第三篇 第1章 大气组分-2012-10.
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1大气的成分、状态与结构
2、水汽
大气中水汽总质量为1.24×1010g，占地球总水量的 0.001%，相当于24mm厚的水层。大气中水汽具有 时空变化。具三相变化，是天气变化主要角色。 水的相变和水循环过程将多个圈层联系到一起，且 吸收、释放潜热和长波辐射，因此水汽含量多少 直接影响地面和空气温度，影响天气和天气系统 的变化和发展，此外，大气降水能清除污染。
气象上曾规定，当气温0℃，在纬度45°海平面上， 760mm水银柱高时的大气压称为标准大气压，为 1013.25 hPa。
2016/4/25
气温：气温是表示空气冷热程度的物理量，一般用t （摄氏温标）或T（绝对温标）表示。温度是分子 平均动能大小的度量。 摄氏温标：规定在一个标准大气压下，纯水的冰 点为0度，沸点为100度，其间等分100等份，每份 即为1摄氏度。 华氏温标：规定在一个标准大气压下，水的冰点 为32度，沸点为212度，其间分为180等份，每份 代表1华氏度。
二氧化碳（对太阳辐射短波吸收很少，但能强烈吸 收地面长波辐射）
臭氧（强烈吸收波长小于0.3μm太阳紫外辐射）
2016/4/25
大气的状态参量 空气状态通常用密度、体积、压强、温度等参量进 行表示。大气海平面平均气压为1013.3hPa，气温 为288.15K，密度为1.225kg/m3。 对于一定质量的空气，其体积、压强、温度之间存 在函数关系。如：气团上升，压力降低，体积增 大，温度降低。
第1章 大气成分、状态与结构
主讲：郑永宏 E-mail: zhengyh@ 武汉大学资源与环境科学学院
2016/4/25
1
第一节 大气的组成 一、大气成分分类
大气是多种气体的混合物。
2016/4/25
二、大气各成分的临界温度都很低。 氧气（在波长小于0.24μm辐射作用下分解） 氮气（对太阳辐射远紫外光区0.03-0.13μm具有选 择性吸收）
第三篇 第1章 大气组分-2012-10
按照大气热力学原理，充 分的垂直混合作用能使气温随 高度递减，垂直混合延伸的高 度越高，顶部的温度就越低， 所以，热带对流层顶的位置
高，温度反而低。
36
四、大气的分层和结构
中纬度地区 对流层顶的坡 度很大，具不连续性，间断处有
利于对流层与平流层及其上层大 气的物质交换。 对流层顶的高度还与地形及 海、陆分布 有关，如，我国对 流层顶在夏季普遍高于12 km，西 南地区达到18km。
（在实际中）简单的Tetens经验公式计算水面和冰面的饱和
水汽压：
17.2693882(T 273.16) es 6.1078exp[ ] T 35.86
21.8745584(T 273.16) ] T 7.66
esi 6.1078exp[
以10为底的指数形式
es es 010
37
四、大气的分层和结构
由对流层顶向上到 50km 高 度左右，垂直减温率为 负值 的 气层称为平流层。 平流层下半部的温度随高度 变化缓慢，上半部由于臭氧层把 吸收的紫外辐射能量 转化成分子 动能，使空气温度随着高度上升 而显著增加，每公里约能升温 2℃ ，到 50km 高度附近达到最大 值(约-3℃)，即平流层顶。
以克拉珀龙-克劳修斯方程表示：
des LV es dT RV T 2
式中 T － 温度， es (T ) －纯水平液面时的饱和水汽压 RV －水汽的比气体常数 LV －相变（汽化）潜热。
22
三、大气中的水汽 －纯水汽饱和水汽压
假定汽化潜热LV为常数，克拉珀龙-克劳修斯方 程可得到纯水平液面时的饱和水汽压 的积分表达式
12
二、干洁大气
（空气 _ 多种化学成分的混合理想气体）
高，温度反而低。
36
四、大气的分层和结构
中纬度地区 对流层顶的坡 度很大，具不连续性，间断处有
利于对流层与平流层及其上层大 气的物质交换。 对流层顶的高度还与地形及 海、陆分布 有关，如，我国对 流层顶在夏季普遍高于12 km，西 南地区达到18km。
（在实际中）简单的Tetens经验公式计算水面和冰面的饱和
水汽压：
17.2693882(T 273.16) es 6.1078exp[ ] T 35.86
21.8745584(T 273.16) ] T 7.66
esi 6.1078exp[
以10为底的指数形式
es es 010
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四、大气的分层和结构
由对流层顶向上到 50km 高 度左右，垂直减温率为 负值 的 气层称为平流层。 平流层下半部的温度随高度 变化缓慢，上半部由于臭氧层把 吸收的紫外辐射能量 转化成分子 动能，使空气温度随着高度上升 而显著增加，每公里约能升温 2℃ ，到 50km 高度附近达到最大 值(约-3℃)，即平流层顶。
以克拉珀龙-克劳修斯方程表示：
des LV es dT RV T 2
式中 T － 温度， es (T ) －纯水平液面时的饱和水汽压 RV －水汽的比气体常数 LV －相变（汽化）潜热。
22
三、大气中的水汽 －纯水汽饱和水汽压
假定汽化潜热LV为常数，克拉珀龙-克劳修斯方 程可得到纯水平液面时的饱和水汽压 的积分表达式
12
二、干洁大气
（空气 _ 多种化学成分的混合理想气体）
第一章 大气概述
10Βιβλιοθήκη 11第二节 大气的上界
大气的结构
A: 极光是大气中出现的最高的物理现象, 极光是大气中出现的最高的物理现象,
1200km
B: 人造卫星探测资料,按大气密度定为2000~3000km 人造卫星探测资料,按大气密度定为 大气的垂直分层(大气温度,成分,垂直运动,电离) 大气的垂直分层(大气温度,成分,垂直运动,电离) 对流层 平流层 五层 中间层 热层 散逸层
7
第一节
二,大气中的水汽 1 垂直分布 水汽含量随高度的增高而减少. 水汽含量随高度的增高而减少.
大气的组成
在1.5—2公里高度上,空气中水汽含量已减少为地面的一半;在5公里 2公里高度上,空气中水汽含量已减少为地面的一半; 高度,减少为地面的1 10;再向上,含量就更少了. 高度,减少为地面的1/10;再向上,含量就更少了. 2 水平分布 因纬度,地势高低以及海陆的不同有显著差异. 因纬度,地势高低以及海陆的不同有显著差异. 3 作用 (1)在天气变化中起着重要的作用; 在天气变化中起着重要的作用; (2)水汽能强烈吸收和放出长波辐射能; 水汽能强烈吸收和放出长波辐射能; (3)可引起地面与大气之间的热量交换; 可引起地面与大气之间的热量交换; 这些都对地面和空气的温度有一定影响. 这些都对地面和空气的温度有一定影响.
4
5
第一节
大气的组成
2)原因: 原因: 在大气的上层 上层中 短波紫外线的强度很大, 在大气的上层中:短波紫外线的强度很大,使得氧分子几乎发生完全的 分解,因此氧原子和氧分子相遇的机会很少.即使臭氧在此处形成, 分解,因此氧原子和氧分子相遇的机会很少.即使臭氧在此处形成,由于 它吸收一定波长的紫外线,又引起自身的分解,因此, 它吸收一定波长的紫外线,又引起自身的分解,因此,在大气的上层臭氧 的含量不多. 的含量不多. 中层:紫外线的强度因大气的吸收而减弱, 在中层:紫外线的强度因大气的吸收而减弱,只有部分的氧分子发生分 在这一层次中,既有足够的氧分子,又有足够的氧原子, 解.在这一层次中,既有足够的氧分子,又有足够的氧原子,这就造成了 臭氧分子形成的条件.因此在35公里处,臭氧的混合比最大( 35公里处 臭氧分子形成的条件.因此在35公里处,臭氧的混合比最大(单位质量干空 气中的臭氧质量) 再通过下沉气流的作用,将臭氧向下输送,造成在20气中的臭氧质量),再通过下沉气流的作用,将臭氧向下输送,造成在2025公里的层次中臭氧的数量最多 公里的层次中臭氧的数量最多. 25公里的层次中臭氧的数量最多. 低层中 短波紫外线大大减少,氧分子的分解也就大为减弱, 在低层中:短波紫外线大大减少,氧分子的分解也就大为减弱,所以氧 原子的数量减少,以致臭氧的形成较少 臭氧的形成较少. 原子的数量减少,以致臭氧的形成较少. 3)臭氧的作用 臭氧能大量吸收太阳紫外线,使臭氧层增暖, 臭氧能大量吸收太阳紫外线,使臭氧层增暖,影响到大气中温度的垂直分 同时,还使地面上的生物免受过多紫外线的伤害,而少量紫外线, 布.同时,还使地面上的生物免受过多紫外线的伤害,而少量紫外线,可 以起到杀菌治病的作用. 以起到杀菌治病的作用.
大气的组成——精选推荐
大气的组成包围地球的空气称为大气。
大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。
它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。
地球上的大气是由多种气体组成的混合体，并含有水汽和部分杂质。
它的主要成分是氮、氧、氩等。
在80-100公里以下的低层大气中，气体成为可分为两部分：一部分是“不可变气体成分”，主要指氮、氧、氩三种气体。
这几种气体成分之间维持固定的比例，基本上不随时间、空间而变化。
另一部分为“易变气体成分”，以水汽、二氧化碳和臭氧为主，其中变化最大的是水汽。
总之，大气这种含有各种物质成分的混合物，可以大致分为干洁空气、水汽、微粒杂质和新的污染物。
一、干洁空气干洁空气是指大气中除去水汽、液体和固体微粒以外的整个混合气体，简称干空气。
它的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，其容积含量占全部干洁空气的99.99％以上。
其余还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等。
由于大气中存在着空气运动和分子扩散作用，使不同高度、不同地区的空气得以进行交换和混合。
从地面向上至到80-100公里高处，干洁空气的各种成分的比例基本上是不发生变化的。
干洁大气的主要成份和比例如表：表1－1 干洁大气成份表其中对人类活动及天气变化有影响的大气成份为：(1)氧气：氧气占大气质量的23％，它是动植物生存、繁殖的必要条件。
氧的主要来源是植物的光合作用。
有机物的呼吸和腐烂，矿物燃料的燃烧需要消耗氧而放出二氧化碳。
(2)氮气：氮气占大气质量的76％，它的性质很稳定，只有极少量的氮能被微生物固定在土壤和海洋里变成有机化合物。
闪电能把大气中的氮氧化（变成二氧化氮），被雨水吸收落入土壤，成为植物所需的肥料。
(3) 二氧化碳：二氧化碳含量随地点、时间而异。
人烟稠密的工业区占大气质量的万分之五，农村大为减少。
同一地区冬季多夏季少，夜间多白天少，阴天多晴天少。
这是因为植物的光合作用需要消耗二碳。
(4) 臭氧：臭氧是分子氧吸收短于0.24微米的紫外线辐射后重新结合的产物。
第一章 地球大气
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；
降低大气透明度，影响大气能见度； 充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。
大气中的污染物质：
定义： 由于人类活动或自然过程，使局部、甚至全球范围
的大气成分发生对生物界有害的变化。
分布： 空间
垂直：主要集中在3km以下的低层大气中。 水平：城市多，农村少；陆地多，海洋少；
能见度恶化。
平流层：对流层顶～55km
25km以下，气温保持不变；25km以上，气温随高度增加 而显著升高。
空气运动以水平运动为主，无明显的垂直运动。 水汽和尘埃含量极少，晴朗少云，大气透明度好，气流 比较平稳，适宜于飞机航行。
中间层：平流层顶～85km
气温随高度增加迅速下降，顶部气温可降至-83℃以下。 空气有强烈的垂直运动，故又称之为“高空对流层”。 热成层(热层、暖层、电离层)：中间层顶～800km 气温随高度增加迅速上升。
第
一 本章内容
章
大气的组成
地
大气的铅直结构
球
大
大气的物理性质
气
第一节 大气的组成
地球大气由三个部分组成:
干洁大气（即干空气） 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质
Earth's Atmosphere
Figure 1.2
99% of atmospheric gases, including water vapor, extend only 30 kilometer (km) above earth's surface. Most of our weather, however, occurs within the first 10 to 15 km.
降低大气透明度，影响大气能见度； 充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。
大气中的污染物质：
定义： 由于人类活动或自然过程，使局部、甚至全球范围
的大气成分发生对生物界有害的变化。
分布： 空间
垂直：主要集中在3km以下的低层大气中。 水平：城市多，农村少；陆地多，海洋少；
能见度恶化。
平流层：对流层顶～55km
25km以下，气温保持不变；25km以上，气温随高度增加 而显著升高。
空气运动以水平运动为主，无明显的垂直运动。 水汽和尘埃含量极少，晴朗少云，大气透明度好，气流 比较平稳，适宜于飞机航行。
中间层：平流层顶～85km
气温随高度增加迅速下降，顶部气温可降至-83℃以下。 空气有强烈的垂直运动，故又称之为“高空对流层”。 热成层(热层、暖层、电离层)：中间层顶～800km 气温随高度增加迅速上升。
第
一 本章内容
章
大气的组成
地
大气的铅直结构
球
大
大气的物理性质
气
第一节 大气的组成
地球大气由三个部分组成:
干洁大气（即干空气） 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质
Earth's Atmosphere
Figure 1.2
99% of atmospheric gases, including water vapor, extend only 30 kilometer (km) above earth's surface. Most of our weather, however, occurs within the first 10 to 15 km.
大气科学导论大气的基本知识
气溶胶散射降低太阳辐射，导致地面变冷
气溶胶的作用
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； 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 降水的形成有重要意义。
大气中的污染物质：Pollutant
停留时间
106 年 10 年
─
─
─
─
7年 15 年 65 天 10 年 10 年 40 天 20 天 1天
? 1天 10 天 10 年
循环 生物或微生物循环 生物或微生物循环
无循环 ,在地球历史 中累计
生物和化学 人为和生物 人为和化学 生物和化学 生物和化学 准稳态 人为和化学 或平衡 生物、化学、雨除 人为、化学、闪电
1. 化石燃料和生物体的燃烧导致大气中CO2含量升高， 煤的燃烧导致SO2含量升高。
2. 汽车等的大量使用导致大气中废气增加和气溶胶含 量增加。
3. 人工固氮导致大气中氮的减少。
4. 人工制造的制冷剂CFCs的泄漏导致大气中CFCs含 量增加，CFCs在大气平流层分解后产生的氯造成 平流层O3减少。
1、定义：表示大气冷热程度的物理量，反映一定条 件下空气分子平均动能大小。
通常指距地面1.5m高处百叶箱中的空气温度。
2、单位：摄氏度（℃）温标；绝对温标，以K表示；
华氏温标：℉，水的沸点为212℉ 3、单位换算：
oC 5 ( oF 32) 9
K oC 273.15
oF 9 oC 32 5
显微镜下的气溶胶颗粒图像
大气中的可变化成分——气溶胶
液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。它们能作为水 滴和冰晶的凝结核,太阳辐射的吸收体和散射体,并参与 各种化学循环,是大气的重要组成部分。其来源包括：
气溶胶的作用
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； 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 降水的形成有重要意义。
大气中的污染物质：Pollutant
停留时间
106 年 10 年
─
─
─
─
7年 15 年 65 天 10 年 10 年 40 天 20 天 1天
? 1天 10 天 10 年
循环 生物或微生物循环 生物或微生物循环
无循环 ,在地球历史 中累计
生物和化学 人为和生物 人为和化学 生物和化学 生物和化学 准稳态 人为和化学 或平衡 生物、化学、雨除 人为、化学、闪电
1. 化石燃料和生物体的燃烧导致大气中CO2含量升高， 煤的燃烧导致SO2含量升高。
2. 汽车等的大量使用导致大气中废气增加和气溶胶含 量增加。
3. 人工固氮导致大气中氮的减少。
4. 人工制造的制冷剂CFCs的泄漏导致大气中CFCs含 量增加，CFCs在大气平流层分解后产生的氯造成 平流层O3减少。
1、定义：表示大气冷热程度的物理量，反映一定条 件下空气分子平均动能大小。
通常指距地面1.5m高处百叶箱中的空气温度。
2、单位：摄氏度（℃）温标；绝对温标，以K表示；
华氏温标：℉，水的沸点为212℉ 3、单位换算：
oC 5 ( oF 32) 9
K oC 273.15
oF 9 oC 32 5
显微镜下的气溶胶颗粒图像
大气中的可变化成分——气溶胶
液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。它们能作为水 滴和冰晶的凝结核,太阳辐射的吸收体和散射体,并参与 各种化学循环,是大气的重要组成部分。其来源包括：
(大气科学基础)第一章 大气概述
✓ Since the late 1970s, scientists have noticed the development of severe holes in the ozone layer over Antarctica. Satellite measurements have indicated that the zone from 65° North to 65° South latitude has had a 3 % decrease in stratospheric ozone since 1978.
Gas Name Nitrogen(氮) Oxygen(氧) * Water(水汽) Argon(氩) * Carbon Dioxide(二氧化碳) Neon(氖) Helium(氦) *Methane(甲烷) Hydrogen(氢) *Nitrous Oxide(一氧化二氮) *Ozone(臭氧)
✓ The condensation of water vapor creates precipitation that falls to the Earth‘s surface providing needed fresh water for plants and animals；
✓ It helps warm the Earth's atmosphere through the greenhouse effect.
✓ 气溶胶随地区、时间而变 冬季大于夏季 陆上大于海上，城市大于乡村
11
Key Points
✓ Of the gases listed, nitrogen, oxygen, water vapor, carbon dioxide, methane, nitrous oxide, and ozone are extremely important to the health of the Earth's biosphere ✓ Nitrogen and oxygen are the main components of the atmosphere by volume. Together these two gases make up approximately 99 % of the dry atmosphere
Gas Name Nitrogen(氮) Oxygen(氧) * Water(水汽) Argon(氩) * Carbon Dioxide(二氧化碳) Neon(氖) Helium(氦) *Methane(甲烷) Hydrogen(氢) *Nitrous Oxide(一氧化二氮) *Ozone(臭氧)
✓ The condensation of water vapor creates precipitation that falls to the Earth‘s surface providing needed fresh water for plants and animals；
✓ It helps warm the Earth's atmosphere through the greenhouse effect.
✓ 气溶胶随地区、时间而变 冬季大于夏季 陆上大于海上，城市大于乡村
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Key Points
✓ Of the gases listed, nitrogen, oxygen, water vapor, carbon dioxide, methane, nitrous oxide, and ozone are extremely important to the health of the Earth's biosphere ✓ Nitrogen and oxygen are the main components of the atmosphere by volume. Together these two gases make up approximately 99 % of the dry atmosphere
一章节大气概述
子平均动能。
❖ 大小旳体现：当空气取得热量时，它旳分子运动旳平均
速度增大，随之平均动能增长，气温也就升高；反之当空气
失去热量时，它旳分子运动平均速度减小，随之平均动能也
降低，气气压为
760mmHg时纯水冰点为零度，沸点为100度，其间等分100
等分即为1℃。在理论研究上常用绝对温标，以K表达，这种
温标中一度旳间隔和摄氏温标相同，但其零度要求为摄氏-
273.16℃，称为“绝对零度”，水旳冰点为273.16K，沸点
定为373.16K。
❖
两种温标之间旳换算关系如下：
T=t+273.16≈t+273 (1-2)
❖
大气中旳温度一般以百叶箱中干球温度为代表。
氯、氟化氢、氯化氢等 碳化氢、甲醛、有机酸、焦油、有机卤化物、酮等
预防措施：建立监测网，进行污染预报；经过集尘器和清洗器在排气前清除 污染物质；发展无烟囱工厂旳闭合工艺过程以及合理布局工业 等。造林绿化也是保护环境，净化空气，预防大气污染旳主要措 施。
第二节
大气旳构造
一、大气旳高度
严格地说，不存在大气圈旳上界。
(3)上层：上层旳范围是从6公里高度伸展到对流层旳顶部。这—层受地面旳 影响更小，气温常年都在0℃下列，水汽含量较少，多种云都由冰 晶和过冷水滴构成。在中纬度和热带地域，这—层中常出现风速等 于或不小于30米／秒旳强风带，即所谓旳急流 。
另外，在对流层和平流层之间，有一种厚度为数百米到1—2公里旳过渡 层，称为对流层顶。这一层旳主要特征是:温度随高度增长而降低很 慢，或者几乎为等温。
3.对流层旳分层
按气流和天气现象分布旳特点又可分为下层、中层和上层。 (1)下层：下层又称扰动层或摩擦层。其范围一般是自地面到2公里高度。
第1章大气的组成和结构-文档资料
吸收、散射和反射地面和太阳辐射，影响大气温度；
中国民航大学 空管学院
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第二节 大气结构
1、大气垂直分层依据
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：
∆T ∆Z
γ= –
∆ T 为温度变化量
∆ Z 为高度变化量
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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30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；
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对流层三大重要特征：
温度随高度升高而降低。 气温、气压、湿度水平分 布不均匀。
空气有强烈的垂直混合。
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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）。
平流层顶的气压约1hPa。
二氧化碳含量分布特点：
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： 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。
1.1 大气的成分及结构
大气气溶胶质粒影响地面和空气的温度 吸收、散射、反射
二、大气的结构
2. structure of the atmosphere （一）大气垂直分层的依据
气温垂直递减率(Temperature vertical lapse rate )： γ= -△T／△Z
(Z Z ) T T 2 1 2 1 100 γ的物理意义是表征气温随高度变化快慢的一个 物理量。(indicates the speed of air temperature changes with the altitude)
它的作用就像一个盖子，阻挡了下层水汽、杂质 的向上扩散，它能使发展旺盛的积雨云顶部被迫 平衍成砧状，使得对流层顶上下的飞行气象条件 常有较大差异。 it's like a lid, obstructing lower water vapors and impurities from spreading upward, which make the flight weather conditions under and above tropopause often have great difference.
大气杂质
（Sand, particles of dust, smoke and other impurities）
影响能见度 Air impurity make the atmospheric visibility go bad. 影响地面和空气的温度 Affect atmospheric temperature. 在云、雾、降水等的形成过程中起凝结核的作用。 The solid impurities can also act as condensation nuclei.
大气物理学第三章第一节解读
dz z
正方
向
P P dz
z
dz dA
P 质量力和表面力
P P(x, y, z) P(z dz) P(z) dP P(z) P dz
z
重力与压强梯度力相平衡
(P dP) PdA gdzdA
(P
P z
dz)
PdA
gdzdA
P g
z
结论：
1. 当dz>0时，dp<0，说明随高度的增加气压是下降的。
静力学方程是在假设大气处于相对静止的条件下求得的， 但实践证明，除了有强烈对流运动的山区或强对流天气 系统以外，它可以相当准确地应用于运动大气。
假设压强只是高度的函数, P=P(z); 或者我们只关心压强在 垂直方向的分布, P=P(x,y,z)
已知动力条件:气块铅直方向相对静止. 求 dP 或 P 或P(z) .
在做天气分析时，需要绘制地面天气图， 在海平面图上绘等压线，因各气象观测站 高度不同，所测得的气压值，不能进行比 较，因此必须将各站所测得的气压值一律 订正到海平面高度。
多年平均 1 月份 地面气压分布
多年平均 1 月份 海平面气压分布
三、压高公式
静力平衡方程的一个应用，估计气压与高度的关 系。
2．因g随高度的变化很小，所以气压随高度的增加而降低的快慢主要 取决于空气的密度。密度大的气层，气压随高度的增加降低得快， 密度小的气层，气压随高度的增加降低得慢。
3. 任意高度处的气压等于从该高度向上到大气上界的单位截面 积垂直气柱的重量。
积分，
P g
z
P2 dP z2
P1
z1
gdz
1 P g
t (C) 0 20 8.0 8.6 16.0 17.2 80 85.8
正方
向
P P dz
z
dz dA
P 质量力和表面力
P P(x, y, z) P(z dz) P(z) dP P(z) P dz
z
重力与压强梯度力相平衡
(P dP) PdA gdzdA
(P
P z
dz)
PdA
gdzdA
P g
z
结论：
1. 当dz>0时，dp<0，说明随高度的增加气压是下降的。
静力学方程是在假设大气处于相对静止的条件下求得的， 但实践证明，除了有强烈对流运动的山区或强对流天气 系统以外，它可以相当准确地应用于运动大气。
假设压强只是高度的函数, P=P(z); 或者我们只关心压强在 垂直方向的分布, P=P(x,y,z)
已知动力条件:气块铅直方向相对静止. 求 dP 或 P 或P(z) .
在做天气分析时，需要绘制地面天气图， 在海平面图上绘等压线，因各气象观测站 高度不同，所测得的气压值，不能进行比 较，因此必须将各站所测得的气压值一律 订正到海平面高度。
多年平均 1 月份 地面气压分布
多年平均 1 月份 海平面气压分布
三、压高公式
静力平衡方程的一个应用，估计气压与高度的关 系。
2．因g随高度的变化很小，所以气压随高度的增加而降低的快慢主要 取决于空气的密度。密度大的气层，气压随高度的增加降低得快， 密度小的气层，气压随高度的增加降低得慢。
3. 任意高度处的气压等于从该高度向上到大气上界的单位截面 积垂直气柱的重量。
积分，
P g
z
P2 dP z2
P1
z1
gdz
1 P g
t (C) 0 20 8.0 8.6 16.0 17.2 80 85.8
大气
全
• 电 脑 全球二氧化碳的平衡 球 课堂
word2000
二 氧 化 碳 的 平 衡
电 • 大气中二氧化碳的变化规律 脑 课堂
word2000
• CO2的日变化 的日变化(diurnal variation)：主要 的日变化 ： 白天午后达最低值， 取决于光合作用 。 白天午后达最低值， 日出前后达最高值 • CO2的年变化 的年变化(annual variation) ： 秋 的年变化 季达最低值， 季达最低值，春季达最大值 • CO2的长期变化 的长期变化(long-term change) ： 的长期变化 由于人类活动，大气中CO2浓度不断升 由于人类活动，大气中 浓度不断升 在十七世纪工业革命前,全球平均大 高。在十七世纪工业革命前 全球平均大 约为280ppm，但现在则高达 约为 ，但现在则高达380ppm.
电脑 课 堂• 臭氧洞 臭氧洞(ozone hole── word2000 80年代初，在南极 年代初， 一个重要的环境问题 年代初 大陆发现了臭氧含量明显减少的大片区域， 大陆发现了臭氧含量明显减少的大片区域，称 为臭氧洞。 产生原因： 为臭氧洞。 产生原因：人类活动释放的大量 含氯氟烃（ ），对臭氧层有破坏作用 含氯氟烃（CFC），对臭氧层有破坏作用。 ），对臭氧层有破坏作用。 CFC在高层带电粒子的作用下会离解出氯离子 CFC在高层带电粒子的作用下会离解出氯离子 Cl- ，而Cl-在以下过程中可起催化作用： 在以下过程中可起催化作用： 在以下过程中可起催化作用 • 紫外线 • O3+O • →→→ Cl2O2
气温为估计值（深蓝色）或观测值（浅蓝色）与 1960─1990年基准值之差
自1861年有仪器记录所来，全球表面温度持续上 1861年有仪器记录所来 年有仪器记录所来， 电脑 世纪的上升幅度超过0.6 升堂 20世纪的上升幅度超过0.6 摄氏度。1976年以 。20世纪的上升幅度超过 摄氏度。1976年以 课 来，温度的变化速度大约是过去100年总变化速度 word2000 温度的变化速度大约是过去100年总变化速度 在北半球，20世纪 年代是过去 世纪90年代是过去1000年最 的3倍。在北半球，20世纪90年代是过去1000年最 暖的10年 暖的10年，而1998年的温度比常年高出0.5摄氏度， 1998年的温度比常年高出 摄氏度， 年的温度比常年高出0.5摄氏度 是最暖的一年。 是最暖的一年。
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水汽上升凝结形成水云或 冰云，以降水的形式降到 陆地和海洋。
陆地、海洋和大气中的水量及年交换量
14
三、大气中的水汽
表 全球水分分配估算
绝大部分水分储存于海洋、极冰及河流、湖泊、地下水中。在陆地水 中，极冰量最大，地下水次之，最后为河湖的水量。
大气中的水汽仅占地球上总水量的0.001％，相当于覆
盖全球表面厚度为2.5 cm水层。
2
第一章 大气的性质和组成
（1）了解地球大气的组成，大气主要层次的特点。 （2）了解大气中离子和自由基的来源。 （3）了解大气重要污染源。 （4）了解温室效应、温室气体及其对大气环境的影响。
3
一、地球大气成分
地球大气由多种气体和悬浮于其中的固体粒子或 气体粒子（称为大气气溶胶）所组成。
在地球大气的气体成分中，水汽是最重要、最活跃的，
15
三、大气中的水汽
湿空气 _ 水汽和干空气的混合气体。
表示湿空气中水汽含量的物理量称为空气湿度。
由于测量方法及实际应用的不同，空气湿度用多个物理量表示；
测量水汽含量的最基本方法是称重法，即直接测量一定体积湿空 气中的水汽质量和干空气质量，可获得最基本的湿度参量 _ 混合 比与比湿，其它湿度参量为导出量。
es (T )－纯水平液面时的饱和水汽压
RV －水汽的比气体常数 LV －相变（汽化）潜热。
第三篇 大气环境化学
研究大气环境中污染物质的化学组成、性质、存在
状态等物理化学特性及其来源、分布、迁移、转化、累 积、消除等过程中的化学行为、反应机制和变化规 律，探讨大气污染对自然环境的影响等。
1
第三篇 大气环境化学
第一章 第二章 第三章 第四章
大气的性质和组成 大气的气相反应及光化学烟雾 大气的液相反应及酸沉降 大气颗粒物（大气气溶胶）
q≈
单压e
大气中水汽的分压强称为水汽压，常以e表示．
假设湿空气中水汽的摩尔分数为
V
nV nd nV
式中
nV
mV MV
，nd
md Md
分别为水汽和干空气的摩尔数，Mv为水汽摩尔质量。
水汽分压强 e v p
其中p是空气总压强．
19
三、大气中的水汽 _水汽压
（观测时收集的气体体积随大气温度、压强而变，为便于 相互比较，常需换算成标准状态下的浓度）。
5
一、地球大气成分
浓度分类法 （2）相对量
如 ppm（10-6）、ppb（10-9）和ppt（10-12）等。（可 分别加后缀m或v表示质量分数和体积分数，例如ppmm和 ppmv）
6
一、地球大气成分
平均停留时间 某一成分的所有分子更新一次所需要的时间，
n
p p1 p2 L
pi
i 1
pV nR*T m R*T mRT
混合理想气体的状态方程
M
平均摩尔质量
M m n
m n mi
M i1
i
13
三、大气中的水汽
比例 水汽在大气中所占的
比例很少，仅 0.1 - 3%； 水汽是大气中最活跃的成 分。
来源 海洋、地表等蒸发，
亦即 “平均寿命” 。 在准平衡条件下，一种大气成分的分子在大气中
的平均停留时间定义为
M M
FR
其中 M为某种成分的总质量，F是某种成分向大气的输入速率 （包括源和化学转化），R是某种成分从大气中消失速率。
7
二、干洁大气
除水汽以外的纯净大气称为干洁大气。
干洁大气由多种气体混合组成，按照其成分在大气中的
16
三、大气中的水汽
混合比 与比湿 q
设一定体积空气中含水汽质量mv克，干空气质量md克，
混合比 为水汽与干空气的质量比，即 r mv md
比湿 q 为水汽与湿空气的质量比，即
q mv md mv
17
三、大气中的水汽
（混合比） 和（比湿）q 关系
q r 1 r
大气中的混合比和比湿都小于0.04，可认为
p 0.378e
21
三、大气中的水汽 _水汽压
纯水汽的饱和水汽压仅与温度有关。
纯水汽的饱和水汽压是指一定温度下纯水汽与水
（冰）处于相态平衡时的水汽压。
饱和水汽压随温度的变化率 （即三相图中相平衡曲线的斜率），
以克拉珀龙-克劳修斯方程表示： des LV es dT RVT 2
式中 T － 温度，
和气候变化。
大气微量成分为大气化学研究重点之一。
11
二、干洁大气
干空气状态方程 地球大气由多种气体和悬浮于其中的固体粒子或气
体粒子组成。 （空气 _ 多种化学成分的混合理想气体）
12
二、干洁大气
（空气 _ 多种化学成分的混合理想气体）
根据道尔顿分压定律，混合理想气体的压强等于
组成混合气体的各成分的分压强之和：
令：
MV 0.622
Md
水汽的摩尔质量/空气的摩尔质量
湿空气中水汽的摩尔分数（ _ 混合比）
V
r r
r 0.622 r
水汽压
e
V
p
r r
p
r 0.622 r
p
20
三、大气中的水汽 _水汽压
水汽压与混合比 及比湿 q 的关系
r e
pe q e
的成分。N2，O2和Ar占空气体积的99.966％，次要成 分所占的体积是极微小。
9
二、干洁大气
大事类
气业的微
环的关量
境发系成
(
如 氯 氟
展 ， 大
密 切 。
分 的 含
烃量随量
化微着虽
合量工少
物物业，
等质和但
)
。
进 入
航 空
与 人
表 低层（对流层）大气次要成分
10
二、干洁大气
地球大气微量成分和痕量成分 _ 短寿命（除惰性 气体），具有化学活性，参与大气中一些化学过程 (如形成 酸雨、光化学烟雾等)；如温室气体，影响地球的辐射平衡
水汽不但形成云雨雷电、天气变化，而且在地球的生态系 统中起着重要作用。
对于地球大气各种成分，不同研究目的有不同的分类
方法，如， 浓度和平均滞留时间。
4
一、地球大气成分
浓度分类法 （1）绝对量 如体积质量，单位为mg/m3，g/m3等。
（常用于表示大气气溶胶的浓度）
绝对量方法表示的浓度与观测时的大气状态有关
浓度，可分为主要成分、微量成分和痕量成分。 主要成分 如 N2、O2、Ar和CO2，300 ppmv以上。 微量成分 如CH4等，1-20 ppmv。 痕量成分 如O2、H2、氮氧化合物和硫化物等， 1 ppmv以下。
8
二、干洁大气
表 低层（对流层）大气主要成分
关注 90km以下的匀和层，特别是对流层大气中空气
陆地、海洋和大气中的水量及年交换量
14
三、大气中的水汽
表 全球水分分配估算
绝大部分水分储存于海洋、极冰及河流、湖泊、地下水中。在陆地水 中，极冰量最大，地下水次之，最后为河湖的水量。
大气中的水汽仅占地球上总水量的0.001％，相当于覆
盖全球表面厚度为2.5 cm水层。
2
第一章 大气的性质和组成
（1）了解地球大气的组成，大气主要层次的特点。 （2）了解大气中离子和自由基的来源。 （3）了解大气重要污染源。 （4）了解温室效应、温室气体及其对大气环境的影响。
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一、地球大气成分
地球大气由多种气体和悬浮于其中的固体粒子或 气体粒子（称为大气气溶胶）所组成。
在地球大气的气体成分中，水汽是最重要、最活跃的，
15
三、大气中的水汽
湿空气 _ 水汽和干空气的混合气体。
表示湿空气中水汽含量的物理量称为空气湿度。
由于测量方法及实际应用的不同，空气湿度用多个物理量表示；
测量水汽含量的最基本方法是称重法，即直接测量一定体积湿空 气中的水汽质量和干空气质量，可获得最基本的湿度参量 _ 混合 比与比湿，其它湿度参量为导出量。
es (T )－纯水平液面时的饱和水汽压
RV －水汽的比气体常数 LV －相变（汽化）潜热。
第三篇 大气环境化学
研究大气环境中污染物质的化学组成、性质、存在
状态等物理化学特性及其来源、分布、迁移、转化、累 积、消除等过程中的化学行为、反应机制和变化规 律，探讨大气污染对自然环境的影响等。
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第三篇 大气环境化学
第一章 第二章 第三章 第四章
大气的性质和组成 大气的气相反应及光化学烟雾 大气的液相反应及酸沉降 大气颗粒物（大气气溶胶）
q≈
单压e
大气中水汽的分压强称为水汽压，常以e表示．
假设湿空气中水汽的摩尔分数为
V
nV nd nV
式中
nV
mV MV
，nd
md Md
分别为水汽和干空气的摩尔数，Mv为水汽摩尔质量。
水汽分压强 e v p
其中p是空气总压强．
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三、大气中的水汽 _水汽压
（观测时收集的气体体积随大气温度、压强而变，为便于 相互比较，常需换算成标准状态下的浓度）。
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一、地球大气成分
浓度分类法 （2）相对量
如 ppm（10-6）、ppb（10-9）和ppt（10-12）等。（可 分别加后缀m或v表示质量分数和体积分数，例如ppmm和 ppmv）
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一、地球大气成分
平均停留时间 某一成分的所有分子更新一次所需要的时间，
n
p p1 p2 L
pi
i 1
pV nR*T m R*T mRT
混合理想气体的状态方程
M
平均摩尔质量
M m n
m n mi
M i1
i
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三、大气中的水汽
比例 水汽在大气中所占的
比例很少，仅 0.1 - 3%； 水汽是大气中最活跃的成 分。
来源 海洋、地表等蒸发，
亦即 “平均寿命” 。 在准平衡条件下，一种大气成分的分子在大气中
的平均停留时间定义为
M M
FR
其中 M为某种成分的总质量，F是某种成分向大气的输入速率 （包括源和化学转化），R是某种成分从大气中消失速率。
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二、干洁大气
除水汽以外的纯净大气称为干洁大气。
干洁大气由多种气体混合组成，按照其成分在大气中的
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三、大气中的水汽
混合比 与比湿 q
设一定体积空气中含水汽质量mv克，干空气质量md克，
混合比 为水汽与干空气的质量比，即 r mv md
比湿 q 为水汽与湿空气的质量比，即
q mv md mv
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三、大气中的水汽
（混合比） 和（比湿）q 关系
q r 1 r
大气中的混合比和比湿都小于0.04，可认为
p 0.378e
21
三、大气中的水汽 _水汽压
纯水汽的饱和水汽压仅与温度有关。
纯水汽的饱和水汽压是指一定温度下纯水汽与水
（冰）处于相态平衡时的水汽压。
饱和水汽压随温度的变化率 （即三相图中相平衡曲线的斜率），
以克拉珀龙-克劳修斯方程表示： des LV es dT RVT 2
式中 T － 温度，
和气候变化。
大气微量成分为大气化学研究重点之一。
11
二、干洁大气
干空气状态方程 地球大气由多种气体和悬浮于其中的固体粒子或气
体粒子组成。 （空气 _ 多种化学成分的混合理想气体）
12
二、干洁大气
（空气 _ 多种化学成分的混合理想气体）
根据道尔顿分压定律，混合理想气体的压强等于
组成混合气体的各成分的分压强之和：
令：
MV 0.622
Md
水汽的摩尔质量/空气的摩尔质量
湿空气中水汽的摩尔分数（ _ 混合比）
V
r r
r 0.622 r
水汽压
e
V
p
r r
p
r 0.622 r
p
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三、大气中的水汽 _水汽压
水汽压与混合比 及比湿 q 的关系
r e
pe q e
的成分。N2，O2和Ar占空气体积的99.966％，次要成 分所占的体积是极微小。
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二、干洁大气
大事类
气业的微
环的关量
境发系成
(
如 氯 氟
展 ， 大
密 切 。
分 的 含
烃量随量
化微着虽
合量工少
物物业，
等质和但
)
。
进 入
航 空
与 人
表 低层（对流层）大气次要成分
10
二、干洁大气
地球大气微量成分和痕量成分 _ 短寿命（除惰性 气体），具有化学活性，参与大气中一些化学过程 (如形成 酸雨、光化学烟雾等)；如温室气体，影响地球的辐射平衡
水汽不但形成云雨雷电、天气变化，而且在地球的生态系 统中起着重要作用。
对于地球大气各种成分，不同研究目的有不同的分类
方法，如， 浓度和平均滞留时间。
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一、地球大气成分
浓度分类法 （1）绝对量 如体积质量，单位为mg/m3，g/m3等。
（常用于表示大气气溶胶的浓度）
绝对量方法表示的浓度与观测时的大气状态有关
浓度，可分为主要成分、微量成分和痕量成分。 主要成分 如 N2、O2、Ar和CO2，300 ppmv以上。 微量成分 如CH4等，1-20 ppmv。 痕量成分 如O2、H2、氮氧化合物和硫化物等， 1 ppmv以下。
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二、干洁大气
表 低层（对流层）大气主要成分
关注 90km以下的匀和层，特别是对流层大气中空气