高层大气结构与运动2014

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2014高考复习——大气运动(春6)

影响地面太阳辐射分布的因素
2）下垫面因素：反射率越高，被地面吸收的太阳辐射少量越___。
下垫面性质：包括地面性质、海陆分布、地势高低、地貌类型、洋流性质等。
影响地面太阳辐射分布的因素
3）地形因素：海拔越高，空气越稀薄，对太阳辐射的削弱越少，地面太阳辐射量越大。
能被植物光合作用利用的太阳辐射，称为光合有效辐射(PAR)
北半季节最热月最冷月陆地海洋季节最冷月最热月南半
7月 1月
8月
2月
球
球
三、大气热力作用的意义
(1)减少了气温日较差。
(2)提高了地表平均气温，形成了适合人类生存的温度环境。 (3)维持了全球的热量平衡。（从多年平均看，地球收入的热量与支出的热量是相等的。）
人类活动的影响：全球热量平衡是相对的动态平衡，人类燃烧矿物燃料，过多地排放CO2、过量砍伐森林，可能导致全球气候变暖。
明确目标
高考
考纲
运用图表说明大气的受热过程
即地面吸收和转化太阳辐射的过程
1.识记：大气的受热过程、大气运动的根本原
考纲
解读
因和直接原因。 2．理解：大气对太阳辐射的削弱作用、对地面的保温作用；热力环流的形成、大气水平运动。
3．应用：等压面图和等压线图的判读。
温故知新大气圈各层的名称、主要成分？
图表中那条是晴天的温度变化曲线？
A
A
14 图表晴天的温度最大、小值出现在__时日出前后和________，为何不是出现在太阳高 B 度最大的12时和午夜？我们平常所说的“温度”是指对流层大气的温度，而对流层大气主要的直接热源是地面。只有等地面升温后，才能传导给大气，所以时间滞后。

高层大气运动特点

高层大气运动特点高层大气运动是指高空大气中的气流运动，它在地球大气环流系统中起着重要的作用。

高层大气运动具有以下几个特点：1. 垂直运动：高层大气运动主要是垂直方向的气流运动，包括上升运动和下沉运动。

上升运动通常发生在热带地区，由于太阳热量的输入，空气受热膨胀而上升；下沉运动则主要发生在中纬度和极地地区，由于空气冷却而下沉。

垂直运动的存在导致了大气的水平运动，形成了气候和天气现象。

2. 环流系统：高层大气运动参与了地球大气环流系统的形成和维持。

在赤道附近，高层大气中的上升运动形成了热带低压带，使得热量从赤道向极地传递；在中纬度地区，高层大气中的下沉运动形成了副热带高压带，使得冷空气从极地向赤道传递。

这些环流系统的存在影响了全球的天气和气候分布。

3. 西风带：高层大气运动形成了地球中纬度地区的西风带。

在高纬度地区，高层大气中的气流向东流动，与地球自转相结合形成了西风带。

西风带的存在对于飞行、航海和气象预报等方面具有重要意义。

4. 大气波动：高层大气中存在着各种尺度的波动，如大尺度的长波、中尺度的中波和小尺度的短波。

这些波动是由于地球自转、地形和气象系统等因素引起的，对于大气的水平和垂直运动都有影响。

5. 天气系统：高层大气运动与天气系统密切相关。

在高层大气中，气流的急流现象非常常见，如喜马拉雅山脉附近的喜马拉雅急流、北美洲的喜马拉雅急流等。

这些急流对于天气的形成和发展起着重要作用，是风暴和气旋的重要能量来源。

高层大气运动是地球大气环流系统中的重要组成部分，它具有垂直运动、环流系统、西风带、大气波动和天气系统等特点。

了解和研究高层大气运动对于气象预报、气候研究以及航空航天等领域具有重要意义。

大气的组成与分层

对流层高度因纬度变化
1、对流层、
2、平流层、
电离层
高度电离状态反射无线电波
大气的垂直分层
外层
地球束缚引力小空气质点往外跑气压低，气压低，密度小气温初稳后升热只因层中臭氧多水平流动天气好高空飞行很适合
高层大气
热层
中间层
50~55km
平流层
22~27km 12km
大气的组成和垂直分布
低层大气的组成图
干
杂质水汽
注意：干洁空气（25千米以下）的主要成分中，其中氮和氧合占体积分数的99%。其他气体虽然很少，但对地球上的生命活动和地理环境有着重要的作用。氮N2 氧O2 21% 78%
洁空气
其他气体（其他气体（CO2、 O3等）、
o
对流层顶到 50~55km
高纬_________ 高纬 8~9km 中纬__________ 中纬 10~12km 低纬_________低纬 17~18km
1、水平运动为主、 2、水气、杂质少，、水气、杂质少，能见度好，利于高能见度好，利于高空飞行。空飞行。
①对流运动显著 ②大气质量的3/4几乎大气质量的几乎全部的水气、全部的水气、杂质 ③天气现象复杂多变 ④与人类关系最密切
三、填充题：按因果关系完成填空填充题： A、递减 B、水汽和固体杂质 C、平流层 D、对流显著 E、大气稳定 F、云、雨、雪 G、递增 H、对流层 I、利于高空飞行
A
气温随高度发生变化
G
B H D F
很多极少
E I
C
2.1大气的组成和垂直分布
一、大气的组成
干洁空气 N2——生物体的基本成分 O2——维持生命活动所必需的物质 CO2——光合作用、保温作用光合作用、 O3——吸收紫外线，保护生物吸收紫外线，水汽固体杂质----充当凝结核固体杂质充当凝结核

高层大气结构

电离层
从60公里开始，一直到大气层的上界，都存在有电子、正离子和少量的负离子。在数百公里高度以下,根据电子密度随高度分布，通常分为D层、E层和F层（F层白天分为 F1层和F2层）。电离层有较大的昼夜、季节和纬度的变化。通常在夜间E层已很难观测到，而D层则完全消失（见电离层）。
谢谢观看
对流层是对流运动最显著的大气区域。其范围从地面向上，在极区约10公里，在赤道地区可达15公里或更高。对流层上界称为对流层顶。对流层内气温随高度的增加而下降，平均气温的递减率约为每公里6℃。
平流层是从对流层顶向上至约50公里(称平流层顶)之间的区域。在平流层,气温随高度增加而增加,增温是由于臭氧(O3)吸收太阳近紫外辐射对大气加热的结果。由于O3吸收太阳紫外辐射使大气加热，H2O、CO2、O3的红外辐射冷却使大气降温，两者相互作用所建立的热平衡，决定了平流层内的温度垂直分布情况。平流层内大气的垂直对流很弱，主要是水平气流,其平均速度达120公里/小时，就北半球而言,冬季为西风,夏季盛行东风。
均匀层
从地面到约90公里的空间，由于大气温度、气压、数密度的不均匀分布所产生的对流、湍流等混合作用，使得大气各成分所占的体积百分比保持不变，称为均匀层。均匀层大气的平均分子量为28.966克/摩尔，为常数，各成分的体积百分比如表：非均匀层约90公里以上，由于氧分子的光化分解，以及重力扩散作用，使大气成分的体积百分比随高度而变,平均分子量不再是常数，即为非均匀层。在约100公里或稍高处，大气的分子重力扩散与湍流混合强度达到同样量级，该高度被称为湍流层顶。湍流层顶以上，大气服从重力扩散平衡分布。
高层大气结构
由电离层、非均匀层、均匀层等组成的大气结构
目录
01 概念定义

2014大气分层

对流层平流层热层
例、下图示意大气垂直分层，读图回答（1）～（3）题。（往届高考题） (1) 图中正确表示大气层气温垂直变化的曲线是 ( B ) A. ① B. ② C. ③ D. (2) 对短波通信具有重要意义的电离层位于 ( D ) A.Ⅰ层顶部 B.Ⅱ层底部 C.Ⅱ层中部 D. Ⅲ层
逆温的分类
锋面逆温：
思考:锋面附近垂直方向气温随高度变化曲线图为:
地形逆温：
山坡冷气流向山底滑落,导致空气上热下冷
当暖空气水平移动到冷的地面或水面上及寒流流经的地区，平流逆温：会发生接触冷却的作用。越近地表降温越快。
辐射逆温：地面辐射冷却,在晴朗无云或少云的夜晚，地面辐射冷却快，离
地面越近，降温越快，空气越冷,导致逆温
图中气温分布异常的是①②③中的？判断的理由是？ ②；随高度的上升气温升高该城市工业高度集中，汽车数以百计，当天发生了重大的烟雾事件，造成这一事件的人为原因是？气象原因是？地形原因是？大量污染物的排放；逆温现象；盆地
(2010山东)上图为北半球中纬度某地某日5次观测到的近地面气温垂直分布示意图。由图中信息可分析出 A．5时、20时大气较稳定 B．12时、15时出现逆温现象 C．大气热量直接来自太阳辐射 D．气温日较差自下而上增大
四、逆温的影响
1.利：
①可以抑制沙尘暴的发生，因为沙尘暴发生的条件是大风、沙尘、强对流运动。 ②逆温出现在高空，对飞机的飞行极为有利。因为飞机在飞行中不会有大的颠簸，飞行平稳。同时，万里晴空提高了能见度，使飞行更加安全。
③作为气候资源利用：逆温的下部光热条件适中，一般以发展喜温凉的作物和蔬菜为主；逆温带的中部逆温现象强烈，冬暖夏凉，一般以发展果树和冬季蔬菜基地为主；逆温带上部降水充裕，以发展林、草和药材为宜。

大气运动规律

答案：AC
4．灰霾频发对生产生活的影响，叙述正确的是( ) A．可能导致水果蔬菜晚熟 B．影响草莓等草果的质量 C．运输方式中，铁路受影响最大 D．网购货物送达时间缩短
解析：灰霾对太阳辐射有削弱作用，使光合作用减弱，可能导致水果蔬菜晚熟，还会影响草莓等草果的质量；而对铁路运输影响不大，对公路和航空运输有较大影响，会使网购货物送达时间延长。故选 AB。
等温线特征气温分布规律主要影响因素
全球
无论 7 月还是 1 月，
等温线大致
太阳辐射(纬
气温都是从低纬向
与纬线平行
度因素)
两极递减
等温线特征
气温分布规律主要影响因素
1 月份大陆上的等温线在同一纬度上，冬
北
海陆分布
向南(低纬)凸出；海洋季大陆比海洋冷，
半
海陆热力性质
上则向北(高纬)凸出，7 夏季大陆比海洋
(2014·四川文综)下图为我国某地等高线图，下表是该地气候资料。读图、表回答下列问题。
月份
12345
6
7 8 9 10 11 12
气温(℃) 6.5 9.0 13.0 18.0 22.0 25.0 27.5 27.5 23.0 18.0 13.5 8.0
降水量 16 17 31 74 118 148 177 139 141 84 39 18
答案：D
2．甲、乙两地一年中风力大小差异的原因是( )
Hale Waihona Puke ①气压带风带的季节移动 ②地形起伏 ③海陆热力性质
差异 ④海陆位置
A．①②④
B．①③④
C．①②③
D．②③④
解析：结合前面分析，甲、乙两地一年中风力大小差异与气压带风带的季节移动相关，①对。与地形起伏相关，②对。没有海陆热力性质差异的影响，③错。海陆位置决定了在迎风坡或背风坡，④对。所以 A 对。B、C、D 错。

大气层的组成与结构

大气层的组成与结构大气层是地球上的一层气体包围层。

通常被分为几个不同的层。

每层大气层都有不同的特性，包括气温、气压、天气等等。

本文将探讨大气层的组成与结构。

一、大气层的组成大气层主要由氮气、氧气和少量的其他气体组成。

其中，氮气占据了大气层的大部分比例，约为78.08%。

氧气占据了大气层的21%，其他气体包括氩气、二氧化碳、氖气等。

二、大气层的结构大气层可以被分为几个不同的层：对流层、平流层、臭氧层、中间层和热层。

下面将详细介绍每一层的特点。

1.对流层对流层是最接近地球表面的一层大气层。

它的高度约为10公里左右。

在对流层中，气温随着高度的增加而逐渐下降。

这是因为地表的热量使得对流层会发生对流。

随着空气从地表上升，空气所受的压力下降，气体的温度也随之下降。

2.平流层平流层位于对流层之上，高度约为50公里。

在平流层中，气压在不断地下降，而温度则在不断地升高，这种现象被称为温度逆变。

平流层主要由氧分子和氮气分子组成。

3.臭氧层臭氧层主要由臭氧分子组成，高度约在20公里到50公里之间。

臭氧层中臭氧的含量非常高，占据了该层大气层的绝大多数。

臭氧层能够吸收太阳辐射中的紫外线，保护地球上的生物不受到紫外线的伤害。

然而，过量的化学物质污染也会破坏臭氧层，对地球带来严重的危害。

4.中间层中间层主要由氮气和氧气组成，高度在50公里到80公里之间。

在这个层中，气压和气温的变化非常小，但是臭氧的含量也达到了较高的水平。

5.热层热层也被称为电离层，位于地球表面上方的上层大气层。

它由被大气层高层辐射行星物质的极紫外线辐射电离的气体组成。

在这个层中，原子和分子由于强大的热能而被分离成为自由离子和带电的原子核。

这种电离现象对电波的传播和通信非常重要。

总之，大气层是人类赖以生存的重要基础。

如果我们不保护大气层，那么我们的地球将会受到灾难性的影响。

因此，每个人都应该尽力为保护大气层做出自己的贡献。

中科院大气物理研究所大气物理1996-2014年考博试题及答案--自己总结

备注：红色字体P37表示在《大气物理学》书中第37页，另外本文档中试题答案为自己总结的。

中科院大气物理研究所大气物理1996-2014年考博试题及答案 2014年一、名词1、标准大气：（P37）标准大气，又称“参考大气”。

能够反映某地区（如中纬度）垂直方向上气温、气压、湿度等近似平均分布的一种模式大气。

它能粗略地反映中纬度地区大气多年年平均状况，并得到一国或国际组织承认。

2、天电：（P407）天电是指大气中放电过程引起的脉冲电磁辐射，其中闪电是主要的天电源。

3、莫宁-奥布霍夫长度：(P248)4、云凝结核：（P320）5、光化学烟雾：（P29）光化学烟雾是由汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC ）和氮氧化物（NOx ）等一次污染物在阳光作用下发生复杂的光化学反应，生成臭氧、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN ）等二次污染物，这些一次污染物和二次污染物混合形成有害的光化学烟雾。

6、播撒云: “播种云一供应云”机制：高空对流泡中通过凝华和结淞增长大量冰晶，成为自然“播种云” ，冰晶降落到低层浓密的层状云中碰并水滴，从而将云水转化为雨水。

在低层，由中尺度抬升而产生的浓密的层状云为降落下来的降水粒子提供了丰富的云水，成为“供应云”。

高层播种云，一般是卷层云，在气旋云系中，高空对流泡是一种典型的播种云。

由于高空对流泡尺度小，可能同时存在好几个，因此，使地面降水存在着小尺度的不均匀结构。

供应云，一般指浓密的层状云，如高层云、雨层云、层积云或层云。

当供应云受到冰雪晶粒子的播种后，云内会通过云水碰冻→云冰碰连→雪晶的有效转化以及碰并等过程，使其降水强度明显增加。

7、冰雹的湿增长：（P348）8、普朗克定律（P68）：对于绝对黑体物质，单色辐射通量密度与发射物质的温度和辐射波长或频率符合以下关系:1/51152)1()1(2),(2---=-=T c Tk chB e c e h c T F λλλλπλ，其中c 1为第一辐射常数：24821107427.32-⋅⋅⨯==m m W h c c μπ；c 2为第二辐射常数：K m kch c ⋅==μ143882。

第3章大气的分层和结构

电离层
电离层指地表以上60km到500-1000km的气层。电离层特点：
（1）产生正离子和自由电子，并达到电离平衡。
在太阳电磁辐射和微粒辐射的作用下，空气分子和原子电离为正离子和自由电子，同时有复合，建立平衡，形成电子数密度的垂直分布。虽然少但在高空引起很重要的现象，现象包括产生电流和磁场，对无线电波的反射及各种等离子体过程。
平流层 55km以上，随顶到高度下降，约 85km 在85km左右处达到最低(160170K）。地球大气最冷的部
分
热层从中层由于太阳紫外顶以上，辐射在这一层没有明被强烈吸收，显的边故这一层中间层 55 平流层 20 11 T(℃) -95 -3 15
由于太阳辐射中的强紫外辐射（小于0.18微米）的光化学分解和电离反应造成了热层的高温；然而，由于大气稀薄，分子间的碰撞机会极少，温度只反映分子巨大的运动速度，不会对物体（例如卫星）造成很大的影响。
（2）、热层的温度有很显会出现一种辉煌瑰丽的大气光学现象—极光
3.2.1 气团
定义：通常把水平方向的温度、湿度相对比较均匀，天气现象比较类似；在垂直方向上气象要素的变化近于相同的大范围地区的空气。（★）气团的水平尺度约几百公里至几千公里，垂直厚度几公里至十几公里。气团的低层是高压区时，空气下沉辐散，一般天气晴朗，或有不强的分散性阵雨
气团的源地示意图：1、c表示干燥大陆性气团，m表示潮湿的海洋性气团； 2、T表示热带的，P表示极地的，A表示北极或南极的
对流层
分层示意图
干洁大气中的各种成分随高度的变化由以下因素控制：
（1）重力场；（2）大气中对流、湍流；（3）分子扩散；
（4）太阳辐射对气体的光解作用和电离作用。

高层大气结构与运动2014.

逃逸速度
在逃逸层，大量速度比较快的分子或原子将向外逃逸掉，使得速度分布改变。此时，将不再能用流体静力学方程。逃逸影响最大的是氦和氢这两种较轻的气体。在忽略碰撞的条件下，对质量为 m、速度为 v 的一个粒子，当粒子的动能超过重力势能时，粒子将摆脱重力场逃逸。逃逸的临界速度为，
2 ve 2gr
p po exp( dh / H )
式中 H kT / mg ，叫做气体的标高，具有长度的量纲。如果 H 不随高度变化，则
p po exp(h / H ) ， po 是海平面高度上的压强。
显然，在平衡状态，大气压强随高度按指数下降，而参考高度上的标高是指大气压强降至参考高度值的 e 分之一的高度。按照标高的定义，密度小，温度高，则标高值较大。根据气体状态方程，对等温大气，可得到大气密度与压强随高度变化的形式相同， n no exp( h / H ) 。由于 m,g 和 T 都是高度的函数。标高 H 也会随高度变化。随高度上升，H 值增大。例如，在 80km 高度上，标高约等于 5km，而在 500km 高度上，标
稳定的水平运动考虑稳态情况下大气的运动并且除重力之外其他外力都可以忽略这样垂直方向没有任何运动流体静力学方程考虑大气稳定的水平方向的运动它主要由大气的太阳辐加热随纬度的变化引起的南北向压强梯度和地球的自转引起的东西向的科里奥利力驱动
地球高层大气结构与运动
一、气体的性质；
二、中性大气的垂直结构与组成；三、中性大气的运动；四、标准大气和大气模式。
此为连续性方程，或质量守恒方程。
气体碰撞
中性气体中，粒子通过碰撞彼此影响。无碰撞的气体绝不可能达到热平衡，并且它的物理性质也不能用可压缩流体来描述。在频繁发生碰撞的气体中，随机热运动和团块运动两者有效地在粒子间起彼此间沟通的作用；气体作为一个整体很快达到平衡，在许多情况下可作为整体来处理。碰撞频率可简单地定义为一个粒子在单位时间(1s)内与其它粒子碰撞的次数。两次碰撞之间粒子平均运动的距离定义为平均自由程。用表示碰撞频率，则平均自由程为，

高层大气的气流特点

高层大气的气流特点高层大气的气流特点引言：高层大气是指地球大气中高度较高的部分，通常指海拔10公里以上的区域。

在这个高度范围内，大气对于地球的气候、天气和环境等方面都起着重要的影响。

了解高层大气的气流特点对于我们理解全球变化、预测天气以及开展航空航天活动等都具有重要意义。

本文将从深度和广度两个方面来探讨高层大气的气流特点。

第一部分：深度探讨高层大气的气流结构高层大气中存在着许多特殊的气流结构，其中最引人注目的是风急流。

风急流是指位于高层大气中存在的流速极高的气流，其速度通常在100公里/小时以上。

风急流可以分为两种主要类型：极地急流和副極性急流。

极地急流位于极地附近，其速度较大且变化较小。

副極性急流则位于副热带地区，其速度较小但变化较大。

风急流的存在对于航空业来说既是挑战也是机遇，因为它们可以为高空飞行提供更强劲的推进力，并缩短航行时间。

另外，高层大气中还存在着类似于波动的气流结构，如大气波、高空槽和高空脊等。

这些结构在高层大气中形成并传播，对天气变化产生重要影响。

例如，大气波的存在可以导致湍流的发生，使飞机飞行更加颠簸。

因此，在开展航空活动或极端天气事件预测时，对高层大气中的这些波动结构需要进行深入的研究。

第二部分：广度探讨不同高度层次的气流特点随着高度的逐渐升高，高层大气的气流特点也逐渐发生变化。

在海拔10公里左右的对流层顶部，存在着一种强烈的气流，被称为喷流。

喷流通常具有窄而强烈的纬向流速梯度，其速度可以超过每小时300公里。

喷流的存在对于飞机飞行具有重要影响，因为它可以提供超音速飞行所需的巡航速度。

而在更高的高度，大气中的气流特点则主要由位于赤道附近的赤道风系所主导。

赤道风系是指高度约为16公里的大气中存在的东西向气流，它具有稳定的流速和方向。

这种气流结构对全球气候起着重要的作用，因为它可以带走热带地区的热能，影响大气环流和全球气候模式。

总结和回顾性内容：通过对高层大气的气流特点进行深度和广度的探讨，我们了解到高层大气中存在着多样而复杂的气流结构。

大气的结构与大气保温作用

一、大气垂直分层及各层特点
（四）逆温现象
1.逆温类型：（1）辐射逆温（2）锋面逆温（3）平流逆温（4）地形逆温（5）下沉逆温
一、大气垂直分层及各层特点
（四）逆温现象
2.逆温的利与弊：
利：抑制沙尘暴、有利于飞行（高空）弊：阻碍了空气的垂直对流运动，妨碍烟尘、污染物、水汽凝结物的扩散，有利于雾的形成并使能见度变差，使大气污染更为严重
图中表示，近地面空气若上升到3000米高度时，理论温度为T， 3000米高空的实际温度为TS。当TS≥T时，近地面空气上升将受阻，即出现了逆温现象，读某城市春季气温日变化图。（1）若TS稳定在-8℃，该城市气温至少要上升到 ℃以上时，逆温现象才会结束，这时的时间约为时。（2）一般逆温时间结束后2小时，近地面对流才能起到“净化” 空气的作用。所以，在图示的情况下，仅考虑空气洁净的因素，上午体育锻炼的时间宜选在时以后。
平流层
对流层
一、大气垂直分层及各层特点
（三）高层大气
1.高度：自平流层顶至30Байду номын сангаас0千米 2.特点：高层大气（1）空气密度小（2）电离层能反射无线电短波平流层
对流层
一、大气垂直分层及各层特点
（四）逆温现象
1.逆温类型：（1）辐射逆温
一、大气垂直分层及各层特点
（四）逆温现象
1.逆温类型：（1）辐射逆温（2）锋面逆温
一、大气垂直分层及各层特点
（一）对流层
1.高度：
17~18
00
10~12
8~9
900
高层大气 2.特点：平流层（1）气温随高度增加而递减热源是地面（2）空气对流运动显著上冷下热
对流层

高中地理大气运动的知识点

高中地理大气运动的知识点高中地理大气运动的知识点大气运动是地球大气系统的重要组成部分，能够影响天气、气候、环境等多方面，是地理学科中的重点内容之一。

高中阶段的地理学习也包含了大气运动的相关知识，下面将从大气运动的概念、原因、类型、结构等方面进行阐述。

一、大气运动的概念大气运动是指地球大气层内的大气体的运动，分为水平运动和垂直运动两种类型。

水平运动是指沿着经纬度方向运动的大气流动，包括风等类别；垂直运动则是指大气在竖直方向上的运动，包括对流、辐散和下沉三种类型。

二、大气运动的原因大气运动是由于不同纬度、不同季节、地形、水陆分布及太阳辐射等因素的共同影响而形成的。

在地球旋转的过程中，自转会使得地表在不同纬度处受到不同的太阳辐射，从而使空气温度和压力产生差异。

这些差异会对空气流动产生不同的推动力，促使大气产生水平和垂直运动。

三、大气运动的类型1.风风是指气流沿着地表的水平运动，主要受到地理因素、气象因素和人为因素的影响。

风的形成是由于气压差异造成的，而气压差则是由于大气水平温度分布不均和地形的作用造成的。

风还分为主要气旋和风系气旋两种类型，前者由一些种类较多的高压和低压旋涡组成，后者是指一些较大的平坦地区上，气流从远处flow in，最后再从地区的另一侧flow out。

2.对流对流是指空气在竖直方向上的运动，主要受到大气温度和水汽含量的分布的影响。

当地表被太阳辐射加热时，土地、海洋等物体就会将部分热量传递到大气中，从而使得地表上部分空气体积扩大、密度减小，逐渐变得轻盈，被周围比它密度大的冷空气所代替。

当代替的空气向上运动时，又遇到大气较冷的高空，并与水蒸气遇冷凝结，形成云雾、雨雪等一系列现象。

3.辐散辐散是指空气在上升后，由于密度减小而向周围扩散的运动。

当大气中存在压强差异时，空气会在向高压处移动，但移动过程中会在高压区形成辐散。

例如，在气旋封闭时，气旋中心下方的空气密度增加，从而使较高的气压向四周扩散。

高层大气动力学

高层大气动力学高层大气动力学是研究地球高层大气环流和动力过程的学科。

高层大气通常指海平面以上30公里以上的特定气体层。

在这一层中，气体与该层下方的大气有着截然不同的运动和化学特征。

高层大气的研究对于我们更好地了解地球的气候变化和大气层的化学和物理性质具有重要意义。

高层大气环流主要由两部分组成：从低纬度向高纬度传输热量的大气热带环流和从高纬度向低纬度传输冷量的大气高纬环流。

这两个环流系统都可以被更进一步的分解为一系列具有特定运动模式和相互作用的气流。

例如，热带环流可以被分为Hadley单细胞和Walker环流。

除环流外，高层大气还包括高空急流、大气波动和极光等现象。

高空急流是指地球大气中发生的流速异常高的区域，通常位于高度25至50公里之间。

它是由于纬向的温度梯度产生的，形成一个环绕地球的波状结构。

大气波动则是由突然的温度变化、地球旋转以及其他因素引起的，会导致大气中的气压变化。

这些波动在高层大气中传播，并且可能对天气的形成和气候变化产生影响。

极光是在地球高层大气中的电离层发生的光现象，通常出现在地磁极附近。

在高层大气动力学中，还有一些关键的物理和化学过程需要解释，例如大气光化学反应、分子扩散和大气层间的垂直混合。

大气光化学反应指的是大气中化学反应和光子的相互作用，包括臭氧形成和消耗、离子化和反应链等重要反应。

分子扩散是指气体分子在高层大气中的运动和相互作用。

垂直混合是指大气不同高度的气体混合和交换，它是气象学中气体相互作用和扩散过程的核心之一。

总之，高层大气动力学是非常复杂和多元化的领域，需要涵盖许多不同的学科和领域知识。

它对于我们理解地球气候和环境变化，以及开发更有效的大气监测和预测工具具有重要意义。

《大气圈与大气运动》大气圈层划分

《大气圈与大气运动》大气圈层划分《大气圈与大气运动——大气圈层划分》我们生活的地球被一层厚厚的大气所包围，这层大气就像一个巨大的保护罩，为地球上的生命提供了至关重要的条件。

而大气圈并不是一个均匀的整体，它可以根据不同的特征和性质被划分成几个不同的圈层。

首先，我们来了解一下对流层。

对流层是大气圈中最接近地球表面的一层，平均厚度约为 12 千米，但在赤道地区能达到 17 至 18 千米，而在极地地区则只有 8 千米左右。

这一层的大气温度随着高度的增加而逐渐降低，大约每升高 1000 米，温度下降 6℃。

这是因为地面是对流层大气的主要热源，离地面越远，获得的热量就越少。

对流层的大气运动非常活跃，这是由于地面受热不均导致的。

温暖的空气膨胀上升，寒冷的空气收缩下沉，形成了对流运动。

这种对流运动不仅带来了天气的变化，如风雨雷电等，还使得大气中的水汽、杂质等能够充分混合。

我们所经历的各种天气现象，几乎都发生在对流层。

比如，当暖湿气流上升遇冷，水汽凝结就会形成云，如果云内的水汽继续凝结，水滴增大到一定程度就会形成降雨。

接下来是平流层。

平流层位于对流层之上，从对流层顶到约 50 千米的高度。

在这一层中，大气温度随着高度的增加而升高。

这是因为平流层中存在着大量的臭氧，臭氧能够吸收太阳紫外线，从而使得大气温度升高。

平流层的气流相对稳定，主要以水平运动为主，所以被称为平流层。

平流层的这种稳定特性对于航空运输非常重要。

飞机通常在平流层中飞行，因为这里没有对流层中的强烈气流和复杂的天气变化，飞行更加平稳和安全。

再往上就是中间层。

中间层从平流层顶延伸到大约85 千米的高度。

在这一层中，大气温度再次随着高度的增加而降低，而且下降的幅度很大。

中间层的大气非常稀薄，虽然也有垂直对流运动，但相对较弱。

热层是在中间层之上，从85 千米左右向上延伸到800 千米的高度。

热层的大气温度随着高度的增加而迅速上升，这是由于这里的大气吸收了大量的太阳短波辐射。

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碰撞频率可简单地定义为一个粒子在单位时间(1s)内与其
它粒子碰撞的次数。两次碰撞之间粒子平均运动的距离定义
为平均自由程。用表示碰撞频率，则平均自由程为，
l f ( 3T / m )1 / 2 /
在地表附近,大气分子碰撞频率约 6.9109Hz,平均自由程约 710-8m; 在 100km 高度, 碰撞频率约 2.7103 Hz，平均自由程约 0.14m；在 300km 高度，碰撞频率约 4.210-1 Hz，平均自由程约 2600 m。在大气层最高部分，平均自由程变得非常长。如果平均自由程长度接近或超过区域本身的特征尺度，气体可视为无碰撞的，不过，此时该区域不能认为处于热平衡态，也就不能用气体定律来处理。
•分子扩散与涡流扩散系数比较。
大气的静力学平衡
大气层最显著的特征之一是大气的压强和密度随高度上升而下降。从这个特性出发可以理解大气的许多性质。最简单的情况，大气的压强和密度变化可以用流体静力学平衡方程来描述。在高度为 h 处取单位截面积的一个高为 dh 的空气柱, 空气柱内单位体积有 n 个粒子，粒子的平均质量为 m。由于重力，气体柱受到一个向下的重力 mng，这个力与圆柱上下底的压强差 dp 平衡，使空气柱处于平衡状态。由此，利用气体普适定律可以得到压强随高度的变化为
(n1v1 n2v2 )dydz/dxdydz (nvx)/x。如方块无限小，则体积内气体数密度的时间变化
n / t ( nvx ) / x 0
在三维漂移的普遍情况下，有
n / t ( nvr ) 0
此为连续性方程，或质量守恒方程。
气体碰撞
中性气体中，粒子通过碰撞彼此影响。无碰撞的气体绝不可能达到热平衡，并且它的物理性质也不能用可压缩流体来描述。在频繁发生碰撞的气体中，随机热运动和团块运动两者有效地在粒子间起彼此间沟通的作用；气体作为一个整体很快达到平衡，在许多情况下可作为整体来处理。
p po exp( dh / H )
式中 H kT / mg ，叫做气体的标高，具有长度的量纲。如果 H 不随高度变化，则
p po exp( h / H ) ， po 是海平面高度上的压强。
显然，在平衡状态，大气压强随高度按指数下降，而参考高度上的标高是指大气压强降至参考高度值的 e 分之一的高度。按照标高的定义，密度小，温度高，则标高值较大。根据气体状态方程，对等温大气，可得到大气密度与压强随高度变化的形式相同， n no exp( h / H )。由于 m,g 和 T 都是高度的函数。标高 H 也会随高度变化。随高度上升，H 值增大。例如，在 80km 高度上，标高约等于 5km，而在 500km 高度上，标
气体扩散
如果存在压强梯度，气体分子将从压强大处向压强小处运动，即扩散，直到压强平衡。任何时候，叠加在热运动上的纯速度正比于压强梯度。扩散速度为，
vr (D / n)n ， D 是扩散系数。
应用连续性方程，假定扩散系数恒定不变
n / t ( nvr ) ( Dn ) D2n
这个是一个扩散方程，扩散系数具有长度的平方除以时间的量纲。在大气层中，气体能通过湍流和分子扩散两种方式混合。在较低高度上(100km 以下)以湍流为主；在较高的高度上，以分子扩散为主。
P nT
式中 n 气体数密度，是玻尔兹曼常数，P 和 T 分别是气体
的压强和温度。上式也称作气体的状态方程。
气体的热平衡
气体分子通过碰撞交换动量和能量，并最终达到热平衡状态。在热平衡状态，气体分子的
随机热运动的速度服从麦克斯韦分布，即，
dN / NT f ( v )dv
f
(
v
)
4
(
m
/
2T
3
mv 1
2
2
r .m .s .
3 2
T
在热平衡状态，能量储存在气体各种成分的混合体中。如果两种成分的质量
分别为 m1 和 m2，方均根速度分别为 v1 和 v2 ，则， m1v12 m2v22
这等效于说两种成分具有相同的温度，较轻的气体成分有较高的分子速度。
即
v22 / v12 m1 / m2
m1 m2
• 高上升为 80km。
在 200 至 900km 高度区间，取标高 H(km)T(K)/M(质量单位)，可精确至 10％。质量密度 =nm。如温度、重力加速度和气体分子平均质量至少在一个标高的尺度上保持不变，则有 /o=n/no=p/po 成立，即质量密度、数密度和压强随高度分布相同。
连续性
叠加在分子热运动之上的空气团还可能有整体的有序运动。因某些原因这种有序运动的速度在各处不同，分子在某些地方积累，而在另一些地方则流失，连续性要求考虑所有的气体分子。考虑气体中的一个具有边长为dx,dy,dz的封闭立方体，如下图所示。气体粒子仅在x方向漂移，如果在左表面粒子密度和速度分别为n1和v1，在右表面为n2和v2，单位时间进/ 出该立方体空体团的粒子数目分别为 n1v1dydz 和 n2v2dydz 。粒子积累的速率为 (n1v1 n2v2 )dydz ，粒子密度在方块内的变化率为
)2
v2
exp(
mv 2
/
2T
)
这里 dN 是速度介于 v 到 v+dv 之间的分子数，NT 是分子总数，m 是分子质量，T 是绝对温度，
是玻尔兹曼常数。
原子氧在不同温度下的麦克斯韦分布
热平衡分布的气体有三个特征速度：最可几速度、平均速度和均方根速度。
最可几速度： Vm.p. ( 2kT / m )1/ 2 平均速度： V 1.128Vm.p. 均方根速度： Vr.m.s. ( 3kT / m )1/ 2 1.225Vm.p. 气体粒子的平均动能由均方根速度决定，它和温度之间的关系为
地球高层大气结构与运动
一、气体的性质；二、中性大气的垂直结构与组成；三、中性大气的运动；四、标准大气和大气模式。
气体的性质
理想气体普适定律
气体动力学理论描述空气团的性质，即组成气体的分子的宏观行为。描述静止气体的宏观属性的三个特征参量是：数密度、压强和温度。理想气体普适定律是描述气体宏观行为的最基本的定律，它规定气体的密度、压强和温度之间的关系。一般形式为，