大气科学概论知识梳理(大气基础知识)

大气科学概论知识梳理（大气的基本知识）

一、地球大气成分由三个部分组成

①干洁大气（即干空气）Clean Air 【没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气】② 水汽（滴）Moisture

③ 悬浮在大气中的固液态杂质Impurity 二、低层大气的各种主要成分

①氮气（N2）：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的

基本原料。

②氧气（O2 ）：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参加大气中的许多化学过程；对有机物质

的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。

③臭氧（O3 ）：时空变化：

最大值出现在春季，最小值出现在夏季。空间变化：

水平：由赤道向两极增加。

垂直：55～60km ，含量极少。

20～25km ，达最大值，形成臭氧层；12～15km 以上，含量增加特别显著；从10km 向上，逐渐增加；近地面，含量很少；

臭氧的作用：

a. 对紫外线有着极其重要的调控制作用。

b. 对高层大气有明显的增温作用。

④二氧化碳（CO2）空间变化：

水平：城市大于农村；垂直：0～20km ，含量最高；20km 以上，含量显著减少。

作用：

a. 绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。

b. 强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使地面保持较高的温度，产生“温室效应”。

三、水汽

① 来源：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。

② 时空变化：时间：夏季多于冬季空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。

③ 作用：

a. 在天气气候变化中扮演了重要角色。

b. 能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放出长波辐射，对大气起着“温室效应”。

四、大气中的杂质在大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和大气污染物质两大部分）。气溶胶的作用：

①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；

②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；

③降低大气透明度，影响大气能见度；

④ 充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。

五、气温、

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：

④百叶箱的设置条件：

1. 全为白色

2. 四周全为百叶

3. 离地面1.5m

4. 窗扇向北（因为太阳东升西落，以避免开窗时温度计受到阳光直接照射，使得温度计的读数失真）

六、气压 定义：单位面积上所承受到的整个空气柱的质量——大气的压强。实质：气压的大小决定于整个空气 柱质量的多少。 标准大气压：在纬度为 45 的海平面上，温度为 0℃时，所测得的水银柱高高为 760mm 的大气压强， 为一个标准大气压

（ 1atm ＝ 1013.25Pa ）。

单位： 1Pa=1N/m2 ，mb —毫巴， Pa —帕斯卡

1mb=100Pa=1hPa （百帕）；

1atm ＝ 101325Pa ＝ 1013.25mb=760mmHg

气压的垂直分布 由于大气层的厚度随高度的增高而变薄，空气密度也随高度增高而迅速减小，所以，气压随高度增高 而急剧

减小。

大气总质量：由于地表大气平均压力为 1个大气压，相当于每 cm 2 地球表面包围 103g 空气。地球总表 面积为 5.1×108km 2，

故大气总质量约为 5.2× 1015吨（5.2×1021g ），相当于地球总质量的 10-6 倍（百万分之 0.86）。

七、湿度

1、定义：表示大气中水汽量多少的物理量称大气湿度。

2、意义：大气湿度状况直接影响了云、雾、降水等天气现象的形成。

3、湿度的表示方法

水汽压 （e ）及饱和水汽压 （E ）：

水汽压（ e ）：水汽和其它气体一样也有压力，大气中水汽产生的那一部分压力。

单位： hPa （百帕 ）

饱和水汽压 （E ）：温度一定， 单位体积空气中的水汽含量是有一定限度， 空气达到

此限度时为饱和湿空气，饱和湿空气中的水汽所产生的那部分 压力，即最大水汽

压。

相对湿度（ f ）：表示空气中的实有水汽压（ e ）与同温度下饱和水气压（ E ）的百分比。

f=e/E *100% 意义：直接反映了空气距离饱和的程度。 f 越大，越接近饱和， 当达到

f =100%时，空气就达饱和状态，此时水汽就要开始凝结。

饱和差（ d ）：在一定温度下，饱和水汽压（ E ）与实际空气水汽压（ e ）之差。即： d=E-e 意义： d 越大，越不饱

和；

d=0，空气达饱和状态；

d > 0，说明不饱和； d < 0，过饱和。

比湿（ q ）：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）的比

值，q=m 水/（m 干+ m 水），其单位是 g/g 。

水汽混合比（γ /S ）：相对湿一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值称水汽混合比。

S=m 水/m 干，其单位是 g/g 。

露点（ T d ）：在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度。 意义：气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量越多，露点 越高，所以露点也是反映空气中水汽含量多少的物理量。在实际大气中，空 气常处于不饱和状态，此时露点要比气温低，即露点温度差（ T d -T ）< 0。

当 T d =T 时，空气饱和； 当 T d -T < 0 时，空气不饱和； 当 T d -T ≥ 0，空气过饱和。

八、降水

1．定义：指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等。

2．降水量：指降水落至地面后（固态降水则需经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚 的深度，单位为毫米

（ mm ）。 在高纬度地区冬季降雪多，还需测量雪深（从积雪表面到地面的垂直深度，单位： cm ）

和雪压（单位面积上的积雪重量，单位： g/cm 2）。

3．意义：降水量是表征某地气候干湿状态的重要要素，雪深和雪压还反映当地的寒冷程度。

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