农业气象学第一章大气

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。 紫外线H 从此地球上有了极微量O 并参与了生命的起源。 H2O+CO2 叶绿素 (CH2O)n+O2↑, 产生出更多的O 产生出更多的O2
O3的形成过程：O2 紫外线 O＋O ，O2＋O → O3 的形成过程： 闪电
汽车尾气
花粉 沙粒
海洋盐粒
三、大气污染
1.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（www.epa.gov/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。
颗粒物 10～20μg／ 10～20μg／ m3
中国目前采用的空气污染指数（API）分为五个等级： 一级，API≤50，空气质量优，多户外活动，呼吸清新空气； 二级，51≤API≤100，空气质量良好，可正常进行户外活动； 三级，101≤API≤150，为轻微污染；151≤API≤200，为轻度污染。 此时心脏病和呼吸系统疾病的患者应适当减少体力消耗和户外活动， 但对健康人无明显影响； 四级，201≤API≤300，为中度污染。此时老年人和心肺病患者应尽 量留在室内，健康人也应适当减少户外活动； 五级，API≥300，为重污染。此时除特殊需要，应尽量避免留在户 外。
2、平流层（臭氧 平流层（ 层在此层内） 层在此层内） 温度随高度的增 加而增加（ 加而增加（因臭 氧直接吸收太阳 紫外线） 紫外线） 3、中间层 、 4、热层（暖层） 、热层（暖层） 5、散逸层 、
高度
温度
山谷
第四节 大气与农业
一、大气成分与农业 二、大气状态与农业 三、大气污染与农业
练习作业
颗粒物 (PM10) CO O3 NO2 PbBiblioteka Baidu其化 合物
主要污染物在大气中的浓度(μg/g) 表1.3 主要污染物在大气中的浓度(μg/g)
组分 CO SO2 NOx 碳氢化合 物 清洁空气 ＜1 0.001～0.01 0.001～ 0.001～ 0.001～0.01 1×10-6 污染空气 5～200 0.02～2 0.02～ 0.01～ 0.01～0.5 1～20 组分 O3 CO2 清洁空气 0.001～ 0.001～0.06 310～330 310～ 污染空气 0.06～ 0.06～1 350～370 350～ 70～700μg／ 70～700μg／ m3
干洁大气
1. O3 为什么集中在2025km？ 2. O3能吸收紫外线中哪 些波段的辐射？ 3. N2、 O2、 CO2
CO2是光合作用的原料、呼吸作用的产物，也是 温室气体。 光 （CH2O）n＋O2↑ CO2＋H2O 叶绿素
2、水汽： 水汽：
源 、量、影响： 相变（change phase） 相变（change phase） 固体——液——汽 固体——液——汽 （吸热？放热？）
二、大气的垂直结构
描述大气 温度在垂直方 向的变化，常 采用垂直温度 梯度概念，简 称气温直减率， 用γ表示，并 规定：温度随 高度的升高而 降低为正值。
γ=－ΔT/ΔZ － Δ
γ数值正负的意义： 数值正负的意义： 数值正负的意义
γ＞0，表示气温随高度升而降→递减层结→大 气密度上大下小，下层空气上升，上层空气下 沉，产生对流，属于不稳定层结，有利于污染 物扩散； γ＜0，表示气温随高度的升高而升高→逆温层 结→大气密度上小下大，属于稳定层结，不利 于污染物扩散。阴天和早晨易产生逆温。 γ=0 表示气温随高度的升高基本不变，属于中 性层结。多发生在风速较大的阴天或多云天。
0～12级风等级表如下 ～ 级风等级表如下 级风等级表如下：
等级 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 名称 无风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风 飓风 风速范围 0.0～0.2 ～ 0.3～1.5 ～ 1.6～3.3 ～ 3.4～5.4 ～ 5.5～7.9 ～ 8.0～10.7 ～ 10.8～13.8 ～ 13.9～17.1 ～ 17.2～20.7 ～ 20.8～24.4 ～ 24.5～28.4 ～ 28.5～32.6 ～ ＞32.6 平均风速(m/s) 平均风速 0 1 2 4 7 9 12 16 19 23 26 31 ＞33
（4）用风向，风 ）用风向， 速描述 风指空气的水 平运动，是矢量 （向量），有方向 和速度。 风向指风的来 向，有16个方位的 风， 农业常用9个方 位：东、南、西、 北、东北、西北、 东南、西南和静风 Pollutants can migrate across state, regional, and national 。 boundaries resulting in co-mingled plumes.Wind can carry pesticides more than 1000 miles away (FAO, 1996).
农业气象实验时间表
星期一 一大节 (8:0010:00) 二大节 (10:0012:00 三大节 (1:303:30) 四大节 (3:305:30) 星期二 星期三 星期四 星期五 星期六 星期日
植095
植094
草081 植091
植092
植096 植093 植0910
植0911
植097 植099 植098
干生虫、湿生病 。
气溶胶粒子
来源：人工源和自然源 作用： A：有些气溶胶粒子还是大气中的污染物质。象对 人类危害较大的烟和粉尘，烟中的烟黑是致癌物质， 粉尘中有大量的镉、铬、铅等金属，以及许多有机 化合物，都对人体有一定的危害。 B：气溶胶粒子能充当水汽凝结核的作用。
对肺危害最大区 烟雾 水泥灰尘 煤烟 薄雾
2.对全球气候的影响 2.对全球气候的影响
（1）酸雨 （2）温室效应 （3）臭氧层遭破坏
3.大气污染防治 大气污染防治
(1)工业布局与减排 (2)煤烟型污染防治 (3)减少交通污染 (4)合理使用农药和化肥 (5)绿色植被和覆盖
第二节 大气的状态
气象学上，大气的物理性状主要以 气象要素和空气状态方程来描述。这些 表征大气状态（温度、体积和压强）和 大气性质/现象（风、云、雾、降水等） 的物理量称为气象要素（温、压、风、 湿等）。
第三节 大气的垂直结构
一、大气的垂直范围
通常说的“天”高度离地面只有10km的范围。在这个高度 之内，聚集着空气中绝大部分甚至几乎全部的水汽，风云雨 雪、气象万千的变化都发生在这里；在这个高度以上，空气 便很稀薄了，既没有蔚蓝色的天空，也没有漂浮的云彩；既 没有雨雪冰雹，也不见雷鸣电闪，这便是所谓的天顶了。 根据对空气密度 空气密度的测定，发现800km高空的空气已很稀 空气密度 薄，认为地球大气圈的厚度是800km； 经过对“极光 极光”光谱的分析，发现800km以上的空中仍有 极光 较少的空气，主要成分是氮原子和氧原子，因而确认地球大 气圈的厚度为1000～1200km； ～ 随着火箭和人造地球卫星的发射，探测技术又有了进一 步的提高，得出新的结论，地球大气层的上界位置大约在 3000km，再向上便进入了星际空间。
保护过去，揭示未来 保护过去， protecting the past, revealing the future
云的观测——十等份法和八等份法
晴（云量：0－2 成) 多云间阴（云量：6－7 成)
多云（云量：3－5 成) 阴（云量：8 成) 雨/雪
欧美将天空分成八等份，一个OKTA指八分之一天空。In meteorology, an okta is a unit of measurement used to describe cloud cover.
一、主要气象要素
（1）用温度表示大气冷暖程度 热量、积温。候均温稳定通过 ） 10℃、22℃的时间划分春夏秋冬四季。气候带划分指标：最热月 气温10℃为温带和寒带分界线，最冷月气温18℃为热带和温带分 界线。
（2）空气湿度表示大气干湿程度 ） 范围0～100%。
人体最适的是50～70%，
（3）降水是指从天空降落到地面的液态或固态水 包括雨、 ） 雪、冰雹等(mm)。降水量表示降雨/雪的多少。 降水量的划分（雨量等级为24h的降水量mm）： 日降水量≤0.1mm微量（雨）， 0.1～9.9mm为小雨， 日降水量≤2.4mm小雪， 10.0～24.9mm中雨， 2.5～5.0mm中雪， 25.0～49.9mm大雨 ＞5mm大雪。 50.0～99.9mm为暴雨， 100.0～199.9mm为大暴雨， ＞200mm特大暴雨； 高纬度地区冬季降雪多，还需测雪深(cm)和雪压(g/cm2) ，当雪深＞5cm时测雪压。降水量是表征某地干湿状态，雪深 和雪压反映当地的寒冷程度。
透光高积云
二、气体状态方程
通常用气温T、气压P、质量m和体积V 通常用气温T、气压P、质量m和体积V 等4个物理量来表示大气的物理状态。描述大 气中这几个量之间的关系式叫大气状态方程。 Pd 1.干空气状态方程 ρd = Rd T 2.水汽的状态方程 3.湿空气的状态方程
e ρw = RwT
e P = ρRd T 1 + 0.378 P
第一章
第一节 大气的组成 第二节 大气的状态
大气
第三节 大气的垂直结构 第四节 大气与农业
一、大气形成
一般认为，今天的地球大气是经过原生大气、 一般认为，今天的地球大气是经过原生大气、次生大气 原生大气 现代大气三个阶段演变而成的 三个阶段演变而成的。 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 ） 第一阶段：原生大气： B） 第二阶段：次生大气：二氧化碳、甲烷、氮、水汽、硫化氢和氨等 ） 第二阶段：次生大气：二氧化碳、甲烷、 水汽、 C） 第三阶段：现代大气：干洁大气（氮、氧、氩、二氧化碳等） 、水汽 ） 第三阶段：现代大气：干洁大气（ 二氧化碳等） 气溶胶粒子
Vh = V10 [0.233 + 0.656 lg (h + 4.75)]
Vh
为 h 米(m)高处风速， 10 为10m处风速。 V
（5）用云量、云状描述云的状况 ）用云量、 云量的观测：对云遮蔽天空的成数进行估计， 云量的观测：对云遮蔽天空的成数进行估计，将天空分 为10份，其中为云遮蔽的份数称为云量，一般目测，也有用 份 其中为云遮蔽的份数称为云量，一般目测， 红外辐射计对全天扫描测量是否有云，云量的多少。 红外辐射计对全天扫描测量是否有云，云量的多少。云形状 不同预示着未来天气变化趋势不同。 不同预示着未来天气变化趋势不同。
1、对流层： 对流层：
厚度：变化的（热胀冷缩） 厚度：变化的（热胀冷缩） 不同纬度、不同季节的规律如何？ 不同纬度、不同季节的规律如何？ 特点： 特点： 引力使3/4大气和几乎全部水汽集中在这层 因水汽使天气现象多样 此层对人类影响最大 （1）气温随高度的上升而降低： 平均为 -0.65℃/100m（因地面加热空气缘故） （2）空气具有强烈对流运动 （3）气象要素水平分布不均匀
表1.2 美国国家环境空气质量标准
一级标准 污染物 SO2 年均值80µg/m3(0.03ppm), 24h均值0.14ppm(≤1次/年) 24h均值150µg/m3(过去3年,≤1 次/年)，年均值50µg/m3 8h均值10µg/m3(9ppm)，1h均 值40µg/m3(35ppm) 1h均值35µg/m3(0.12ppm),8h均 值0.08ppm 年均值100µg/m3(0.053ppm) 季均值1.5µg/m3 3h最大 1300µg/m3(0.5ppm， ≤1次/年) 与一级标准相同 无二级标准 与一级标准相同 与一级标准相同 与一级标准相同 二级标准