大气物理学复习纲要.doc

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