大气科学概论-第二讲(大气的基本知识)课件.ppt
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- 大气 科学 概论 第二 基本知识 课件
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1、大气科学导论大气科学导论第一讲 概述第二讲 大气的基本知识第三讲 大气运动的基本规律第四讲 关于气团和锋的介绍第五讲 气旋与反气旋(热带气旋)第六讲 海气相互作用的产物厄尔尼诺第七讲 天气预报简介第八讲 气候变化与全球变暖课程内容课程内容第二讲第二讲 大气科学的基本知识大气科学的基本知识2.1 大气的组成大气的组成2.2 大气的基本物理性质2.3 大气的垂直结构大气的垂直结构 干洁大气(即干空气)干洁大气(即干空气)Clean Air 水汽水汽 Moisture 悬浮在大气中的固液态杂质悬浮在大气中的固液态杂质 Impurity 地球大气由三个部分组成地球大气由三个部分组成 : :低层大气的主
2、要成分低层大气的主要成分干洁大气的定义:干洁大气的定义:除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体质粒以外的整个混合气体。质粒以外的整个混合气体。干洁大气的成分变化:干洁大气的成分变化:l 氮气氮气(N2): 存在方式:以蛋白质的形式存在于有机体中。存在方式:以蛋白质的形式存在于有机体中。 作用:作用:是有机体的基本组成部分,也是合成氮肥是有机体的基本组成部分,也是合成氮肥的基本原料。的基本原料。 l 氧气氧气(O2): 是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体;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;积极参加大气中的许多化学
3、过程; 对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。 时空变化:时空变化: 时间变化:时间变化:最大值出现在春季,最小值出现在夏季。最大值出现在春季,最小值出现在夏季。 空间变化:空间变化:水平:水平:由赤道向两极增加。由赤道向两极增加。垂直:垂直: 5560km,含量极少。,含量极少。 2025km,达最大值,形成臭氧层;,达最大值,形成臭氧层; 1215km以上,含量增加特别显著;以上,含量增加特别显著; 从从10km向上,逐渐增加;向上,逐渐增加; 近地面,含量很少;近地面,含量很少; 这幅图显示的是臭氧这幅图显示的是臭氧洞。洞。1986年,南
4、极的年,南极的臭氧量仅是臭氧量仅是30年前的年前的一半。一半。1988年,曾发现北半年,曾发现北半球上空臭氧层已比球上空臭氧层已比20年前要薄年前要薄3%。这种变。这种变化足以使皮肤癌的病化足以使皮肤癌的病例增加。例增加。 臭氧能够臭氧能够吸收吸收紫外线,紫外线,减少减少生物直接遭受紫生物直接遭受紫外外线线的照射,的照射,陆地陆地上上的生物便能在此一的生物便能在此一保保护伞护伞下,下,顺利顺利的生的生长长与繁殖与繁殖。 对紫外线有着极其重要的调控制作用。对紫外线有着极其重要的调控制作用。 对高层大气有明显的增温作用。对高层大气有明显的增温作用。生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的生物的呼吸、
5、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧和分解、火山喷发作用等。燃烧和分解、火山喷发作用等。时间变化:时间变化:a) 白天、晴天、夏季时的浓度小于黑夜、白天、晴天、夏季时的浓度小于黑夜、阴天、冬季。阴天、冬季。b) 工业革命前小于工业革命后。工业革命前小于工业革命后。空间变化:空间变化:水平:城市大于农村水平:城市大于农村垂直:垂直: 020km,含量最高;,含量最高; 20km以上,含量显著减少。以上,含量显著减少。 CO2的作用:的作用: 绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。 强烈吸收长波辐射(地面辐射、大气辐射),强烈吸收长波辐射(地面辐射、大气辐射),使地面保
6、持较高的温度,产生使地面保持较高的温度,产生“温室效应温室效应”。温室效应模式图温室效应模式图Greenhouse effect14主要来自江、河、湖、海、潮湿陆主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。 时间:时间:夏季多于冬季夏季多于冬季 空间:一般低纬多于高纬,下层多于上层。空间:一般低纬多于高纬,下层多于上层。 在天气气候变化中扮演了重要角色。在天气气候变化中扮演了重要角色。 能强烈能强烈吸收吸收地面放射的长波辐射并向地面和周地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放出长波辐射,围大气放出长波辐射,对大气起着对大气起着“温室效应温室效应”
7、。在大气中悬浮着的各种固体和液体微粒(包括气溶胶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)。粒子和大气污染物质两大部分)。 l 定义:大气中沉降速率极小、尺度在定义:大气中沉降速率极小、尺度在10-4m到到100m 之间的固态和液态微粒。之间的固态和液态微粒。l 分类:液体质粒、固体质粒分类:液体质粒、固体质粒l 固体质粒的来源:固体质粒的来源:有机质数量较少,大多为植物花粉、有机质数量较少,大多为植物花粉、微生物和细菌等;微生物和细菌等;l 无机质数量较多,主要来源于:尘粒、烟粒、海洋中无机质数量较多,主要来源于:尘粒、烟粒、海洋中浪花飞溅的盐粒,流星飞逝后留
8、下的灰烬,火山尘埃等。浪花飞溅的盐粒,流星飞逝后留下的灰烬,火山尘埃等。l 定义:定义: 由于人类活动或自然过程,使局部、甚至由于人类活动或自然过程,使局部、甚至全球范围的大气成分发生对生物界有害的变化。全球范围的大气成分发生对生物界有害的变化。l 分布:分布: 空间空间垂直:主要集中在垂直:主要集中在3km以下的低层大气中。以下的低层大气中。水平:水平:城市多,农村少;陆地多,海洋少;城市多,农村少;陆地多,海洋少; 时间:时间:冬季多,夏季少;清晨和夜间多,午后少。冬季多,夏季少;清晨和夜间多,午后少。 火山爆发、风吹扬沙和沙尘暴、雷击火山爆发、风吹扬沙和沙尘暴、雷击森林失火等。森林失火等
9、。工业和交通上煤炭、石油、天然气的使工业和交通上煤炭、石油、天然气的使用,农业上化肥、农药的喷施,生活上制冷用,农业上化肥、农药的喷施,生活上制冷采暖的排放与泄漏等。采暖的排放与泄漏等。 PM2.5是指大气中直径小于或等于是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗微米的颗粒物,也称为粒物,也称为可入肺颗粒物可入肺颗粒物。它的直径还不到它的直径还不到人的头发丝粗细的人的头发丝粗细的1/20。虽然虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比,与较粗的大气颗粒物相比,P
10、M2.5粒径小,富粒径小,富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。境质量的影响更大。21第二节第二节 大气的基本物理性质大气的基本物理性质在气象学上,大气的物理性状主要以气象要素和空气状态方程来表征。一、主要气象要素一、主要气象要素气象要素是指表示大气属性和大气现象的物理量,如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量、能见度等等。 气温气温 气压气压 湿度湿度 降水降水 风风 云量云量 能见度能见度主要气象要素1、定义:表示大气冷热程度的物理量,反映一定
11、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2123、单位换算:一、气温(Temperature)oo5(32)9CFo273.15KCoo9325FCoo5(32)9CFo273.15KCoo9325FC百叶箱的设置条件:1. 全为白色2. 四周全为百叶 3. 离地面1.5m4.窗扇向北(因为太阳东 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)1、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。2、标准大气压:在纬度为45
12、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(1atm1013.25Pa)。3、单位:1Pa=1N/m2,mb毫巴,Pa帕斯卡 1mb=100Pa=1hPa(百帕); 1atm101325Pa1013.25mb=760mmHg二、气压(Pressure)水银气压计气压的垂直分布 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。1、定义:表示大气中水汽量多少的物理量称大气湿度。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。三、湿度(Humidity)水汽压 (e ) 及饱和水汽压 ( E )
13、 相对温度(f )饱和差(d)比湿(q)水汽混合比() 露点(Td)湿度表示方法湿度表示方法水汽压(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。水汽含量水汽含量,水汽压水汽压e e单位:单位:hPa水汽压及饱和水汽压饱和水汽压(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。饱和水汽压(饱和水汽压(E)saturation vapour pressure定义:定义:饱和湿空气中水汽的分压强。饱和湿空气中水汽的分压强。影响因子:影响因子:温度温度 T E 饱和差饱和差(
14、d):在一定温度下,饱和水汽压(E)与实际空气水汽压(e)之差称饱和差(d)。即:d=E-e意义意义:饱和差(d) 表示实际空气距离饱和的程度。d越大,越不饱和;d=0,空气达饱和状态;d 0,说明不饱和;d0,过饱和。d定义:同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。定义:同一温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。d=E-e,反映,反映空气的潮湿程度。空气的潮湿程度。影响因子:影响因子:温度不变,温度不变,E不变:水汽含量不变:水汽含量 e d水汽含量不变,水汽含量不变,e不变:温度不变:温度 E d温度、水汽含量温度、水汽含量相对湿度相对湿度(f):表示空气中的实有水汽压(e)与同温度下饱和水气压
15、(E)的百分比。即:f=e/E 100%意义意义:相对湿度(f)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。定义:定义: 空气的实际水汽压与同温度下的饱空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。和水汽压的百分比值。100%efE含义:反映空气的潮湿程度含义:反映空气的潮湿程度温度不变,温度不变,E不变:水汽含量不变:水汽含量 ,e, f水汽含量不变,水汽含量不变,e不变:温度不变:温度, E, f 比湿和水汽混合比比湿(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,称比湿。即:q=
16、m水/(m干+ m水),其单位是g/g。水汽混合比(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。,wwwwddmmmqSammmV露点露点(露点(Td):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, 称为露点温度,简称露点。含义: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(Td-T)0。当Td=T时,空气饱和;当Td-T0时,空气不饱和;当Td-T0,空气过饱和。露点温度露点温度(
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