3.1 大气和气候.ppt

大气的组成和垂直分层 一、 大气的组成 （一）干洁空气 大气中除固体杂质和水汽之外的全部混合气体，称为干洁空气。氮和氧容积占99.04％，加上氩，三者合占99.97％，其他气体仅占0.03%。干洁空气中大多数气体的临界温度低于自然情况下大气中可能出现的最低温度。因此，干洁空气中的所有成分都呈气体状态。 （二）水汽 水汽主要来源于海洋、江河湖沼和土壤，以及潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾。大气中的水汽含量极不固定，随时间、地点、条件而不同。其所占容积变化范围为0—4％。观测结果表明，在1.5—2km 高度，水汽含量只及地面的1/2；在5km 高度，只相当于地面的1/10，再往上更少。水汽含量虽然不多，但它在大气温度变化范围内可以发生汽态、液态和固态三相转化，人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象，都是水汽相变的表现。此外，水汽还善于吸收和放射长波辐射，显著影响大气和地表的温度。 （三）固体杂质 悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等，它们的半径一般为10-2—10-8cm，多集中于低层大气中。烟粒主要来源于生产、生活方面的燃烧；尘埃主要来自经风的吹扬进入大气的地表松散微粒，以及火山爆发后产生的火山灰、流星燃烧的灰烬；盐粒则主要是由海洋波浪飞溅进入大气的水滴被蒸发后形成的，固体杂质的含量陆地上空多于海洋上空，城市多于乡村，冬季多于夏季，白天多于夜晚，愈近地面愈多。固体杂质是大气中水汽凝结的必要条件；能吸收部分太阳辐射，又可阻挡地面长波辐射，对大气和地表温度有一定影响；其含量多少，还直接影响到大气能见度的好坏。 2、对流层的厚度及特征A）厚度：本层厚度最簿，并随纬度、季节而不同，在高纬地区平均：8~9km ，中纬地区平均：10~12km，低纬地区平均17~18km，夏季大于冬季。 B）特征： 一是温度随高度的升高而降低；因为该层的热量来自于地面的长波辐射，平均气温递减率为0.65oC/100m； 二是具有强烈的对流运动；因为地面受热不均。 三是天气现象复杂多变；几乎所有的水汽、云、雨、雷、电等现象都发生在此层。 3、平流层的特征 （1）气温随高度升高的分布 下层： 20~25km，为同温层 上层：25~55km，为增温层，即气温随高度的升高而增温。因为平流层上层含有大量的臭氧，臭氧能大量地吸收太阳紫外线而增温； （2）气流以水平运动为主，对流不易产生。 （3）水汽、尘埃含量少，天气晴朗，能见度好。 4、中间层的特征 高度：平流层顶至85km处。 （1）温度随高度的升高而迅速下降。因为臭氧的含量下降。 （2）空气以垂直运动为主。但由于空气稀薄，所出现的天气现象已不如对流层复杂。 （3）在80km处白天出现一个电离层。 5、暖层的特征 高度：中间层至800km处 特征： （1） 空气质量小，空气稀薄，空气密度只有空气总质量的0.5%，在120km高空，空气密度小至声音都难于传播。 （2） 温度随高度升高而升高。因为所有波长小于0.175um的太阳紫外辐射都被暖层气体所吸收，顶层温度可达1000度。 （3） 空气处于高度电离状态。 （4） 能反射无线电波 （5） 出现极光现象。 6.散逸层（外层）暖层顶之上，因大气十分稀薄，离地面远，受地球引力场约束微弱，一些高速运动的空气质点就能散逸到星际空间，所以本层称为散逸层。 根据宇宙火箭探测资料，地球大气层之外，还有一层极其稀薄的电离气体，可伸展到22000 公里高度，称为地冕。这可能就是地球大气层向宇宙空间的过渡区域。 从大气与地表自然环境之间关系来说，对流层具有特别重要的意义。下面将主要讨论对流层范围内的基本情况。 三 大气的热力状况 地球表面处于大气圈、水圈和岩石圈的交互作用之中，进行着各种形式的运动过程，包括简单的机械运动和复杂的生命过程，其中大多数过程的能量直接或间接来自太阳辐射。太阳辐射透过地球的大气“外衣”到达地表，经过一系列能量转换之后，形成对地球生命有深刻影响的大气热力状况。地球上的气温条件是各种生物繁殖和演化的重要条件，也是决定地球上能量和物质输送、转化的重要因素。气温的空间变化是各地理要素地域分异的根本原因之一。 1、辐射的基本知识 物体对辐射的吸收、反射和透射 假设投射到物体上 的总辐射为Qo，被 吸收的为Qa，被反 射的为Qr，透过的 为Qd，则根据能量守恒 原理：Qa+Qr+Qd=Qo 两边同除以Qo得： Qa/ Qo +Qr/ Qo +Qd/Qo =1 即；a+r+d=1。 物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。 黑体——能将所有波长的辐射