航海气象与海洋学课件全

大气污染

大气污染：二氧化碳的逐年增多将导致地球变暖并引起
全球天气和气候的异常变化。导致极冰融化、海面上升、 一些陆地和港口将被淹没。另外，大气中的粉尘、二氧化 硫、一氧化碳、一氧化氮、硫化氢、碳氢化合物和氨等。 严重污染大气，对人类造成极大危害。

全球141个国家和地区签署的旨在遏制全球气候变暖的《京 都议定书》于2005年2月16日正式生效。 2009年12月7—18日192个国家在丹麦首都哥本哈根召开 《联合国气候变化框架公约》第１５次缔约方会议，旨在 遏制全球气候变暖，温家宝总理出席会议。
T z
γ = 0.65℃/100m

式中： ∆T 表示高度增加 ∆Z 时，相应的气温变 化量。 ∆Z 的单位通常取100m.负号表示气温随高度增加 而减小。通常γ ＞0。当γ =0时表示等温。 当γ ＜0时表示逆温。逆温既在某一气层中，气 温随高度增加而升高。
风场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现象密切相 关。
1. 定义：气温是表示空气冷热程度的物理量。空气的冷
热程度，实质上是反映空气分子运动的平均动能。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，气温升高。反之当空气失去热量时，其分子运动 平均速度减小，平均动能随之减少，气温就降低。气温 可以通过温度表或温度计直接测得。
次要成分:二氧化碳（0.03％）、氢、氖、氦、氪、 氙、氡、臭氧等稀有气体（ 0.01％）。

大气是可压缩气体，大气密度 随高度增加而迅速减少。 观测表明，10公里以内集中了 大气质量的75%，35公里以下则 达99%，近地面空气标准密度为

1.293kg/m-3, 大 气 的 总 质 量 为
5.3ⅹ 1018 kg，约为地球质量 的百万分之一。
6.湍流：又称乱流（Turbulence），是空气不规则的运动。
湍流是摩擦层中热量、能量和水汽交换的主要方式。

综上所知，空气与下垫面之间的热量交换是通过
多种途径进行的。

通常，地面与大气之间的热量交换以辐射为主，
乱流和水相变化次之；

各地空气之间的热量交换以平流为主。 上下层空气之间的热量交换以对流和乱流为主。 以上均为非绝热过程。空气的增热和冷却主要是 非绝热过程引起的。
层主要特征；摩擦层和自由大气。
大气概况

一、大气成分：主要由多种气体(氮、氧、氩、二 氧化碳和臭氧等)、水汽和悬浮的杂质构成。 干空气（Dry air）:除水汽和杂质以外的混合气 体。 干空气主要成分:氮（78.09%）、氧(20.95%）、 氩（0.93%）三项约占总体积的99.97% 。





7月海平面平均气温分布
1月海平面平均气温分布
温度脊
湾流
黑潮
“寒极”和 “热赤道”

④ 在南半球不论冬夏，最低气温均出现在南极地区， 而在北半球只有夏季在北极，冬季在西伯利亚东北部 （佛科扬斯克）和格陵兰，称为“寒极”(Cold Pole)。

⑤ 近赤道附近存在一个高温带,1月和7月平均气温均高
2.气温的年变化
annual variation of temperature


年变化：一年中月平均气温有一个最高值和一个最低值。
陆地：北半球:最高在七月份,最低在一月份。
南半球:最高在一月份,最低在七月份。

海洋：比陆地迟后一个月,即最高在八月,最低在二月 年较差：一年中月平均最高气温与月平均最低气温之差。 它与下热面的性质、纬度和海拔等有关。



地面和大气的温度约为300K，放出长波辐射4～120μ m，称 长波辐射。
太阳辐射是地球和大气的唯一能量来源。

若将太阳对地球大气系统的
辐射作为100个单位，其中地
气系统反射和散射占30%，大 气吸收占19%，地表吸收51%。 地球表面通过长波辐射占21%、 热传导占7%、水汽相变占23%
太阳、地面和大气辐射
温

标
2．温标：温度的数值表示法称温标。常用的温标有三种。 ① 摄氏温标 ℃：把水的冰点温度定为0℃，沸点为100℃， 多数非英语国家使用。

② 华氏温标 Ｆ：水的冰点温度定为32F，沸点212F。一
些英语国家多使用。
摄氏与华氏的关系：
5 C ( F 32) 9
9 F C 32 5
大气垂直分层

根据气温、水汽的垂直分布、大气扰动程度和电离现象 等不同等特点，自下而上将大气分为五个层次。（P5）
1. 对流层（Troposphere）：下界为地面，上界随纬度和
季节变化，平均厚度10-12km。通常在高纬为6-8km，中
纬度10-12km，低纬度17-18km。夏季对流层的厚度比冬 季高。对流层集中了大气质量的80％和全部水汽，与人 类关系最为密切，大气中几乎所有的物理和化学过程都 发生在该层。对流层具有三个主要特征。


高纬＞低纬； 陆上＞海上； 海拔低＞海拔高
五、气温的空间分布
1.气温的水平分布

海平面平均气温从赤道向高纬递减，南半球等温线大约与纬 圈平行，北半球由于海陆分布不均匀，等温线不与纬圈平行。 ① 夏半球的等温线比较稀疏，冬半球较密集 ②冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大 致凸向极地，而夏季相反。这是因为在同一纬度上，冬季大 陆温度比海洋温度低，夏季大陆温度比海洋温度高的缘故。 ③北半球冬季大洋西部从低纬向东北方向伸出一个暖脊直达 大洋东部中高纬海域。这是两个强大暖流黑潮、湾流所致。
3. 中间层（Mesosphere）：厚度：自平流层顶到85km左右。
特点：气温随高度迅速下降；又称高空对流层。
4. 热层（Thermosphere）：厚度：85-800km。特点：气温随
高度迅速增加；空气处于高度电离状态，又叫电离层。
5. 逸散层（Exosphere）:
厚度： 热层顶以上。可高达
3000km，地球大气向宇宙空间逸散的过渡区域。

其中影响天气、气候变化的主
要大气易变成分为二氧化碳、 臭氧和水汽。
大气中的易变成分
1.二氧化碳:平均含量0.03%，二氧化碳能强烈地吸收和放
射长波辐射。
2.臭氧：主要存在于20-40公里气层中，又称臭氧层。臭
氧是吸收太阳紫外线的唯一大气成分
大气中的易变成分
3.水汽：水汽能强烈地吸收和放出长波辐射，并在
四、气温随时间的变化

大气的热量主要来自下垫面，所以 气温具有与下垫面温度类似的周期 性变化。如冬寒夏暖、午热晨凉反
映了气温日、年变化的一般规律。
1.气温的日变化 diurnal variation of temperature

日变化:一天中气温有一个最低温度和
最高温度。陆地上最低气温出现在日出
擦作用忽略不计，大气运动规律比较简单和清楚。自由大气 的基本运动形式是层流，气流多波状系统。 对流层顶：厚度约为1-2km，温度随高度呈等温或逆温状态。

2. 平流层（Stratosphere）：厚度：自对流层顶到大约55km。
特点：空气主要是水平运动；水汽含量少；气温随高度升高
而递增（20～40km气温突增，形成臭氧层）；气层稳定利 于飞机飞行。
相变过程中吸收和放出潜热能。湿空气在同一气 压和温度下，只有干空气密度的62.2％。大气中 水汽含量范围在0～4％，它也是造成云、雨、雪、 雾等天气现象的主要物质条件。
4.杂质：悬浮在空气中的固体或液体微粒，主要包
括尘埃、烟粒、细菌、病毒、花粉和微小盐粒等。 它们主要集中在大气的低层，影响能见度，能吸 收部分太阳辐射，并对太阳辐射具有散射作用。 在水汽相变过程中，杂质可以作为凝结核。

③ 绝对温标(K氏温标) K：水的冰点温度定为273K，沸点为 373K（由英国物理学家Kelvin提出）。多用于理论计算。
关系：
K＝273＋C
或
T =t+273
二、太阳、地面和大气辐射
辐射的基本特性

自然界中凡温度高于绝对零度的物体均以电磁波（辐射）的 方式进行能量交换。电磁波按其波长分为γ 射线、X射线、 可见光、红外线和无线电波。温度高，辐射强，多为短波； 温度低，辐射弱，多为长波。物体因放射辐射消耗内能而使 本身的温度降低，同时又因吸收其它物体放射的辐射能并转 变为内能而使本身的温度增高。 太阳表面温度约为6000K，辐射波长0.15～4μ m，太阳是短 波辐射。
于25℃，称这个高温带称为“热赤道”(Heat Equator)。 平均在10N左右。 全球平均气温为14.3 ℃ ，极端最高气温63 ℃（索马 里），极端最低气温-94 ℃（南极附近）。ຫໍສະໝຸດ 2.气温的垂直分布
在对流层中气温随高度上升而降低,气温随高度递 减的快慢可用气温垂直递减率γ 表示 ：


二、大气垂直结构
大气上界
大气上界的高度，常常因科学
家们根据和目的不同而结果相 差很大，因此要精确划定 大气 层上界的高度并为众人公认， 始终是科学研究的一个难题。
一般以物理现象发生的最高高
度为上界。极光发生在高纬度 不同高度上，最高达到10001200Km称为大气的物理上界。 由卫星探测的大气上界为 2000-3000Km。
大气。
4.对流（Convection) ：一般将垂直运动称对流， 对流分热力对流和动力对流。由于空气受热不 均引起有规则的暖湿空气上升、干冷空气下沉， 称热力对流。由于动力作用造成的对流运动称 动力对流，如空气遇山爬升等。
5.平流（Advection)：某种物理量的水平输送称 平流。它是大气中异地间热量传输的最重要方 式，范围大，持续时间长。如温度平流、湿度 平流等。“南风暖、北风寒、东风湿、西风 干”。