气象学课件第2章.ppt

第一节 大气的组成n大气：大气：大气：大气：由于地球引力的作用，地球周围聚集着一层深厚的大气，称由于地球引力的作用，地球周围聚集着一层深厚的大气，称地球大气，地球大气，地球大气，地球大气，简称简称简称简称大气。大气。大气。大气。n n 大气的组成：大气的组成：大气的组成：大气的组成：干洁大气（即干空气）水汽 悬浮在大气中的固液态杂质 CompanyLogo一、干洁大气一、干洁大气一、干洁大气一、干洁大气n n干洁大气干洁大气干洁大气干洁大气除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体质粒以外的整个除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体质粒以外的整个混合气体，称混合气体，称干洁大气。干洁大气。干洁大气。干洁大气。n n干洁大气的成分（高度干洁大气的成分（高度干洁大气的成分（高度干洁大气的成分（高度25km25km以下）以下）以下）以下）CompanyLogo（一）氮（一）氮（一）氮（一）氮（N N2 2）大气中含量最多的成分，约大气中含量最多的成分，约78%78%。地球上有机体的基本组成部分。地球上有机体的基本组成部分。合成氮肥的基本原料。合成氮肥的基本原料。大部分以蛋白质的形式存在在于有机体中。大部分以蛋白质的形式存在在于有机体中。（二）氧（二）氧（二）氧（二）氧（OO2 2）大气中次多的成大气中次多的成分，约占大气容积的分，约占大气容积的21%21%。人类和动植物维持生命活动极为重要的气体。人类和动植物维持生命活动极为重要的气体。参与大气中的许多化学过程。参与大气中的许多化学过程。对有机物质的燃烧、腐败和分解起着极其重要的作用。对有机物质的燃烧、腐败和分解起着极其重要的作用。CompanyLogo（三）臭氧（三）臭氧（O3）大气中含量极少。主要是在太阳紫外线辐射作用下通过光化学作用由氧分子分解为氧原子后再和另外的氧分子结合而形成。对紫外线有极其重要的调控作用：吸收多余的紫外线，不致使过多的紫外线到达地面对生物构成伤害，又能透过少许的紫外线杀灭地面对动植物有害的一些病菌。对高空大气有明显的增温作用。CompanyLogo（四）二氧化碳（四）二氧化碳（CO2）在大气中含量很少。主要来源于生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧和分解、火山的喷发作用等。低层大气中二氧化碳的含量随时间和空间的不同略有变化。是绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。具有相当强的吸收长波辐射的能力。二氧化碳与“温室效应”。CompanyLogo二、水汽二、水汽二、水汽二、水汽 来源：来源：来源：来源：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。表面的蒸腾。作用：作用：作用：作用：在天气气候变化中的重要作用。在天气气候变化中的重要作用。对大气和地面的温度状况有着显著影响。对大气和地面的温度状况有着显著影响。使世界各地形成各种各样的天气和气候。使世界各地形成各种各样的天气和气候。水汽与水汽与“温室效应温室效应”。CompanyLogo三、大气中的杂质三、大气中的杂质三、大气中的杂质三、大气中的杂质 在大气中悬浮着的各种固体和液体颗粒（包括在大气中悬浮着的各种固体和液体颗粒（包括气溶胶粒子气溶胶粒子和和大气污染物质大气污染物质两大部分）统称为两大部分）统称为杂质杂质杂质杂质。（一）气溶胶粒子（一）气溶胶粒子（一）气溶胶粒子（一）气溶胶粒子 大气中沉降速率极小、尺度在大气中沉降速率极小、尺度在1010-4-4 m m 到到100 100 m m 之间之间的固体和液态微粒，称为的固体和液态微粒，称为气溶胶粒子气溶胶粒子气溶胶粒子气溶胶粒子。作用：作用：作用：作用：吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地面的吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地面的 太阳辐射；太阳辐射；缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而失去缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而失去 的热量；的热量；降低大气透明度，影响大气能见度；降低大气透明度，影响大气能见度；充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。CompanyLogo（二）大气中的污染物质（二）大气中的污染物质（二）大气中的污染物质（二）大气中的污染物质n n大气污染大气污染大气污染大气污染由于人类活动或自然过程，使局部由于人类活动或自然过程，使局部、甚至全球范围的大气、甚至全球范围的大气成分发生对生物界有害的变化称为成分发生对生物界有害的变化称为大气污染大气污染大气污染大气污染。大气中的污染物质主要集中在大气中的污染物质主要集中在3km3km以下的低层大气中。以下的低层大气中。n n大气污染物质的两大来源大气污染物质的两大来源大气污染物质的两大来源大气污染物质的两大来源vv自然形成过程自然形成过程 火山爆发，沙尘暴，森林火等；火山爆发，沙尘暴，森林火等；vv人为过程人为过程 工业和交通上煤炭，石油，天然气的使用；农业上化肥，工业和交通上煤炭，石油，天然气的使用；农业上化肥，农药的使用；生活上制冷采暖的排放与泄露等。农药的使用；生活上制冷采暖的排放与泄露等。CompanyLogon大气中主要的污染物大气中主要的污染物 颗粒物质，二氧化硫，氮氧化物，一氧化碳，碳氢化物，硫化物，氟化物及光化学氧化剂等。n一次污染物与二次污染物一次污染物与二次污染物污染物污染物一次污染物一次污染物二次污染物二次污染物含硫化合物含硫化合物SOSO2 2、H H2 2S SSOSO3 3、H H2 2SOSO4 4、硫酸盐、硫酸盐含氮化合物含氮化合物NONO、NHNH3 3NONO2 2、HNOHNO3 3、硝酸盐、硝酸盐碳的氧化物碳的氧化物COCO、COCO2 2 无无碳氢化合物碳氢化合物C C1 1C C5 5醛醛、酮酮、过氧乙酰基硝酸酯过氧乙酰基硝酸酯卤素化合物卤素化合物HFHF、HCLHCL 无无CompanyLogo第二节第二节大气的铅直结构大气的铅直结构一、大气的铅直结构一、大气的铅直结构（一）对流层（一）对流层对流层的主要特点：对流层的主要特点：集中了80%以上的大气质量和几乎所有的水汽；温度随高度升高而降低；空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动；气象要素水平分布不均匀。根据气流和天气特点，还可以把对流层细分为下层、中层、下层、中层、上层和对流层顶上层和对流层顶等四层。CompanyLCompanyLogo（二）平流层（二）平流层平流层的特点：平流层的特点：在平流层下部，随高度的增加气温变化很小，在25km以上，气温随高度的增加而显著升高；该层空气以水平运动为主，无明显的垂直运动；水汽和尘埃含量较少，晴朗少云，大气透明度好，气流比较平稳，适于飞机航行。（三）中间层（三）中间层气温随高度增高而迅速下降；有强烈的铅直运动，又称“高空对流层”。CompanyLogo（四）热成层（四）热成层 又称热层热层或暖层暖层。温度随高度升高而迅速增高；空气密度小，空气质点在太阳紫外线辐射和宇宙高能粒子作用下，产生电离现象。该层空气多被离解成离子，故又称电离层电离层，它具有很强的反射无线电波的能力，对无线电通讯具有重要作用。（五）散逸层（五）散逸层 是地球大气的最高层。这一层的大气物质具有向星际空间散逸的特性，是大气圈与星际空间的过渡地带。CompanyLogo二、大气上界二、大气上界二、大气上界二、大气上界大气的顶界是模糊的，地球大气和星际空间气体之间没有大气的顶界是模糊的，地球大气和星际空间气体之间没有一个截然的分界面把它们分开，而是逐步过渡的。一个截然的分界面把它们分开，而是逐步过渡的。为了实际的应用，通过物理分析，给大气划定一个大致的为了实际的应用，通过物理分析，给大气划定一个大致的上界面。上界面。一种是根据大气中物理现象极光出现的最大高度作为大气一种是根据大气中物理现象极光出现的最大高度作为大气的物理上界，高度为的物理上界，高度为100010001200km1200km。另一种是以大气密度接近星际气体密度的高度作为大气上界另一种是以大气密度接近星际气体密度的高度作为大气上界的标准，约在的标准，约在200020003000km3000km高度处。高度处。CompanyLogo第三节 大气的物理性质一、大气的质量一、大气的质量单位截面积的大气柱中空气的质量为：m0=0Z0=1.2938000=10344/其中，0为标准情况下的空气密度（0=1.293/m3）为气温0时，45N（或45S）处海平面上的密度；Z0为此时大气的厚度，经理论计算约为8000m.据此地球表面大气的总质量约有5105t,即在地面上1大约要承受10t的大气质量。实际大气的密度是随高度按指数规律减小的，其关系式为：z=0ez/z0 （2-1）式中式中：z为z高度处的大气密度；0为标准状态下的大气密度；Z0为均质大气的高度，z为对应与要计算z的高度。CompanyLogo二、大气的气体状态方程二、大气的气体状态方程二、大气的气体状态方程二、大气的气体状态方程n n大气物理状态的常用物理量大气物理状态的常用物理量大气物理状态的常用物理量大气物理状态的常用物理量质量（m）压强(P)温度(T)体积(V)对一定质量的空气，P、V、T之间存在着函数关系。CompanyLogo（一）干空气的状态方程（一）干空气的状态方程（一）干空气的状态方程（一）干空气的状态方程 理想气体的状态方程为：理想气体的状态方程为：（2-22-2）式中：式中：为气体的摩尔质量；为气体的摩尔质量；R*R*是通用气体常数其值为是通用气体常数其值为8 831J31J（molKmolK）；）；mm为气体为气体的质量。的质量。在通常情况下，可认为地球大气和理想气体相近似。因此在通常情况下，可认为地球大气和理想气体相近似。因此可用（可用（2-22-2）式求得干空气的状态方程。）式求得干空气的状态方程。对于单位质量（对于单位质量（g g）的干空气，则可将上式改写成：）的干空气，则可将上式改写成：P Pd d v=(v=(R*R*/)T=RT=Rd d T T (2-3)(2-3)式中：式中：v v为单位质量干空气所占的体积，称比容；为单位质量干空气所占的体积，称比容；为干为干空气空气 的摩尔质量（其值为的摩尔质量（其值为28.8728.87）；）；R Rd d为单位质量干空气为单位质量干空气 的气的气体常数，称干气体比气体常数，其值为体常数，称干气体比气体常数，其值为0.2870.287 J J（molKmolK）；）；P Pd d 为干气体压强。为干气体压强。CompanyLogo 由于v=1/d(d 为干气体密度)，所以干空气状态方程可写成如下形式：Pd=d Rd T 或d=Pd/Rd T （2-4）由此式可知，空气密度随气压和温度而变化。（二）水汽状态方程（二）水汽状态方程大气中的水汽在没有相变的情况下，也可利用理想气体的状态方程。对于水汽有：e=w RwT 或 w=e/RwT （2-5）式中：e为水汽的压强；Rw为水汽的比气体常数，其值为0.4610.461 J J（g gKK）；）；T为温度；w为水汽密度。CompanyLogo（三）湿空气状态方程（三）湿空气状态方程（三）湿空气状态方程（三）湿空气状态方程 湿湿湿湿空气的总压强（空气的总压强（空气的总压强（空气的总压强（P P）：）：）：）：据道尔顿分压定律，混合气体的总压强等于各气体成分的据道尔顿分压定律，混合气体的总压强等于各气体成分的分压强之和，所以湿空气总压强（分压强之和，所以湿空气总压强（P Pd d）应为干空气分压强）应为干空气分压强(e)(e)和水汽分压强之和，即：和水汽分压强之和，即：P=P P=Pd d+e+e 湿空气密度（湿空气密度（湿空气密度（湿空气密度（）：）：）：）：=d d+0 0 据（据（2-42-4）和（）和（2-52-5）式，可得湿空气的状态方程为：）式，可得湿空气的状态方程为：（2-62-6）CompanyLogo由于e/P值通常很小，所以（2-6）可写为：（2-7）CompanyLogo三、气象要素三、气象要素 表示大气状态和特征的物理量和物理现象，统称为气象要素。气象要素包括：日射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸发、能见度和天气现象等。能见度：气象学上把人的正常视力所能看到的目标物的最大距离叫做能见度。天气现象：指在大气中或地面上产生的降水水汽凝结物冻结物干质悬浮物和光电的现象，也包括一些风的特征。CompanyLogo雷电CompanyLogo暴风雪CompanyLogo复习思考题：1根据大气的垂直结构，共分为哪五层?对流层有什么特点?2名词解释：气象要素 温室效应 大气污染CompanyLogoCompanyLOGO