简大气物理学与气象学.doc

PAGE PAGE 26 大气物理学与气象学 一 大气的垂直结构 大气垂直分层依据气温垂直递减率 在对流层中，每升高海拔100米，气温降低0.65℃（0.6） 对流层 对流层（Troposphere）是紧贴地面的一层，它受地面的影响最大。因为地面附近的空气受热上升，而位于上面的冷空气下沉，发生对流运动，故得名对流层。 对流层集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽。 三个特点： 1气温随着高度的增高而降低 原因：对流层大气热量的直接来源主要是地面长波辐射，靠近地面的空气受热后热量再向高处传递。 2具有强烈的对流和湍流运动 原因：下热上冷，热升冷降。 对流层顶高度： 平均说来，低纬度对流层顶高（17—18千米）、高纬度对流层顶低（8—9千米）。中纬度10—12千米。同一地区，对流层顶高度夏季高于冬季。 3 天气现象复杂多变 原因：对流运动显著，水汽和固体杂质上升时气温降低，水汽凝结，成云致雨。云、雨、雪等天气现象都发生在这一层。 对流层与人类关系密切。 热层中间 热层 中间层 对流层 平流层 平流层 范围，从对流层顶到50—55千米处。 特点： 1 气温随海拔的升高而升高。原因：有臭氧层，臭氧吸收太阳辐射中的紫外线。 2 大气以水平运动为主。 原因：上部热下部冷，大气稳定，不易形成对流。 3 云、雨现象近于绝迹。原因：水汽、杂质含量极少，大气水平运动为主。天气晴朗。 平流层利于高空飞行，原因：（1）天气晴朗；（2）大气水平运动为主，大气平稳。 中间层: 从平流层顶到85千米处。 特点：1 气温随海拔的升高而降低。原因：这一层几乎没有臭氧。 2 对流运动显著。原因：下部热上部冷。又称高空对流层。 （四）热层：从中间层到500千米处。 特点：气温随海拔的升高而升高。该层有氧原子，吸收了波长小于0.175微米的紫外线。 外层（散逸层） 热层以上统称外层。 厚度达2000—3000米，空气十分稀薄，受地球的引力小，一些一些高速运动着的空气分子可以挣脱地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空间。 电离层： 距地面 60800高度范围，大气处于电离状态，叫电离层。电离层能反射无线电波，我们能听到远处电台（收音机）的广播，就是电离层的作用。 二 现代大气成分 低层大气由干洁空气、水汽和固体杂质组成。 1干结空气是多种气体的混合物，其主要成分是氮气和氧气，氮气占体积的78﹪ ，氧气占体积的21﹪ 。 作用：氮是地球上生物体的基本成分；氧气是人类和一切生物维持生命活动所必需的物质。二氧化碳是植物光合作用的重要原料，也是温室气体，能吸收地面长波辐射，对地球具有“温室效应”（Green House Effect）；臭氧分布于平流层中，吸收太阳辐射中的紫外线，保护地球上的生物。 二氧化碳含量分布特点：工业区多、农村少 同一地区冬季多、夏季少 夜间多、白天少 阴天多、晴天少 2水汽（Water Vapor）:垂直和水平分布差异较大；大气中唯一能发生相变（固、液、气三态变化 ）的成分，来源于地面，含量变化。容积计约占0~5%。集中在对流层。 水汽对天气的影响： 水汽相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等天气现象。 相变过程中放出或吸收热量，影响地面和空气的温度。 水汽与气温及天气变化关系密切：大气运动中的水汽通过状态变化传输热量。 3 大气气溶胶粒子（大气杂质）: 悬浮在大气中的固体微粒和液体微粒。 固体微粒： 固体杂质可充当水汽的凝结核，在云、雾、降水等的形成过程中起着重要的作用。 在一定的天气条件下，气溶胶粒子常聚集在一起，形成霾、风沙浮尘等视程障碍现象，使大气透明度变差； 吸收、散射和反射地面和太阳辐射，影响大气温度 液体微粒：悬浮于大气 中的水滴和冰晶等水汽凝结物，聚集在一起，以云、雾形式出现，使能见度降低，且影响气候。 三 水循环过程 见必修一课本第三章 四 大气静力平衡 当某单位面积气柱内，垂直向下的重力与垂直向上的气压梯度力（垂直气压差）相平衡时，称大气处于静力平衡。 大气既有水平运动，也有垂直运动，垂直方向上，大气受到重力作用，因此，近地面空气密度要比高空大气的密度大，气体压力也要高，而一般情况下垂直运动的加速度比重力加速度小得多，可忽略不计。所以如果将大气层分为无数层薄层，可以认为每一薄层大气受到的重力与垂直向上的气体压力（气压梯度力）相平衡，称作静力平衡状态。 静力学关系在大气静止或匀速垂直运动时是完全正确的，在实际大气中，除去垂直运动强烈的积云环流外，它也能成立，故得到广泛应用。 但是在积云中由于垂直速度很大，云的运动往往并不是处于动力平衡的。 公式表达 式中，g是重力加速度，ρ是大气密度，z是高度，p是气压。通常大气是处于静