第1章大气基本特征
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第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.2 大气的垂直结构
1.2.3 中间层
➢ 定义：自平流层顶到85Km左右的大气层; 特点： ➢ ① 温度随高度迅速下降（原因主要是无臭氧吸收太阳紫外线，
Wind Wind
• 海洋过程
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
Leabharlann Baidu
1.1 大气的成分
1.1.3 固态/液态粒子
➢ 定义：悬浮在空气中的固体或液体微粒，主要包括尘埃、烟粒、 细菌、病毒、花粉和微小盐粒等，亦称为气溶胶（aerosol）粒子。
➢ 来源和分布：火山喷发、风、海浪飞溅、生物过程、流星燃烧及 人类活动（如燃烧物质排放至空气中的大量烟粒等）。它们多集 中于大气的底层；
➢ 主要特征： （1）气温t随高度z增加而下降，气温直减率γ= -dt/dz = 0.65°C/100m； （2）具有强烈的对流运动和湍流运动； （3）气象要素在水平方向上分布很不均匀，形成气团和锋； （4）垂直方向分为摩擦层或行星边界层（厚1km~2km）和自由大气
（1km~ 2km以上）。
第1章大气基本特征
第1章大气基本特征
主要成分
表1·1大气的气体组成成分
次要成分
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.1 大气的成分
1.1.1 干空气
*二氧化碳： 含量低、变化大，是最主要的温室气体。来源为火山喷发、有机
物燃烧、腐烂及动植物的呼吸等，分布在20km高度以下，含量随季 节、地点和昼夜而变，平均含量0.03%，工业区可达0.06%~ 0.07%。 -----温室效应(Greenhouse effect)：
第1章 大气的基本特征
气象学与气候学
大气圈（Atmosphere）：由于地球引力作用而聚集在地球 周围的气体物质，亦称大气层或大气圈，其底部即地球表面 则为“下垫面”。 1.1 大气的成分 1.2 大气的垂直结构 1.3 大气的状态方程 1.4 大气的静力学方程及其应用 1.5 基本气象要素 思考题
自由大气
行星边界层
对流层结构
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.2 大气的垂直结构
1.2.2 平流层
➢ 定义：自对流层顶到大约55Km左右的大气层； ➢ 特点：
①气温随高度递增（最初变化较慢，到20-25Km气温突增，主要是 臭氧吸收太阳紫外线）。
②空气的垂直运动比较弱，主要是水平运动，故气层稳定。 ③水汽含量少。
第1章 大气的基本特征
大气总质量约5.3×1015t，其中50％集中在5.5km高度内，36km 以上只占大气总质量的1％。大气圈上界与星际空间之间很难用一个 “分界面”把它们截然分开。通常以大气中极光是出现的高度确定为 大气的上界，约为1200km；若以接近于星际的气体密度的高度来估 计大气的上界。按照人造卫星探测资料推算，这个上界大约在2000~ 3000km高度上。
➢ 特点：大多成为水汽凝结核，对云、雾的形成起重要作用。同时 固体微粒能散射、漫射和吸收一部分太阳辐射，也能减少地面长 波辐射的外逸，对地面和空气温度有一定影响，并会使大气的能 见度变坏。
大气中的粒子，及一氧化碳、氨、二氧化硫、硫化氢及臭氧等被
称为大气污染物。
第1章大气基本特征
1.2 大气的垂直结构
二氧化碳等温室气体对太阳（短波）辐射吸收很少（尤其是可见 光几乎全部通过大气层到达地面），但对地面（长波）辐射能强烈吸 收，然后向地面和周围发出长波大辐气射，从而对地面产生保暖效应。
地面
第1章大气基本特征
大气辐射 地面辐射
太阳辐射
第1章 大气的基本特征
1.1 大气的成分
1.1.1 干空气
**臭氧： ➢ 含量：很低、易变； ➢ 来源：①高层大气由太阳紫外线产生光化学作用，使氧分子分解
为氧原子，再与氧分子结合而成；②低层大气通过有机物氧化、 雷暴闪电及光化学反应等作用形成。 ➢ 分布：近地面很少，从10km向上逐渐增加，到20km~25km达到最 大值，形成所谓的臭氧层（Ozone layer）,再向上由逐渐减少，至 55km~60km已微不足道。水平方向上，由赤道向两极逐渐增加， 季节上，春季最大、夏季最小。 ➢ 作用：高层吸收紫外线，使大气升温；近地面则对生物有害。
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.1 大气的成分
1.1.1 干空气
地球低空大气是由干空气、水汽及浮悬的固态/液态粒子组成。 定义：不含固态、液态微粒和水汽的大气称为干洁空气，简称干空 气（dry air）。 组成： ➢主要成分：氮（N2）、氧（O2）和氩（Ar），占99.96％，其中， 氮是生命体的基本成分，氧是生命过程必需的，也决定着燃烧、腐烂 和分解过程，氩则为惰性气体。 ➢次要成分：包括二氧化碳*、臭氧**及氢、氖、氦、氪、氡等稀有 气体，其中，二氧化碳是主要温室气体（greenhouse gas）。
第1章大气基本特征
臭氧层
对流层臭氧
臭氧垂直分布 第1章大气基本特征
平流层臭氧形成机制
第1章大气基本特征
对流层臭氧形成机制
NO CxHy
CO2
CO
NO2
O O2 O3 NO
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.1 大气的成分
1.1.2 水 汽
水汽：在自然界的温度和压力下唯一能发生相变的成分。 ➢ 来源：地球表面（海洋）水分的蒸发，然后随上升气流向上输送。 ➢ 含量：变化较大（0~4%），水汽垂直分布范围只在1020km以下。 ➢ 特点：具有固、气、液三态，常温下发生相变的唯一大气成分，
相变过程中吸收和放出潜热能，同时能强烈吸收和放出长波辐射， 对地面和空气温度影响极大。是云、雾、霜、雨和雪等常见天气 现象产生的先决条件。 ➢ 分布：①夏季多于冬季；②低纬度多于高纬度、海面多于陆面； ③随高度增加而减少，主要分布于2~3km以内。
第1章大气基本特征
• 天气现象 • 海气相互作用
Clouds
根据气温垂直分布等，大气分为：对流层、平流层、中间层、热 层和散逸层。
第1章大气基本特征
热层 中间层 平流层 对流层
大气第1层章大垂气基直本特结征 构
第1章 大气的基本特征
1.2 大气的垂直结构
1.2.1 对流层
➢ 定义：从地面至约12km高的大气层。其下垫面为地面，上界高度 随纬度和季节而变。集中了大气质量的80％和全部水汽，云、雾、 雨、雪等也都发生于其中。
第1章 大气的基本特征
1.2 大气的垂直结构
1.2.3 中间层
➢ 定义：自平流层顶到85Km左右的大气层; 特点： ➢ ① 温度随高度迅速下降（原因主要是无臭氧吸收太阳紫外线，
Wind Wind
• 海洋过程
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
Leabharlann Baidu
1.1 大气的成分
1.1.3 固态/液态粒子
➢ 定义：悬浮在空气中的固体或液体微粒，主要包括尘埃、烟粒、 细菌、病毒、花粉和微小盐粒等，亦称为气溶胶（aerosol）粒子。
➢ 来源和分布：火山喷发、风、海浪飞溅、生物过程、流星燃烧及 人类活动（如燃烧物质排放至空气中的大量烟粒等）。它们多集 中于大气的底层；
➢ 主要特征： （1）气温t随高度z增加而下降，气温直减率γ= -dt/dz = 0.65°C/100m； （2）具有强烈的对流运动和湍流运动； （3）气象要素在水平方向上分布很不均匀，形成气团和锋； （4）垂直方向分为摩擦层或行星边界层（厚1km~2km）和自由大气
（1km~ 2km以上）。
第1章大气基本特征
第1章大气基本特征
主要成分
表1·1大气的气体组成成分
次要成分
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.1 大气的成分
1.1.1 干空气
*二氧化碳： 含量低、变化大，是最主要的温室气体。来源为火山喷发、有机
物燃烧、腐烂及动植物的呼吸等，分布在20km高度以下，含量随季 节、地点和昼夜而变，平均含量0.03%，工业区可达0.06%~ 0.07%。 -----温室效应(Greenhouse effect)：
第1章 大气的基本特征
气象学与气候学
大气圈（Atmosphere）：由于地球引力作用而聚集在地球 周围的气体物质，亦称大气层或大气圈，其底部即地球表面 则为“下垫面”。 1.1 大气的成分 1.2 大气的垂直结构 1.3 大气的状态方程 1.4 大气的静力学方程及其应用 1.5 基本气象要素 思考题
自由大气
行星边界层
对流层结构
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.2 大气的垂直结构
1.2.2 平流层
➢ 定义：自对流层顶到大约55Km左右的大气层； ➢ 特点：
①气温随高度递增（最初变化较慢，到20-25Km气温突增，主要是 臭氧吸收太阳紫外线）。
②空气的垂直运动比较弱，主要是水平运动，故气层稳定。 ③水汽含量少。
第1章 大气的基本特征
大气总质量约5.3×1015t，其中50％集中在5.5km高度内，36km 以上只占大气总质量的1％。大气圈上界与星际空间之间很难用一个 “分界面”把它们截然分开。通常以大气中极光是出现的高度确定为 大气的上界，约为1200km；若以接近于星际的气体密度的高度来估 计大气的上界。按照人造卫星探测资料推算，这个上界大约在2000~ 3000km高度上。
➢ 特点：大多成为水汽凝结核，对云、雾的形成起重要作用。同时 固体微粒能散射、漫射和吸收一部分太阳辐射，也能减少地面长 波辐射的外逸，对地面和空气温度有一定影响，并会使大气的能 见度变坏。
大气中的粒子，及一氧化碳、氨、二氧化硫、硫化氢及臭氧等被
称为大气污染物。
第1章大气基本特征
1.2 大气的垂直结构
二氧化碳等温室气体对太阳（短波）辐射吸收很少（尤其是可见 光几乎全部通过大气层到达地面），但对地面（长波）辐射能强烈吸 收，然后向地面和周围发出长波大辐气射，从而对地面产生保暖效应。
地面
第1章大气基本特征
大气辐射 地面辐射
太阳辐射
第1章 大气的基本特征
1.1 大气的成分
1.1.1 干空气
**臭氧： ➢ 含量：很低、易变； ➢ 来源：①高层大气由太阳紫外线产生光化学作用，使氧分子分解
为氧原子，再与氧分子结合而成；②低层大气通过有机物氧化、 雷暴闪电及光化学反应等作用形成。 ➢ 分布：近地面很少，从10km向上逐渐增加，到20km~25km达到最 大值，形成所谓的臭氧层（Ozone layer）,再向上由逐渐减少，至 55km~60km已微不足道。水平方向上，由赤道向两极逐渐增加， 季节上，春季最大、夏季最小。 ➢ 作用：高层吸收紫外线，使大气升温；近地面则对生物有害。
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.1 大气的成分
1.1.1 干空气
地球低空大气是由干空气、水汽及浮悬的固态/液态粒子组成。 定义：不含固态、液态微粒和水汽的大气称为干洁空气，简称干空 气（dry air）。 组成： ➢主要成分：氮（N2）、氧（O2）和氩（Ar），占99.96％，其中， 氮是生命体的基本成分，氧是生命过程必需的，也决定着燃烧、腐烂 和分解过程，氩则为惰性气体。 ➢次要成分：包括二氧化碳*、臭氧**及氢、氖、氦、氪、氡等稀有 气体，其中，二氧化碳是主要温室气体（greenhouse gas）。
第1章大气基本特征
臭氧层
对流层臭氧
臭氧垂直分布 第1章大气基本特征
平流层臭氧形成机制
第1章大气基本特征
对流层臭氧形成机制
NO CxHy
CO2
CO
NO2
O O2 O3 NO
第1章大气基本特征
第1章 大气的基本特征
1.1 大气的成分
1.1.2 水 汽
水汽：在自然界的温度和压力下唯一能发生相变的成分。 ➢ 来源：地球表面（海洋）水分的蒸发，然后随上升气流向上输送。 ➢ 含量：变化较大（0~4%），水汽垂直分布范围只在1020km以下。 ➢ 特点：具有固、气、液三态，常温下发生相变的唯一大气成分，
相变过程中吸收和放出潜热能，同时能强烈吸收和放出长波辐射， 对地面和空气温度影响极大。是云、雾、霜、雨和雪等常见天气 现象产生的先决条件。 ➢ 分布：①夏季多于冬季；②低纬度多于高纬度、海面多于陆面； ③随高度增加而减少，主要分布于2~3km以内。
第1章大气基本特征
• 天气现象 • 海气相互作用
Clouds
根据气温垂直分布等，大气分为：对流层、平流层、中间层、热 层和散逸层。
第1章大气基本特征
热层 中间层 平流层 对流层
大气第1层章大垂气基直本特结征 构
第1章 大气的基本特征
1.2 大气的垂直结构
1.2.1 对流层
➢ 定义：从地面至约12km高的大气层。其下垫面为地面，上界高度 随纬度和季节而变。集中了大气质量的80％和全部水汽，云、雾、 雨、雪等也都发生于其中。