1、 大气的重要性及组成大气的重要性及组成 大气的垂直结构及特性大气的垂直结构及特性 表征大气的基本要素表征大气的基本要素第二讲 大气的基本知识月球上看到的天空与地球上看到的有什月球上看到的天空与地球上看到的有什么不同？为什么？么不同？为什么？地球的外衣地球的外衣大气大气龙卷风龙卷风极光极光台风台风猜想一下：没有大气，地球将是什么样？猜想一下：没有大气，地球将是什么样？闪电闪电降水降水没有大气，没有大气，天气无变化天气无变化！台风台风没有大气，没有大气，地球易受陨石侵袭！地球易受陨石侵袭！陨石陨石没有大气，声音无法传播没有大气，声音无法传播！没有大气，昼夜温差大没有大气，昼夜温差大！没有大气，地球
2、无液态水没有大气，地球无液态水！没有大气，地球上将无生命！没有大气，地球上将无生命！l 干洁大气（即干空气）干洁大气（即干空气）Clean AirClean Airl 水汽水汽 MoistureMoisturel 悬浮在大气中的固液态杂质悬浮在大气中的固液态杂质 ImpurityImpurity 除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体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。质粒以外的整个混合气体。成分变化：成分变化：各成分总体状况：各成分总体状况：表表2-1 干洁大气的成分（高度干洁大气的成分（高度25km以下）以下）氮氮33.533.520.9520.95氩氩二氧化碳二氧化
3、碳0.0320.03231.031.0气体成分气体成分所占体积（所占体积（%）临界温度（临界温度（）临界压强（大气压）临界压强（大气压）78.0878.08-147.2-147.2氧氧-118.9-118.940.740.70.930.93-122.0-122.048.048.073.073.0臭氧臭氧0.000060.00006-5.0-5.092.392.3干洁大气干洁大气100100-140.7-140.737.237.2l 氮气氮气（N N2 2）：存在方式：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。以蛋白质的形式存在于有机体中。作用：作用：是有机体的基本组成部分，是有机体的基本组成部分
4、，也是合成氮肥的基本原料。也是合成氮肥的基本原料。l 氧气氧气（O O2 2）：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参加大气中的许多化学过程；积极参加大气中的许多化学过程；对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。时空变化：时空变化：时间变化：时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。最大值出现在春季，最小值出现在夏季。垂直：垂直：555560km60km，含量极少。，含量极少。202025km25km，达最大值，形成臭氧层，达最大值，形成臭氧层；121215km15km以上，含量增加特别
5、显著；以上，含量增加特别显著；从从10km10km向上，逐渐增加；向上，逐渐增加；近地面，含量很少近地面，含量很少；空间变化：空间变化：水平：水平：由赤道向两极增加。由赤道向两极增加。对紫外线有着极其重要的调控制作用。对紫外线有着极其重要的调控制作用。对高层大气有明显的增温作用。对高层大气有明显的增温作用。CFCs）由于臭氧层空洞扩大，目前由于臭氧层空洞扩大，目前世界上每年每百万人中有世界上每年每百万人中有2000人患皮肤癌。如果臭氧人患皮肤癌。如果臭氧层不能得到恢复，空洞继续层不能得到恢复，空洞继续扩大，到扩大，到2070年，全世界皮年，全世界皮肤癌者人数将增加肤癌者人数将增加5。生物的呼吸
6、、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧 和分解、火山喷发作用等。和分解、火山喷发作用等。时间变化：时间变化：a)a)白天、晴天、夏季时的二氧化碳浓度小于白天、晴天、夏季时的二氧化碳浓度小于 黑夜、阴天、冬季。黑夜、阴天、冬季。b)b)工业革命前小于工业革命后。工业革命前小于工业革命后。空间变化：空间变化：水平：城市大于农村；水平：城市大于农村；垂直：垂直：0 020km20km，含量最高；，含量最高；20km20km以上，含量显著减少。以上，含量显著减少。作用：作用：绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。强烈吸收长波辐射（地
7、面辐射、大气辐射），使强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使 地面保持较高的温度，产生地面保持较高的温度，产生“温室效应温室效应”。由于大气中由于大气中CO2等等温室气温室气体浓度的增加，大量吸收体浓度的增加，大量吸收地表放出的长波辐射，阻地表放出的长波辐射，阻止地球热量的散失，使地止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升球发生可感觉到的气温升高高-“温室效应温室效应”。Greenhouse effect 温室效应会带来以下几种严重恶果：温室效应会带来以下几种严重恶果：1)地球上的病虫害增加；地球上的病虫害增加；2)海平面上升；海平面上升；3)气候反常，海洋风暴增多；气候反常，海洋风暴
8、增多；4)土地干旱，沙漠化面积增大。土地干旱，沙漠化面积增大。科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到继续发展，到2050年全球温度将上升年全球温度将上升2-4摄氏度，南北极地摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。纽约，上海，东京和悉尼。时间：时间：夏季多于冬季。夏季多于冬季。空间：空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。一般低纬
9、多于高纬，下层多于上层。在天气气候变化中扮演了重要角色。在天气气候变化中扮演了重要角色。能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放 出长波辐射，出长波辐射，对大气起着对大气起着“温室效应温室效应”。受酸雨腐蚀的森林受酸雨腐蚀的森林5896米高的乞力马扎罗不仅仅是非洲最高的山，更以独特的地理风貌著称米高的乞力马扎罗不仅仅是非洲最高的山，更以独特的地理风貌著称世界。笼统地说，乞力马扎罗可以分成四层，最下面一层是世界。笼统地说，乞力马扎罗可以分成四层，最下面一层是热带雨林热带雨林，中，中间的腰部有一条间的腰部有一条沼泽地带沼泽地带，再上面是，再上
10、面是高原沙漠高原沙漠，而顶部，超过了雪线以上，而顶部，超过了雪线以上的地方则是的地方则是高山雪峰高山雪峰。远远地看，乞力马扎罗就像一位拖着长长的洒地的。远远地看，乞力马扎罗就像一位拖着长长的洒地的绿裙，系了一条细细的腰带，身着紧身淡黄衬衫，头上俏皮地戴了顶白色绿裙，系了一条细细的腰带，身着紧身淡黄衬衫，头上俏皮地戴了顶白色小帽的青春少女。小帽的青春少女。大气的垂直分层大气的垂直分层外层对流层平流层中间层热层上冷下热上冷下热高空对流高空对流中间层顶到五百中间层顶到五百氧原吸紫增温快氧原吸紫增温快地球束缚引力小地球束缚引力小空气质点往外跑空气质点往外跑电电离离层层TroposphereStrato
11、sphereMesosphereThermosphere1、定义：表示空气冷热程度的物理量。、定义：表示空气冷热程度的物理量。气温实际上是空气分子平均动能大小的表现。气温实际上是空气分子平均动能大小的表现。2、单位、单位-温标温标（1）温标定义：为了定量地表示物体的冷热程度，必须）温标定义：为了定量地表示物体的冷热程度，必须引进衡量物体温度高低的尺子，这把尺子称为温标。引进衡量物体温度高低的尺子，这把尺子称为温标。（2）温标种类）温标种类-目前常用的有三种温标：目前常用的有三种温标：a）摄氏温标）摄氏温标-实际业务和日常生活实际业务和日常生活 b）华氏温标）华氏温标 -一些英语国家用（冰点：一
12、些英语国家用（冰点：32 ）c）开氏温标）开氏温标 K-理论计算理论计算 t=5(F32)/9；t=T273.151、定义：、定义：即大气压强，指单位面积上所受到的大气压力或单位面即大气压强，指单位面积上所受到的大气压力或单位面积上空气柱的重量。积上空气柱的重量。2、气压单位、气压单位1）毫米水银柱高度（）毫米水银柱高度（mmHg）2）毫巴（）毫巴（mb）3）国际单位制用帕斯卡（）国际单位制用帕斯卡（Pa）来表示，气象上采用百帕）来表示，气象上采用百帕 （hPa）为单位。）为单位。1百帕斯卡是百帕斯卡是1平方厘米面积上受到平方厘米面积上受到100 牛顿（牛顿（N）的压力时的压强值，即）的压力时
13、的压强值，即1hPa=100N/cm23、气压单位换算关系、气压单位换算关系 1hPa=100Pa 1hPa=1mb 1hPa=3/4mmHg4、标准大气压标准大气压：气象上规定，把温度为气象上规定，把温度为0、纬度为、纬度为45的海平面的气的海平面的气压作为标准情况时的气压，称为压作为标准情况时的气压，称为1个大气压，其值为个大气压，其值为760毫毫米水银柱高，或相当于米水银柱高，或相当于1013.25hPa。一般海平面气压在一般海平面气压在9701040hPa之间，在台风中可能低之间，在台风中可能低于于900hPa。1、空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。、空气湿度：空气中水汽含量的
14、多少或潮湿程度。2、表示方法：有多种、表示方法：有多种 1）绝对湿度绝对湿度：单位体积水汽含量，即密度（单位体积水汽含量，即密度（g/cm3)2）水汽压和饱和水汽压水汽压和饱和水汽压 水汽压水汽压(e)：由水汽引起的那部分压力，单：由水汽引起的那部分压力，单 位位hPa。饱和水汽压饱和水汽压(E)：在温度一定的情况下在温度一定的情况下，单位体积空气，单位体积空气 中的水汽有一定限度，如果水汽含量达到此限度，空气中的水汽有一定限度，如果水汽含量达到此限度，空气就呈饱和状态，这时的空气称为饱和空气，饱和空气的就呈饱和状态，这时的空气称为饱和空气，饱和空气的水汽压称为饱和水汽压，单位水汽压称为饱和水
15、汽压，单位hPa。饱和水汽压是温度的。饱和水汽压是温度的函数，温度越高，饱和水汽压越大。函数，温度越高，饱和水汽压越大。4）比湿比湿 在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）的比值，称为比湿（汽质量加上干空气质量）的比值，称为比湿（q），其单），其单位：位：g/g，或，或g/kg。vdvmqmm3）相对湿度相对湿度100%efETd1、定义：空气的水平运动、定义：空气的水平运动-矢量矢量2、风向：风的来向风向：风的来向，地面用地面用16个方位表示，高空一般用度个方位表示，高空一般用度表示，表示，0表示正北，表示正北，90
16、表示正东。表示正东。3、风速：单位常用、风速：单位常用m/s，knot（海里（海里/小时）和小时）和km/h表示，表示，其换算关系如下：其换算关系如下：1m/s=3.6km/h 1knot=1.852km/h1km/h=0.28m/s 1knot=0.5m/s一般用风力表示风速大小。采用英一般用风力表示风速大小。采用英国人蒲福国人蒲福1808年拟定的风力等级表，年拟定的风力等级表，分分0-12共共13级。级。零级烟柱直冲天,一级烟柱随风偏,二级清风吹脸面,三级叶动红旗展,四级枝摇飞纸片,五级带叶小树摇,六级举伞步行难,七级迎风走不便,八级风吹树枝断,九级屋顶飞瓦片,十级拔树又倒屋,十一、十二陆上很少见。
