大气的组成和结构

水汽凝结物水滴和冰晶
悬浮的固体微粒烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电
离子等。
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1、干洁空气
N2占大气质量的78%，O2占大气质量的21%. O3：主要分布于10~50km高度的平流层大气中，极大值在 20~35km之间。 O3可以强烈吸收太阳紫外线辐射而增温，改变大气温 度的垂直分布，同时也使地球生物免受了过多紫外线 （Ultraviolet）的照射。对天气影响较大的成分
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干洁大气之不同纬度臭氧浓度平均垂直分布曲线
（a）4月
（b）10月
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干洁大气之 CO2
CO2：吸收地面受热后放出的长波辐射，对地球具有“温室 效应”（Green House Effect）的作用。对天气影响较大的成 分
二氧化碳含量分布特点：
2、大气分层及各层特征
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一、大气垂直分层的依据——气温垂直递减率
气温垂直递减率的定义：
Z T+∆T
天
T Z
∆ T 为温度变化量
∆ Z 为高度变化量
Z+∆Z ∆Z
T
Z
北Y 东X
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一、大气垂直分层的依据——气温垂直递减率
Z
Z
Z
平流层顶的气压约1hPa。
平流层下部温度随高度变化很 小，平流层上部因为存在臭氧 层，臭氧吸收太阳紫外辐射使 大气温度增加。
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平流层的重要特征：
大气很稳定，空气的垂直运 动很微弱，多为平流运动。 水汽和杂质含量很少，几乎 没有对流层中所出现的各种天 气现象。 大气透明度高，天气晴朗， 飞行气象条件好。
固体杂质可充当水汽的凝结核，在云、雾、降水等的形
成过程中起着重要的作用。 在一定的天气条件下，气溶胶粒子常聚集在一起，形成 霾、风沙浮尘等视程障碍现象，使大气透明度变差； 吸收、散射和反射地面和太阳辐射，影响大气温度；
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第二节 大气结构
1、大气垂直分层依据
响最大。因为地面附近的空气受热上升，而位于上面的冷空气 下沉，发生对流运动，故得名对流层。 对流层顶高度： 平均说来，低纬度对流层顶高、高纬度对流层顶低。同一地 区，对流层顶高度夏季高于冬季。
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1 对流层
对流层集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽。
对流层大气热量的直接来源主要是空气吸收地面发出的长 波辐射，靠近地面的空气受热后热量再向高处传递。 对流层中，水汽和二氧化碳对大气温度变化的影响最大。
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对流层三大重要特征：
对流层的三个主要特点： 气温随着高度的增高而降低 具有强烈的对流和湍流运动 各气象要素水平分布不均匀
因为大气不能吸收太阳短波辐射，但地 面能吸收太阳辐射而升温并放出长波辐 射，大气主要通过吸收地面的长波辐射 和通过对流、湍流等方式 从地面吸收热 低层空气由于从地面得到热量使之受热上升， 气象要素水平分布不均匀。 量才能升温，因而越接近地面的大气得 高层冷空气下沉，从而造成对流层内存在强 到的热量越多，造成对流层的气温随高 烈的垂直混合作用。热带地面温度高，垂直 由于各地纬度和地表性质的差异，地 面上空空气在水平方向上具有不同物 度升高而降低。 混合能到很高高度，对流层顶高度高；极地 理属性，温、压、湿等要素水平分布 地面温度低，垂直混合作用弱，对流层顶高 不均匀，从而产生各种天气过程和天 度低。 气变化。
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1 对流层
多数天气发生在对流层中， 包括云、降水和风，特别是 引起对流云发展的垂直气流。
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1 对流层
对流层中按气流和天气现象分布的特点，可分为上中下三个层次：
对流层下层（离地面1500m高度以下）－又名摩擦层，空气运动受地形扰 动和地表摩擦作用最大，气流混乱。 中层（摩擦层顶到6000m高度）－空气运动受地表影响较小，气流相对平
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平流层的重要特征：
气温随高度的升高而升高。
水平风速大：冬季极地有时出现80米/秒以上的强风。
大气层结稳定，垂直运动受到抑制。 空气阻力小，颠簸极少。 大气密度小，对飞机的空气动力性能有影响；天空黯淡。 高空主导环流：
夏季－以极地为高压中心的东风环流―中高纬度盛行东
稳，可代表对流层气流的基本趋势，云和降水大多生成于这一层。
上层（从6000m到对流层顶）－受地表影响更小，水汽含量很少，气温通 常在0以下，各种云多由冰晶或过冷水滴组成。
1500m高度以上的大气因为几乎不受受地表摩擦作用的影响---自由大气。
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2、平流层
在对流层的顶部直到55km， 气流运动相当平衡，而且主要 以水平运动为主，故称为平流 层（Stratosphere）。
中间层（Mesosphere）
暖层/电离层（Thermosphere） 外逸层（Exosphere）
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垂直分层的高度
1 600 km
Exosphere
散 逸 层
80 90km 50 60km Tropopause
对 流 层 顶 暖
Thermosphere
风； 冬季－以极地为低压中心－中高纬度盛行西风。
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平流层对飞行的影响
有利方面：气流平稳、空气干洁、能见度好、飞 行阻力小，有利于大型飞机飞行。
不利方面：发动机效率降低，飞机对操纵的反映
迟缓。
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3、中间层、热层、外逸层
中间层在50~85km高度， 是大气中最冷的部分。水汽 极少，虽然不稳定，但是没 有什么天气现象。
大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、能见 度等气象要素 （Meteorological Element）表示。
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第一节 大气组成
1、干洁空气（Dry Air） 除水汽、气溶胶以外的整个混合气体 2、水汽（Water Vapor） 垂直和水平分布差异较大；大气中唯一能发生相变的成分， 来源于地面，含量变化。容积计约占0~5%。 3、气溶胶粒子（大气杂质）（Aerosols）
Z
天
Z2
T2
T2 = T1－γ (Z2 － Z1)
在对流层中，平均取γ = 2 º C/1, 000 ft，则
Z2Z1
T2 = T1 – 2×
Z2 － Z1
Z1
T1
1, 000
北Y 东X
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二、大气垂直分层结构
大气层状结构：
对流层（Troposphere） 平流层/同温层（Stratosphere）
4、在平均海平面上，气温为T0=15º C=288.16K ；气压为P0=1013.25hPa
=760mmHg=1个大气压；空气密度为ρ0=1.225kg/m3；
5、 处于流体静力平衡状态（合力为零）； 6、气温的垂直递减率，在海拔11000m以下为0.65℃/100m，11~20公里 气温随高度不变，为-56.5 ℃，20~30公里为–0.1℃/100m。
场的约束很弱，一些高速运动着的空气分子可以挣脱
地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空间。
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第四节 标准大气
标准大气是铅直方向上，温度、气压和密度按一种假定的 规律分布的模式大气，是根据实测资料，用简化方式近似的 表示大气温度、压力和密度的平均分布。 制作目的：出于比较飞机性能和设计大气数据仪表的需要。 在设计飞行器、飞行器的设备和仪表时，在订正飞行试验 数据时，都要以预先规定好的，随高度固定分布的大气物理 状态为根据，这样才能得到可以相互比较的仪表示度、飞行
工业区多、农村少 同一地区冬季多、夏季少 夜间多、白天少 阴天多、晴天少
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2、水汽
水汽在大气中所占的比例很小，仅0.1% ~ 3%，却是大 气中最活跃的成分。水对于地球上生命的意义。
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2、水汽
水汽的分布： 大气中的水汽含量随高度的增加而逐渐减少。 水平地理分布不均。 约50%的水汽集中在约2km以下，约大于90% 的水汽集中在5km以下；99%的水汽集中在对流层。 水汽是成云致雨的物质基础，故大多数复杂天 气均出现在中低空，高空晴朗。
在对流层中，平均取γ = 0.65 º C/100 m，则 Z
TZ = T0 – 0.65×
或
Z 100
北Y
TZ = T0 – 0. 0065×Z
T0
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一、大气垂直分层的依据——气温垂直递减率
气温垂直递减率的应用
已知某地的Z1 (ft)高度上气温为 T1 (º C)，可大致推算该地Z2 (ft) 高度 上的气温T2 (º C) :
热层（电离层）在
85km~800km以上，太阳辐 射中的强紫外辐射造成了热 层的高温。虽然温度是最高， 但是大气极其稀薄。
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3、中间层、热层、外逸层
暖层顶以上的大气统称为外逸层，又叫外层。
它是大气的最高层，高度离地表 800km以上，厚
度可达2000~3000km。 外逸层中温度很高，空气十分稀薄，受地球引力
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习题
二、填空：
1、大气的成分由_______ 、________ 、________三部分组成。
2、大气垂直结构分为以下______ 、______ 、______ 、 ______ 、_____ 五个部分。 3、标准大气海平面气压、气温分别是________ 、_________。 三、简答题： 1、对流层具有哪些特性？
试验数据和空气动力数据。
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标准大气主要特性：
由国际民航组织(ICAO)统一采用的32公里以下标准大气的主要数据是： 1、干洁大气，垂直方向上成份（各种气体的比例）不改变，平均分子 量为28.9644； 2、具有理想气体的性质（服从方程pV=nRT）；
3、标准海平面的重力加速度为g0=9.80665m/s2；
层
8 9km 10 12km 17 18km
Troposphere
平 流 层
对 流 层
Stratosphere
中 间 层
Mesosphere ATMOSPHERIC LEVELS 大气的分层
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二、大气垂直分层结构 1、对流层
对流层（Troposphere）是紧贴地面的一层，它受地面的影
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习题：
一、单选题：
1、中纬度地区对流层上界的高度通常是（ ） A： 8 - 9 千米 B： 10 - 12 千米 C： 15 - 17 千米 D： 17 - 18 千米
2、在标准大气中飞机在空中测得的气温是-24℃，则飞机所在 高度是（ ） A： 3000米 B： 4000米 C： 6000米 D： 8000米
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第一章 大气的组成和结构
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第一节 大气组成
第二节 大气结构
第三节 空气状态方程 第四节 标准大气
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ห้องสมุดไป่ตู้
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地球大气
地球表面的外层是多种气体混合组成的空气，受地球重 力作用，围绕地球占有一定的空间，称为地球大气，简称大 气 （Atmosphere）。 大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样的天气 （Weather）现象。
普 遍 分 布
等 温 层
逆 温 层
γ >０
T
γ ＝０
T
γ <０
T
气温垂直递减率
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一、大气垂直分层的依据——气温垂直递减率
气温垂直递减率的应用
已知某地的地面气温为T0 (º C)， 可大致推算该地Z (m) 高度上的气温 TZ (º C) :
Z
天
TZ
TZ = T0 － γ Z
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水汽之对天气的影响：
水汽对天气的影响：
水汽相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等
天气现象。
相变过程中放出或吸收热量，影响地面和空气
的温度。
水汽与气温及天气变化关系密切：大气运动中
的水汽通过状态变化传输热量。
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3、大气气溶胶
（1）定义 气溶胶 (Aerosols) 质粒：指悬浮在大气中的固体微粒和水汽 凝结物。 （2）对天气的影响：