大氣圈和天氣系統(tǒng)

大氣圈和氣候系統(tǒng)3.1.1干潔空氣3.1.2水汽水汽在大氣中是一種可變氣體，隨時(shí)間地點(diǎn)大氣環(huán)流和海陸分布密切相關(guān)。水汽占地球總水量的0.001%，平均每11天循環(huán)一次，每年更替32次。大氣中的水汽是唯一能發(fā)生相變的大氣成分，同時(shí)，水汽能強(qiáng)烈吸收和放出長(zhǎng)波輻射能；在相變過(guò)程中還能釋放和吸收熱量。因此，水汽在天氣變化、大氣能源轉(zhuǎn)換過(guò)程及大氣與地面的能量交換中起著重要的作用。

NASA的兩張圖像上的顏色差異所表示的，就是假設(shè)空氣中的水汽全部凝結(jié)并形成降水，將導(dǎo)致多少毫米的降水量。藍(lán)色代表最高的大氣水汽含量，約相當(dāng)于50~70毫米的降水量。綠色表示約25毫米的降水，淺灰色則表示10毫米或以下。通常水汽含量主要集中在距地3Km范圍內(nèi)，每升高1.5—2.0Km，水汽含量減少一半，到5Km高度上，含量減少到地面的10%，8.0—10.0Km以上水汽更少3.1.2固、液雜質(zhì)大氣懸浮固體雜質(zhì)和液體微粒也可稱(chēng)為氣溶膠粒子。

自然源

氣溶膠粒子來(lái)源分為

人工源大的水溶性氣溶膠粒子最易使水汽凝結(jié)，是成云致雨的重要條件。3.1.2固、液雜質(zhì)大氣懸浮固體雜質(zhì)和液體微粒也可稱(chēng)為氣溶膠粒子。

自然源

氣溶膠粒子來(lái)源分為

人工源作用：成云致雨的重要條件（凝結(jié)核）、改變大氣透明度、破壞地球的輻射平衡。

大氣的結(jié)構(gòu)一、大氣質(zhì)量1.大氣上界2.大氣質(zhì)量二、大氣壓力氣壓：定義從觀測(cè)高度到大氣上界單位面積（橫截面積1平方厘米）垂直空氣柱的質(zhì)量為大氣壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱(chēng)氣壓。測(cè)量?jī)x器：水銀氣壓表、空氣氣壓計(jì)氣壓?jiǎn)挝唬号了箍ǎ≒a）、百帕（hPa）氣象學(xué)把溫度為0℃、緯度為45°的海平面氣壓作為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，稱(chēng)為1個(gè)大氣壓，相當(dāng)于1013.25hPa

地面氣壓值在980-1040hPa之間變動(dòng)，平均為1013hPa。

內(nèi)容周期性日變化一晝夜有兩個(gè)最高值（9-10時(shí)、21-22時(shí)），兩個(gè)最低值（3-4時(shí)、15-16時(shí)）。熱帶的日變化比溫帶明顯。周期性年變化赤道地區(qū)氣壓變化不大，高緯度較大；大陸和海洋也有顯著差別，大陸冬季氣壓高，夏季最低，而海洋相同。非周期性變化常與大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)有聯(lián)系，且變化幅度大。

高氣壓由于地表的非均質(zhì)一性及動(dòng)力、熱力因子影像，在同一水平面上實(shí)際氣壓的分布并不均勻，所以在同一時(shí)刻用等壓線(xiàn)繪出的圖就叫水平氣壓場(chǎng)圖。低氣壓高壓脊鞍形低壓槽氣壓場(chǎng)的幾種基本類(lèi)型

氣壓的垂直分布①在氣壓相同條件下，氣柱溫度越高單位氣壓高度越大，氣壓垂直梯度越小，即暖區(qū)氣壓垂直高度差越大。②在相同氣溫下，氣壓越高單位氣壓高度差越小，氣壓垂直梯度越大。大氣分層按照分子組成：均質(zhì)層和非均質(zhì)層非均質(zhì)層從內(nèi)到外分為：氮層、原子氧層、氦層、氫層。按照大氣化學(xué)和物理性質(zhì)：分為光化層和離子層。在氣象學(xué)中按照溫度和運(yùn)動(dòng)情況將大氣圈分為五層：對(duì)流層、平流層、中間層、暖層、散逸層

大氣的熱能地球氣候系統(tǒng)的能源主要來(lái)源于太陽(yáng)輻射，他從根本上決定地球、大氣的熱狀況，從而支配其他能量的傳輸過(guò)程，而地球氣候系統(tǒng)內(nèi)部也進(jìn)行著輻射能量交換，所以我們研究大氣的熱能首先從太陽(yáng)輻射開(kāi)始說(shuō)起。

太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射能類(lèi)型名稱(chēng)波長(zhǎng)比例可見(jiàn)光0.4-0.76μm50%紅外輻射大于0.76μm43%紫外輻射小于0.4μm7%

短波輻射：相對(duì)于地球輻射而言，太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)較短，故稱(chēng)太陽(yáng)輻射為短波輻射。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度：表示太陽(yáng)輻射能強(qiáng)弱的物理量，即單位時(shí)間內(nèi)垂直投射的單位面積上的太陽(yáng)輻射能。太陽(yáng)常數(shù)：在日地平均距離（D=1.496×108km）上，大氣頂界垂直于太陽(yáng)光線(xiàn)的單位面積上每分鐘接受的太陽(yáng)輻射。最佳值為1361W/m2

主要削弱紫外和紅外散射和反射作用受云層厚度、水汽含量、大氣懸浮微粒粒徑和含量影響很大

大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射①分子散射（蕾利散射）原因：空氣分子的直徑小于太陽(yáng)輻射的電磁波波長(zhǎng)。規(guī)律：波長(zhǎng)越短，散射越強(qiáng)，散射能力與波長(zhǎng)的四次方呈反比。例子：雨過(guò)天晴，天空呈青藍(lán)色，因?yàn)榍嗨{(lán)色光波長(zhǎng)較短，容易散射。

②粗粒散射原因：固液微粒的直徑大于太陽(yáng)輻射的電磁波波長(zhǎng)。規(guī)律：輻射的各種波長(zhǎng)同樣地被散射。例子：塵埃霧粒較多時(shí)，天空呈灰白色；浪花之白色。大氣能量及其保溫效應(yīng)大氣本身對(duì)太陽(yáng)輻射直接吸收很少，而水、陸、植被等下墊面卻能大量吸收太陽(yáng)輻射并經(jīng)潛熱和感熱轉(zhuǎn)化供給大氣。大氣獲得能量的具體結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)輻射的直接吸收對(duì)地面輻射的吸收潛熱輸送感熱輸送

大氣的逆輻射和保溫效應(yīng)大氣的逆輻射：大氣吸收地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)，又以輻射的方式向外放射能量。大氣這種向外放射能量的方式，稱(chēng)為大氣逆輻射。

大氣保溫效應(yīng)大氣效應(yīng)（Effectofatmosphericinsulation）又稱(chēng)大氣保溫效應(yīng)。因地球大氣對(duì)太陽(yáng)短波輻射基本透明，而對(duì)地表長(zhǎng)波輻射具有強(qiáng)烈的選擇吸收，大氣吸收了長(zhǎng)波輻射，同時(shí)又放射長(zhǎng)波輻射，其中一部分逸向太空，另一部分又返回地表和低層大氣，從而使有大氣存在時(shí)地表的實(shí)際溫度高于無(wú)大氣存在時(shí)地表的平均溫度。大氣層的這種增溫作用即為大氣效應(yīng)。

溫室效應(yīng)

溫室效應(yīng)的危害

地—?dú)庀到y(tǒng)的輻射平衡(1)概念：把地面及大氣看成一個(gè)整體，稱(chēng)為地氣系統(tǒng)。對(duì)此系統(tǒng)所計(jì)算出來(lái)的輻射平衡，稱(chēng)為地氣系統(tǒng)輻射平衡，又稱(chēng)為地氣系統(tǒng)輻射差額。(2)輻射平衡的日變化

白天為正，晚上為負(fù)(3)輻射平衡的年變化

北半球夏季加大，冬季相反，甚至出現(xiàn)負(fù)值。緯度越高，輻射平衡保持正值的月份越少。(4)整個(gè)地氣系統(tǒng)的輻射的多年平均為零。

(5)輻射平衡的緯度分布

氣溫一、氣溫的周期性變化1.氣溫的日變化(1)變化規(guī)律：一個(gè)最高值；一個(gè)最低值(2)變化幅度——日較差其變化與下列因素有關(guān)：

緯度

季節(jié)

地表性質(zhì)

天氣狀況

2.氣溫的年變化(1)變化規(guī)律：一個(gè)最高值；一個(gè)最低值(2)變化幅度——年變化其變化與下列因素有關(guān)：緯度季節(jié)地表性質(zhì)天氣狀況

二、氣溫的水平分布1.等溫線(xiàn)2.影響因素主要有二個(gè)：緯度、海陸

3.全球氣溫水平分布特點(diǎn)

三、氣溫的垂直分布1.總體規(guī)律：氣溫隨高度升高而降低。2.氣溫垂直遞減率（氣溫直減率）；整個(gè)對(duì)流層變化值為：0.65℃/100m3.逆溫：在特殊情況下，某些氣層的的溫度隨高度而增加，這些氣層被稱(chēng)為逆溫層。

TIPS:研究大氣污染問(wèn)題常常需要測(cè)定逆溫層高度、厚度、出現(xiàn)和消失時(shí)間。大氣水分和降水要求：了解大氣濕度及其變化掌握蒸發(fā)及其影響了解水汽凝結(jié)和凝結(jié)現(xiàn)象掌握大氣降水的類(lèi)型、分步和變化

一、大氣濕度（1）濕度概念及其表示方法大氣濕度：表示大氣中水汽含量的物理量濕度狀況是決定云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的重要因素。大氣氣象的要素之一。表示方法

1.水汽壓和飽和水汽壓

2.絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度

3.露點(diǎn)溫度——水汽凝結(jié)的必要條件

1.水汽壓和飽和水汽壓水汽壓：大氣中水汽所產(chǎn)生的那部分壓力。符號(hào)為e，也用百帕（hPa）表示。飽和水汽壓：飽和空氣中水汽壓E。也叫最大水汽壓。飽和空氣：溫度一定時(shí)，單位體積空氣中的水氣量有一定的限度，達(dá)到這個(gè)限度空氣呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，稱(chēng)為飽和空氣。水汽壓的日變化：在海洋或大陸的冬天，一個(gè)最大值出現(xiàn)在午后，一個(gè)最小值出現(xiàn)在清晨。（單峰型）在大陸的夏天，兩個(gè)最大值分別出現(xiàn)在早晨9-10點(diǎn)，晚上21-22點(diǎn)，兩個(gè)最小值出現(xiàn)在清晨日出前溫度最低的時(shí)候和午后對(duì)流最強(qiáng)的時(shí)候。（雙峰型）

2.絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝蝗莘e空氣所含的水汽質(zhì)量，單位通常用g/cm3表示，稱(chēng)為絕對(duì)濕度（α）或水汽密度。相對(duì)濕度：大氣的實(shí)際水汽壓e與同溫度下的飽和水汽壓E之比，稱(chēng)為相對(duì)濕度（f）,用百分?jǐn)?shù)表示。3.露點(diǎn)溫度濕空氣等