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1、第一章 大气概述,本章要点,大气的组成成分大气的垂直结构大气的物理性状大气与森林植被,1 大气的组成,干洁空气,气溶胶粒子,水汽,1.1 干洁空气,干洁空气以氮、氧、氩最多，其容积含量约占全部干空气的99.97%，其余气体如二氧化碳、氖、氙、氪和臭氧等的总含量约占0.03%。干空气的分子量为28.966，与大气氮的分子量28.016相近。,二氧化碳(carbon dioxide,CO2),（1）来源：燃烧、有机物分解、生物的呼吸作用（2）空间分布：大气中的CO2主要分布在大气层20km以下，20 km以上显著减少。地表CO2浓度：北半球南半球，城市农村。在大工业城市，大气中CO2的含量可达0.
2、05%，甚至0.07%。（3）时间分布：冬季夏季，夜晚 白天，阴天 晴天。,（4）循环过程：,（5）气候效应CO2对太阳短波辐射吸收很少，但能吸收来自地面的长波辐射（特别是1317m波谱区），使得地表辐射的热量大部分被截留在大气层内，因而对地表有保温效应。在所有温室气体中，CO2对大气温室效应的贡献占到63%。（IPCC4）,现今大气中CO2的浓度已升至367ppmv，比前工业时代以前提高了25%。目前以每年1.5ppmv的速度增加。,臭氧(ozone,O3),（1）来源 主要是太阳紫外辐射作用形成 有机物的氧化和雷雨闪电（2）形成：O2+h O+O O+O2+M O3+M,（3）O3的垂直分
3、布在低层大气中，O3含量很小，而且很不固定；510 km开始，含量增加;浓度最大在2030km，称为臭氧层;到60 km 附近O3含量已趋于零。,（4）空间分布 同一季节，臭氧总量随纬度增加而增加。（春季最明显）（5）时间分布 冬末春初最大，秋季最小。随着纬度增加，臭氧总量的季节波动越明显。,（5）气候效应平流层中，臭氧吸收太阳紫外辐射，最强吸收带在0.220.32微米区，是平流层大气的主要热源，使平流层大气温度随高度增加而上升。此种温度结构抑制大气垂直运动，使平流层只有水平方向运动。不利于生命存在的短波紫外辐射（0.29微米）基本被吸收。同时存在一个9.6微米的红外吸收带，引起温室效应。,（
4、6）臭氧空洞(8-12月),每年的9月16日为国际保护臭氧层日,1.2 水汽(water vapor),（1）时空分布 低纬高纬，沿海内陆，夏季冬季。空气中的水汽含量随高度的增高而减少。在1.52km高度上空气中水汽含量减为地面的一半，在5km高度上，减少为地面的1/10。,（2）水汽对天气变化的影响,含量虽少，但可在大气温度范围内进行相变，是天气变化的主要角色。水汽在相变中吸收和放出潜热；易吸收和放射长波辐射。所以大气中水汽含量的多少能直接影响地面和空气的温度，影响天气及天气系统的变化和发展。,1.3 气溶胶,大气中悬浮的多种固体和液体微粒，0.001100微米固体微粒：是悬浮在大气中的烟粒
5、、盐粒、花粉、微生物、细菌、病菌、孢子和尘埃等。液体微粒：是悬浮在大气中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结物。,（1）时空分布 城市农村，内陆沿海，冬季夏季。（2）气候效应 水汽凝结核，成云制雨重要条件 吸收和散射太阳、大气和地面辐射，改变地球辐射平衡改变大气能见度和空气质量,1.4 大气污染物,（1）分类尘粒 以固体或液体微小颗粒形式，存在于气体介质中的分散体。包括：飘尘、降尘。气体污染物 主要有SO2、NO2、CO、CO2 和O3 等。,（2）环境问题温室效应与气候变化臭氧层的破坏酸雨（PH5.6）城市空气污染：光化学烟雾、煤烟型烟雾、可吸入颗粒物（pm10、pm5、pm2.5）,2 大气的
6、垂直结构,高层大气,平流层,对流层,云团或悬浮微粒,印度洋,2.1 对流层,其底界为地面，上界为对流层顶，随纬度和季节而变化。低纬平均为17-18km;中纬为10-12km;高纬为8-9km。,1.气温随高度的升高而降低。气温垂直递减率()：在垂直方向每变化100m气温 的变化值。以温度随高度的升高而降低为正值，即：0:表示气温随高度升高而降低；0:表示气温随高度升高而升高，种气层称为逆温层=0:表示气温随高度不变，这种气层称为等温层,2.空气具有强烈的对流运动。3.温度湿度水平分布不均匀。按照气流和天气的特点，还可把对流层分为下层、中层、上层和对流层顶等。,2.2 平流层,从对流层顶到55k
7、m左右的大气层，称为平流层，由于臭氧浓度高又称为臭氧层。1.气温随高度的升高而升高；2.气流比较稳定；3.空气中水汽含量很少，天空晴朗，很少有 云出现。,2.3 中间层 平流层顶到85km 1.气温随高度的升高而迅速下降，顶部温度可达-83-113。2.空气垂直运动再次出现。3.几乎没有臭氧，二氧化碳、水汽稀少，无云层。,2.4热层 从中间层顶到800km 1.随高度的增高，气温迅速升高 2.空气处于高度电离状态2.5散逸层 最高层，大气圈与星际空间过渡带 1.气温升高 2.受地球引力小,3 大气的物理性状,气象要素：表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量
8、等。空气状态方程：,3.1 气象要素,气象要素：表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量等。1.气温(t)定义：表示空气冷热程度的物理量。摄氏温标（）华氏温标（）：=9/5 t()+32绝对温标（K）：T=273+t(),2.气压（p）定义：地球表面单位面积上所受到的大气压力，称为气压。单位：帕斯卡(Pa)，毫巴(m b),毫米水银柱(mmHg)1mb=100Pa=1hPa=3/4 mmHg,3.湿度定义：表示大气中水汽含量多少的物理量。大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。1)水汽压（e）：指大气中所含水分的分压力。p=pd+e,2）饱和水
9、气汽压（E）定义：在一定温度和气压下,空气中水汽达到饱和时的水汽压力称为饱和水汽压。饱和水汽压与温度的关系可用马格奴斯（Magnus）公式表示：水面：a=7.45 b=235 冰面:a=9.5 b=265E0 是0时的饱和水汽压6.1hp。t为蒸发面的温度（）。,(1)饱和水汽压随温度升高而很快增大。,(2)饱和水汽压除与温度有关外，还与蒸发面的物态、形状以及蒸发面的溶液浓度等有关。a、同一温度下，饱和水汽压；冰面 溶液,3）饱和差(d),定义：在某一温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差称为饱和差。d=E-ed 表示实际空气距离饱和的程度，在研究水面蒸 发时常用到。当空气饱和时，d=0；当
10、未饱和时，d0；当过饱和时，d0。,4）相对湿度,定义：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值。用百分数表示，即：U=e/E*100 U的大小直接反映空气距离饱和的程度。当空气饱和时：U=100%当未饱和时：U 100%,5）绝对湿度,6）比湿(q),定义：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量（水汽质量加干空气质量）的 比值，称为比湿。g/gq=mw/(mw+md)mw为该团湿空气中水汽的质量；md为该团湿空气中干空气的质量。由此公式和状态方程可得：q=0.622e/p注意：上式中气压（P）和水汽压（e）必须采用相同的单位）。,7）露点(td),定义：在空气中水汽含量不 变，在
11、一定的气压条 件下使空气冷却达到 饱和时的温度，称为 露点温度,简称露点。单位与气温相同。,实际气温（t）与露点（td）之差表示空气距离饱和的程度。值越大说明相对湿度越小。当ttd时，空气未饱和；ttd时，空气过饱和；t=td时，空气饱和,干球温度表湿球温度表最高温度表最低温度表,E=Ew-AP(t-tw),双金属片温度计,4.风,风：空气的水平运动就叫风。风向：指风的来向。地面风向用16个方位表示；高空风向用方位度数（共分360）表示，以0（或360）表示正北，90表示正东，180表示正南，270表示正西。风速：单位时间内空气移动过的距离（m/s、km/h）,例如：南风4级 八级西南风,5.
12、云,云：是悬浮在大气中的水滴或冰晶混合的聚合体。底部不接触地面，并有一定的厚度。云的观测包括：云状、云量和云高,方法：将地平以上全部天空划分为10份，被云遮蔽的份数即为云量。（欧美将天空划为8份，以云占天空八分之几的 面积计作云量）例：碧空无云：云量为0 天空一半为云：云量为5 遮空蔽日：云量为10,云量：云遮蔽天空视野的成数。,6.蒸发,蒸发：气象学中把液态水变为水汽称为蒸发。蒸发量：指在一定时段内，水分经蒸发而逸入 空中的量，称为蒸发量。mm蒸发量用小型和E601型蒸发器测定。,7.降水,定义：从云中降落到地面的液态或固态水称为降水。表示方法：降水的形态、降水的性质、降水量和降水强度表示。
13、测定仪器：降水量采用雨量器测定，单位mm降水量连续变化采用翻斗式遥测雨量计和虹吸式雨量计测定。,定义：指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物的最大水平距离。单位:km,8.水平能见度,空气的状态可以用密度、体积、气压、温度来表示。状态方程：用来表示上述四个物理变量之间的关系或规律的方程。,3.2 状态方程,Pd=dRdTd 干空气的密度。在标准气压（1013.25hp）和温度（273K）d=1.293kg/m3Rd干空气比气体常数。=287Jkg-1K-1,1.干空气状态方程,2.湿空气状态方程P=RdTv空气的密度。Tv虚温。Tv=T(1+0.378e/P)T 湿空气温度e 湿空气水汽的分压P 湿空气的气压,
