1、第三章第三章第三章第三章大气大气2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系2 22023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系3 32010年年3月月-4月我国西南地区干旱月我国西南地区干旱2010年年3月月19日至日至21日，一次强沙尘暴天气日，一次强沙尘暴天气过程先后影响我国过程先后影响我国21个省（区、市），沙个省（区、市），沙尘一度蔓延到黄淮、江淮、江南北部等地，尘一度蔓延到黄淮、江淮、江南北部等地，连我国台湾岛都受到了影响。连我国台湾岛都受到了影响。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4 4越南越南菲菲律律宾宾泰国泰
2、国东南亚多国苦战洪水，东南亚多国苦战洪水，泰国泰国已经遭持已经遭持续续2个月（自个月（自9月月4日起被淹日起被淹）的）的洪水侵洪水侵袭袭3/4国土国土（2011-10-05）2011.10.03南太平洋小岛国图瓦卢宣布南太平洋小岛国图瓦卢宣布国家进入紧急状态；降雨失常已逾国家进入紧急状态；降雨失常已逾6个个月，据气象专家表示，降雨不足恐将延月，据气象专家表示，降雨不足恐将延续到续到12月。月。-干旱干旱 珊瑚岛珊瑚岛第二小岛国第二小岛国 仅此瑙鲁仅此瑙鲁即将成为第一个沉入海底的国家即将成为第一个沉入海底的国家图瓦卢图瓦卢图瓦卢是最易受地球气候变化影响国家图瓦卢是最易受地球气候变化影响国家之一，
3、当地人担心海平面不断升高将淹之一，当地人担心海平面不断升高将淹没家园。至少有没家园。至少有60006000多人已经离开图瓦多人已经离开图瓦卢移民海外，而目前尚在图瓦卢生活的卢移民海外，而目前尚在图瓦卢生活的人口只有人口只有1 1万人。万人。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系7 7 2005年年6月月10日日14时时30分左右，黑龙江省宁安市沙兰镇中心小学被淹。分左右，黑龙江省宁安市沙兰镇中心小学被淹。造成造成64人死亡，其中有人死亡，其中有62名学生，遇难者多为一二年级学生。名学生，遇难者多为一二年级学生。沙兰河上游山区突降暴雨，瞬间形成洪峰，引发泥石流，最高洪峰
4、水沙兰河上游山区突降暴雨，瞬间形成洪峰，引发泥石流，最高洪峰水位达位达2米左右，当时沙兰镇中心小学有米左右，当时沙兰镇中心小学有352名学生、名学生、31名教师在校。当地属名教师在校。当地属丘陵地区，学校位于地势比较低的坡下。丘陵地区，学校位于地势比较低的坡下。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系8 8 2015年年10月月2日，菲律宾附近的热带低压凌晨加强为热带风暴日，菲律宾附近的热带低压凌晨加强为热带风暴级，编号为今年第级，编号为今年第22号台风彩虹（英文名：号台风彩虹（英文名：Mujigae；名字来源；名字来源：朝鲜；名字意义：天空中的彩虹），早晨：朝鲜；名字
5、意义：天空中的彩虹），早晨5点钟其中心位于菲点钟其中心位于菲律宾吕宋岛上，就是北纬律宾吕宋岛上，就是北纬15.9度、东经度、东经120.5度，中心附近最大度，中心附近最大风力有风力有8级（级（18米米/秒），中心最低气压为秒），中心最低气压为998百帕，百帕，7级风圈半径级风圈半径150-160公里。公里。预计，预计，“彩虹彩虹”将以每小时将以每小时20公里左右的速度向公里左右的速度向西北西北方向移方向移动，将于今天中午进入南海东部海域，强度逐渐加强，最强可动，将于今天中午进入南海东部海域，强度逐渐加强，最强可达强热带风暴级或台风级（达强热带风暴级或台风级（11-12级，级，30-35米米/秒
6、）；逐渐向海南秒）；逐渐向海南东部到东部到广东西部一带沿海广东西部一带沿海靠近，可能于靠近，可能于4日白天以其极值强度在日白天以其极值强度在上述沿海登陆，登陆后继续向西北方向移动，强度逐渐减弱。上述沿海登陆，登陆后继续向西北方向移动，强度逐渐减弱。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系9 92023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系1010受受“彩虹彩虹”影响，影响，10月月2日日08时至时至3日日08时，巴士海峡、南海时，巴士海峡、南海中部和北部、黄岩岛附近海域、台湾海峡、广东沿海、海南东中部和北部、黄岩岛附近海域、台湾海峡、广东沿海、海南东部
7、沿海的部沿海的风力将逐渐加大到风力将逐渐加大到7-8级级，阵风，阵风9-10级，台风中心经过级，台风中心经过的附近海域风力可达的附近海域风力可达9-10级，阵风级，阵风11级。海南东部有级。海南东部有中到大雨中到大雨（25-40毫米）。毫米）。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系11112023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系1212本章内容本章内容f一、大气的组成与垂直分层一、大气的组成与垂直分层f二、大气的热力状况二、大气的热力状况f三、大气水分和降水三、大气水分和降水f四、大气运动和天气系统四、大气运动和天气系统f五、天气和气候五、天气
8、和气候f六、气候变化六、气候变化2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系1313第一节第一节 大气的组成与垂直分层大气的组成与垂直分层2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系1414大气大气-气体气体-圈层结构：圈层结构：气体：自然界的气态物质的集合体。气体：自然界的气态物质的集合体。性质：连续性、流动性、可压缩性及黏性性质：连续性、流动性、可压缩性及黏性 大气：围绕着地球的厚层气体。大气：围绕着地球的厚层气体。大气圈：大气形成一个连续的圈层。大气圈：大气形成一个连续的圈层。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系1515
9、大气的组成大气的组成组组成成成成分分【干：干燥干：干燥;洁：干净洁：干净】成分成分:N:N2 2最多气体最多气体,78%;,78%;生命体重要成分生命体重要成分;不活跃气体不活跃气体;豆科植物养料豆科植物养料;O O2 2次多气体次多气体,20.95%;,20.95%;呼吸必需气体呼吸必需气体;化学性质活泼；化学性质活泼；COCO2 2含量甚微含量甚微;来源：来源：生命呼吸、土壤有机体腐化、分解、化石燃料生命呼吸、土壤有机体腐化、分解、化石燃料燃烧；燃烧；作用：作用：光合作用的原料，强烈吸收地面辐射，温室气体。光合作用的原料，强烈吸收地面辐射，温室气体。O O3 3：形成过程：形成过程O O2
10、 2+O O；组分：组分：距地面距地面20-30km20-30km处浓度最大处浓度最大；作用：；作用：吸收吸收紫外线辐射达紫外线辐射达99%99%，影响大气温度的垂直分布，影响大气温度的垂直分布.来源：江、河、湖、海及潮湿的物体表面、动植物表面蒸发、蒸腾。来源：江、河、湖、海及潮湿的物体表面、动植物表面蒸发、蒸腾。分布：随高度增加而减少；纬度越高含量越少。分布：随高度增加而减少；纬度越高含量越少。作用：使地面和大气保持一定的温度；潜热作用能转换和传输热量，作用：使地面和大气保持一定的温度；潜热作用能转换和传输热量，影响各地气候。影响各地气候。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源
11、与城乡规划系1616（一）干洁空气（一）干洁空气氮（氮（N N2 2）、氧（）、氧（O O2 2）、氩（）、氩（ArAr）、二氧化碳（）、二氧化碳（COCO2 2）、）、O O3 3温室气体成分温室气体成分:二氧化碳（二氧化碳（COCO2 2）、甲烷（）、甲烷（CHCH4 4）、氧化亚氮）、氧化亚氮（N N2 2O O）、臭氧（）、臭氧（O O3 3）、氟利昂或氯氟烃类化合物（）、氟利昂或氯氟烃类化合物（CFCsCFCs）、）、氢代氯氟烃类化合物（氢代氯氟烃类化合物（HCFCsHCFCs）、氢氟碳化物（）、氢氟碳化物（HFCsHFCs）、全氟）、全氟碳化物（碳化物（PFCsPFCs）、六氟化硫
12、（）、六氟化硫（SFSF6 6）。）。其中其中COCO2 2、CHCH4 4、N N2 2O O、和、和O O3 3是是自然界中本来就存在的成分自然界中本来就存在的成分，CFCsCFCs、HCFCsHCFCs、HFCsHFCs、PFCsPFCs和和SFSF6 6则则完全是人类活动的产物完全是人类活动的产物。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系1717 图图1-2 20世纪中叶以来大气世纪中叶以来大气CO2浓度浓度变化趋势（据变化趋势（据Keeling and Whorf 2004，Mauna Loa观测站，有改动）观测站，有改动）图图1-1 42万年以来大气万年以来
13、大气CO2浓度变化浓度变化（据（据Petit et al 1999数据绘制）数据绘制）工业革命之前地球大气工业革命之前地球大气CO2基本基本上是在上是在大气圈大气圈、海洋海洋和和陆地生态陆地生态系统系统三个主要活动碳库之间自然三个主要活动碳库之间自然地进行交换，处于动态平衡状态地进行交换，处于动态平衡状态.2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系1919甲烷是大气中含量丰富的有机气体。甲烷是大气中含量丰富的有机气体。人为源：化石燃料有关的排放源：天然气泄漏、石油煤矿开人为源：化石燃料有关的排放源：天然气泄漏、石油煤矿开采及其它生产活动、城市垃圾处理场；生态排放源：热带生
14、采及其它生产活动、城市垃圾处理场；生态排放源：热带生物质燃烧、反刍动物、稻田等。物质燃烧、反刍动物、稻田等。自然源：天然沼泽、湿地、河流湖泊、海洋、热带森林、苔自然源：天然沼泽、湿地、河流湖泊、海洋、热带森林、苔原、白蚁等。原、白蚁等。全球甲烷排放约为全球甲烷排放约为5.35(4.10-6.60)亿吨亿吨/年年,其中自然源其中自然源1.60(1.10-2.10)/年年,人为源人为源3.75(3.00-4.50)亿吨亿吨/年，年，人为源约占人为源约占70。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系2020氧化亚氮氧化亚氮 (N(N2 2O)O)，目前在大气中的浓度约是，目前
15、在大气中的浓度约是0.3ppmv,0.3ppmv,每年增每年增加加0.25%0.25%左右。左右。N N2 2O O在大气中的唯一的汇是在在大气中的唯一的汇是在平流层平流层光解成光解成NOxNOx，进而转，进而转化成硝酸或硝酸盐而通过干、湿沉降过程被清除出大气。由化成硝酸或硝酸盐而通过干、湿沉降过程被清除出大气。由于于N N2 2O O是平流层是平流层NOxNOx的主要源，因而它对平流层的主要源，因而它对平流层O O3 3的光化学的光化学过程极其重要。过程极其重要。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系2121 大气大气N N2 2O O均来源于均来源于地面排放地面排
16、放，但各种源的强度目前仍很不确，但各种源的强度目前仍很不确定。根据定。根据IPCC(1994)IPCC(1994)，全球每年，全球每年N N2 2O O源总量约为源总量约为14701470万吨。万吨。其中自然源其中自然源900900万吨，主要包括海洋以及温带、热带的草万吨，主要包括海洋以及温带、热带的草原和森林生态系统原和森林生态系统;人为源大约人为源大约570570万吨，主要包括农田生万吨，主要包括农田生态系统、生物质燃烧和化石燃烧、己二酸以及硝酸的生产态系统、生物质燃烧和化石燃烧、己二酸以及硝酸的生产过程。过程。根据大气中根据大气中N N2 2O O浓度的增长，可以大致确定大气中浓度的增长
17、，可以大致确定大气中N N2 2O O的年的年增加量约为增加量约为390390万吨。万吨。N N2 2O O的产生和排放涉及多领域，主要的产生和排放涉及多领域，主要包括工业、农业、交通、能源生产和转换、土地变化和林包括工业、农业、交通、能源生产和转换、土地变化和林业等。业等。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系22222.2.臭氧臭氧 O O3 3：臭氧空洞臭氧空洞 ：是指因空气污染物质，特别是氧化氮和卤化代是指因空气污染物质，特别是氧化氮和卤化代烃等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气臭氧层被破坏烃等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气臭氧层被破坏和减少的现象。和减少
18、的现象。2006.10.20年年,首次在首次在上空上空发现臭氧减少，继之发现臭氧减少，继之和和的上空发现了类似的上空发现了类似的臭氧空洞。的臭氧空洞。除热带外，世界各地臭氧都除热带外，世界各地臭氧都在耗减。在耗减。-19871987年制定的年制定的关关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书1995-2006年南极上空臭氧空洞面积变化年南极上空臭氧空洞面积变化2011年年3月月14日北极臭氧总量分布日北极臭氧总量分布北极臭氧洞形成的主要原北极臭氧洞形成的主要原因是春季极寒冷生成了极因是春季极寒冷生成了极地平流层云，在太阳紫外地平流层云，在太阳紫外线的作用下释放出破坏臭线
19、的作用下释放出破坏臭氧的卤素原子。氧的卤素原子。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系2525臭氧空洞的成因：大气层中的氯氟烃臭氧空洞的成因：大气层中的氯氟烃(CFCs)(CFCs)一种含有一种含有 三种元素的有机化合物三种元素的有机化合物(俗称俗称“”)污染；污染；氟利昂氟利昂(CFCs)(CFCs)是人造化学物质。化学性质是人造化学物质。化学性质不活泼不活泼，在大气中，在大气中滞留滞留100100年年-200-200年。年。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系2727（二）水汽（二）水汽来源：来源：海洋、江河湖沼和土壤，以及潮湿物体表面
20、海洋、江河湖沼和土壤，以及潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾。的蒸发和植物的蒸腾。分布：分布：随高度增加而减少；纬度越高含量越少。随高度增加而减少；纬度越高含量越少。作用：作用：使地面和大气保持一定的温度；潜热作用能使地面和大气保持一定的温度；潜热作用能转换和传输热量，影响各地气候。转换和传输热量，影响各地气候。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系2828（三）固体杂质（三）固体杂质悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等，悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等，多集中于低层大气中。多集中于低层大气中。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与
21、城乡规划系2929 来源来源：地面扬尘、灰尘、粉尘、有机尘、火山喷发、流行地面扬尘、灰尘、粉尘、有机尘、火山喷发、流行燃烧陨石碎屑等。燃烧陨石碎屑等。分布：分布：随时间、空间和天气条件而变化随时间、空间和天气条件而变化。作用：作用：能吸收部分太阳辐射和阻挡地面辐射，影响地面和能吸收部分太阳辐射和阻挡地面辐射，影响地面和空气温度；能散射、反射、折射太阳光辐射，产生大气光空气温度；能散射、反射、折射太阳光辐射，产生大气光学现象；与液体微粒聚集形成气溶胶，污染空气、降低大学现象；与液体微粒聚集形成气溶胶，污染空气、降低大气透明度，影响视程。气透明度，影响视程。（三）固体杂质（三）固体杂质2023-3
22、-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系3030（四）大气污染物（四）大气污染物由于自然或人为的原因，导致空气中有害物质的浓度超过由于自然或人为的原因，导致空气中有害物质的浓度超过一定限度，维持一定的时间，直接或间接地对人类正常生一定限度，维持一定的时间，直接或间接地对人类正常生活、动植物正常生长，以及对气候和各类物品、材料造成活、动植物正常生长，以及对气候和各类物品、材料造成危害的现象，称为大气污染。危害的现象，称为大气污染。在大气污染物中，在大气污染物中，粉尘烟雾粉尘烟雾对人体健康危害最大。对人体健康危害最大。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系31
23、31二、大气的垂直分层二、大气的垂直分层大气的下界是地面。大气的下界是地面。上界：上界：1 1、大气上界：极光出现的最大高度大气上界：极光出现的最大高度1200km1200km高度；高度；2 2、大气层的物理上界：地球大气密度达到星际气体密度（、大气层的物理上界：地球大气密度达到星际气体密度（1 1个微观粒子个微观粒子/cm/cm3 3）20003000km20003000km高度。高度。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系3232对流层对流层平流层平流层中间层中间层暖层暖层散逸层散逸层2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系3333v 整个
24、大气层的整个大气层的最外最外一层，是大气圈与星际空间的过渡地带，一层，是大气圈与星际空间的过渡地带，没有明显的边界没有明显的边界。根据观测。根据观测,1200km1200km还有极光出现，说明还有极光出现，说明那里还有稀薄的空气，故把那里还有稀薄的空气，故把1200km1200km定为大气上界。定为大气上界。v 这一层的气温也随高度的增加而升高。这一层的气温也随高度的增加而升高。(逆温层逆温层)v 由于气温高，且距地较远，受地球引力作用很小，所以大由于气温高，且距地较远，受地球引力作用很小，所以大气质点中某些高速运动的分子不断地向星际空间散逸，气质点中某些高速运动的分子不断地向星际空间散逸，散
25、散逸层逸层也由此而得名。也由此而得名。1.1.散逸层散逸层(外层外层)（800km800km高度以上的大气层）高度以上的大气层）2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系3434 温度随高度增加迅速上升：温度随高度增加迅速上升：据探测，在据探测，在300km300km高度上，气温可达高度上，气温可达10001000以上，这以上，这是因为所有波长是因为所有波长0.175m0.175m的的紫外线辐射紫外线辐射，都被该层中的，都被该层中的大气物质所吸收的缘故。大气物质所吸收的缘故。空气处于高度电离状态：空气处于高度电离状态：因而这层也称为电离层。它们都能反射无线电波，对因而这层
26、也称为电离层。它们都能反射无线电波，对无线电通讯具有重要意义，而且无线电通讯具有重要意义，而且有极光现象有极光现象出现。出现。2.2.暖层（中间层顶到暖层（中间层顶到800km800km）2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系3535气温随高度增加迅速降低：气温随高度增加迅速降低：顶界温度可降至顶界温度可降至-83-113-83-113，几乎成为大气层中的最低，几乎成为大气层中的最低温。其原因是这里没有臭氧吸收太阳紫外辐射，而氮和氧等温。其原因是这里没有臭氧吸收太阳紫外辐射，而氮和氧等气体所能吸收的波长更短的太阳辐射又大部分被更上层的大气体所能吸收的波长更短的太阳辐射
27、又大部分被更上层的大气吸收了。气吸收了。有相当强烈的垂直运动：有相当强烈的垂直运动：这种下暖上凉的气温垂直分布，有利于导致空气的垂直这种下暖上凉的气温垂直分布，有利于导致空气的垂直运动，又称运动，又称“高空对流层高空对流层”。高纬地区夏季夜间，中间层顶部出现的夜光云；高纬地区夏季夜间，中间层顶部出现的夜光云；80km80km附附近白天有一个电离层。近白天有一个电离层。3.3.中间层（平流层顶到中间层（平流层顶到80-85km80-85km）2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系3636 平流层下部气温随高度不变或略微上升（又称同温平流层下部气温随高度不变或略微上升（又
28、称同温层）；在层）；在25-36km25-36km处气温很快升高，为处气温很快升高，为逆温层逆温层，到平流层顶，到平流层顶温度升至温度升至(-3)-(-17)(-3)-(-17)。【逆温层：受地面影响较小，臭逆温层：受地面影响较小，臭氧吸收太阳紫外线辐射氧吸收太阳紫外线辐射】没有强烈的对流运动：飞机在此层飞行不易颠簸。没有强烈的对流运动：飞机在此层飞行不易颠簸。水汽、尘埃含量很少水汽、尘埃含量很少：平流层远离地面，加之有逆温：平流层远离地面，加之有逆温层存在，空气无对流运动，水汽、尘埃很少，使得平流层天层存在，空气无对流运动，水汽、尘埃很少，使得平流层天气晴朗，大气透明程度好。气晴朗，大气透明
29、程度好。4.4.平流层（对流层顶到平流层（对流层顶到50-55km50-55km）2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系37375.5.对流层（自地面到对流层（自地面到8-18km8-18km）对流层特点：厚度厚度最薄最薄；对流层是大气的最下层，它的下界为地面，；对流层是大气的最下层，它的下界为地面，集中集中3/43/4大气，大气，90%90%水汽，日常所见的大气现象均发生在此水汽，日常所见的大气现象均发生在此层，也是对人类生活、产生层，也是对人类生活、产生最有影响最有影响的层次。的层次。气温随着高度的升高而降低；气温随着高度的升高而降低；空气具有强烈的对流、乱流运动
30、空气具有强烈的对流、乱流运动 气象要素水平分布不均匀：气象要素水平分布不均匀：2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系3838 在对流层内，按气流和天气现象分布特点又可分为三层：在对流层内，按气流和天气现象分布特点又可分为三层：下层下层(摩擦层，行星边界层摩擦层，行星边界层)：自地面到自地面到1.5km1.5km高度。下层受地高度。下层受地面强烈影响摩擦作用、湍流交换十分明显，因而低云、雾、霾、面强烈影响摩擦作用、湍流交换十分明显，因而低云、雾、霾、浮尘等出现频繁。浮尘等出现频繁。中层：中层：摩擦层顶到摩擦层顶到6km6km左右高度。受地表影响较小，称自由大左右高度。受
31、地表影响较小，称自由大气层。云、降水多发生在次层。气层。云、降水多发生在次层。上层：上层：从从6km6km高度到对流层顶。气温常在高度到对流层顶。气温常在00以下，在中、低以下，在中、低纬度地区纬度地区上层，常出现风速上层，常出现风速3030m/sm/s的强风带，及急流。的强风带，及急流。此外，在对流层和平流层之间有一个厚度为数百米至此外，在对流层和平流层之间有一个厚度为数百米至2km2km的的过渡层，过渡层，称为对流层顶。特征：气温随高度递减慢，或出现称为对流层顶。特征：气温随高度递减慢，或出现等温甚至逆温。等温甚至逆温。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系393
32、9第二节第二节 大气的热力状况大气的热力状况2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4040Figure 1:Spectrum of the sun.The sun emits most of its radiation in a wavelength band between 0.1 and 4.0 micrometers(m).一、地球上的辐射平衡一、地球上的辐射平衡（一）太阳辐射（一）太阳辐射1 1）太阳辐射）太阳辐射:太阳以电磁波的形式向外传递能量太阳以电磁波的形式向外传递能量;太阳辐射能太阳辐射能:太阳辐射所传递的能量太阳辐射所传递的能量;太阳辐射光谱太阳辐射
33、光谱:太阳辐射能按波长的分布。太阳辐射能按波长的分布。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4141可见光：可见光：0.4-0.76 m，红外线：红外线：0.76 m，紫外线紫外线 0.4 m。2 2）太阳辐射的波长范围很广。）太阳辐射的波长范围很广。能量大部分集中在能量大部分集中在0.15-4.00.15-4.0mm之间。之间。维恩位移定律：太阳表面维恩位移定律：太阳表面最大放射能力所对应的波最大放射能力所对应的波长为长为0.4570.457,相当于可见相当于可见光谱的青光部分。光谱的青光部分。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4242
34、大气圈对太阳辐射的作用：吸收、散射和反射等，太阳光大气圈对太阳辐射的作用：吸收、散射和反射等，太阳光谱中不同的波长将受到不同程度的削弱谱中不同的波长将受到不同程度的削弱 。3、地面的太阳辐射总量、地面的太阳辐射总量总辐射总辐射=直接辐射直接辐射+散射辐射散射辐射漫射漫射散射散射反射反射2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4343反射率：到达地面的总辐射一部分被地面吸收，一部分被反反射率：到达地面的总辐射一部分被地面吸收，一部分被反射，反射部分的辐射量占投射的辐射量的百分比。射，反射部分的辐射量占投射的辐射量的百分比。地面性质不同，反射率差别很大。地面性质不同，反射率
35、差别很大。新雪的反射率为新雪的反射率为8585；干黑土为干黑土为1414；潮湿黑土只有潮湿黑土只有8 8。水面对直接辐射的反射率：主要取决于太阳高度。当太阳水面对直接辐射的反射率：主要取决于太阳高度。当太阳高度角为高度角为9090时，反射率为时，反射率为2 2；2 2时，反射率达时，反射率达7878。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4444太阳辐射地表时空变化特太阳辐射地表时空变化特征：征：赤道赤道附近太阳辐射的年变化附近太阳辐射的年变化平缓，春秋分相对高些，二至平缓，春秋分相对高些，二至日相对低些。日相对低些。在在极圈极圈之内，一年中有一段之内，一年中有一段时
36、间太阳辐射为零，夏至日时间太阳辐射为零，夏至日（北极）或冬至日（南极）却（北极）或冬至日（南极）却高于赤道，年变幅达高于赤道，年变幅达639639卡卡/厘厘米米2 2日。日。极圈与回归线之间极圈与回归线之间太阳辐射太阳辐射呈单峰式的连续变化，北半球呈单峰式的连续变化，北半球夏至日最高，冬至日最低；南夏至日最高，冬至日最低；南半球则相反，冬至日最高，夏半球则相反，冬至日最高，夏至日最低。至日最低。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4545辐射平衡变化辐射平衡变化纬度变化：纬度变化：低纬地区辐射低纬地区辐射平衡为正，能量盈余；高纬平衡为正，能量盈余；高纬地区辐射平衡为
37、负，能量亏地区辐射平衡为负，能量亏损；损；时间变化：时间变化：在一日内，白在一日内，白天辐射平衡为正；夜晚辐射天辐射平衡为正；夜晚辐射平衡为负。在一年内，北半平衡为负。在一年内，北半球夏季的辐射平衡因收入的球夏季的辐射平衡因收入的太阳辐射增多而加大；冬季太阳辐射增多而加大；冬季则相反，甚至出现负值。这则相反，甚至出现负值。这种年变化情况因纬度不同而种年变化情况因纬度不同而不同，纬度愈高，辐射平衡不同，纬度愈高，辐射平衡保持正值的月份愈少。保持正值的月份愈少。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4646（二）地面和大气辐射（二）地面和大气辐射1、长波辐射。、长波辐射。
38、地面、大气辐射为长波辐射地面、大气辐射为长波辐射两者都属于红外热辐射（两者都属于红外热辐射（0.75-10000.75-1000m m）。）。1 1、地面辐射、地面辐射定义：以电磁波的方式向大气传递能量。定义：以电磁波的方式向大气传递能量。大小：随地面温度升高而增大。大小：随地面温度升高而增大。白天地面增温是因为地面吸收的太阳辐射大于放射白天地面增温是因为地面吸收的太阳辐射大于放射辐射；夜间无太阳辐射，地面因辐射而降温。辐射；夜间无太阳辐射，地面因辐射而降温。太阳辐射波长：0.15-4.0m2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系4747f地面辐射的方向是向上的地面辐射
39、的方向是向上的,地面长波辐射几乎全被近地面地面长波辐射几乎全被近地面40504050米厚的大气层所吸收。米厚的大气层所吸收。地面是大气第二热源。地面是大气第二热源。f气温变化受到地面性质的影响。气温变化受到地面性质的影响。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系48482 2、大气辐射、大气辐射定义：大气吸收地面长波辐射的同时，又以辐射的方定义：大气吸收地面长波辐射的同时，又以辐射的方式向外放射能量式向外放射能量,大气这种向外放射能量的方式，称为大气这种向外放射能量的方式，称为大气辐射。大气辐射。大气对太阳短波辐射的直接吸收很少，主要吸收地面大气对太阳短波辐射的直接吸收
40、很少，主要吸收地面辐射而保持一定的温度。辐射而保持一定的温度。大小：气温越高、水汽和液态水的含量越多，大气辐大小：气温越高、水汽和液态水的含量越多，大气辐射能力越强。射能力越强。大气的平均温度比地面低。大气的平均温度比地面低。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系49493 3、大气的保温效应（大气的保温效应（“花房效应花房效应”）大气逆辐射：大气辐射向下指向地大气逆辐射：大气辐射向下指向地面的部分，方向与地面辐射相反。面的部分，方向与地面辐射相反。它几乎全部被地面吸收。它几乎全部被地面吸收。地面因辐射而损耗的能量，可以通地面因辐射而损耗的能量，可以通过大气逆辐射而得
41、到补偿，使得大过大气逆辐射而得到补偿，使得大气对地面有保温作用。气对地面有保温作用。大气中的水汽和二氧化碳强烈吸收大气中的水汽和二氧化碳强烈吸收地面辐射，使地面辐射的能量保存地面辐射，使地面辐射的能量保存在大气层中。在大气层中。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5050大气逆辐射使地面长波辐射不容易大气逆辐射使地面长波辐射不容易散失到宇宙空间，使地面温度变化散失到宇宙空间，使地面温度变化不致过于剧烈，地球昼夜温差不会不致过于剧烈，地球昼夜温差不会太大。太大。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5151“露重见晴天露重见晴天”农谚的原因。
42、农谚的原因。露水需在大气较稳定，风小，天空晴朗少云，露水需在大气较稳定，风小，天空晴朗少云，地面热量散失快的天气条件下才能形成。地面热量散失快的天气条件下才能形成。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5252大气效应大气效应，需要明确太阳辐射、地面辐射和大，需要明确太阳辐射、地面辐射和大气辐射三者的差别和彼此的关系：气辐射三者的差别和彼此的关系：日、地、气三种辐射的日、地、气三种辐射的差别差别在于：在于：地面的温度低于太阳，大气的温度低于地面。地面的温度低于太阳，大气的温度低于地面。太阳辐射属于短波辐射，而地面辐射和大气辐太阳辐射属于短波辐射，而地面辐射和大气辐射属
43、于长波辐射，因此能够被大气中的二氧化射属于长波辐射，因此能够被大气中的二氧化碳和水汽吸收。碳和水汽吸收。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5353大气效应大气效应日、地、气三种辐射的日、地、气三种辐射的关系关系在于：在于：1.1.太阳辐射经过大气被削弱一部分后，有将近太阳辐射经过大气被削弱一部分后，有将近一半的太阳辐射穿过了大气到达地面，地面吸一半的太阳辐射穿过了大气到达地面，地面吸收太阳辐射后增温，同时向外辐射；收太阳辐射后增温，同时向外辐射；2.2.将热量传递给大气，大气吸收地面辐射后增将热量传递给大气，大气吸收地面辐射后增温，并向外辐射，大气辐射有两部分，一
44、小部温，并向外辐射，大气辐射有两部分，一小部分向宇宙空间散失；另外一大部分向地面，称分向宇宙空间散失；另外一大部分向地面，称其为大气逆辐射，这部分辐射在一定程度上补其为大气逆辐射，这部分辐射在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量。偿了地面辐射损失的热量。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5454 第一，地面和大气从第一，地面和大气从太阳得到的能量与发太阳得到的能量与发射到外层空间的能量射到外层空间的能量相等。整个地相等。整个地-气系统气系统的能量收支相等，辐的能量收支相等，辐射平衡为零。射平衡为零。第二，地第二，地-气系统内部气系统内部有着复杂的能量转换有着复杂的能
45、量转换和能量输送过程。大和能量输送过程。大气圈辐射平衡为零。气圈辐射平衡为零。地面辐射平衡也为零。地面辐射平衡也为零。两者的平均温度都比两者的平均温度都比较稳定。较稳定。地地-气系统辐射气系统辐射平衡平衡2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5555neutrinosneutrinos中微子中微子astrophysicsastrophysics天体物理学天体物理学2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5656二、气温二、气温1 1、表示气温变化特点的指标：、表示气温变化特点的指标：平均温度：平均温度：极端值：绝对最高温度、绝对最低温度。极端值
46、：绝对最高温度、绝对最低温度。2 2、气温的变化、气温的变化影响气温变化的因素：地理位置、海拔高度、气块运动、季影响气温变化的因素：地理位置、海拔高度、气块运动、季节、时间以及地面性质。节、时间以及地面性质。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5757（2 2）空间变化）空间变化气温的垂直分布气温的垂直分布气温垂直递减率（气温直减率）气温垂直递减率（气温直减率）：气温随高度变化的情：气温随高度变化的情况，用单位高度（通常取况，用单位高度（通常取100100米）气温变化值来表示，即米）气温变化值来表示，即/100/100米，海拔每升高米，海拔每升高100100米，气温
47、降低米，气温降低0.60.6。（整个对流。（整个对流层平均状况）层平均状况）逆温逆温：气温随高度增大而上升的现象。：气温随高度增大而上升的现象。逆温的成因类型主要有三：逆温的成因类型主要有三：2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5858辐射：辐射逆温辐射：辐射逆温 平流：平流逆温平流：平流逆温空气下沉：下沉逆温空气下沉：下沉逆温2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系5959思考：思考：逆温带来的影响有哪些？逆温带来的影响有哪些？2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系60604、气温的水平分布。、气温的水平分布。气温
48、的水平分布通常用气温的水平分布通常用等温线等温线来表示。来表示。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系6161 水体增温慢，降温也慢。水体增温慢，降温也慢。洋流对海面气温的分布有很大影洋流对海面气温的分布有很大影响。响。7 7月份最热的地方不在赤道，而月份最热的地方不在赤道，而在在20203030N N一带。一带。全球范围内的气温水平分布的特点：全球范围内的气温水平分布的特点：由于太阳辐射量随纬度的变化由于太阳辐射量随纬度的变化而不同，等温线分布的总趋势大致而不同，等温线分布的总趋势大致与纬度平行。与纬度平行。冬季太阳辐射量的纬度差异比冬季太阳辐射量的纬度差异比夏季大
49、。夏季大。2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系6262Temperature differences in January the lowest average temperature in January is represented by sky blue.It goes up from sky blue to light blue,then to yellow and orange,and on to pink and red.The hottest areas in China in July are Xinjiang in the northwest an
50、d the provinces in the south and southeast.The highest temperature is represented by the darkest red,and the lowest by the lightest yellow.Temperature differences in July 2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系63632023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系6464 第三节第三节 大气的运动大气的运动2023-3-22023-3-2资源与城乡规划系资源与城乡规划系6565一、气
