《大气的组成和结构》PPT课件.ppt

1/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院第一章第一章 大气的组成和结构大气的组成和结构中国民航大学空管学院2022/10/29任课教师：台宏达任课教师：台宏达2/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院3/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院4/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院5/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院地球表面的外层是多种气体混合组成的空气，受地球重地球表面的外层是多种气体混合组成的空气，受地球重力作用，围绕地球占有一定的空间，称为地球大气，简称力作用，围绕地球占有一定的空间，称为地球大气，简称大大气气（Atmosphere）。）。大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样的大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样的天气天气（Weather）现象。）现象。大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、能见大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、能见度等度等气象要素气象要素（MeteorologicalElement）表示。）表示。地球大气6/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院1、干洁空气（、干洁空气（DryAir）2、水汽（、水汽（WaterVapor）大气中唯一能发生相变的成分，来源于地面，含量变化。大气中唯一能发生相变的成分，来源于地面，含量变化。容积计约占容积计约占05%。3、气溶胶粒子（大气杂质）（、气溶胶粒子（大气杂质）（Aerosols）水汽凝结物水滴和冰晶，悬浮的固体烟粒、盐粒、尘粒、水汽凝结物水滴和冰晶，悬浮的固体烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电离子等。各种凝结核以及带电离子等。第一节 大气组成7/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院1、干洁空气O3：主要分布于：主要分布于1050km高度的平流层大气中，极大值在高度的平流层大气中，极大值在2030km之间。之间。强烈吸收太阳紫外线辐射而使臭氧层增温，改变大气温度强烈吸收太阳紫外线辐射而使臭氧层增温，改变大气温度的垂直分布，同时也使地球生物免受了过多紫外线的垂直分布，同时也使地球生物免受了过多紫外线（Ultraviolet）的照射。）的照射。N2占大气质量的占大气质量的78%，O2占大气质量的占大气质量的21%.8/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院干洁大气之不同纬度臭氧浓度平均垂直分布曲线（a）4月月（b）10月月9/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院干洁大气之臭氧含量随纬度分布曲线10/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院干洁大气之 CO2QCO2：吸收地面受：吸收地面受热热后放出的后放出的长长波波辐辐射，射，对对地球具有地球具有“温室温室效效应应”（GreenHouseEffect）的作用。）的作用。Q二氧化碳含量分布特点：二氧化碳含量分布特点：Q工工业业区多、区多、农农村少村少Q同一地区冬季多、夏季少同一地区冬季多、夏季少Q夜夜间间多、白天少多、白天少Q阴天多、晴天少阴天多、晴天少11/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院水汽在大气中所占的比例很小，仅水汽在大气中所占的比例很小，仅0.1%3%，却是大，却是大气中最活跃的成分。水对于地球上生命的意义。气中最活跃的成分。水对于地球上生命的意义。2、水汽12/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院水汽的分布：水汽的分布：大气中的水汽含量随高度的增加而逐渐减少：大气中的水汽含量随高度的增加而逐渐减少：约约50%的水汽集中在约的水汽集中在约2km以下，约大于以下，约大于90%的水汽集中在的水汽集中在5km以下。以下。99%的水汽集中在的水汽集中在对流层。对流层。水汽是成云致雨的物质基础，故大多数复杂水汽是成云致雨的物质基础，故大多数复杂天气均出现在中低空，高空晴朗。天气均出现在中低空，高空晴朗。2、水汽13/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院水汽之对天气的影响：Q水汽水汽对对天气的影响：天气的影响：Q水汽相水汽相变产变产生云、生云、雾雾、露、霜、雨、雪、雹等天气、露、霜、雨、雪、雹等天气现现象。象。Q相相变过变过程中放出或吸收程中放出或吸收热热量，影响地面和空气的温度。量，影响地面和空气的温度。Q水汽与气温及天气水汽与气温及天气变变化关系密切：大气运化关系密切：大气运动动中的水汽中的水汽通通过过状状态变态变化化传输热传输热量。量。14/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院（1）定）定义义气溶胶气溶胶(Aerosols)质质粒：指粒：指悬悬浮在大气中的固体和液体粒子。浮在大气中的固体和液体粒子。（2）对对天气的影响：天气的影响：Q固体固体杂质杂质可充当水汽的凝可充当水汽的凝结结核，在云、核，在云、雾雾、降水等的、降水等的形成形成过过程中起着重要的作用。程中起着重要的作用。Q在一定的天气条件下，气溶胶粒子常聚集在一起，形在一定的天气条件下，气溶胶粒子常聚集在一起，形成霾、成霾、风风沙浮沙浮尘尘等等视视程障碍程障碍现现象，使大气透明度象，使大气透明度变变差；差；Q吸收、散射和反射地面和太阳吸收、散射和反射地面和太阳辐辐射，影响大气温度；射，影响大气温度；3、大气气溶胶3、大气气溶胶15/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院1、大气垂直分层依据、大气垂直分层依据2、大气分层及各层特征、大气分层及各层特征第二节 大气结构16/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院=TZ T 为温度变化量 Z 为高度变化量一、大气垂直分层的依据气温垂直递减率气温垂直递减率的定义：气温垂直递减率的定义：17/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院大气分层图大气分层图18/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院1、对对流流层层对对流流层层（TroposphereTroposphere）是是紧贴紧贴地面的一地面的一层层，它受，它受地面的影响最大。因地面的影响最大。因为该层为该层中的空气有中的空气有强强烈的烈的对对流作流作用，故得名用，故得名对对流流层层。对对流流层顶层顶高度：高度：平均平均说说来，低来，低纬纬度度对对流流层顶层顶高、高高、高纬纬度度对对流流层层顶顶低。低。同一地区同一地区对对流流层顶层顶高度夏季高于冬季。高度夏季高于冬季。二、大气垂直分层结构19/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院对流层三大重要特征：Q温度随高度升高而降低。温度随高度升高而降低。Q气温、气压、湿度水平分气温、气压、湿度水平分布不均匀。布不均匀。Q空气有强烈的垂直混合。空气有强烈的垂直混合。20/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院在在对对流流层层的的顶顶部直到部直到55km，气流运，气流运动动相当平衡，而相当平衡，而且主要以水平运且主要以水平运动为动为主，故称主，故称为为平流平流层层（StratosphereStratosphere）。平流平流层顶层顶的气的气压约压约1hPa。平流平流层层下部温度随高度下部温度随高度变变化很化很小，平流小，平流层层上部因上部因为为存在臭氧存在臭氧层层，臭氧吸收太阳紫外，臭氧吸收太阳紫外辐辐射使射使大气温度增加。大气温度增加。2、平流层21/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院平流层的重要特征：Q大气很稳定，空气的垂直大气很稳定，空气的垂直运动很微弱，多为平流运动。运动很微弱，多为平流运动。Q水汽和水汽和杂质杂质含量很少，几含量很少，几乎没有对流层中所出现的各乎没有对流层中所出现的各种天气现象。种天气现象。Q大气透明度高，天气晴朗，大气透明度高，天气晴朗，飞行气象条件好。飞行气象条件好。22/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院 3、中间层、热层、外逸层中中间层间层在在5085km高度，高度，是大气中最冷的部分。水汽是大气中最冷的部分。水汽极少，极少，虽虽然不然不稳稳定，但是没定，但是没有什么天气有什么天气现现象。象。热层热层在在85km800km以以上，太阳上，太阳辐辐射中的射中的强强紫外紫外辐辐射造成了射造成了热层热层的高温。的高温。虽虽然然温度是最高，但是大气极其温度是最高，但是大气极其稀薄。稀薄。23/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院暖暖层顶层顶以上的大气以上的大气统统称称为为外逸外逸层层，又叫外，又叫外层层。它它是是大大气气的的最最高高层层，高高度度离离地地表表80km以以上上，厚厚度可达度可达20003000km。外外逸逸层层中中温温度度很很高高，空空气气十十分分稀稀薄薄，受受地地球球引引力力场场的的约约束束很很弱弱，一一些些高高速速运运动动着着的的空空气气分分子子可可以以挣挣脱脱地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空间间。3、中间层、热层、外逸层、中间层、热层、外逸层24/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院影响各管制区域的主要天气：25/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院第四节 标准大气Q标标准准大大气气是是铅铅直直方方向向上上，温温度度、气气压压和和密密度度按按一一种种假假定定的的规规律律分分布布的的模模式式大大气气，是是根根据据实实测测资资料料，用用简简化化方方式式近近似似的的表示大气温度、压力和密度的平均分布。表示大气温度、压力和密度的平均分布。Q制作目的：制作目的：出于比较飞机性能和设计大气数据仪表的需要。出于比较飞机性能和设计大气数据仪表的需要。Q在在设设计计飞飞行行器器、飞飞行行器器的的设设备备和和仪仪表表时时，在在订订正正飞飞行行试试验验数数据据时时，都都要要以以预预先先规规定定好好的的，随随高高度度固固定定分分布布的的大大气气物物理理状状态态为为根根据据，这这样样才才能能得得到到可可以以相相互互比比较较的的仪仪表表示示度度、飞飞行行试验数据和空气动力数据。试验数据和空气动力数据。26/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院由国际民航组织由国际民航组织(ICAO)统一采用的统一采用的30公里以下标准大气的主要数据是：公里以下标准大气的主要数据是：1、干干洁洁大大气气，垂垂直直方方向向上上成成份份（各各种种气气体体的的比比例例）不不改改变变，平平均均分分子子量为；量为；2、具有理想气体的性质；、具有理想气体的性质；3、标准海平面的重力加速度为、标准海平面的重力加速度为g02；4、在在 平平 均均 海海 平平 面面 上上，气气 温温 为为 T0=15C=288.16K；气气 压压 为为P0=1013.25hPa=760mmHg=1个大气压；个大气压；空气密度为空气密度为03；5、处于流体静力平衡状态；处于流体静力平衡状态；6、气气温温的的垂垂直直递递减减率率，在在海海拔拔11000m以以下下为为0.65/100m，1120公公里里气温随高度不变，为气温随高度不变，为-56.5，2030公里为公里为0.1/100m。标准大气主要特性：27/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院习题：一、一、单选题单选题：1、中、中纬纬度地区度地区对对流流层层上界的高度通常是（上界的高度通常是（）A：8-9千米千米B：10-12千米千米C：15-17千米千米D：17-18千米千米2、在、在标标准大气中准大气中飞飞机在空中机在空中测测得的气温是得的气温是-24，则飞则飞机所在机所在高度是（高度是（）A：3000米米B：4000米米C：6000米米D：8000米米28/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院习题二、填空：二、填空：1、大气的成分由、大气的成分由_、_、_三部分组成。三部分组成。2、大气垂直结构分为以下、大气垂直结构分为以下_、_、_、_、_五个部分。五个部分。3、标准大气海平面气压、气温分别是、标准大气海平面气压、气温分别是_、_。三、简答题：三、简答题：1、对流层具有哪些特性？、对流层具有哪些特性？2、平流层具有哪些特性？、平流层具有哪些特性？29/27中国民航大学中国民航大学 空管学院空管学院本章小结：Q大气由干洁空气、水汽、大气杂质三部分组成。大气由干洁空气、水汽、大气杂质三部分组成。Q在干洁空气中，对大气温度影响较大的是二氧化碳在干洁空气中，对大气温度影响较大的是二氧化碳和臭氧，而水汽和大气杂质在天气变化中起了重要作和臭氧，而水汽和大气杂质在天气变化中起了重要作用。用。Q以气层气温的垂直分布特征为主要依据，将大气分以气层气温的垂直分布特征为主要依据，将大气分成了五层，航空活动主要在对流层和平流层中进行。成了五层，航空活动主要在对流层和平流层中进行。Q对于对流层和平流层的基本特征，我们应有充分认对于对流层和平流层的基本特征，我们应有充分认识。识。