2第一章大气

第一章
第一节 第二节 第三节 第四节
大气
大气的组成 大气的状态 大气的垂直结构 大气与农业
第一节大气的组成 一、大气形成
一般认为，今天的地球大气是经过原生大气、次生大气 和现代大气三个阶段演变而成的。
A） 第一阶段：原生大气：氢、氦、氖等
B） 第二阶段：次生大气：二氧化碳、甲烷、氮、水汽、硫化氢和氨等 C） 第三阶段：现代大气：干洁大气（氮、氧、氩、二氧化碳等） 、水汽 气溶胶粒子

高层大气（90km以上）：氮、氧原子。
第一节大气的组成
二、大气的组成
氮气 氧气 干洁大气 CO2 O3
大 气 的 组 成
水
汽
稀有气体
大气气溶 胶粒子 固体、液 态的杂质
第一节大气的组成
二、大气的组成
大气特点：物质有三态
气态：水汽、氮气、氧气等。 液态：水滴、溶液滴。 固态：冰晶、悬浮的杂质。
► 臭氧（O3）：
时空变化： 时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。 空间变化： 主要分布在： 10～50㎞高度的 平流层大气中， 极大值在20～25 ㎞高度之间。 水平：由赤道向两极增加。 垂直： 55～60km，含量极少。 20～25km，达最大值，形成臭氧层； 12～15km以上，含量增加特别显著； 从10km向上，逐渐增加； 近地面，含量很少；
空间变化：

水平：城市大于农村； 垂直：0～20km，含量最高； 20km以上含量显著减小
二、大气的组成
第一节大气的组成
（一）干洁大气：不含水汽、液体和固体杂质的大气。 含量占整个大气的99.97％。干洁空气的分子量是28.97
► 二氧化碳（CO2）：
作用：

绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。
第一节大气的组成
二、大气的组成 一
► 臭氧空洞的形成原因（O3）：

（一）干洁大气
人造的氟氯碳化物（CFCs）污染了大气，已经证实是臭氧洞形成的主要 原因。 紫外
CFCs
Cl
带有自由基的ClO非常活泼，若与同样活泼的氧原子反应，便生成氯原子 和较安定的氧分子：
而这个被释放出来的氯又可以再和臭氧反应，因此氯一方面能够不断的 消耗臭氧，同时却又能在反应重生。据估计，一个氯原子能使十万个臭 氧分子反应消失。
二、大气的组成
H2O紫外线H2↑+O2↑, 从此地球上有了极微量O2 并参与了生命的起源。
H2O+CO2 叶绿素 (CH2O)n+O2↑,
产生出更多的O2
O3的形成过程：O2 紫外线 O＋O ，O2＋O → O3 闪电
第一节大气的组成
二、大气的组成

低层大气（0－90km)：干洁空气、水汽、气溶
胶粒子。 主要成分是氮、氧、氩、还有微量的惰 性气体（氖、氪氙及氦）等之间大致 保持固定的比例，基本上不随时间、 空间变化，称为常定成分。 其它的一些气体在大气中所占的比例随 时间、地点而变，称为可变成分。
颗粒物 (PM10) CO O3
NO2
Pb及其化 合物
年均值100µ 3(0.053ppm) g/m
季均值1.5µ 3 g/m
与一级标准相同
与一级标准相同
表1.3 主要污染物在大气中的浓度(μ g/g)
组分 CO SO2 清洁空气 ＜1 0.001～0.01 污染空气 5～200 0.02～2 组分 O3 CO2 清洁空气 0.001～0.06 310～330 污染空气 0.06～1 350～370



降低大气透明度，影响大气能见度。
充当水汽凝结核，对云、雾及降水形成有重要意义。
第一节大气的组成 三、大气污染
种类：
（一）大气污染物来自以固体或液体的微粒，通称为气溶胶粒子（颗粒物）。 如：烟尘、粉尘、含酸雾滴等。直径在10μm以上的 粉尘落尘，直径在10μm以下的称为飘尘。
形 态 划
分

气态化合物，通称为化学污染物。 如：能引起氧化危害的臭氧、过氧乙酰硝酸脂类、二 氧化氮、氯等；能引起还原危害的二氧化硫、硫化氢、 一氧化碳等；能引起碱性危害的氨以及能引起酸性危害 的二氧化硫等物质。
表1.2 美国国家环境空气质量标准
一级标准 二级标准 3h最大 1300µ 3(0.5ppm， g/m ≤1次/年) 与一级标准相同 无二级标准 与一级标准相同
污染物
SO2 年均值80µ 3(0.03ppm), g/m 24h均值0.14ppm(≤1次/年) 24h均值150µ 3(过去3年,≤1 g/m 次/年)，年均值50µ 3 g/m 8h均值10µ 3(9ppm)，1h均 g/m 值40µ 3(35ppm) g/m 1h均值35µ 3(0.12ppm),8h均 g/m 值0.08ppm
大气污染与气象条件：

风：风对污染物起输送、扩散和稀释的作用。如，高值污染 浓度常出现在污染源的下风方。

气温：近地面层气温高，大气的稀释作用强；相反大气稀释 作用减弱。因此，大气污染冬季比夏季严重，早晚比中午严 重。
一
第一节大气的组成
（一） 大气污染物
三、大气污染

逆温层：当底空有逆温存在时可使大气污染的程度加重。如， 比利时马斯河谷烟雾事件、美国多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾 事件、美国洛杉机光化学烟雾事件、日本四日市哮喘病事件。 降水：降水对大气污染物有净化作用，但加重地面的污染程 度 。如，“酸雨”是PH值小于5.6的雨、雪或其它形式的大 气降水（雾、露、霜）。
第一节大气的组成
二、大气的组成
第一节大气的组成
二、大气的组成
1.干洁大气：不含水汽、液体和固体杂质的大气。
含量占整个大气的99.97％。干洁空气的分子量是28.97
► 氮气（N2）：
存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。
作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。
特点——最多气体 ；生命体重要成分 ；不活跃气体 ；豆科
第一节大气的组成
二、大气的组成
（一）干洁大气
微量气体：二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等温室气体
温室气体，对太 阳辐射吸收很少， 但却能强烈吸收 地面放射的长波 辐射，同时又向 周围空气和地面 放射长波辐射， 所以有使地面和 空气增温的效应
第一节大气的组成
二、大气的组成

（一）干洁大气
思考问题:１．臭氧为什么集中在20-25km？ 2．臭氧能吸收紫外线中哪些波段的辐射? 3．在南北极出现臭氧空洞的原因是什么?对我们 人类有什么危害?

大气中CO2随着时间有增有减是自然界自然的规律，大气的气 温大致也和大气CO2的含量同步。
第一节大气的组成 三、大气污染
（一） 大气污染物 美国环境保护署（U.S. Environment Protection Agency）把大气污染物按常规污染物（CO、NO2、 SO2、O3、PM2.5、PM10和Pb等7种）和有害污染物 （Hg、Mn、Ni、苯、氯乙烯、乙醛等140多种）进 行监测。从其网站（/air/data）可以查阅 并下载1996～2007年观测数据。 美国国家环境质量标准分两级。一级标准是为 保护公众健康而留有安全余地的环境要求水平，二 级标准为使公共福利免遭已知或可预见的污染物不 利影响而应要求的水平。
积极参与大气中的许多化学过程；
对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。
第一节大气的组成
二、大气的组成
（一）干洁大气：不含水汽、液体和固体杂质的大气。
含量占整个大气的99.97％。干洁空气的分子量是28.97
► 二氧化碳（CO2）：
来源：

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。
植物养料 自然条件下,氮气只能通过闪电雷暴作成形成,通过降水过程 被植物和土壤吸收利用。
第一节大气的组成
二、大气的组成
1.干洁大气：不含水汽、液体和固体杂质的大气。
含量占整个大气的99.97％。干洁空气的分子量是28.97
► 氧（O2）：
作用：
是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；
第一节大气的组成
二、大气的组成 （三）气溶胶粒子（杂质）
3.来源：

无机物杂质包括烟粒，尘土微粒、浪花中水分蒸发后的盐粒， 火山爆发后火山灰，流星燃烧后的灰烬。还有一些有机物杂质， 如植物的花粉、孢子、微生物等。 还有一些有机物杂质，如植物的花粉、孢子、微生物等。

4.分类：液体质粒、固体质粒
液体微粒定义：悬浮大气中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结 物。 作用：它们常聚集在一起，以云、雾等形式出现，使能见 度变坏，还能减弱太阳辐射和地面辐射。
二、大气的组成
第一节大气的组成
（三）气溶胶粒子（杂质）
固体杂质 定义：悬浮于大气中的烟粒、尘埃、盐粒等。 含量分布：多集中在大气的底层，随时间、地区和天气条件 而变化（陆上多于海上,城市多于乡村， 冬季多于夏季 ） 5.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的热 量。
第一节大气的组成 三、大气污染

（一）大气污染物
以颗粒物的自身重力和自然沉降特性分为： 降尘：粒径》10um的颗粒物 飘尘：粒径《10um的颗粒物 以粒径大小来区分，分为： 悬浮颗粒物：是指粒径《100um的液态、固态 或固态和液态组合存在并悬浮于空气中的颗粒物； 可吸入颗粒物：是指粒径《10um的能进入人体 呼吸道的颗粒物。
3.水汽的作用：a、是大气中最活跃的成分。不稳定，进行三态
变化，是天气变化 的主要角色。b水汽在相变过程中要吸收或放 出潜热，水汽含量的多少不仅影响大气湿度状况，还直接影响到 地面和空气温度，影响天气的变化。 思考题： c、水汽能强烈吸收地面长波辐射，它和二氧化碳一起对地面保 ①为何雨前闷热，雨后凉爽？ 温起着重要作用。 ②为何有云的夜晚比无云夜晚暖和？