第三章(1-2)大气的组成和热能+大气水分和降水

三、水汽凝结现象
（一） 地表面的凝结现象
（二）大气中的凝结现象
（一） 地表面的凝结现象
1、霜与露
日没后，地面及近地面层空气相继冷却，温度降
低。当气温降到露点以下时，水汽即凝附于地面或
地面物体上。如温度在00C以上，水汽凝结为液态，
称为露；温度在00C以下，水汽凝结为固态，称为 霜。
霜常见于冬季，露见于其他季节，以夏季为最多。
度上（我国规定离地面1.5m高），放在百叶窗箱里的温 度计测得的空气温度。
世界年平均气温分布
我国实测最低气温 －53℃，黑龙江漠河
我国实测最高气温48.9℃，新疆吐鲁番
－90℃，南极
北极
北极的年平均气温为-10℃左右 在北极测到的极端低温为-70℃
气温的空间分布
气温的垂直分布 （1）概念：气温随高度变化的情况用单位高度（通 常取100米）气温变化值来表示，称为气温直减率， 以 γ表示，单位为℃／100m 。 对流层大气平均 γ ＝ 0.65 ℃／100m 。 （2）逆温层：温度随高度而增加的气层称为逆温层， 它的状态稳定，会阻止空气的垂直对流运动，因此又 叫阻挡层。
第三章 大气与气候
山东科技大学/蔡玉林
第一节 大气的组成和热能
第一节 大气的组成和热能
一．大气成分 二．大气结构 三．大气热能 四．气温
一、大气的成分
地球大气由多种物质混合组成，包括干洁空气、水
汽、悬浮尘粒和杂质等。
（一）干洁空气（干空气）：
不包含水汽和固体杂质的整个混合气体；
大气的组成
二氧化碳（co2）又称温室气体
2、云滴冲并增长
是指两个或两个以上的水滴相碰合并 而增大的过程。下降时，大水滴追上小 水滴；上升时，小水滴追上大水滴，都 会发生碰并，使云滴迅速增大。
（一）降水的形成
1、云滴凝结（凝华）增长： 2、云滴冲并增长 在云滴增长过程中，上述两种过程共同作用，初期 以凝结（凝华）增长为主，后期则以冲并增长为主。
射平衡的。
（三）地气系统的辐射平衡
1、概念： 把地面直到大气上界当做一个整体，其辐
射能净收入就是地-气系统辐射平衡。
地气系统的温度多年基本不变，说明全球是处于辐
射平衡的。
2、辐射平衡存在时空变化 纬度变化 日变化和年变化
四、气温
气温是大气热力状况（即空气冷热程度）的数量度
量。目前，气象观测和记录的气温，是指离地面一定高
5、露点温度：
指空气中水汽含量不变，气压保持一定时，气温
下降到使空气达到饱和时的温度。用 Td 表示。
气温降到露点，是水汽凝结的必要条件。
当 e ＞ E 时，则出现凝结； e ＜ E 时，出现蒸发。
空气中水的凝结必须具备两个条件：
1、空气要达到饱和或过饱和状态；
增加空气水汽含量； 降低气温 2、具有凝结核。 指具有吸湿性、可作为水汽凝结核心的微粒。其含量随高度 递减；陆地多海洋少；城市多乡村少，工业区最多。如伦敦。
的太阳辐射能。
太阳常数（S0）：在日地平均距离上，大气顶界垂
直于太阳光线的单位面积上每分钟接受的太阳辐射，
称为太阳常数，即 1361 W／m2 。
（一）太阳辐射
1、大气对太阳辐射的作用
大气的吸收：
选择性吸收太阳辐射（太阳光谱的两端） ,吸收削弱
紫外和红外部分。
大气的散射和反射：
散射和反射集中于可见光波段。云层有较强的反射作
1·对太阳辐射的直接吸收
臭氧和氧气吸收紫外； 水汽吸收红外；
2·对地面辐射的吸收---地面是大气的第二热源 地面长波辐射几乎全被大气吸收
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（二） 大气能量及其保温效应
3·感热输送
地面和大气通过感热交换产生的能量输送。
大气辐射：大气获得热能后依据本身温度向外辐射，
称为大气辐射。投向地面的部分称为大气逆辐射。 大气逆辐射的存在使地面实际损失略少于以长波辐 射放出的能量，地面得以保持一定的温暖程度。这 种保温作用，通常称为“温室效应”。
（一）降水的形成
人工降水：根据自然界降水的原理，利用催化剂，
促使云滴迅速凝结或冲并增大形成雨滴，达到降水
的方法。
冷云催化：人工增加冰晶，产生冰晶效应。
方法： ＋干冰或碘化银；
暖云催化：提供大水滴，促进凝结，碰并增长。
方法：＋氯化钠、氯化钾等吸湿性物质.
人工增雨，福州，2003
（二）降水的类型（成因分类）
二 大气的结构
（一）大气质量
（二）大气压力
（三）大气分层
（四）标准大气
（一）大气质量
1·大气上界
大气上界是为了说明大气圈的垂直范围而确定的地 球大气的最大上限高度。 通常有两种确定法：
①根据大气中出现的某些物理现象，据观测极光出现 的最大高度在1200公里的高度上，因此，有人认为 大气上界是1200公里高度，这称为大气的物理上界。
固、液体杂质（气溶胶粒子）： 大气悬浮的固体和液体微粒，也可称为气溶 胶粒子。 1、主要来源 （1）自然源 （2）人工源
（二）固、液体杂质（气溶胶粒子）： 大气悬浮的固体和液体微粒，也可称为气溶 胶粒子。 1、主要来源 （1）自然源 （2）人工源 2、作用 （1）成云致雨 （2）改变地球的辐射平衡
• 什么是水汽压？饱和水汽压？绝对湿度、相对 湿度？露点温度？ • 空气中的水凝结需具备哪两个条件？ • 何谓霜、露？雾凇、雨凇？ • 雾凇与霜有何区别？
• 雾的类型？
• 降水变率？
• 降水如何形成的？包含哪两个过程？
• 降雨的类型？
2、饱和水汽压：
温度一定时，单位体积空气中容纳的水汽量有个限度，达 到这个限度，空气呈饱和状态，称为饱和空气，此时的水汽
压称为饱和水汽压，用 E 表示，其单位与水汽压相同。
饱和水汽压是温度的函数，温度高则E就会变大。
3、绝对湿度： 指单位体积湿空气所含有的水汽质量，又称为水汽密度， 用 a 表示，其单位为 g／m3 或 g／cm3 。 由于水汽含量难以直接测量，通常以 e 代替 a。 a=289e/T（ g／m3 ） 4、相对湿度： 指空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压之比的百分 数，用 f 表示，即： f ＝ e ／E ×100％ 相对湿度大小直接反映空气距离饱和的程度。 思考：e 不变时，气温降低相对湿度怎样变化呢？
（二）大气中的凝结现象
1. 雾：
指漂浮在近地面层乳白色小水滴或小冰晶。
空气烟尘微粒较多时导致能见度变坏的现象称为霾。
（二）大气中的凝结现象
1. 雾：
指漂浮在近地面层乳白色小水滴或小冰晶。 雾的类型：最常见的是辐射雾和平流雾，还有蒸汽
雾、上坡雾和锋面雾。
空气烟尘微粒较多时导致能见度变坏的现象称为霾。
极光1
（一）大气质量
1·大气上界
②根据大气密度。
根据天体物理研究，星际气体密度约为每 立方厘米中一个微观粒子。按人造卫星探测资 料推算，地球大气密度在3000公里高空达到 这一标准，故目前一般以此作为大气上界。
（一）大气质量
2·大气质量
总质量：5.14×1018kg。
自海平面至5.5km含有总质量的50%，至36km处 含有99%。
1、对流雨：近地面气层强烈受热上升，冷却凝结形成积雨云 而降雨， 常伴随雷电现象， 又称热雷雨；赤道常年可见，我 国夏季常见； 2、地形雨：暖湿气流沿山地迎风坡抬升冷却凝结而降水。 山 地迎风坡常形成多雨中心， 而背风坡则由于焚风效应，降水 少，成为雨影区。 3、锋面雨（气旋雨）：冷暖气团相遇，暖湿气流沿锋面抬升 凝结成雨。 降水范围广、时间长。 在温带很常见； 4、台风雨：热带海洋的空气涡旋，有大量的暖湿气体被抬升， 可产生强度极大的降水 。
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大气主要成分？ 何谓气溶胶 ？ 大气上界的高度？ 什么是气压？标准大气压？ 大气分层？ 太阳辐射光谱的主要组成？ 什么是太阳常数？ 什么是反照率？ 大气能源来源？ 什么是大气辐射？大气逆辐射？ 地球表面气温变化范围？ 什么是气温直减率？ 什么是逆温层？
2·雾淞和雨淞
雾淞是一种白色固体凝结物，由过冷雾滴附着于地
面物体或树枝迅速冻结而成，俗称“树挂”。多出
现于寒冷而湿度高的天气条件下。 雨淞是形成在地面或地物迎风面上的，透明的或毛 玻璃状的紧密冰层，俗称“冰凌”。 一般来说，形成雾凇的水滴比形成雨凇的水滴要小 得多，而且凝结的速度也快。更多的情况是雨凇多 为冷雨产生，雾凇多为雾产生。
用，如云层平均反射率达50—55％。
（一）太阳辐射
2、到达地面的太阳辐射 太阳总辐射=直接辐射和散射辐射
直接辐射
散射辐射：经大气散射后到达地面的部分。
（一）太阳辐射
3、地面对太阳辐射的反射
到达地面的总辐射一部分被地面吸收，另一部分被
反射。
反射部分占总辐射量的百分比称为反照率（r）。
（二） 大气能量及其保温效应
臭氧
含量很少，但能强烈吸收紫外线。 臭氧主要分布在10~50km高度的平 流层大气中，极大值在20~30km高 度之间--臭氧层
臭氧 臭氧层的破坏能引起一系列不利于人类的气候生物效 应，因而受到广泛关注。
南 极 臭 氧 洞
图中覆盖在南极上空如同红色水滴的就是就是卫星观测到的臭氧洞。 2000年9月3日南极上空的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里，超 出中国面积两倍以上，相当于美国领土面积的3倍。
2· 云 云是高空水气凝结现象。空气对流、锋面抬升、地 形抬升等作用使空气上升到凝结高度，就会形成云。 云有各式各样的外貌特征。
层积云
波状云1
波状云2
旗云（地形云）
UFO云 （地形云）
荚状云（地形云）
★ 卫 星 云 图
2· 云