射射向地面大氣對地面的保溫作用地面增溫地射向宇宙空間太陽輻射大氣吸收地請分析下列現(xiàn)象1.有云的夜晚比晴天的夜晚暖和；2.空氣混濁度大時比空氣干潔時有效輻射??；3.濕熱的天氣條件下，有效輻射比干冷時小。插入問題請分析下列現(xiàn)象1.有云的夜晚比晴天的夜晚暖和；插入問題（二）地面及地-氣系統(tǒng)的輻射差額1、地面輻射差額（Rg）單位時間內(nèi)單位面積地表面所吸收的總輻射和其有效輻射之差值。Rg＞0，地面輻射能收入大于支出，地面有熱量的積累；Rg＜0，則地面因輻射而有熱量的虧損。日變化：夜間為負，白天為正;由負值轉到正值和由正值轉到負值的時刻分別在日出后和日落前1h。輻射差額（凈輻射）：物體收入輻射能與支出輻射能的差值。輻射差額=收入輻射-支出輻射（二）地面及地-氣系統(tǒng)的輻射差額1、地面輻射差額（Rg）單位2、地-氣系統(tǒng)的輻射差額（Rs）不同緯度地區(qū)，Rs可以為正，也可以為負。就整個地氣系統(tǒng)來說，Rs多年平均為零。2、地-氣系統(tǒng)的輻射差額（Rs）不同緯度地區(qū)，Rs可以為正根據(jù)所學知識解釋自然現(xiàn)象：1、日出前的黎明、日落后的黃昏，以及陰天，天空為什么仍是明亮的？2、為什么白天多云，氣溫比晴天低，夜間多云，氣溫又比晴天高？3、為什么赤道地區(qū)終年太陽高度較大，但它并不是全球太陽輻射強度最大的地區(qū)？4、在晚秋和寒冬，為什么霜凍多出現(xiàn)在晴朗的夜晚？5、在寒冬，為什么人造煙幕能起到防御霜凍的作用？6、某地昨天為晴朗的天氣，今天為多云的天氣，僅從大氣的熱力作用分析，哪一個氣溫日較差?。繛槭裁?？根據(jù)所學知識解釋自然現(xiàn)象：三、大氣的增溫和冷卻1、海陸比熱不同：巖石、土壤的比熱小于水（1g水的溫度變化1℃，則使1g巖石的溫度變化大約是5℃）；2、海陸導熱方式不同：水中上下層熱量交換迅速；3、海陸透射太陽輻射的性能不同：可透射水的深處。（一）海陸的增溫和冷卻的差異結論：大陸受熱快，冷卻也快，溫度升降變化大海洋溫度變化緩慢，溫度升降變化小大洋中，年最高及最低氣溫出現(xiàn)的時間要比大陸延遲一兩個月。三、大氣的增溫和冷卻1、海陸比熱不同：巖石、土壤的比熱小于水氣溫實質上是空氣內(nèi)能大小的表現(xiàn)。兩種空氣內(nèi)能變化：非絕熱變化——空氣與外界有熱量交換。絕熱變化——空氣與外界沒有熱量交換。（二）空氣的增溫和冷卻1、氣溫的非絕熱變化——空氣與外界交換熱量的五種方式:傳導、輻射、對流、湍流和蒸發(fā)凝結（包括升華、凝華）。氣溫實質上是空氣內(nèi)能大小的表現(xiàn)。（二）空氣的增溫和冷卻1、▲地面與空氣之間最主要的方式是輻射；在氣層（氣團）之間，主要依靠對流和湍流，其次通過蒸發(fā)、凝結過程的潛熱出入，進行熱量交換。

▲地面與空氣之間最主要的方式是輻射；在氣層（氣團）之間，主要2、氣溫的絕熱變化（1）干絕熱直減率和濕絕熱直減率

絕熱垂直減溫率（簡稱絕熱直減率）：氣塊絕熱上升單位距離時的溫度降低值。A、干絕熱直減率（γd）：干空氣和未飽和的濕空氣上升單位距離時的溫度降低值。理論上可以計算出γd≈0.98℃/100m；實際工作中取γd=1℃/100m——在干絕熱過程中，氣塊每上升100m，溫度約下降1℃。如果氣塊的起始溫度為T0，干絕熱上升△Z高度后，溫度T為：T=T0-γd△Z

2、氣溫的絕熱變化（1）干絕熱直減率和濕絕熱直減率B、濕絕熱直減率（γm）：飽和濕空氣絕熱上升單位距離時的溫度降低值。飽和濕空氣絕熱上升:一膨脹對外作功而降溫；二冷卻發(fā)生凝結，釋放潛熱，加熱氣塊▲飽和濕空氣絕熱上升時因膨脹而引起的減溫率恒比干絕熱減溫率小。即γm＜γd。B、濕絕熱直減率（γm）：飽和濕空氣絕熱上升單位距離時的溫度氣壓(hPa)溫度（℃）-30-20-10010203010008007005003000.930.920.910.890.850.860.830.810.760.660.760.710.690.620.510.630.580.560.480.380.540.500.470.41

0.440.410.38

0.38

濕絕熱直減率（℃/100m)γm隨溫度升高和氣壓減小而減小

溫度（℃）-30-20-10010203010000.930γm＜γd干絕熱線直減率近于常數(shù)，故呈一直線；而濕絕熱線，因γm＜γd，故在干絕熱線的右方，并且下部因為溫度高，γm小，上部溫度低，γm大，這樣形成上陡下緩的一條曲線。到高層水汽凝結愈來愈多，空氣中水汽含量便愈來愈少，γm愈來愈和γd值相接近，使干、濕絕熱線近于平行。Hγm＜γd干絕熱線直減率近于常數(shù)，故呈一直線；而濕絕熱線3、大氣靜力穩(wěn)定度（1）大氣穩(wěn)定度的概念指氣塊受任意方向擾動后，返回或遠離原平衡位置的趨勢和程度。大氣穩(wěn)定度的三種情況：穩(wěn)定，不穩(wěn)定，中性。——是否易于垂直運動，即是否易于發(fā)生對流。穩(wěn)定的

不穩(wěn)定的

中性的

3、大氣靜力穩(wěn)定度（1）大氣穩(wěn)定度的概念穩(wěn)定的不穩(wěn)定的中（2）判斷大氣穩(wěn)定度的基本方法兩個力作用單位體積氣塊：一是四周大氣對它的浮力ρg，方向垂直向上；另一是本身的重力ρig，方向垂直向下；兩力的合力稱為層結內(nèi)力f。f＝ρg-ρig=miaPi0Ti0ρi0ρgρig單位體積氣塊ρi=mi，則：（2）判斷大氣穩(wěn)定度的基本方法兩個力作用單位體積氣塊：f＝ρ據(jù)狀態(tài)方程P=ρRT，Pi=ρiRTi準靜力條件Pi=P

則：穩(wěn)定度的基本公式Ti＞T，a＞0，受到一向上加速度而上升——不穩(wěn)定；Ti＜T，a＜0，受到向下加速度而返回原位——穩(wěn)定；Ti=T，a=0，垂直運動將不會發(fā)展——中性。據(jù)狀態(tài)方程P=ρRT，Pi=ρiRTi則：穩(wěn)定度的基本當干空氣或未飽和濕空氣塊上升△Z高度時，其溫度為Ti=Tio-γd△Z；而周圍的空氣溫度為T=T0-γ△Z。因為起始溫度相等，即Ti0=T0，代入，則得：干空氣和未飽和濕空氣穩(wěn)定度判斷當γ＜γd，若△Z＞0，則a＜0，層結是穩(wěn)定的；當γ＞γd，若△Z＞0，則a＞0，層結不穩(wěn)定；當γ=γd，a=0，層結是中性的。（γ－γd）是干空氣和未飽和濕空氣穩(wěn)定度判據(jù)。

當干空氣或未飽和濕空氣塊上升△Z高度時，其溫度為Ti=Tio舉例12.0℃12.0℃穩(wěn)定不穩(wěn)定舉例12.0℃12.0℃穩(wěn)定不穩(wěn)定四、氣溫（一）大氣溫度隨時間的變化1、氣溫的周期性變化：日變化；年變化2、氣溫的非周期變化（二）大氣溫度的空間分布1、氣溫的水平分布2、對流層中氣溫的垂直分布四、氣溫（一）大氣溫度隨時間的變化（一）大氣溫度隨時間的變化1、氣溫的周期性變化（1）氣溫的日變化

①近地層氣溫日變化的特征一日內(nèi)有一個最高值，一般出現(xiàn)在午后14時左右，一個最低值，一般出現(xiàn)在日出前后。太陽輻射——大氣削弱——到達地面吸收——地面輻射——大氣逆輻射——多方作用中以氣溫表現(xiàn)。（一）大氣溫度隨時間的變化1、氣溫的周期性變化太陽輻射——大因而對太陽輻射的減弱作用不大28地學基礎資源與環(huán)境學院2課件②氣溫日較差的變化氣溫日較差：一天中氣溫的最高值與最低值之差，其大小反映氣溫日變化的程度。緯度、季節(jié)、地形、天空狀況、下墊面性質緯度——日較差最大在副熱帶，向兩極減小；

季節(jié)——日較差夏季大于冬季；下墊面性質——海洋小于大陸，沿海小于內(nèi)陸，山區(qū)小于平原，潮濕區(qū)小于沙漠區(qū)。②氣溫日較差的變化氣溫日較差：一天中氣溫的最高值與最低值之盆地和谷地日較差大；小山峰等凸出地形區(qū)日較差小地形——凸起處小于凹下處。盆地和谷地日較差大；小山峰等凸出地形區(qū)日較差小地形——凸起處天空狀況——陰天小于晴天。天空狀況——陰天小于晴天。（2）氣溫的年變化①特征一：地球上絕大部分地區(qū)，在一年中月平均氣溫有一個最高值和一個最低值

——北半球，中、高緯度內(nèi)陸的氣溫7月最高，1月最低；海洋上的氣溫8月最高，2月最低。②特征二：氣溫年較差的大小與緯度、地形、天空狀況、下墊面性質等因素有關——氣溫年較差：一年中月平均氣溫最高值與最低值之差。緯度——赤道附近小，愈到高緯度地區(qū)愈大。（2）氣溫的年變化①特征一：地球上絕大部分地區(qū)，在一年中月?lián)贻^差大小及最高、最低值出現(xiàn)的時間，按緯度分為四種類型：赤道型、熱帶型、溫帶型、極地型2、氣溫的非周期變化——倒春寒，秋季回暖等據(jù)年較差大小及最高、最低值出現(xiàn)的時間，按緯度分為四種類型：（二）大氣溫度的空間分布1、氣溫的水平分布影響氣溫分布的主要因素：緯度、海陸、高度

在繪制等溫線圖時，常把溫度值訂正到同一高度即海平面上，以便于消除高度的因素。（二）大氣溫度的空間分布1、氣溫的水平分布等溫線大致與緯線平行，氣溫由赤道向兩極漸降低。北半球冬季等溫線，大陸凸向赤道，海洋凸向極地；夏季相反。南半球的等溫線比北半球平直。???最高溫度帶不在赤道上，冬季在5°-10°N處，夏季移到20°N左右。???

南半球冬夏季，最低溫度都在南極。北半球最低溫度夏季在極地附近，冬季在東部西伯利亞和格陵蘭地區(qū)。???全球氣溫水平分布的特點等溫線大致與緯線平行，氣溫由赤道向兩極漸降低。全球氣溫水平分因而對太陽輻射的減弱作用不大28地學基礎資源與環(huán)境學院2課件因而對太陽輻射的減弱作用不大28地學基礎資源與環(huán)境學院2課件15℃10℃5℃0℃AB15℃10℃5℃0℃BA南半球A是陸地B是海洋北半球15℃10℃5℃0℃AB15℃10℃5℃0℃B2、對流層中氣溫的垂直分布對流層氣溫隨高度升高而降低，一定條件下出現(xiàn)逆溫。（1）輻射逆溫2、對流層中氣溫的垂直分布對流層氣溫隨高度升高而降低，一定條（2）湍流逆溫

（3）平流逆溫

（4）下沉逆溫3500m3000m1500m200m（2）湍流逆溫3500m3000m1500m200m第三節(jié)大氣水分一、蒸發(fā)和凝結液態(tài)水轉化為水汽的過程叫蒸發(fā)。取決于實際水汽壓(e)和飽和水汽壓(E)的關系：e<E，蒸發(fā)進行；e>E，蒸發(fā)停止，可能產(chǎn)生凝結；e=E，動態(tài)平衡。（一）蒸發(fā)第三節(jié)大氣水分一、蒸發(fā)和凝結液態(tài)水轉化為水汽的過程叫蒸發(fā)。影響蒸發(fā)的因素水源——蒸發(fā)面的濕度和空氣濕度熱源——蒸發(fā)面的溫度飽和差（E-e）:蒸發(fā)面性質、形狀、溫度、風速風速與湍流擴散在影響蒸發(fā)的因子中，蒸發(fā)面的溫度通常是起決定作用的因子。影響蒸發(fā)的因素水源——蒸發(fā)面的濕度和空氣濕度凝結核(凝華核)：大氣中能促使水汽凝結的微?！Y核半徑一般為10-7-10-3cm，半徑越大、吸濕性越好的核，越易產(chǎn)生凝結?？諝庵兴娘柡突蜻^飽和狀態(tài)——使空氣達到過飽和的兩種途徑：一是增加空氣中的水汽；二是冷卻作用（二）水汽的凝結和凝結物1、大氣中水汽凝結的條件凝結核(凝華核)：大氣中能促使水汽凝結的微粒（二）水汽的凝2、地面的水汽凝結物（1）露和霜

露：傍晚或夜間，地面或地物由于輻射冷卻，使氣溫降到露點以下，而露點溫度在0℃以上，在地面或地物上就出現(xiàn)微小的水滴。霜：傍晚或夜間，地面或地物由于輻射冷卻，使氣溫降到露點以下，而露點溫度在0℃以下，則水汽直接在地面或地物上凝華成白色的冰晶。2、地面的水汽凝結物（1）露和霜形成露和霜的氣象條件是晴朗微風的夜晚。露的量雖有限，但對植物很有利，尤其在干燥地區(qū)和干熱天氣，夜間的露常有維持植物生命的功用。例如，在埃及和阿拉伯沙漠中，雖數(shù)月無雨，植物還可以依賴露水生長發(fā)育。露形成露和霜的氣象條件是晴朗微風的夜晚。露霜和霜凍是有區(qū)別的。有霜時農(nóng)作物不一定遭受霜凍之害。有霜凍時可有霜出現(xiàn)（白霜），也可沒有霜出現(xiàn)（黑霜）霜霜和霜凍是有區(qū)別的。霜為什么說"霜前冷，霜后暖"？

我國南方人們常說："霜前冷，霜后暖"。為什么霜前一段時間里，嘩啦嘩啦的西北風刮得這樣緊反而沒有霜呢？原因是在大寒潮剛剛來到的時候，雖然寒風刺骨，可是大風把上上下下的空氣吹得團團亂轉，使靠近地面的一層空氣不能在地面上呆得過久，不能充分的冷卻，這樣霜就難出現(xiàn)了。寒潮過后風小下來了，大氣就平靜了，再加上云層移走后，天空晴朗少云，地面能充分冷卻，霜就出現(xiàn)了。既然霜是風小少云天氣的產(chǎn)物，所以霜后的天氣一般說仍能保持晴好，陽光充足，溫度一天天回升，因此我國民間有"霜重見晴天"的農(nóng)諺。為什么說"霜前冷，霜后暖"？（2）霧凇和雨凇霧凇——過冷的霧滴附著于物體表面（樹枝、電線等）迅速凍結而成?！纬蓷l件：有霧、微風，溫度低雨凇——過冷卻的雨滴降到溫度低于零度的地面或地物上凍結而成。——形成條件：冷暖空氣交鋒，而且暖空氣勢力較強雨?。?）霧凇和雨凇霧凇——過冷的霧滴附著于物體表面（樹枝、電線“夜看霧，晨看掛，待到近午賞落花”霧凇“夜看霧，晨看掛，待到近午賞落花”霧凇粒狀霧凇的結構緊密，能使電線、樹枝折斷，對交通運輸、通訊、輸電線路等有一定影響。粒狀霧凇的結構緊密，能使電線、樹枝折斷，對交通運輸、通訊、輸（3）霧霧：懸浮于近地面空氣中的大量水滴或冰晶，使水平能見度小于1km的物理現(xiàn)象。如果能見度在1-10km范圍內(nèi)，則稱為輕霧。形成條件：近地面氣層穩(wěn)定，空氣水汽充沛，存在冷卻過程和凝結核。因此，霧可能造成空氣污染。最常見的是輻射霧和平流霧。（3）霧霧：懸浮于近地面空氣中的大量水滴或冰晶，使水平能見度輻射霧，主要是因為夜間地面輻射冷卻，使空氣中的水汽達到飽和所致，因此霧多發(fā)生在夜最長、氣溫最低的冬季或比較寒冷的冬半年。輻射霧，主要是因為夜間地面輻射冷卻，使空氣中的水汽達到飽和所平流霧：暖濕氣流流經(jīng)冷的下墊面而逐漸冷卻所形成。條件：下墊面與暖濕氣流溫差大，有適宜風向（由暖向冷）和風速（2-7m/s），層結較穩(wěn)定。平流霧：暖濕氣流流經(jīng)冷的下墊面而逐漸冷卻所形成。條件：下墊面諸葛亮對周瑜的安排，明知是計，卻敢于接納軍令狀，是早有神機妙算的。"亮已于三日前算定今天有大霧，因此敢任三日之限。"諸葛亮用霧作掩護，不費吹灰之力，得十萬余支箭而伏周瑜。曹操卻霧中失利，只得叫苦。霧在軍事上的妙用，足見一斑。請葛亮運用自身豐富的天氣預報經(jīng)驗，提前三天準確地預報出一場大霧，令世人驚嘆，他的預報經(jīng)驗并未留給后人，也無從考證。但天氣是有其自身的演變規(guī)律，掌握了這種規(guī)律，就可以預報天氣，這在三國時已是肯定無疑的了。"草船借箭"的啟示諸葛亮對周瑜的安排，明知是計，卻敢于接納軍令狀，是早3、云的形成條件和分類

（1）云的形成條件

條件：充足的水汽；足夠多凝結核；使水汽凝結的冷卻過程。云狀不同是由空氣上升運動形式不同造成的：——大氣的上升運動主要有三種方式：動力抬升：冷暖鋒或地形→層狀云；熱力對流：→積狀云；大氣波動：地面不平→波狀云。3、云的形成條件和分類（1）云的形成條件根據(jù)云的形成高度并結合其形態(tài)，國際分類法將云分為4族10屬，我國于1972年出版的《中國云圖》將云分成3族11屬。（2）云的分類

云的分類根據(jù)云的形成高度并結合其形態(tài)，國際分類法將云分為4族10屬，①積狀云淡積云濃積云積雨云①積狀云淡積云濃積云積雨云個體不大，輪廓清晰，底部平坦，頂部呈圓弧形凸起，狀如饅頭，其厚度小于水平寬度，晴天多見。淡積云個體不大，輪廓清晰，底部平坦，頂部呈圓弧形凸起，狀如饅頭，其個體高大，輪廓清晰，底部平而暗，頂部圓弧狀重疊，似花椰菜，其厚度超過水平寬度。一般不會出現(xiàn)降水。如果清晨有濃積云發(fā)展，顯示出大氣層結不穩(wěn)定，會出現(xiàn)雷陣雨天氣。濃積云個體高大，輪廓清晰，底部平而暗，頂部圓弧狀重疊，似花椰菜，其云體龐大如高聳的山岳，頂部開始凍結，輪廓模糊，底部十分陰暗，常有雨幡及碎雨云。積雨云是對流云發(fā)展到極盛階段，常產(chǎn)生較強的陣性降水，并伴有大風、雷電等現(xiàn)象，有時還出現(xiàn)強的降雹。積雨云云體龐大如高聳的山岳，頂部開始凍結，輪廓模糊，底部十分陰暗，②層狀云層狀云是均勻幕狀的云層，常具有較大的水平范圍，包括卷層云、卷云、高層云及雨層云。層狀云是由于空氣大規(guī)模的系統(tǒng)性上升運動而產(chǎn)生的。系統(tǒng)性層狀云的形成②層狀云層狀云是均勻幕狀的云層，常具有較大的水平范圍，包括卷雨層云低而厚，覆蓋范圍很大，常布滿天空。雨層云常出現(xiàn)連續(xù)性降雨。雨層云“天上灰布懸，雨絲定連綿”：灰布指雨層云。雨層云低而厚，覆蓋范圍很大，常布滿天空。雨層云常出現(xiàn)連續(xù)性云體均勻成層，呈灰白色或灰色，布滿全天。在夏季多出現(xiàn)降雨，而在冬季多出現(xiàn)降雪。

高層云云體均勻成層，呈灰白色或灰色，布滿全天。在夏季多出現(xiàn)降雨，而卷層云卷層云逐漸增厚，高度降低，并繼續(xù)發(fā)展，預示將有天氣系統(tǒng)影響測站，故有農(nóng)諺“日暈三更雨，月暈午時風”。反之卷層云無明顯變化，未來天氣不會有大變化。

云體均勻成層、透明或乳白色，透過云層日、月輪廓清晰可見，地物有影，常有暈。卷層云卷層云逐漸增厚，高度降低，并繼續(xù)發(fā)展，預示將有天氣系統(tǒng)卷云卷云常呈白色，遠在天邊時呈淡黃色，日出日落時常呈黃色或黃紅色，夜間是黑灰色。卷云有毛絲般的光澤，常見有絲條狀、片狀、羽毛狀、鉤狀等。卷云卷云常呈白色，遠在天邊時呈淡黃色，日出日落時常呈黃色或黃云片較薄，顏色潔白，毛絲般纖維結構很清晰。毛卷云在天空中出現(xiàn)時，預示當?shù)貙⑹乔缣?，農(nóng)諺“游絲天外飛，久晴便可期”。如果毛卷云厚度增加，云量也增多時，逐漸發(fā)展成卷層云，則預示天氣將有變化。毛卷云云片較薄，顏色潔白，毛絲般纖維結構很清晰。毛卷云在天空中出現(xiàn)云體很薄，呈白色，云絲往往平行排列，向上的一頭有小鉤或小簇，很像逗點符號。鉤卷云常分散在天空，當它系統(tǒng)的移入測站上空，并繼續(xù)發(fā)展，預示即將有不穩(wěn)定天氣系統(tǒng)影響測站，還有可能出現(xiàn)陰雨天天氣，農(nóng)諺“天上鉤鉤云，地上雨淋淋”。鉤卷云云體很薄，呈白色，云絲往往平行排列，向上的一頭有小鉤或小簇，③波狀云波狀云是波浪起伏的云層，包括卷積云、高積云、層積云和層云。當空氣存在波動時，波峰處空氣上升，波谷處空氣下沉。空氣上升處由于絕熱冷卻而形成云，空氣下沉處則無云形成。波狀云的形成③波狀云波狀云是波浪起伏的云層，包括卷積云、高積云、層積云和云體均勾成層，呈灰色，似霧，但不與地接，?；\罩山腰。大氣穩(wěn)定的條件下形成，一般無降水。層云云體均勾成層，呈灰色，似霧，但不與地接，?；\罩山腰。大氣穩(wěn)定云塊薄厚或形狀有很大差異，常呈灰色。薄云塊可辨出日、月位置；厚云塊則較陰暗。層積云云底較低，當云層發(fā)展較厚時常出現(xiàn)短時降雨，冬季降雪。

層積云云塊薄厚或形狀有很大差異，常呈灰色。薄云塊可辨出日、月位置；諺語“瓦塊云，曬死人”、“天上鯉魚斑，明天曬谷不用翻”，就是指透光高積云出現(xiàn)后，天氣晴好而少變。高積云云體較小，個體分明，形狀多呈扁圓形，瓦塊狀，魚鱗片狀的密集云條。在天空分布常密集成行或波狀排列。諺語“瓦塊云，曬死人”、“天上鯉魚斑，明天曬谷不用翻”，就是云塊很小，呈白色細鱗、片狀，常成行或成群，排列整齊，似微風吹過水面所引起的小波紋。卷積云是在卷云或卷層云上產(chǎn)生波動后演變成的，所以它和大片層狀云連在一起，表示將有風雨來臨?！棒~鱗天，不雨也風顛”就是指此種預兆。卷積云云塊很小，呈白色細鱗、片狀，常成行或成群，排列整齊，似微風吹卷云卷積云卷層云高積云高層云雨層云層積云層云積雨云淡積云濃積云云的分類卷云卷積云卷層云高積云高層云雨層云層積云層云積雨云淡積云濃積二、降水云滴增長方式：凝結增長、沖并增長。（一）降水形成的一般物理過程觀測表明，半徑大于30μm的大水滴在很短時間內(nèi)，就可通過重力沖并增長至半徑為幾毫米的雨滴。大水滴越大，沖并增長越迅速。即，水滴的沖并增長是一種加速過程。大水滴下降時，與空氣相對運動，空氣經(jīng)過大水滴，會在其周圍發(fā)生繞流，如圖。云中含水量越大，大小水滴的相對速度越大，則單位時間內(nèi)沖并的小水滴越多，重力沖并增長越快。二、降水云滴增長方式：凝結增長、沖并增長。（一）降水形成的一按成因——地形雨、對流雨、鋒面雨、臺風雨（二）降水類型雨的形成及類型按成因——地形雨、對流雨、鋒面雨、臺風雨（二）降水類型雨的形因而對太陽輻射的減弱作用不大28地學基礎資源與環(huán)境學院2課件第四節(jié)大氣的運動一、大氣的水平運動和垂直運動作用于空氣的力重力氣壓梯度力：氣壓分布不均而產(chǎn)生地轉偏向力：地球自轉而產(chǎn)生摩擦力：氣層間或大氣與地面間相對運動時產(chǎn)生慣性離心力：空氣作曲線運動時產(chǎn)生（一）水平運動第四節(jié)大氣的運動一、大氣的水平運動和垂直運動作用于空氣的力1、氣壓梯度力——氣壓梯度力（G）：因氣壓梯度存在而作用在單位質量空氣上的力方向由高壓指向低壓；大小與氣壓梯度△P成正比，與空氣密度ρ成反比。分為垂直氣壓梯度力（與重力平衡，不造成大的垂直加速度）和水平氣壓梯度力（雖小，由于沒有其它力與之相平衡，是空氣產(chǎn)生水平運動的直接動力）1、氣壓梯度力——氣壓梯度力（G）：因氣壓梯度存在而作用在單2、地轉偏向力（科里奧利力）——地轉偏向力（A）：因地球自轉而產(chǎn)生的作用于運動空氣的非慣性力。北半球物體偏向運動方向的右方，南半球相反；地轉偏向力只是在空氣相對于地面有運動時才產(chǎn)生，靜止大氣不受地轉偏向力作用；地轉偏向力只改變氣塊運動方向而不改變運動速度；在風速相同情況下其大小隨緯度增加而增大，兩極最大，赤道為零。2、地轉偏向力（科里奧利力）——地轉偏向力（A）：因地球自轉3、慣性離心力——慣性離心力（C）：由運動軌跡的曲率中心沿曲率半徑向外作用于作曲線運動物體上的慣性力。方向：同運動方向垂直，自曲率中心指向外緣；大?。和矬w轉動的線速度v成正比，與曲率半徑r成反比，C=v2/r；空氣運動時所受慣性離心力一般較小，往往小于地轉偏向力；只有空氣作曲線運動時，慣性離心力才發(fā)生作用；只改變物體運動的方向而不改變運動速度。3、慣性離心力——慣性離心力（C）：由運動軌跡的曲率中心沿曲4、摩擦力——摩擦力（C）：兩個相互接觸的物體作相對運動時，接觸面之間所產(chǎn)生的一種阻礙物體運動的力。內(nèi)摩擦力：兩個空氣層之間產(chǎn)生的阻力外摩擦力：下墊面與運動空氣間的阻力摩擦力的大小因高度不同：近地面層最顯著，高度愈高，作用愈弱，到1-2km以上，摩擦力可忽略。1-2km以下的氣層稱摩擦層；摩擦層以上的大氣稱自由大氣層；可改變氣塊運動的速度。4、摩擦力——摩擦力（C）：兩個相互接觸的物體作相對運動時，小結：地轉偏向力對高緯地區(qū)或大尺度空氣運動影響較大。慣性離心力是在空氣作曲線運動時起作用。摩擦力在摩擦層中起作用。上述三力不能使空氣由靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)，但卻能影響運動的方向和速度。氣壓梯度力是使空氣產(chǎn)生運動的直接動力，是最基本的力。氣壓梯度力和重力既可改變空氣運動狀態(tài)，又可使空氣由靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)。小結：1、對流運動是由于某團空氣溫度與周圍空氣溫度不等而引起的（二）空氣的垂直運動——空氣的垂直運動速度很小，然而垂直運動卻與大氣中云雨的形成和發(fā)展及天氣變化有著密切關系。2、系統(tǒng)性垂直運動由于水平氣流的輻合、輻散、暖氣流沿鋒面滑升以及氣流受山脈的阻滯等動力作用所引起的大范圍、較規(guī)則的上升或下降運動。1、對流運動（二）空氣的垂直運動——空氣的垂直運動速度很小，二、大氣環(huán)流——指大氣圈內(nèi)空氣作不同規(guī)模運動的總稱，是形成各種天氣和氣候的主要因素，并制約較小規(guī)模的氣流運動；大型—行星風系，季風；小型—海陸風、山谷風。二、大氣環(huán)流——指大氣圈內(nèi)空氣作不同規(guī)模運動的總稱，是形成各能量來源——太陽輻射。（一）行星風系高氣壓低氣壓地面熱低氣壓低氣壓高氣壓高氣壓冷冷能量來源——太陽輻射。（一）行星風系高氣壓低氣壓地面熱低氣壓赤道南極北極赤道赤道南極北極赤道赤道低壓帶極地高壓帶24中緯西風帶極地東風帶76低緯環(huán)流中緯環(huán)流高緯環(huán)流1358910三圈環(huán)流東北信風帶副熱帶高壓帶副極地低壓帶赤道低壓帶極地高壓帶24中緯西風帶極地東風帶76低緯地球上的大氣環(huán)流及其氣壓帶和風帶地球上的大氣環(huán)流及其氣壓帶和風帶隨季節(jié)變化海陸熱力差異（二）季風1月7月60N30N亞歐大陸洋大西洋太平副極地低氣壓帶蒙古--西伯利亞高壓阿留申低壓冰島低壓副熱帶高氣壓帶亞洲（印度）低壓亞速爾高壓夏威夷高壓冬夏冬夏——氣壓帶斷裂成單個的高低壓中心隨季節(jié)變化（二）季風1月7月60N30N亞歐大陸洋局部環(huán)境影響，如地形起伏、地表受熱不均勻引起的小范圍氣流。海陸風、山谷風、焚風。（三）局地環(huán)流局部環(huán)境影響，如地形起伏、地表受熱不均勻引起的小范圍氣流。（1、海陸風概念：局地范圍內(nèi)盛行風在一日內(nèi)而有顯著改變的現(xiàn)象。成因：海陸熱力差異；白天－海風；夜間－陸風。1、海陸風概念：局地范圍內(nèi)盛行風在一日內(nèi)而有顯著改變的現(xiàn)象。谷風2、山谷風山區(qū)：白天－谷風；夜間－山風。山風谷風2、山谷風山區(qū)：白天－谷風；夜間－山風。山風3、焚風——空氣流動遇山受阻，在背風坡一側順坡下降，形成干而熱的風。3、焚風——空氣流動遇山受阻，在背風坡一側順坡下降，形成干而第三章作業(yè)1、簡述大氣圈的垂直分層。2、簡述降水的主要類型。第三章作業(yè)1、簡述大氣圈的垂直分層。第三章大氣圈第一節(jié)大氣的組成與結構第二節(jié)大氣的熱能與溫度第三節(jié)大氣水分第四節(jié)大氣的運動第五節(jié)天氣系統(tǒng)第六節(jié)氣候第三章大氣圈第一節(jié)大氣的組成與結構大氣圈（atmosphere）是地球最外部的一個圈層。大氣是人類和生物賴以生存必不可少的物質條件，也是使地表保持恒溫和水分的保護層，同時也是促進地表形態(tài)變化的重要動力和媒介。覆蓋整個地球的大氣，質量約5300萬億噸，約占地球總質量的百萬分之一。由于地心引力的作用，大氣質量的90%聚集在離地表15km高度以下的大氣層內(nèi)。2000km高度以上，大氣極其稀薄，逐漸向星際空間過渡，無明顯上界。大氣圈（atmosphere）是地球最外部的第一節(jié)大氣的組成與結構一、大氣組成恒定組份：任何地方低層（<90km）大氣中；氮+氧+氬=99.96％；還有氖、氦、氪、氡等可變組份：隨季節(jié)、氣象和人類活動而變；CO2、O3、H2O不定組份：可有可無；塵埃、硫化氫、氮氧化物、硫氧化物…第一節(jié)大氣的組成與結構一、大氣組成恒定組份：任何地方低層（大氣組成干潔空氣水汽懸浮顆粒主要來自水面、土壤的蒸發(fā)和植物的蒸“騰”作用；含量不穩(wěn)定；可三相轉化。主要源于土壤、巖石風化、火山爆發(fā)、宇宙塵埃、植物花粉及海水飛沫等；人類活動。干潔空氣的體積組成大氣組成干潔空氣水汽懸浮顆粒主要來自水面、土壤的蒸發(fā)和植物的二、大氣的垂直結構按照人造衛(wèi)星大氣密度探測資料，用接近于星際的氣體密度的高度估計，大氣的上界為2000~3000km，這個高度可以大致看作是地球大氣的上界。根據(jù)大氣熱力性質在垂向上的差異，可將大氣分為五層：對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層（外層）。二、大氣的垂直結構按照人造衛(wèi)星大氣密度探測資料，用接近于星際赤道較厚，兩極較薄，赤道17~18km，兩極8~9km，平均11~13km；一般夏季較大，冬季較?。徽即髿馊傎|量3/4，集中了大氣全部水汽和塵埃；大氣降溫率6.5℃/km（熱源來自地面的長波輻射）；垂直對流強（風、雪、雨、云等活動）；濕度和溫度水平分布不均勻；受人類活動影響最顯著。（一）對流層（troposphere）赤道較厚，兩極較薄，赤道17~18km，兩極8~9km，平均在飛機上俯瞰對流層在飛機上俯瞰對流層對流層以上至35~55km，占大氣圈總質量的20%；含臭氧層（ozonelayers），吸收紫外線；臭氧吸收紫外線，使溫度逐漸上升（熱源來自太陽的短波輻射）；氣流以水平運動為主，垂直運動緩慢，例如火山塵埃，可以在平流層下部停留多年，使全球氣溫降低；水汽少、塵埃少、透明度高，很少氣象現(xiàn)象發(fā)生。（二）平流層（stratosphere）對流層以上至35~55km，占大氣圈總質量的20%；（二）平平流層頂至55-85km，無臭氧，氣溫隨高度增大而迅速下降；出現(xiàn)空氣的垂直對流，但空氣太稀薄，又無水蒸汽，無風雨。（三）中間層（mesosphere）（高空對流層）平流層頂至55-85km，無臭氧，氣溫隨高度增大而迅速下降；80-500km，空氣質點受太陽輻射和高能宇宙粒子作用，溫度迅速升高；氧、氦氣等被分解，處于原子或離子狀態(tài)，電離層。（四）熱層（thermosphere）熱層上部800km以上，空氣極為稀薄，人造衛(wèi)星軌道處；大氣圈與星際空間過渡地帶。（五）散逸層（exosphere）80-500km，空氣質點受太陽輻射和高能宇宙粒子作用，溫度大氣圈的垂直分層結構示意圖（據(jù)M.J.Pidwirny，2002年資料）大氣圈的垂直分層結構示意圖三、大氣的物理性狀表示空氣冷熱程度的物理量。一般用T來表示；單位：攝氏溫標（℃，即氣壓為1013.3hPa時純水的冰點為0℃，沸點為100℃，其間等分100等份中的1份即為1℃）；絕對溫標（K，T=t+273.15）；測量：百葉箱。（一）主要氣象要素1、氣溫三、大氣的物理性狀表示空氣冷熱程度的物理量。一般用T來表百葉箱的作用是防止太陽對儀器的直接輻射和地面對儀器的反射輻射，保護儀器免受強風、雨、雪等的影響，并使儀器感應部分有適當?shù)耐L，能真實地感應外界空氣溫度的變化。百葉箱內(nèi)外各部分均涂刷白色油漆。百葉箱百葉箱的作用是防止太陽對儀器的直接輻射和地面對儀器的反射輻射單位面積上所承受的大氣柱的重量；單位：毫米汞柱高度mmHg；百帕hPa；換算：1hPa=0.75mmHg；當選定溫度為0℃，緯度為45°的海平面作為標準時，海平面氣壓為1個大氣壓，相當于760mm的水銀柱高度或1013.25hPa。測量：一般情況下氣壓值用水銀氣壓表測量。氣壓隨高度升高而降低。2、氣壓單位面積上所承受的大氣柱的重量；2、氣壓空氣的水平運動；風向是指風的來向。地面風向用16方位表示，高空風向常用方位度數(shù)表示，即以0°（或360°）為正北，90°為正東，180°為正南，270°為正西；風速單位常用m/s、knot（海里/小時，又稱“節(jié)”，）表示，其換算關系：1m/s=1.94knot。測量：地面風向—風向標，地面風速—風速表。3、風空氣的水平運動；3、風風向16方位圖風向16方位圖表示大氣中水汽量多少的物理量。水汽壓和飽和水汽壓水汽壓（e）：大氣中的水汽所產(chǎn)生的壓力。用hPa表示。飽和水汽壓（E）：一定溫度下，水汽達到飽和時的壓力，也叫最大水汽壓。飽和水汽壓隨溫度的升高而增大。絕對濕度（a）：單位體積中氣中所含水蒸汽的質量（g／m3）；換算：a=217·（e/T），式中，e-水汽壓（hPa），T-絕對溫度（K）。4、濕度表示大氣中水汽量多少的物理量。4、濕度飽和差（d）——在一定溫度下，飽和水汽壓與實際空氣中水汽壓之差。即d=E-e。f=100%或d=0時，E=e空氣飽和f＞100%或d＜0時，E＜e空氣過飽和f＜100%或d＞0時，E＞e空氣未飽和相對濕度（f）——空氣中的實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值（用百分數(shù)表示）,即飽和差（d）——在一定溫度下，飽和水汽壓與實際空氣中水汽壓之露點（Td）——空氣中水汽含量不變、氣壓一定時，使空氣冷卻達到飽和時的溫度，簡稱露點。單位與氣溫相同。在氣壓一定時，露點的高低只與空氣中的水汽含量有關，水汽含量愈多，露點愈高，所以露點也是反映空氣中水汽含量的物理量。實際大氣中，露點溫度常比氣溫低（Td≤T）。因此，T和Td的差值，可反映空氣距離飽和的程度。露點（Td）——空氣中水汽含量不變、氣壓一定時，使空氣冷卻達（二）空氣狀態(tài)方程1、干空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)：密度（ρ）、體積（V）、壓強（P）、溫度（T）理想氣體的狀態(tài)方程：在標準狀態(tài)下（P0=1013.25hPa，T0=273K），1mol氣體的體積約等于22.4L，即V0=22.4L/mol（二）空氣狀態(tài)方程1、干空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)：密度（ρ）、體可見，質量為M的理想氣體狀態(tài)方程：溫度一定，氣體的壓強與其密度成正比；密度一定，氣體的壓強與其絕對溫度成正比。R稱比氣體常數(shù)，其取值與氣體的性質有關。若把干空氣分子量視為28.97，則干空氣比氣體常數(shù)：可見，質量為M的理想氣體狀態(tài)方程：溫度一定，氣體的壓強與其密2、濕空氣狀態(tài)方程濕空氣水汽含量變化，因此R濕很難固定；用P-濕空氣總壓強，e-水汽壓，ρd，ρw-干、濕空氣密度，則：1.608Rd2、濕空氣狀態(tài)方程濕空氣水汽含量變化，因此R濕很難固定；1.上式右邊分子分母同乘（1+0.378e/P），因e比P小很多，故（0.378e/P）2可忽略不計，上式可寫成：引入虛溫Tv=（1+0.378e/P）T，則：虛溫的意義：同一壓強下，干空氣密度等于濕空氣密度時，干空氣應有的溫度，虛溫大于實際溫度。低層大氣，尤其是夏季，必須用濕空氣狀態(tài)方程。上式右邊分子分母同乘（1+0.378e/P），因e比P小很第二節(jié)大氣的熱能和溫度一、太陽輻射太陽輻射光譜：太陽輻射中輻射能按波長的分布。（一）太陽輻射光譜和太陽常數(shù)T=6000K時，根據(jù)黑體輻射公式計算的黑體光譜能量分布曲線第二節(jié)大氣的熱能和溫度一、太陽輻射太陽輻射光譜：太陽輻射中太陽輻射強度太陽常數(shù)（I0）：大氣上界日地平均距離時，垂直于太陽光線的1cm2面積，1min內(nèi)獲得的太陽輻射能量（1370W/m2）。太陽輻射強度影響因子：太陽高度和日地距離。太陽輻射強度1、大氣對太陽輻射的吸收（二）太陽輻射在大氣中的減弱0-50-100501001250紅外線可見光吸收紅外線O3CO2水汽吸收紫外線到達地面的主要是可見光。O3CO2水汽紫外線1、大氣對太陽輻射的吸收（二）太陽輻射在大氣中的減弱0-50此外，懸浮在大氣中的水滴、塵埃等雜質，也能吸收一部分太陽輻射，但其量甚微。

▲結論：大氣對太陽輻射的吸收具有選擇性，因而穿過大氣后的太陽輻射光譜極不規(guī)則。由于大氣中主要吸收物質（臭氧和水汽）對太陽輻射的吸收帶都位于太陽輻射光譜兩端能量較小的區(qū)域，因而對太陽輻射的減弱作用不大。此外，懸浮在大氣中的水滴、塵埃等雜質，也能吸收一部分太陽輻射2、大氣對太陽輻射的散射太陽輻射通過大氣，遇到空氣分子、塵粒、云滴等質點——散射。散射只是改變輻射的方向而不改變能量形式，使太陽輻射以質點為中心向四面八方傳播。2、大氣對太陽輻射的散射太陽輻射通過大氣，遇到空氣分子、塵粒①分子散射，也叫蕾利散射：②粗粒（水滴）散射，也稱米散射：太陽輻射遇到直徑比波長小的空氣分子，則輻射的波長愈短，散射得愈強。晴空呈藍色。太陽輻射遇到直徑比波長大的質點，輻射的各種波長都同樣地被散射。空氣有較多塵埃和霧粒時，天空呈灰白色。①分子散射，也叫蕾利散射：②粗粒（水滴）散射，也稱米散射：太3、大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反射3、大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反射3、大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反射大氣中云層和較大顆粒的塵埃能將太陽輻射中一部分能量反射到宇宙空間去。反射沒有選擇性，所以反射光呈白色云的反射作用最為顯著：高云反射率約25％，中云為50％，低云為65％，稀薄云層10％-20％，厚云層可達90％，平均反射率為50％-55％。3、大氣的云層和塵埃對太陽輻射的反射大氣中云層和較大顆粒的塵1、雨后天晴，天空呈青藍色。2、當空氣中存在較多的塵?；蜢F粒時，天空呈灰白色。3、白天烏云密布時，天空光線很暗。問題——請解釋下列現(xiàn)象：總結：1、吸收和分子散射有選擇性，粗粒散射和反射無選擇性2、散射作用主要減弱可見光；而吸收作用主要減弱紫外區(qū)和紅外區(qū)；反射則較均勻的減弱太陽輻射。3、散射和反射只改變輻射的方向，不改變能量形式；而吸收是將輻射轉變?yōu)闊崮苄问健?、三個作用中，以反射和散射為主，而吸收作用較小。1、雨后天晴，天空呈青藍色。問題——請解釋下列現(xiàn)象：總結：課堂練習：下列現(xiàn)象中，與大氣對太陽輻射的削弱作用無關的是：A.多云的夜晚比晴朗的夜晚溫暖些B.日出前天已亮，日落后天不黑C.夏季白天多云時，氣溫不會太高D.平流層的氣溫隨高度的增加而增加課堂練習：直接輻射+散射輻射=到達地面的總輻射（三）到達地面的太陽輻射直接輻射+散射輻射=到達地面的總輻射（三）到達地面的太陽輻射1、直接輻射（Q）太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的。兩個主因子：太陽高度角和大氣透明度。①太陽高度角（h）的影響1、直接輻射（Q）太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的。①太陽高度角愈小，太陽輻射穿過的大氣層愈厚太陽高度角愈小，太陽輻射穿過的大氣層愈厚②大氣透明度影響——透明系數(shù)（ρ）它是指透過一個大氣質量的輻射強度與進入該大氣的輻射強度之比。ρ小——大氣中所含水汽、水汽凝結物和塵粒雜質較多。大氣層厚度一定時，ρ越小對太陽輻射削弱越多。②大氣透明度影響——透明系數(shù)（ρ）它是指透過一個大氣質量的輻2、散射輻射（q）①h增大，到達近地面層的Q增強，q也相應增強；②大氣透明度差，參與散射作用的質點增多，q增加；日出以前，地面上總輻射收入少，只有散射輻射；日出以后，隨著太陽高度的升高，Q和q逐漸增加。Q＞q，即散射輻射在總輻射中所占成分逐漸減??；太陽高度升到約8°時，Q=q；當50°時，q＜＜Q;中午時Q和q均達到最大值；中午以后二者又按相反次序變化。隨緯度的分布：緯度愈低，總輻射愈大。3、總輻射（Q+q）2、散射輻射（q）①h增大，到達近地面層的Q增強，q也相應影響因子輻射類型h增大ρ增強海拔增高緯度加大總輻射E總增強增強增強減弱直接輻射Q增強增強增強減弱散射輻射q增強減弱減弱減弱(絕對量)增強(相對量)影響因子h增大ρ增強海拔緯度加大總輻射E總增強增強增強4、地面對太陽輻射的反射陸地表面對太陽輻射的反射率約為10-30％；雪面的反射率約為60％，潔白雪面可達90％；水面比陸面反射率小。4、地面對太陽輻射的反射陸地表面對太陽輻射的反射率約為10-太陽輻射的減弱——吸收、散射、反射太陽常數(shù)（I0）到達地面的總輻射=直接輻射+散射輻射地面對太陽輻射的反射太陽輻射的減弱——吸收、散射、反射太陽常數(shù)（I0）到達地面的二、地面和大氣輻射（一）地面、大氣的輻射和地面有效輻射太陽輻射—短波輻射，地面、大氣輻射—長波輻射二、地面和大氣輻射（一）地面、大氣的輻射和地面有效輻射1、地面輻射2、大氣輻射——由地面向上空放出熱量，大部分為大氣所吸收。水汽對長波輻射的吸收最顯著，除8-12μm波段外，其它波段都能吸收，并以6μm附近和24μm以上波段的吸收能力最強。液態(tài)水對長波輻射的吸收性質與水汽相仿，作用更強，厚度大的云層表面幾乎全部吸收。二氧化碳有兩個吸收帶，中心分別位于4.3μm和14.7μm。1、地面輻射2、大氣輻射——由地面向上空放出熱量，大部分為大8-12μm處吸收率最小，透明度最大，稱為“大氣窗口”——正好位于地面輻射能力最強處，20%的地面輻射能量被透過。8-12μm處吸收率最小，透明度最大，稱為“大氣窗口”——長波輻射與太陽直接輻射的差異太陽直接輻射是定向的平行輻射，地面和大氣輻射是漫射輻射。太陽輻射在大氣中傳播時，僅考慮大氣對太陽輻射的削弱作用。但長波輻射在大氣中的傳播時，不僅要考慮大氣對長波輻射的吸收，而且要考慮大氣本身的長波輻射。長波輻射在大氣中傳播時，可不考慮散射作用。長波輻射與太陽直接輻射的差異太陽直接輻射是定向的平行輻射，地3、地面有效輻射大氣逆輻射：大氣輻射指向地面的部分。保溫效應：大氣逆輻射使地面因放射輻射而實際損耗的能量減少，大氣對地面這種保暖作用。大氣的保溫作用使近地表氣溫提高約18℃。月球無大氣，白天表面溫度達127℃，夜間降至-183℃。3、地面有效輻射大氣逆輻射：大氣輻射指向地面的部分。大氣的保地面有效輻射(F0)：地面放射的輻射(Eg)與地面吸收的大氣逆輻射(Ea)之差。F0=Eg-Ea通常地面溫度高于大氣溫度，地面有效輻射多為正影響因子：地面溫度，空氣溫度，空氣濕度和云況

主要因子EgEaF0地面溫度高增強——增大空氣溫度高——增強減小空氣濕度大——增強減小云量大減小增強減小多地面有效輻射(F0)：地面放射的輻射(Eg)與地面吸收的大氣大氣對地面的保溫作用地面增溫地面輻射射向宇宙空間太陽輻射大氣吸收地面吸收

大氣上界地面大氣吸收“太陽暖大地”“大氣還大地”“大地暖大氣”大氣輻射射向地面大氣對地面的保溫作用地面增溫地射向宇宙空間太陽輻射大氣吸收地請分析下列現(xiàn)象1.有云的夜晚比晴天的夜晚暖和；2.空氣混濁度大時比空氣干潔時有效輻射??；3.濕熱的天氣條件下，有效輻射比干冷時小。插入問題請分析下列現(xiàn)象1.有云的夜晚比晴天的夜晚暖和；插入問題（二）地面及地-氣系統(tǒng)的輻射差額1、地面輻射差額（Rg）單位時間內(nèi)單位面積地表面所吸收的總輻射和其有效輻射之差值。Rg＞0，地面輻射能收入大于支出，地面有熱量的積累；Rg＜0，則地面因輻射而有熱量的虧損。日變化：夜間為負，白天為正;由負值轉到正值和由正值轉到負值的時刻分別在日出后和日落前1h。輻射差額（凈輻射）：物體收入輻射能與支出輻射能的差值。輻射差額=收入輻射-支出輻射（二）地面及地-氣系統(tǒng)的輻射差額1、地面輻射差額（Rg）單位2、地-氣系統(tǒng)的輻射差額（Rs）不同緯度地區(qū)，Rs可以為正，也可以為負。就整個地氣系統(tǒng)來說，Rs多年平均為零。2、地-氣系統(tǒng)的輻射差額（Rs）不同緯度地區(qū)，Rs可以為正根據(jù)所學知識解釋自然現(xiàn)象：1、日出前的黎明、日落后的黃昏，以及陰天，天空為什么仍是明亮的？2、為什么白天多云，氣溫比晴天低，夜間多云，氣溫又比晴天高？3、為什么赤道地區(qū)終年太陽高度較大，但它并不是全球太陽輻射強度最大的地區(qū)？4、在晚秋和寒冬，為什么霜凍多出現(xiàn)在晴朗的夜晚？5、在寒冬，為什么人造煙幕能起到防御霜凍的作用？6、某地昨天為晴朗的天氣，今天為多云的天氣，僅從大氣的熱力作用分析，哪一個氣溫日較差??？為什么？根據(jù)所學知識解釋自然現(xiàn)象：三、大氣的增溫和冷卻1、海陸比熱不同：巖石、土壤的比熱小于水（1g水的溫度變化1℃，則使1g巖石的溫度變化大約是5℃）；2、海陸導熱方式不同：水中上下層熱量交換迅速；3、海陸透射太陽輻射的性能不同：可透射水的深處。（一）海陸的增溫和冷卻的差異結論：大陸受熱快，冷卻也快，溫度升降變化大海洋溫度變化緩慢，溫度升降變化小大洋中，年最高及最低氣溫出現(xiàn)的時間要比大陸延遲一兩個月。三、大氣的增溫和冷卻1、海陸比熱不同：巖石、土壤的比熱小于水氣溫實質上是空氣內(nèi)能大小的表現(xiàn)。兩種空氣內(nèi)能變化：非絕熱變化——空氣與外界有熱量交換。絕熱變化——空氣與外界沒有熱量交換。（二）空氣的增溫和冷卻1、氣溫的非絕熱變化——空氣與外界交換熱量的五種方式:傳導、輻射、對流、湍流和蒸發(fā)凝結（包括升華、凝華）。氣溫實質上是空氣內(nèi)能大小的表現(xiàn)。（二）空氣的增溫和冷卻1、▲地面與空氣之間最主要的方式是輻射；在氣層（氣團）之間，主要依靠對流和湍流，其次通過蒸發(fā)、凝結過程的潛熱出入，進行熱量交換。

▲地面與空氣之間最主要的方式是輻射；在氣層（氣團）之間，主要2、氣溫的絕熱變化（1）干絕熱直減率和濕絕熱直減率

絕熱垂直減溫率（簡稱絕熱直減率）：氣塊絕熱上升單位距離時的溫度降低值。A、干絕熱直減率（γd）：干空氣和未飽和的濕空氣上升單位距離時的溫度降低值。理論上可以計算出γd≈0.98℃/100m；實際工作中取γd=1℃/100m——在干絕熱過程中，氣塊每上升100m，溫度約下降1℃。如果氣塊的起始溫度為T0，干絕熱上升△Z高度后，溫度T為：T=T0-γd△Z

2、氣溫的絕熱變化（1）干絕熱直減率和濕絕熱直減率B、濕絕熱直減率（γm）：飽和濕空氣絕熱上升單位距離時的溫度降低值。飽和濕空氣絕熱上升:一膨脹對外作功而降溫；二冷卻發(fā)生凝結，釋放潛熱，加熱氣塊▲飽和濕空氣絕熱上升時因