大气物理学复习纲要.doc

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大气物理学 第一章 大气概述 1、了解地球大气的演化 包围地球的气壳称为地球大气,就是人们所说的空气。现在的大气是由原始大气经历一系列复杂变化才形成的。 时间:原始大气出现于距今约46亿年年以前,比人类出现的时间约早三个量级(人类出现距今数百万年),比人类最初出现文字记载的时间约早六个量级(文字出现距今数千年)。 地球大气的演化经历了原始大气、次生大气和现在大气三代。 原始大气:(46亿年前)地球形成初期的原始大气应是以宇宙中最丰富的轻物质H2,He和CO为主。由于太阳风和地球升温的作用,使原始大气逐渐上升到宇宙空间膨胀并逃逸散失。估计在45亿年前或更晚些时候,地球上是没有大气的。 次生大气:(45-20亿年前)地球逐渐冷却以后,由于造山运动、火山喷发和从地幔中释放出地壳内原来吸咐的气体,形成了次生大气,其主要成分是CO2、CH4、NH3和H2O等。火山喷发物中含有大量的水汽及少量CO2,氮硫化合物等,其中水汽沉降为地表水,即海洋和湖泊。此时CO2浓度达到现在的10倍,CO2和水汽产生温室效应而使地球表面温度逐渐升高到300C左右。在此高温下,大量CO2气体又通过化学反应生成碳酸盐累积在地壳中,降低了大气中的CO2含量。 现在大气:以N2和O2为主。出现生命之前,地球上大气中游离态氧极少,少量氧气也是由太阳辐射裂解水汽产生。后来,地球上氧气主要是由植物光合作用产生的,生物圈的作用使地球大气进一步演化。此后,臭氧层浓度增加,促进了生命诞生以及氧气释放。 2、掌握地球大气的成分及其重要性(干洁大气、水汽、气溶胶)。 大约在85公里以下的大气层,对流、湍流盛行,大气湍流扩散作用远大于分子扩散作用,这层大气的组分比例相同,称匀和层(曾称均质层)。匀和层内干洁空气的平均分子量约28.96。约110公里以上的大气层,分子扩散作用超过湍流扩散作用,称非匀和层,这层大气的组分经重力分离后,轻的在上、重的在下,干洁空气的平均分子量随高度的增加而减小。85~110公里是从湍流混合为主过渡到分子扩散为主的过渡带,称湍流层顶。湍流层顶附近湍流扩散和分子扩散具有同样重要性,大气成分具有从匀和层向非匀和层过渡的特点。匀和层大气成分基本不变的气体成分:主要成分氮、氧、氩占大气总体积的99.96%。其余气体均是微量。在85公里以下,氮、氧等主要气体各自所占的体积比在各高度上基本相同。可变的气体成分主要有二气化碳、水汽、臭氧等。这些气体含量虽少,它们对大气物理状况的影响却很大。 匀和层大气成分:大气中除了氧、氮等气体外,还悬浮着水滴(如云滴、雾滴)、冰晶和固体微粒(如尘埃、孢子、花粉等)。大气中的悬浮物常称为气溶胶质粒。没有水汽和悬浮物的空气,称干洁空气。 = 1 \* GB3 ①二氧化碳。在11~20公里以下,二氧化碳的分布比较均匀,相对含量基本不变。由于工业的发展、化石燃料(如:煤、石油、天然气)燃量的增加、森林覆盖面积的减少,二氧化碳在大气中的含量有增加的趋势。其中,人类对CO2增加发挥着重要作用。 ② 臭氧。主要分布在10~50公里之间,尤其集中在20~30公里范围内。臭氧强烈吸收太阳紫外辐射(0.2~0.29um),保护地球上的生命免受过量紫外辐射的伤害,并使平流层大气的温度较快地随高度增加。大气低层的臭氧含量少,其主要来源是平流层湍流和大气光化学反应。高空的臭氧主要由光化作用形成。大气中的臭氧总量很少,其分布随纬度和时间而异,主要在赤道上空形成,通过大气环流向高纬输送。 ③ 水汽。最为活跃,地球上生命对水的依赖和水的三相改变,使水汽不同于其他微量气体而具有重要性。 ④ 其他成分。随着工业的发展和化石燃料耗量的增多,污染性气体(例如二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、一氧化二氮、硫化氢、氨、一氧化碳等)将日渐增多。 = 5 \* GB3 ⑤气溶胶质粒:匀和层内除气体成分外,悬浮着大量气溶胶质粒,其主要来源是地面。气溶胶的含量和分布随时间、地点、天气条件而变。大气气溶胶质粒的总浓度一般是低空多、高空少,陆地多、海上少,城市多、乡村少。它们使能见度变坏,影响辐射传输,有的能起凝结核的作用。 非匀和层大气成分:110公里以上的大气,各成分的铅直分布是按分子量(或原子量)的大小由下而上排列的。由此高度向上,原子氧逐渐增加,再向上依次为原子氧层、原子氦层(距地表1000~2400公里)和原子氢层(2400公里以上)。 3、掌握主要的气象要素和空气状态方程。 气象要素:是指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、能见度?、日照、辐射、蒸发等。 = 1 \* GB3 ① 气温:空气冷的程度,实质上是空气分子平均动能的表现。当空气获得热量时,其分子运动的平均速度增大,平均动能增加,气温也就升高。气温的单位我国一般采用摄氏度

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