[理学]第1章 地球的大气环境.ppt

地球的大气环境 大气的基本知识 什么是大气？ The evolution of components of atmosphere 第二节 大气的分层 根据大气在铅直方向上的温度、化学组成、物理特性，大气圈可分为若干层次。 （1）对流层（troposphere） 平均厚度约12km，密度大，质量约为整个大气圈 80%~90%（3/4以上）直接与地表的水圈、土壤岩石 圈相接触，具有以下4个特点： A.吸收地表热量，底层空气先被加热，然后热量被传递到高 层；由于海、陆、昼、夜及纬度和地形的差异，低层空气 的温度差异很大，形成了垂直和水平方向的对流，直接影 响到污染物的传输和扩散。 B. 绝大部分空气组分不能直接吸收太阳能，只能吸收地面辐 射能，因此对流层温度随高度的增加而降低。 C.尘埃等固态物质进入该层，造成扬尘、飞沙；水蒸气进 入该 层，形成云、雾、雨、雪、霜、露等天气现象。 D. 从地面污染源排放的污染物几乎都直接进入对流层，因此空 气污染问题主要出现在该圈层。 （ 2）平流层（stratosphere） 从对流层顶到约50km的大气层即为平流层。 ★30—35 km以下，温度随高度变化很小，气温趋于稳定，故又称为同温层； ★在30—35km以上，温度随高度升高而迅速升高，到达平流层顶，气温可上升到270—290K，故该层也称为逆温层。因下冷上热，空气没有垂直对流运动，主要为大气平流运动。 该层空气稀薄，水分少，很少发生天气现象； 该层大气含尘量低，透明度高； 该层中离地面高约15—35km范围内，集中存在有约 20km厚的臭氧层。因臭氧强烈吸收太阳紫外辐射故使得平流层气温升高。 由于平流层中大气稳定，故一旦污染物进入，将造成长期滞留的严重后果。 （3）中间层（mesosphere） 从平流层顶到约80km的高度称为中间层，此层中温度又随高度的上升而减弱，相当强烈的垂直混合，这是由于高空吸收辐射的物质（尤其是臭氧的浓度减少），在80km左右可降到最低温度（170k），空气更为稀薄。 （4）热层（thermosphere） 从中间层顶至约800km高度的大气层称为热层，该层中O2对太阳远紫外线有强烈的吸收，因而使该层大气温度随高度上升而急剧升高，气温可高达1473K以上。此层空气非常稀薄， O2、N2分子在太阳紫外线和宇宙射线的作用下发生电离而成为离子或原子，故此层又称为电离层。 小知识点： 逆温：一般情况下，在低层大气中，通常气温是随高度的增加而降低的。但有时在某些层次可能出现相反的情况，气温随高度的增加而升高，这种现象称为逆温。出现逆温现象的大气层称为逆温层。 温度梯度：是自然界中气温、水温或土壤温度随陆地高度或水域及土壤深度变化而出现的阶梯式递增或递减的现象。 1.按大气中化学组成的分布，大气圈可分为均质层（90km以下）和非均质层（90km以上）； 均质层--- ---90km以下大气组成比例几乎不变，主要是N2 、O2、Ar，该层“干洁空气”的平均分子量接近常数。 非均质层，90km以上N2和 O2的解离，平均分子量随高度的增加而降低。 2.按大气的电离状态分布，可将在大气分为电离层（60km以上）和非电离层（60km以下）。 小知识点： 地球大气层外界的阳光强度是以太阳常数（Solar Constant）来表示的，定义为与光传播方向垂直的平面上，每单位面积接受到的光的总量。世界气象组织（WMO）1981年公布的数字是1368W/m2。 维恩定律： 太阳短波辐射 4μm 极大值0.48 μm 可见光和近红外为主 地球长波辐射 4 μm 极大值10 μm，被水分子和二氧化碳分子吸收 科氏力 北半球向右 南半球向左 一、大气组分的源、汇和循环 循环（cycles）：大气组分通过大气圈与其他三个圈（水圈、土壤圈、生物圈）之间发生的物理、化学或生物化学过程，不断进行着物质转化或转换 源（sources），通过循环过程（如大气中的化学过程、生物活动、火山爆发、放射性衰变以及人类活动）而产生的过程 汇（sinks）：通过大气中的化学过程、生物活动、物理过程（如形成颗粒物或沉降）而由大气中去除气体的过程 Circulation of oxygen 第六节 大气中的自由基 自由基，化学上也称为“游离基”，是含有一个不成对电子的原子团 在一个化学反应中，或在外界（光、热等）影响下，分子中共价键分裂的结果，使共用电子对变为一方所独占，则形成离子；若分裂的结果使共