大氣科學(xué)概論第二講大氣的基本知識(shí)詳解演示文稿

大氣科學(xué)概論第二講大氣的基本知識(shí)詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共60頁(yè)。優(yōu)選大氣科學(xué)概論第二講大氣的基本知識(shí)當(dāng)前2頁(yè)，總共60頁(yè)。第二講大氣科學(xué)的基本知識(shí)2.1

大氣的組成2.2

大氣的基本物理性質(zhì)2.3

大氣的垂直結(jié)構(gòu)當(dāng)前3頁(yè)，總共60頁(yè)。第一節(jié)大氣的組成

干潔大氣（即干空氣）CleanAir水汽Moisture懸浮在大氣中的固液態(tài)雜質(zhì)Impurity

地球大氣由三個(gè)部分組成:當(dāng)前4頁(yè)，總共60頁(yè)。低層大氣的主要成分當(dāng)前5頁(yè)，總共60頁(yè)。一干潔大氣干潔大氣的定義：除去水汽及其他懸浮在大氣中的固、液體質(zhì)粒以外的整個(gè)混合氣體。干潔大氣的成分變化：0~90km:主要成分和含量比例基本保持不變。

90km以上:氮稍有減少,氧稍有增多,氬和二氧化碳明顯減少,其中氧分子和氮分子開始離解

。當(dāng)前6頁(yè)，總共60頁(yè)。

各種成分介紹：

氮?dú)猓∟2)：

存在方式：以蛋白質(zhì)的形式存在于有機(jī)體中。

作用：是有機(jī)體的基本組成部分，也是合成氮肥的基本原料。

氧氣（O2）：

是人類和動(dòng)植物維持生命活動(dòng)的極為重要的氣體；積極參加大氣中的許多化學(xué)過程；對(duì)有機(jī)物質(zhì)的燃燒、腐敗和分解起著重要的作用。

當(dāng)前7頁(yè)，總共60頁(yè)。

臭氧（O3）：

時(shí)空變化：

時(shí)間變化：最大值出現(xiàn)在春季，最小值出現(xiàn)在夏季。

空間變化：水平：由赤道向兩極增加。垂直：

55～60km，含量極少。

20～25km，達(dá)最大值，形成臭氧層；12～15km以上，含量增加特別顯著；從10km向上，逐漸增加；近地面，含量很少；當(dāng)前8頁(yè)，總共60頁(yè)。

這幅圖顯示的是臭氧洞。1986年，南極的臭氧量?jī)H是30年前的一半。1988年，曾發(fā)現(xiàn)北半球上空臭氧層已比20年前要薄3%。這種變化足以使皮膚癌的病例增加。當(dāng)前9頁(yè)，總共60頁(yè)。臭氧能夠吸收紫外線，減少生物直接遭受紫外線的照射，陸地上的生物便能在此一保護(hù)傘下，順利的生長(zhǎng)與繁殖。臭氧的作用：

對(duì)紫外線有著極其重要的調(diào)控制作用。

對(duì)高層大氣有明顯的增溫作用。當(dāng)前10頁(yè)，總共60頁(yè)。

二氧化碳（CO2）：來源：生物的呼吸、化石燃料的燃燒、有機(jī)物質(zhì)的燃燒和分解、火山噴發(fā)作用等。時(shí)空變化：時(shí)間變化：a)白天、晴天、夏季時(shí)的濃度小于黑夜、陰天、冬季。b)工業(yè)革命前小于工業(yè)革命后?？臻g變化：水平：城市大于農(nóng)村垂直：0～20km，含量最高；20km以上，含量顯著減少。當(dāng)前11頁(yè)，總共60頁(yè)。CO2的作用：

綠色植物進(jìn)行光合作用不可缺少的原料。

強(qiáng)烈吸收長(zhǎng)波輻射（地面輻射、大氣輻射），使地面保持較高的溫度，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。溫室效應(yīng)模式圖Greenhouseeffect當(dāng)前12頁(yè)，總共60頁(yè)。當(dāng)前13頁(yè)，總共60頁(yè)。14二、水汽Moisture來源：

主要來自江、河、湖、海、潮濕陸面的水分蒸發(fā)以及植物表面的蒸騰。當(dāng)前14頁(yè)，總共60頁(yè)。

時(shí)間：夏季多于冬季

空間：一般低緯多于高緯，下層多于上層。

時(shí)空變化：在天氣氣候變化中扮演了重要角色。能強(qiáng)烈吸收地面放射的長(zhǎng)波輻射并向地面和周圍大氣放出長(zhǎng)波輻射，對(duì)大氣起著“溫室效應(yīng)”。

作用：水汽當(dāng)前15頁(yè)，總共60頁(yè)。在大氣中懸浮著的各種固體和液體微粒（包括氣溶膠粒子和大氣污染物質(zhì)兩大部分）。三、大氣中的雜質(zhì)Impurity

氣溶膠粒子(Aerosol)

定義：大氣中沉降速率極小、尺度在10-4μm到100μm之間的固態(tài)和液態(tài)微粒。

分類：液體質(zhì)粒、固體質(zhì)粒固體質(zhì)粒的來源：有機(jī)質(zhì)數(shù)量較少，大多為植物花粉、微生物和細(xì)菌等；無機(jī)質(zhì)數(shù)量較多，主要來源于：塵粒、煙粒、海洋中浪花飛濺的鹽粒，流星飛逝后留下的灰燼，火山塵埃等。當(dāng)前16頁(yè)，總共60頁(yè)。

吸收太陽輻射，使空氣溫度增高，但也削弱了到達(dá)地面的太陽輻射；緩沖地面輻射冷卻，部分補(bǔ)償

地面因長(zhǎng)波有效輻射而失去的熱量；

降低大氣透明度，影響大氣

能見度；

充當(dāng)水汽凝結(jié)核，對(duì)云、霧及

降水的形成有重要意義。氣溶膠的作用當(dāng)前17頁(yè)，總共60頁(yè)。

大氣中的污染物質(zhì)：Pollutant

定義：

由于人類活動(dòng)或自然過程，使局部、甚至全球范圍的大氣成分發(fā)生對(duì)生物界有害的變化。

分布：

空間垂直：主要集中在3km以下的低層大氣中。水平：城市多，農(nóng)村少；陸地多，海洋少；

時(shí)間：冬季多，夏季少；清晨和夜間多，午后少。當(dāng)前18頁(yè)，總共60頁(yè)。

火山爆發(fā)、風(fēng)吹揚(yáng)沙和沙塵暴、雷擊森林失火等。

來源：

自然過程形成

人為過程造成

工業(yè)和交通上煤炭、石油、天然氣的使用，農(nóng)業(yè)上化肥、農(nóng)藥的噴施，生活上制冷采暖的排放與泄漏等。當(dāng)前19頁(yè)，總共60頁(yè)。

PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細(xì)的1/20。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。當(dāng)前20頁(yè)，總共60頁(yè)。21

危害當(dāng)前21頁(yè)，總共60頁(yè)。第二節(jié)大氣的基本物理性質(zhì)在氣象學(xué)上，大氣的物理性狀主要以氣象要素和空氣狀態(tài)方程來表征。一、主要?dú)庀笠貧庀笠厥侵副硎敬髿鈱傩院痛髿猬F(xiàn)象的物理量，如氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量、降水量、能見度等等。當(dāng)前22頁(yè)，總共60頁(yè)。氣溫氣壓濕度降水風(fēng)云量能見度主要?dú)庀笠禺?dāng)前23頁(yè)，總共60頁(yè)。1、定義：表示大氣冷熱程度的物理量，反映一定條件下空氣分子平均動(dòng)能大小。通常指距地面1.5m高處百葉箱中的空氣溫度。2、單位：攝氏度（℃）溫標(biāo)；絕對(duì)溫標(biāo)，以K表示；華氏溫標(biāo)：℉，水的沸點(diǎn)為212℉3、單位換算：一、氣溫（Temperature）當(dāng)前24頁(yè)，總共60頁(yè)。百葉箱的設(shè)置條件：1.全為白色2.四周全為百葉3.離地面1.5m4.窗扇向北（因?yàn)樘枛|東升西落，以避免開窗時(shí)溫度計(jì)受到陽光直接照射，使得溫度計(jì)的讀數(shù)失真）當(dāng)前25頁(yè)，總共60頁(yè)。1、定義：?jiǎn)挝幻娣e上所承受到的整個(gè)空氣柱的質(zhì)量——大氣的壓強(qiáng)。實(shí)質(zhì)：氣壓的大小決定于整個(gè)空氣柱質(zhì)量的多少。2、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：在緯度為45的海平面上，溫度為0℃時(shí)，所測(cè)得的水銀柱高高為760mm的大氣壓強(qiáng)，為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1atm＝1013.25Pa）。3、單位：1Pa=1N/m2，mb—毫巴，Pa—帕斯卡1mb=100Pa=1hPa（百帕）；1atm＝101325Pa＝1013.25mb=760mmHg二、氣壓（Pressure）水銀氣壓計(jì)當(dāng)前26頁(yè)，總共60頁(yè)。氣壓的垂直分布由于大氣層的厚度隨高度的增高而變薄，空氣密度也隨高度增高而迅速減小，所以，氣壓隨高度增高而急劇減小。當(dāng)前27頁(yè)，總共60頁(yè)。1、定義：表示大氣中水汽量多少的物理量稱大氣濕度。意義：大氣濕度狀況直接影響了云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的形成。三、濕度（Humidity）水汽壓(e)及飽和水汽壓(E)相對(duì)溫度（f）飽和差（d）比濕（q）水汽混合比（γ）露點(diǎn)（Td）濕度表示方法當(dāng)前28頁(yè)，總共60頁(yè)。水汽壓（e）：水汽和其它氣體一樣也有壓力，大氣中水汽產(chǎn)生的那一部分壓力。水汽含量，水汽壓e。單位：hPa水汽壓及飽和水汽壓飽和水汽壓（E）：溫度一定，單位體積空氣中的水汽含量是有一定限度，空氣達(dá)到此限度時(shí)為飽和濕空氣，飽和濕空氣中的水汽所產(chǎn)生的那部分壓力，即最大水汽壓。當(dāng)前29頁(yè)，總共60頁(yè)。飽和水汽壓（E）saturationvapourpressure反映空氣的最大水汽容納能力飽和水汽壓取決于溫度（馬格奴斯半經(jīng)驗(yàn)公式）定義：飽和濕空氣中水汽的分壓強(qiáng)。影響因子：

溫度TE當(dāng)前30頁(yè)，總共60頁(yè)。飽和差飽和差（d）：在一定溫度下，飽和水汽壓（E）與實(shí)際空氣水汽壓（e）之差稱飽和差（d）。即：d=E-e意義：飽和差（d）表示實(shí)際空氣距離飽和的程度。d越大，越不飽和；d=0，空氣達(dá)飽和狀態(tài)；d＞0，說明不飽和；d＜0，過飽和。當(dāng)前31頁(yè)，總共60頁(yè)。

飽和差（d

）saturationdeficit定義：同一溫度下飽和水汽壓與實(shí)際水汽壓之差。d=E-e，反映空氣的潮濕程度。影響因子：溫度不變，E不變：水汽含量

e

d水汽含量不變，e不變：溫度

E

d溫度、水汽含量當(dāng)前32頁(yè)，總共60頁(yè)。相對(duì)濕度相對(duì)濕度（f）：表示空氣中的實(shí)有水汽壓（e）與同溫度下飽和水氣壓（E）的百分比。即：f=e/E

100%意義：相對(duì)濕度（f）直接反映了空氣距離飽和的程度。f越大，越接近飽和，當(dāng)達(dá)到f=100%時(shí)，空氣就達(dá)飽和狀態(tài)，此時(shí)水汽就要開始凝結(jié)。當(dāng)前33頁(yè)，總共60頁(yè)。

相對(duì)濕度（f）relativehumidity定義：空氣的實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的百分比值。含義：反映空氣的潮濕程度溫度不變，E不變：水汽含量，e，

f水汽含量不變，e不變：溫度，

E，

f當(dāng)前34頁(yè)，總共60頁(yè)。比濕和水汽混合比比濕（q）：在一團(tuán)濕空氣中，水汽的質(zhì)量與該團(tuán)空氣總質(zhì)量（水汽質(zhì)量加上干空氣質(zhì)量）的比值，稱比濕。即：q=m水/(m干+m水)，其單位是g/g。水汽混合比（S）：相對(duì)濕一團(tuán)濕空氣中，水汽質(zhì)量與干空氣質(zhì)量的比值稱水汽混合比。S=m水/m干，其單位是g/g。當(dāng)前35頁(yè)，總共60頁(yè)。

比濕（q）、混合比（S）、絕對(duì)濕度（a）比濕(Specifichumidity,q)：濕空氣中水汽的質(zhì)量與濕空氣總質(zhì)量的比值?；旌媳?Mixingratio,S)：濕空氣中水汽的質(zhì)量與濕空氣中干空氣質(zhì)量的比值。絕對(duì)濕度（水汽密度,Absolutehumidity,a)：?jiǎn)挝惑w積濕空氣中水汽的質(zhì)量。當(dāng)前36頁(yè)，總共60頁(yè)。露點(diǎn)露點(diǎn)（Td）：在空氣中水汽含量不變，氣壓一定下，使空氣冷卻達(dá)到飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度，簡(jiǎn)稱露點(diǎn)。含義：氣壓一定時(shí)，露點(diǎn)的高低只與空氣中的水汽含量有關(guān)，水汽含量越多，露點(diǎn)越高，所以露點(diǎn)也是反映空氣中水汽含量多少的物理量。在實(shí)際大氣中，空氣常處于不飽和狀態(tài)，此時(shí)露點(diǎn)要比氣溫低，即露點(diǎn)溫度差（Td-T）＜0。當(dāng)Td=T時(shí)，空氣飽和；當(dāng)Td-T＜0時(shí)，空氣不飽和；當(dāng)Td-T≥0，空氣過飽和。當(dāng)前37頁(yè)，總共60頁(yè)。

露點(diǎn)溫度(Td)dew-pointtemperature定義：對(duì)于含有水汽的濕空氣，在不改變氣壓和水汽含量的情況下，降低溫度而使空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。EeTTTdeE（T,e）反映空氣中水汽含量的多少，水汽含量露點(diǎn)溫度Td當(dāng)前38頁(yè)，總共60頁(yè)。上述各種表示濕度的物理量：水汽壓、比濕、水汽混合比、露點(diǎn)基本上表示空氣中水汽含量的多寡。而相對(duì)濕度、飽和差、溫度露點(diǎn)差則表示空氣距離飽和的程度。

各種表示濕度的物理量小結(jié)當(dāng)前39頁(yè)，總共60頁(yè)。四、降水(Precipitation)含義：降水是指從天空降落到地面的液態(tài)或固態(tài)水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夾雪、霰、冰粒和冰雹等。降水量指降水落至地面后（固態(tài)降水則需經(jīng)融化后），未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水平面上積聚的深度，降水量以毫米（mm）為單位。在高緯度地區(qū)冬季降雪多，還需測(cè)量雪深（從積雪表面到地面的垂直深度，cm）和雪壓。（單位面積上的積雪重量，g/cm2）。降水量是表征某地氣候干濕狀態(tài)的重要要素，雪深和雪壓還反映當(dāng)?shù)氐暮涑潭?。?dāng)前40頁(yè)，總共60頁(yè)。五、風(fēng)(Wind)定義：空氣的水平運(yùn)動(dòng)稱為風(fēng)。風(fēng)是一個(gè)表示氣流運(yùn)動(dòng)的物理量。它不僅有數(shù)值的大?。L(fēng)速），還具有方向（風(fēng)向）。因此風(fēng)是向量（矢量）。風(fēng)向是指風(fēng)的來向。地面風(fēng)向用16方位表示；在16方位中，每相鄰方位間的角差為22.5。風(fēng)標(biāo)和風(fēng)速計(jì)：左邊是杯型風(fēng)速計(jì)，右邊是螺旋槳風(fēng)向風(fēng)速計(jì)，可同時(shí)測(cè)量風(fēng)向和風(fēng)速。當(dāng)前41頁(yè)，總共60頁(yè)。地面風(fēng)向表示方法當(dāng)前42頁(yè)，總共60頁(yè)。五、風(fēng)高空風(fēng)向常用方位度數(shù)表示；即以0(或360)表示正北，90表示正東，180表示正南，270表示正西。風(fēng)速單位常用m/s、knot（海里/小時(shí)，又稱“節(jié)”）和km/h表示，其換算關(guān)系如下:1m/s=3.6km/h；1knot=1.852km/h1km/h=0.28m/s；1knot=1/2m/s。當(dāng)前43頁(yè)，總共60頁(yè)。在地面天氣圖上，用下列圖示來表示風(fēng)，風(fēng)尾長(zhǎng)劃風(fēng)速為4米/秒，即風(fēng)力為2級(jí)，短劃風(fēng)速為2米/秒。一個(gè)風(fēng)旗，表示風(fēng)力為8級(jí)。風(fēng)尾和風(fēng)旗均放在風(fēng)桿的左側(cè)。西南風(fēng)5級(jí)東南風(fēng)12級(jí)天氣圖上風(fēng)的表示方法當(dāng)前44頁(yè)，總共60頁(yè)。風(fēng)力等級(jí)風(fēng)力等級(jí)陸地上面物體征象相當(dāng)風(fēng)速（米/秒）0123456789101112靜煙直上煙能表示風(fēng)向，樹葉略有搖動(dòng)人面感覺有風(fēng)，樹葉有微響樹葉及小枝搖動(dòng)不息，旗子展開能吹起地面灰塵和紙張，樹的小枝搖動(dòng)有葉的小樹搖擺，內(nèi)陸的水面有小波大樹枝搖動(dòng)，電線呼呼有聲，撐傘困難大樹搖動(dòng)，大樹枝彎下來，迎風(fēng)步行感覺不便可折毀樹枝，人向前感到阻力甚大煙囪及平房屋頂受到損壞，小屋遭到破壞樹木可被吹倒，一般建筑物遭破壞大樹可被吹倒，一般建筑物遭到嚴(yán)重破壞陸上少見，摧毀力極大0.0－0.20.3－1.51.

6－3.32.

4－5.45.5－7.98.0－10.710.8－13.813.9－17.117.2－20.720.8－24.424.5－28.428.5－32.6＞32.6當(dāng)前45頁(yè)，總共60頁(yè)。0級(jí)靜風(fēng)，風(fēng)平浪靜，煙往上沖。

1級(jí)軟風(fēng)，煙示方向，斜指天空。

2級(jí)輕風(fēng)，人有感覺，樹葉微動(dòng)。

3級(jí)微風(fēng)，樹葉搖動(dòng)，旗展風(fēng)中。

4級(jí)和風(fēng)，灰塵四起，紙片風(fēng)送。

5級(jí)清風(fēng)，塘水起波，小樹搖動(dòng)。

6級(jí)強(qiáng)風(fēng)，舉傘困難，電線嗡嗡。

7級(jí)疾風(fēng)，迎風(fēng)難行，大樹鞠躬。

8級(jí)大風(fēng)，折斷樹枝，江湖浪猛。

9級(jí)烈風(fēng)，屋頂受損，吹毀煙囪。風(fēng)力等級(jí)：——英國(guó)蒲福當(dāng)前46頁(yè)，總共60頁(yè)。六、云量(cloudamount)云是懸浮在大氣中的小水滴、冰晶微?；蚨呋旌衔锏目梢娋酆先后w，底部不接觸地面（如接觸地面則為霧），且具有一定的厚度。云量是指云遮蔽天空視野的成數(shù)。將地平以上全部天空劃分為10份，為云所遮蔽的份數(shù)即為云量。例如，碧空無云，云量為0，天空一半為云所覆蓋，則云量為5。當(dāng)前47頁(yè)，總共60頁(yè)。高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2500m以下）當(dāng)前48頁(yè)，總共60頁(yè)。七、能見度（Visibility）能見度指視力正常的人在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨出目標(biāo)物的最大水平距離。單位用米（m）或千米（km）表示。當(dāng)前49頁(yè)，總共60頁(yè)?？諝鉅顟B(tài)方程

對(duì)一定質(zhì)量的空氣，其P、V、T之間存在函數(shù)關(guān)系。例如，一小團(tuán)空氣從地面上升時(shí)，隨著高度的增大，其受到的壓力減小，隨之發(fā)生體積膨脹增大，因膨脹時(shí)做功，消耗了內(nèi)能，氣溫乃降低。這說明該過程中一個(gè)量變化了，其余的量也要隨著變化，亦即空氣狀態(tài)發(fā)生了變化。如果三個(gè)量都不變，就稱空氣處于一定的狀態(tài)中，因此，研究這些量的關(guān)系就可以得到空氣狀態(tài)變化的基本規(guī)律。

空氣狀態(tài)常用密度（ρ）、體積（V）、壓強(qiáng)（P）、溫度（T）表示。當(dāng)前50頁(yè)，總共60頁(yè)。

氣象上常用的狀態(tài)方程為：P=ρRT其中P為壓強(qiáng)，ρ為空氣密度，R為比氣體常數(shù)，T為空氣的溫度。對(duì)于一團(tuán)干空氣而言，Rd即干空氣的比氣體常數(shù)為Rd=0.287J/g.k。狀態(tài)方程式濕空氣的狀態(tài)方程為：P=ρRdT（1+0.3e/p）

P為濕空氣壓，e為水汽壓。當(dāng)前51頁(yè)，總共60頁(yè)。第三節(jié)大氣圈的垂直結(jié)構(gòu)觀測(cè)證明，大氣在垂直方向上的物理性質(zhì)是有顯著差異的。根據(jù)溫度、成分、電荷等物理性質(zhì)，同時(shí)考慮到大氣的垂直運(yùn)動(dòng)等情況，可將大氣分為五層。大氣科學(xué)研究重點(diǎn)：對(duì)流層，平流層當(dāng)前52頁(yè)，總共60頁(yè)。對(duì)流層（Troposphere,

自地面到10km左右）對(duì)流層的主要特點(diǎn)：

對(duì)流層是大氣的最下層，它的下界為地面，集中3/4大氣，90%水汽，云、霧、雨雪等主要大氣現(xiàn)象都出現(xiàn)在此層，也是對(duì)人類生產(chǎn)、生活影響最大的一個(gè)層次，也是大氣科學(xué)研究的重點(diǎn)層次。①氣溫隨著高度而降低，每升高100m平均降溫0.65℃②空氣具有強(qiáng)烈的對(duì)流、亂流運(yùn)動(dòng)，大氣污染主要發(fā)生在該層③溫度和濕度等氣象要素水平分布不均勻當(dāng)前53頁(yè)，總共60頁(yè)。在對(duì)流層的最下層稱為行星邊界層或摩擦層。其范圍一般是自地面到1—1.5km高度。在這層里大氣受地面摩擦和熱力的影響最大，湍流交換作用強(qiáng)，水汽和微塵含量較多，各種氣象要素都有明顯的日變化。行星邊界層以上的大氣層稱為自由大氣。在自由大氣中，地球表面的摩擦作用可以忽略不計(jì)。在對(duì)流層的最上層，介于對(duì)流層和平流層