大气科学基础(全套课件104P).ppt

1、大气科学概论一、什么是大气科学？一、什么是大气科学？春雨贵如油“泰坦尼克号泰坦尼克号”海难海难大气科学概论一、什么是大气科学？大气科学：大气科学：研究地球大气结构、组成、物理现象、化学研究地球大气结构、组成、物理现象、化学反应、运动规律及其他问题的科学。反应、运动规律及其他问题的科学。大气科学概论二、研究对象及研究基本内容研究对象研究对象：主要是大气圈，包括部分岩石圈、水圈、生物：主要是大气圈，包括部分岩石圈、水圈、生物圈。圈。研究基本内容研究基本内容：（1）地球大气的一般特征；）地球大气的一般特征；（2）大气现象发生、发展的能量来源，性质及其转化；）大气现象发生、发展的能量来源，性质及其转化

2、；（3）解释大气现象，研究其发生、发展规律；）解释大气现象，研究其发生、发展规律；（4）如何利用这些现象预测、控制和改造自然。）如何利用这些现象预测、控制和改造自然。大气科学概论三、研究特点1 1、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑；、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑；各圈层各圈层相互作用相互作用大气圈大气圈生物圈生物圈岩石圈岩石圈水圈水圈大气科学概论三、研究特点1 1、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑；、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑；2 2、大自然是大气科学研究的实验基地，需实测与理论相结、大自然是大气科学研究的实验基地，需实测与理论相结合；

3、合；3 3、国际合作是推动大气科学发展的必要途径。、国际合作是推动大气科学发展的必要途径。大气科学概论四、发展概况 17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是直觉的、经验性的直觉的、经验性的。 1718世纪，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入世纪，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入了可以了可以定量分析的阶段定量分析的阶段。 1820年，年，H.W.布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开创了创了近代天气分析和天气预报法近代天气分析和天气预报法。 1835年科里奥利力的概念和年科里奥利力的概念和1857年风

4、和气压的关系，成年风和气压的关系，成为地球为地球大气动力学和天气分析的基石。大气动力学和天气分析的基石。 大气科学概论四、发展概况 19201920年前后，锋面、气旋和气团学说，为年前后，锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预天气分析和预报报1 12 2天以后的天气变化奠定了理论基础。天以后的天气变化奠定了理论基础。 17831783年，法国年，法国J.A.C.J.A.C.查理制成了携带探测气象要素仪器查理制成了携带探测气象要素仪器的氢气气球。的氢气气球。2020世纪世纪3030年代无线电探空仪开始普遍使用，年代无线电探空仪开始普遍使用，真正三度空间的大气科学研究从此开始真正三度空间的大气科学研

5、究从此开始。 19391939年气象学家年气象学家C.-G.C.-G.罗斯比提出了长波动力学，并由此罗斯比提出了长波动力学，并由此引出了位势涡度理论，引出了位势涡度理论，使天气预报期限延伸到使天气预报期限延伸到3 34 4天，天，为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道路。路。 大气科学概论四、发展概况 19461946年年 “ “播云播云”试验，探明了在过冷云中播撒固体二氧试验，探明了在过冷云中播撒固体二氧化碳或碘化银化碳或碘化银, ,可以使云中的过冷水滴冰晶化，增加云中可以使云中的过冷水滴冰晶化，增加云中的冰晶数目，促进降水，从此的冰

6、晶数目，促进降水，从此进入了人工影响天气的试进入了人工影响天气的试验阶段。验阶段。 现代科学技术在气象学中的应用，其研究范畴日益扩展。现代科学技术在气象学中的应用，其研究范畴日益扩展。广泛运用高速电子计算机和气象卫星，是这个时期最重广泛运用高速电子计算机和气象卫星，是这个时期最重要的标志。主要特点表现为：要的标志。主要特点表现为：大规模的观测实验；对大大规模的观测实验；对大气物理现象进行数值试验；把大气作为一个整体进行研气物理现象进行数值试验；把大气作为一个整体进行研究；气候学领域的科学革命。究；气候学领域的科学革命。 大气科学概论五、大气科学的分支传统上传统上分为气象学、气候学和高层大气物理

7、学分为气象学、气候学和高层大气物理学3 3个领域。个领域。近年主要分支学科近年主要分支学科：大气探测、气候学、天气学、动力气象：大气探测、气候学、天气学、动力气象学、大气物理学、大气化学、人工影响天气、应用气象学学、大气物理学、大气化学、人工影响天气、应用气象学等。等。天气学，大气动力学，边界层物理学天气学，大气动力学，边界层物理学生态学生态学物理化学物理化学大气辐射学大气辐射学云雨物理化学云雨物理化学生物地球化学，微生物学生物地球化学，微生物学边界层物理学边界层物理学云雨物理化学云雨物理化学大气科学概论第一章 大气概述1 地球系统2 地球大气的成分3 大气的重要性4 主要气象要素5 空气状态

8、方程6 大气垂直结构7 气压场分布特征大气科学概论1 地球系统一、何为地球系统？一、何为地球系统？二、地球大气是如何二、地球大气是如何演变的？演变的？1 .1 地球系统1 .1 地球系统1、岩石圈岩石圈：地壳和上地幔顶部地壳和上地幔顶部2、水圈水圈：海洋、河流、湖泊、沼：海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大泽、冰川、积雪、地下水和大气圈中的水气圈中的水3、生物圈生物圈：植物、动物、人类及：植物、动物、人类及有生物存在的部分有生物存在的部分4、大气圈大气圈：包围地球表面，厚度包围地球表面，厚度为为10001000公里的大气层公里的大气层大气与地表及其与宇宙空大气与地表及其与宇宙空间的能

9、量交换形成多姿多间的能量交换形成多姿多彩的天气和气候的变化彩的天气和气候的变化 大气科学概论1.2 地球大气的演变问题：问题：传统的太阳系传统的太阳系“九大行星九大行星”概念为何如今要概念为何如今要被被 重新定义，而冥王星又因何被重新定义，而冥王星又因何被“降级降级”？行星：行星：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。星。 矮行星：

10、矮行星：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清除其轨道附近其他物体的天体。除其轨道附近其他物体的天体。 成员包括冥王星和谷神星等。成员包括冥王星和谷神星等。太阳系小天体：太阳系小天体：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的物体。物体。 太阳系家谱太阳系家谱大气科学概论 形成形成初期都应以轻元素为主，后来由于各自的条件（距初期都应以轻元素为主，后来由于各自的条件（距太阳远近、行星尺度及公转和自转周期等）不同，经几太阳远近、行星尺度及公转和自转周期等）不同，经几十亿年演化，形成了现在各自不同的大气。十亿年演化，

11、形成了现在各自不同的大气。 内行星：水星无大气，内行星：水星无大气， 金星、火星以金星、火星以CO2为主（为主（地球例外地球例外） 外行星：仍以外行星：仍以H、He、CH4等原始大气成分为主。等原始大气成分为主。（木、（木、土、天、海、冥）土、天、海、冥）问题：为什么地球成分例外？问题：为什么地球成分例外？ 1 1、行星大气特征、行星大气特征大气科学概论2、地球大气演化、地球大气演化必须把大气看成是地球组合系统的一部分必须把大气看成是地球组合系统的一部分(1) 地球大气演化的三个阶段：地球大气演化的三个阶段：原始大气原始大气：地球形成初期，以：地球形成初期，以H2，He和和CO为主为主次生大气

12、次生大气：4520亿年前，以亿年前，以CO2，CH4，NH3和和H2O等等 为主为主现代大气现代大气：以：以N2和和O2为主为主(2) 地球大气地球大气O2的来源？的来源？a、水汽被太阳紫外辐射的光致离解，能产生千分之一水汽被太阳紫外辐射的光致离解，能产生千分之一的氧的氧b、植物的光合作用、植物的光合作用6亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一，即第一关亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一，即第一关键浓度。键浓度。高空臭氧浓度明显增加，使生命能到达水面。高空臭氧浓度明显增加，使生命能到达水面。 4亿年前，达到十分之一，亿年前，达到十分之一，高空大气形成的臭氧层高空大气形成的臭氧层 。大量植物缓慢由海

13、洋向陆地推进。大量植物缓慢由海洋向陆地推进。 接受愈来愈多接受愈来愈多的可见光的可见光愈来愈丰富愈来愈丰富植物生命植物生命光合作用光合作用愈来愈多氧愈来愈多氧 愈来愈少的愈来愈少的紫外辐射紫外辐射 最终光合作用和最终光合作用和动植物的呼吸及动植物的呼吸及死亡达到平衡死亡达到平衡（3 3）地球大气）地球大气N N2 2的来源的来源？ 还有待进一步研究！还有待进一步研究！（4 4）生命的出现和地球大气的演化之间的关系）生命的出现和地球大气的演化之间的关系 生命的出现与适当的日地距离（液态水的存在）有关。生命的出现与适当的日地距离（液态水的存在）有关。 生命的出现反过来又进一步改变了地球大气的成分。

14、生命的出现反过来又进一步改变了地球大气的成分。大气科学概论第一章 大气概述1 地球系统2 地球大气的成分地球大气的成分3 大气的重要性4 主要气象要素5 空气状态方程6 大气垂直结构7 气压场分布特征大气科学概论2 地球大气的成分2.1 干洁大气干洁大气2.2 水汽水汽2.3 气溶胶气溶胶大气科学概论2.1 干洁大气 干洁大气：干洁大气：指不含水汽和悬浮颗粒物的大气，其平均分子量为28.964kg/kmol。1、大气的组成分类、大气的组成分类2、O2的作用3、N2的作用4、CO2的来源及作用5、O3的来源及作用大气科学概论（1）大气成分浓度表示法）大气成分浓度表示法a、绝对量法绝对量法体积质量

15、，单位为体积质量，单位为mg/m3，g/m3等，表示大等，表示大气中气溶胶的浓度，但进行数值比较时要考虑大气状态。气中气溶胶的浓度，但进行数值比较时要考虑大气状态。1、大气的组成分类：大气科学概论（1）大气成分浓度表示法）大气成分浓度表示法a、绝对量法绝对量法体积质量，单位为体积质量，单位为mg/m3，g/m3等，表示大等，表示大气中气溶胶的浓度，但进行数值比较时要考虑大气状态。气中气溶胶的浓度，但进行数值比较时要考虑大气状态。b、相对量法相对量法，单位为，单位为ppm，ppb，ppt等，若表示该成分的等，若表示该成分的质量占整个大气总质量的份数，即质量百分比质量占整个大气总质量的份数，即质量

16、百分比m，若表示，若表示该成分的体积占整个大气总体积的份数，即体积百分比该成分的体积占整个大气总体积的份数，即体积百分比v。1、大气的组成分类：9101ppb12101ppt 一百万分之一（一百万分之一（Parts Per Million） 十亿分之一十亿分之一 一万亿分之一一万亿分之一6101ppm大气科学概论（2） 按浓度分类：按浓度分类：主要成分：浓度为百分之几，主要成分：浓度为百分之几，1、大气的组成分类：地球大气气体的组成地球大气气体的组成大气科学概论（2） 按浓度分类：按浓度分类：主要成分：浓度为百分之几，如主要成分：浓度为百分之几，如N2，O2，Ar。微量成分：浓度在微量成分：浓

17、度在1ppmv到到1%，1、大气的组成分类：地球大气气体的组成地球大气气体的组成大气科学概论（2） 按浓度分类：按浓度分类：主要成分：浓度为百分之几，如主要成分：浓度为百分之几，如N2，O2，Ar。微量成分：浓度在微量成分：浓度在1ppmv到到1%，如，如CO2， CH4， He ，Ne，Kr，H2O 。痕量成分：浓度在痕量成分：浓度在1ppmv以下，以下，1、大气的组成分类：地球大气气体的组成地球大气气体的组成大气科学概论（2） 按浓度分类：按浓度分类：主要成分：浓度为百分之几，如主要成分：浓度为百分之几，如N2，O2，Ar。微量成分：浓度在微量成分：浓度在1ppmv到到1%，如，如CO2，

18、 CH4， He ，Ne，Kr，H2O 。痕量成分：浓度在痕量成分：浓度在1ppmv以下，如以下，如H2，O3，Xe，NOX ，NH3，SO2，CO，人为污染气体人为污染气体等。等。1、大气的组成分类：大气科学概论（3）按生命时间分类：）按生命时间分类：准定常成分：寿命在准定常成分：寿命在1000年以上。年以上。可变成分：寿命在几年到十几年。可变成分：寿命在几年到十几年。快变成分：寿命在快变成分：寿命在1年以下。年以下。1、大气的组成分类：地球大气气体的组成地球大气气体的组成大气科学概论（3）按生命时间分类：）按生命时间分类：准定常成分：寿命在准定常成分：寿命在1000年以上，如年以上，如N2

19、，O2，和惰性气体。，和惰性气体。可变成分：寿命在几年到十几年，如可变成分：寿命在几年到十几年，如CO2，H2，CH4 等。等。快变成分：寿命在快变成分：寿命在1年以下。如年以下。如H2O，.1、大气的组成分类：大气科学概论2.1 干洁空气1、大气的组成分类2、O2的作用的作用3、N2的作用的作用4、CO2的来源及作用5、O3的来源及作用 2、O2的作用的作用（1）生命新陈代谢）生命新陈代谢（2）有机物燃烧、腐化、）有机物燃烧、腐化、分解分解3、N2的作用的作用（1）冲淡氧气）冲淡氧气（2）固氮，植物养料）固氮，植物养料大气科学概论2.1 干洁空气1、大气的组成分类2、O2的作用3、N2的作用

20、4、CO2的来源及作用的来源及作用5、O3的来源及作用 4、CO2的来源及作用（1）来源：）来源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸有机物燃烧，腐烂和生物呼吸（2）作用：）作用：a a、对长波辐射的吸收和放射，影响地面和大气、对长波辐射的吸收和放射，影响地面和大气的温度（温室气体）。的温度（温室气体）。 大气科学概论4、CO2的来源及作用（1）来源：）来源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸有机物燃烧，腐烂和生物呼吸（2）作用：）作用：a a、对长波辐射的吸收和放射，影响地面和大气、对长波辐射的吸收和放射，影响地面和大气的温度（温室气体）。的温度（温室气体）。 b b、是植物光合作用不可缺少的原料。、是植物光

21、合作用不可缺少的原料。大气科学概论2.1 干洁空气1、大气的组成分类2、O2的作用3、N2的作用4、CO2的来源及作用5、O3的来源及作用的来源及作用 什么是臭氧？什么是臭氧？4、O3的来源及作用大气科学概论来源：来源：a a、高空臭氧：高层大气中的臭氧主要是氧分子吸收一定波长的、高空臭氧：高层大气中的臭氧主要是氧分子吸收一定波长的太阳辐射，形成氧原子，而后氧原子在第三种中性粒子太阳辐射，形成氧原子，而后氧原子在第三种中性粒子MM的参与下与的参与下与氧分子结合，形成臭氧。氧分子结合，形成臭氧。 b b、低空臭氧：、低空臭氧：低空臭氧主要是从高空输送而来，另外对流层大气的低空臭氧主要是从高空输送

22、而来，另外对流层大气的光化学反应也是臭氧的另一个主要来源，还有一部分由雷暴闪电、光化学反应也是臭氧的另一个主要来源，还有一部分由雷暴闪电、有机物氧化生成。有机物氧化生成。MOMOOh32OOhO24、O3的来源及作用作用：作用：a a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了 大气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。大气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。 4、O3的来源及作用臭臭氧氧层层作用：作用：a a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了 大气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。大气温

23、度的垂直分布及高层大气的加热过程。 b、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。4、O3的来源及作用作用：作用：a a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了 大气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。大气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。 b、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。 c、对红外辐射的吸收，使地面向外空间的辐射受阻，也、对红外辐射的吸收，使地面向外空间的辐射受阻，也 促进了大气的增温。促进了大气的增温。 4、O

24、3的来源及作用臭氧洞 定义定义：80年代观测发现，自每年年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90臭氧臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞臭氧洞”。大气科学概论臭氧洞n产生的原因产生的原因 (1)大气动力学大气动力学南极冬春环极涡旋南极冬春环极涡旋 (2)大气化学大气化学氟氯烃氟氯烃 （蒙特

25、利尔协定）蒙特利尔协定） (3)其他其他 223OClOClOOClOOCl大气科学概论2 地球大气的成分2.1 干洁大气2.2 水汽水汽2.3 气溶胶大气科学概论2.2 水汽来源：来源：来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物蒸来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物蒸腾作用。腾作用。 水汽的时空分布：水汽的时空分布：地面高空，热带极地地面高空，热带极地 海洋沙漠，夏季冬季海洋沙漠，夏季冬季作用：作用：a a、云和降水的源泉；、云和降水的源泉； b b、影响地面、空气温度及大气垂直运动；、影响地面、空气温度及大气垂直运动； c c、通过水循环，将地球系统的岩石圈、水圈、生物圈

26、、通过水循环，将地球系统的岩石圈、水圈、生物圈、大气圈紧密联系到一起。（图）大气圈紧密联系到一起。（图） 大气科学概论海洋湖蒸发蒸发水汽输送水汽输送地表径流地表径流地下径流地下径流降水降水降水降水蒸发蒸发植物蒸腾植物蒸腾下渗下渗大气科学概论2 地球大气的成分2.1 干洁大气2.2 水汽2.3 气溶胶气溶胶大气科学概论什么是气溶胶？大气科学概论2.3 气溶胶1 1、定义、定义：悬浮在大气中的各种固体和液体粒子。悬浮在大气中的各种固体和液体粒子。2 2、按尺度分类按尺度分类 尺度尺度：1010-3-310102 2mm 数密度数密度： 10102 210106 6个个/cm/cm3 3， 城市农村

27、，陆地海洋，冬季夏季城市农村，陆地海洋，冬季夏季)1()0 . 11 . 0()1 . 0(mrmrmmr巨粒子大粒子爱根核大气科学概论2.3 气溶胶3、来源、来源人工源：人工源：燃烧、工业活动产生的烟粒、煤烟粒子，核实验，燃烧、工业活动产生的烟粒、煤烟粒子，核实验，气粒转化过程气粒转化过程。自然源：自然源：土壤岩石风化土壤岩石风化及火山爆发、及火山爆发、 森林火灾、森林火灾、海洋溅沫海洋溅沫、云滴、云滴、 冰晶、宇宙尘埃、有机质点等。冰晶、宇宙尘埃、有机质点等。撒哈拉沙尘暴撒哈拉沙尘暴海水溅沫海水溅沫盐水滴盐水滴气溶胶粒子气溶胶粒子海浪冲击形成海浪冲击形成空气泡空气泡破裂破裂干涸干涸大气科学

28、概论2.3 气溶胶4、作用：、作用： a、可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻结核），结核），是形成云雾降水的条件。是形成云雾降水的条件。 b、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改变地球的辐射平衡。波辐射，改变地球的辐射平衡。 c、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。 NOx和和HC光化学产物，呈淡蓝光化学产物，呈淡蓝色烟雾，刺激人眼和呼吸道，伤害色烟雾，刺激人眼和呼吸道，伤害植物叶面、强氧化，导致塑料、橡植物叶面、强氧化，导

29、致塑料、橡胶老化。胶老化。洛杉矶洛杉矶光化学烟雾光化学烟雾大气科学概论2.3 气溶胶4、作用：、作用： a、可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻结核），结核），是形成云雾降水的条件。是形成云雾降水的条件。 b、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改变地球的辐射平衡。波辐射，改变地球的辐射平衡。 c、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。 d、影响大气光电特性。、影响大气光电特性。大气科学概论复习题：1、试述大气演化的三个阶段及各自

30、组分。、试述大气演化的三个阶段及各自组分。2、什么是地球系统？、什么是地球系统？3、何为干洁大气？它由哪些成分组成？、何为干洁大气？它由哪些成分组成？4、试述二氧化碳、臭氧的源及作用。、试述二氧化碳、臭氧的源及作用。5、什么是气溶胶？水汽和气溶胶的来源和作用是、什么是气溶胶？水汽和气溶胶的来源和作用是什么？什么？大气科学概论第一章 大气概述1 地球系统2 地球大气的成分3 大气的重要性大气的重要性4 主要气象要素5 空气状态方程6 大气垂直结构7 气压场分布特征大气科学概论3 大气的重要性3.1 大气与生存环境大气与生存环境 1、大气污染与污染物大气污染与污染物 2、环境问题3.2 天气与气候

31、云雨云雨霾霾光氧化物光氧化物气体粒子转化气体粒子转化CCN再悬浮再悬浮SO2、NOx、 VOC 、 NH3 、 CO2、CO、扬尘、扬尘、 Soot、粉尘、粉尘酸沉降酸沉降区域气候区域气候能见度能见度光化污染光化污染大气科学概论3.1 大气与生存环境1、大气污染与污染物大气污染与污染物： 大气污染就指由于人为和自然因素改变了大气的组成（90km以下），致使人类和生态系统出现不良反应，破坏了系统的平衡和发展。其中造成这种不良反应的物质称为污染物。大气科学概论3.1 大气与生存环境2、环境问题环境问题：温室效应与全球气候变暖 臭氧层破坏 酸雨 城市空气污染温室效应与全球气候变暖(CO2，CH4，N

32、2O)大气科学概论大气科学概论Source: OSTP大气科学概论大气科学概论臭氧层破坏南极上空的臭氧层空洞就像一个巨大的蓝色水滴大气科学概论酸雨 纯水也有微弱的电离能力纯水也有微弱的电离能力中性溶液中性溶液： H+OH-10-7M酸性溶液酸性溶液： H+OH-，H+10-7M碱性溶液碱性溶液： H+OH-，H+10-7MpH-lgH+常温下，中性常温下，中性pH7；酸性；酸性pH7；碱性；碱性pH7 酸雨酸雨：PH5.6的降水。的降水。 酸雨的危害：土壤、河流、湖泊酸化，危害生态系统：土壤、河流、湖泊酸化，危害生态系统 腐蚀建材、金属和油漆腐蚀建材、金属和油漆 含汞、镉等威胁人类健康含汞、镉

33、等威胁人类健康大气科学概论大气科学概论大气科学概论我国酸雨分布状况和对策酸雨区随经济发展在扩大酸雨区随经济发展在扩大!观念的改变观念的改变 先发展再治理先发展再治理, 立法治理立法治理划分功能区划分功能区 大气容量大气容量, 临界负荷临界负荷对策和措施对策和措施 减排放减排放, 预处理预处理; 换清洁能源换清洁能源 发挥舆论作用发挥舆论作用,促使全民参与促使全民参与 大气科学概论城市空气污染伦敦烟雾事件（煤烟型）伦敦烟雾事件（煤烟型） 煤烟、煤烟、SO2、硫酸混合雾，、硫酸混合雾， 致呼吸道疾病，气管炎、哮喘、心脏病致呼吸道疾病，气管炎、哮喘、心脏病 1952年年12月伦敦发生持续月伦敦发生持

34、续4日大雾而得名日大雾而得名洛杉矶烟雾事件（氧化型）洛杉矶烟雾事件（氧化型） NOx和和HC光化学产物，呈淡蓝色烟雾光化学产物，呈淡蓝色烟雾 刺激人眼和呼吸道、伤害植物叶面、强氧化刺激人眼和呼吸道、伤害植物叶面、强氧化 导致塑料、橡胶老化导致塑料、橡胶老化 最早出现在落杉矶而得名。最早出现在落杉矶而得名。兰州西固地区兰州西固地区光化学烟雾光化学烟雾大气科学概论大气科学概论1.概念不同 天气：某地在某一瞬间或某一段时间内，大气状态和大气现天气：某地在某一瞬间或某一段时间内，大气状态和大气现象的综合。象的综合。大气状态：大气的气压、气温和湿度等。大气状态：大气的气压、气温和湿度等。大气现象：大气中

35、的风、云、雨、雪等现象。大气现象：大气中的风、云、雨、雪等现象。 气候：指在影响天气的各因子（太阳辐射、大气环流、下垫气候：指在影响天气的各因子（太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动等）长期作用下所产生的天气综合。不面性质和人类活动等）长期作用下所产生的天气综合。不仅包括该地多年的平均天气状况，也包括某些年份偶尔出仅包括该地多年的平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。现的极端天气状况。3.2 天气与气候2.2.变化周期不同变化周期不同a.a.天气：变化快，周期短天气：变化快，周期短 短期天气过程：短期天气过程：55天；天； 中期天气过程：中期天气过程：5-105-10天；天；

36、 长期天气过程：长期天气过程：1010天天-3-3个月。个月。b.b.气候：变化慢，周期长气候：变化慢，周期长主要分：年、十年、百年、千年、万年主要分：年、十年、百年、千年、万年例如：大冰期例如：大冰期10107 710108 8年；年；中国明清时代的寒冷期长达中国明清时代的寒冷期长达500500年。年。3.2 天气与气候大气科学概论3.2 天气与气候问题：以下何为天气，何为气候？问题：以下何为天气，何为气候？今天白天到夜间，成都地区睛，气温为2530，预计明天白天睛间多云，气温为2225；气候变暖；厄尔尼诺、拉尼娜。大气科学概论厄尔尼诺与拉尼娜 厄尔尼诺厄尔尼诺指赤道太平洋中部和东部的厄瓜多

37、尔和秘鲁沿岸，指赤道太平洋中部和东部的厄瓜多尔和秘鲁沿岸，海洋表面温度持续异常增温（连续海洋表面温度持续异常增温（连续6个月高于常年个月高于常年0.5）的现象。的现象。拉尼娜拉尼娜是指发生在赤道太平洋东部和中部海水大范围持续是指发生在赤道太平洋东部和中部海水大范围持续异常变冷的现象（持续时间超过异常变冷的现象（持续时间超过6个月海水表层温度低出个月海水表层温度低出气候平均值气候平均值0.5以上）。拉尼娜也称反厄尔尼诺现象。以上）。拉尼娜也称反厄尔尼诺现象。 厄尔尼诺与拉尼娜现象通常交替出现，它们对气候的影响相当厄尔尼诺与拉尼娜现象通常交替出现，它们对气候的影响相当剧烈。通过海洋与大气之间的能量

38、交换，剧烈。通过海洋与大气之间的能量交换，改变大气环流而影响改变大气环流而影响气候的变化。气候的变化。大气科学概论厄尔尼诺与拉尼娜 厄尔尼诺发生时，热带中、东太平洋海温迅速升高，直接导致厄尔尼诺发生时，热带中、东太平洋海温迅速升高，直接导致该区域及南美太平洋沿岸国家异常多雨，引发洪涝灾害，同时该区域及南美太平洋沿岸国家异常多雨，引发洪涝灾害，同时使热带西太平洋降水减少，造成印度尼西亚、澳大利亚严重干使热带西太平洋降水减少，造成印度尼西亚、澳大利亚严重干旱。厄尔尼诺还常常引起巴西东北部和非洲东南部的干旱，抑旱。厄尔尼诺还常常引起巴西东北部和非洲东南部的干旱，抑制西太平洋和北大西洋热带风暴生成，使

39、得东北太平洋飓风增制西太平洋和北大西洋热带风暴生成，使得东北太平洋飓风增多。对我国气候的主要影响是，厄尔尼诺年，东亚季风减弱，多。对我国气候的主要影响是，厄尔尼诺年，东亚季风减弱，中国夏季主要季风雨带偏南，江淮流域多雨的可能性较大，而中国夏季主要季风雨带偏南，江淮流域多雨的可能性较大，而北方地区特别是华北到河套一带少雨干旱。拉尼娜年正好相反。北方地区特别是华北到河套一带少雨干旱。拉尼娜年正好相反。 大气科学概论厄尔尼诺与拉尼娜 典型个例：典型个例： 97年智利大洪水和印尼森林大火都是由厄尔尼诺现象引年智利大洪水和印尼森林大火都是由厄尔尼诺现象引起的起的 98年我国发生的洪涝灾害年我国发生的洪涝

40、灾害 拉尼娜年份，西太平洋（包括南海）台风总数平均为拉尼娜年份，西太平洋（包括南海）台风总数平均为26.2个，登陆我国大陆的台风数为个，登陆我国大陆的台风数为7.4个，而厄尔尼诺年个，而厄尔尼诺年份平均为份平均为21.4个和个和5.2个。个。 影响我国东北夏季气温影响我国东北夏季气温 影响我国华北汛期降水影响我国华北汛期降水大气科学概论习题1、说明天气和气候的定义和区别，并指出下列问题中哪些、说明天气和气候的定义和区别，并指出下列问题中哪些是天气性的，哪些是气候性的。是天气性的，哪些是气候性的。（1）室外棒球赛因雨而被取消；）室外棒球赛因雨而被取消；（2）今天下午最高气温）今天下午最高气温25

41、；（3）我要移居昆明了，那里阳光明媚，四季如春；）我要移居昆明了，那里阳光明媚，四季如春；（4）本站历史最高气温为）本站历史最高气温为43 ；（5）南京明日天气部分有云。）南京明日天气部分有云。2、试列出与大气相关的四个环境问题，并说明哪些是全球、试列出与大气相关的四个环境问题，并说明哪些是全球尺度的，哪些是区域尺度的？尺度的，哪些是区域尺度的？大气科学概论第一章 大气概述1 地球系统2 地球大气的成分3 大气的重要性4 主要气象要素主要气象要素5 空气状态方程6 大气垂直结构7 气压场分布特征大气科学概论5 主要气象要素4.1 气温气温4.2 气压4.3 空气湿度4.4 风4.5 云4.6

42、降水4.7 水平能见度大气科学概论4.1 气温(1)概念：表示空气冷热程度的物理量。1、温标： 单位 符号 冰点 沸点 t 0 100 K T 273.15 373.15 F 32 212大气科学概论4.1 气温(2)2、换算关系： 3259+=tFtT15.273大气科学概论4.2 气压1、单位、单位：Pa，hPa，mmHg，atm，mb2、换算关系、换算关系： 标准大气压标准大气压：在温度为：在温度为0 ，纬度为，纬度为45时，晴天海平面时，晴天海平面上的大气压为一个标准大气压，其数值等于上的大气压为一个标准大气压，其数值等于1013.25hPa。 1标准大气压标准大气压=1013.25h

43、Pa =760 mmHg 1hPa=1mb=3/4 mmHg大气科学概论 问题：问题：一般来说，地面上高气压的地区往往是晴一般来说，地面上高气压的地区往往是晴天，低气压的地区往往是阴雨天，为什么？天，低气压的地区往往是阴雨天，为什么？1005.01002.5.51000.0高高地面上高气压的地区往往地面上高气压的地区往往以以晴朗天气晴朗天气为主为主3、气压与天气的关系、气压与天气的关系(1)压强增大压强增大体积减小体积减小温度升高温度升高凝结物消散凝结物消散低低1005.01002.510003、气压与天气的关系、气压与天气的关系(2)地面上低气压的地区往往地面上低气压的地区往往以以阴雨天气阴

44、雨天气为主为主压强减小压强减小体积膨胀体积膨胀温度降低温度降低水汽凝结水汽凝结大气科学概论问题：为何冬春季空气干燥，夏季天气闷热？问题：为何冬春季空气干燥，夏季天气闷热？大气湿度：表示大气中水汽含量多少的物理量。大气湿度：表示大气中水汽含量多少的物理量。湿度参量：湿度参量：1、混合比、混合比2、比湿、比湿3、水汽压、水汽压4、水汽密度、水汽密度5、相对湿度、相对湿度6、露点温度、露点温度 难点是各个湿度参量之间的关系难点是各个湿度参量之间的关系大气科学概论4.3 空气湿度(1)1、混合比、混合比r混合比混合比r：湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比，单位：湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比，

45、单位为为g/g，g/kg。dvmmr 饱和混合比饱和混合比rs大气科学概论4.3 空气湿度(1)1、混合比、混合比r混合比混合比r：湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比，单位：湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比，单位为为g/g，g/kg。 v-vapor （1） d-dry s-saturateddvmmr 饱和混合比饱和混合比rs:饱和湿空气的混合比。饱和湿空气的混合比。大气科学概论4.3 空气湿度(2)2、比湿、比湿q比湿比湿q：湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比，单湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比，单位为位为g/g，g/kg。 （2） dvvmmmq大气科学概论4.3 空气湿

46、度(2)2、比湿、比湿q比湿比湿q：湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比，单湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比，单位为位为g/g，g/kg。 （3）饱和比湿饱和比湿qsdvvmmmqrrmmmmqdvdv11上下同除上下同除md4.3 空气湿度(3)3、水汽压、水汽压e水汽压水汽压e：空气中所含水汽的分压强，单位为：空气中所含水汽的分压强，单位为Pa，hPa。 （4）ePPdPev水汽摩尔分数湿空气压强换算关系：换算关系：)5(622. 0rrmmMMmmMmMmMmnnndvdvdvvvddvvvdvv换算关系：换算关系：e和P同时取Pa或hPa，则r取g/g)5(622. 0rrmm

47、MMmmMmMmMmnnndvdvdvvvddvvvdvvprre622. 0: )4()5(peeper622. 0)6(622. 0peepeepeeperrq622. 0)7(378. 0622. 0622. 01622. 01: )3()6(换算关系：换算关系：e和P同时取Pa或hPa，则q取g/g4.3 空气湿度(3) 饱和水汽压饱和水汽压e s ：某一温度下，空气中的水汽达到饱和时所具：某一温度下，空气中的水汽达到饱和时所具有的水汽压，它表示了空气中水汽的最大容量，也叫最大水有的水汽压，它表示了空气中水汽的最大容量，也叫最大水汽压。单位为汽压。单位为hPa。 Magnus经验公式：

48、经验公式：t3 .2375t. 7s0s10ee0时的饱和水汽时的饱和水汽压，大小为压，大小为6.1078hPa4.3 空气湿度(4)4、绝对湿度、绝对湿度a：单位容积空气中所含的水汽的质量，即水汽的密：单位容积空气中所含的水汽的质量，即水汽的密度度v，单位为，单位为gm-3 ， kgm-3 。水汽比气体常数水汽比气体常数e：PaT：Kv：kg/m3TReTRevvvv11461KkgJRv大气科学概论4.3 空气湿度(5)5、相对湿度、相对湿度Uw：一定温度和压强下，水汽与饱和水汽的摩一定温度和压强下，水汽与饱和水汽的摩尔分数之比，常用百分比表示。尔分数之比，常用百分比表示。 sssTpvs

49、vwqqrreeU,过饱和饱和未饱和111wU大气科学概论4.3 空气湿度(7)6、露点温度、露点温度td ：在湿空气中水汽含量和气压不变的条件下，在湿空气中水汽含量和气压不变的条件下，当气温降低到当气温降低到对水面而言对水面而言空气达到饱和时的那个温度，空气达到饱和时的那个温度，简称露点。简称露点。111. 6lg5 . 73 . 723etd大气科学概论4.3 习题1、试列出表示空气湿度的六种参量，并简、试列出表示空气湿度的六种参量，并简述其含义。述其含义。2、比较、比较e和和es、q和和qs、t和和td的区别。的区别。3、试说明露点温度为什么可以表示空气中、试说明露点温度为什么可以表示空

50、气中湿度的大小。湿度的大小。4、某湿空气的气压为、某湿空气的气压为1026.8百帕，混合比百帕，混合比为为5.5克克/千克，试求它的水汽压。千克，试求它的水汽压。大气科学概论4.3 习题5、已知某气块的温度为、已知某气块的温度为25 ，气压为，气压为1080百帕，相对湿度为百帕，相对湿度为65%，求该气块的水汽压、，求该气块的水汽压、饱和水汽压、绝对湿度、比湿和露点温度的饱和水汽压、绝对湿度、比湿和露点温度的大小。大小。(100.7148=5.1860，lg3.3709=0.5277)大气科学概论4.4 风风风指空气相对于地面的水平运动指空气相对于地面的水平运动1、风向、风向：16方位（地面）