第一部分大气的组成及热力状况课件.ppt
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- 第一 部分 大气 组成 热力 状况 课件
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1、第一部分大气的组成和垂直分层大气的组成和垂直分层 一、一、大气的组成大气的组成(一)干洁空气:(一)干洁空气:大气中除固体杂质和水汽之外大气中除固体杂质和水汽之外的全部混合气体,称为干洁空气。的全部混合气体,称为干洁空气。其中,氮和氧容积占其中,氮和氧容积占99.04,加上氩,三者合,加上氩,三者合占占99.97,其他气体仅占,其他气体仅占0.03%。干洁空气中大。干洁空气中大多数气体的临界温度低于自然情况下大气中可能多数气体的临界温度低于自然情况下大气中可能出现的最低温度,出现的最低温度,CO2 的临界温度虽然不高(每的临界温度虽然不高(每种物质都有一个特定的温度,在这个温度以上,种物质都有
2、一个特定的温度,在这个温度以上,无论怎样增大压强,气态物质不会液化,这个温无论怎样增大压强,气态物质不会液化,这个温度就是临界温度。度就是临界温度。CO2 的临界温度的临界温度31.1),但它所对应的压力却大大超过其实际分压力。因但它所对应的压力却大大超过其实际分压力。因此,干洁空气中的所有成分都呈气体状态。此,干洁空气中的所有成分都呈气体状态。(二)水汽(二)水汽 水汽主要来源于水汽主要来源于海洋、江河湖泊和土壤海洋、江河湖泊和土壤,以及潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾。大以及潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾。大气中的水汽含量极不固定,随时间、地点、气中的水汽含量极不固定,随时间、地点、条件而不
3、同。其所占容积变化范围为条件而不同。其所占容积变化范围为04。观测结果表明,在观测结果表明,在1.52km 高度,水汽含量高度,水汽含量只及地面的只及地面的1/2;在;在5km 高度,只相当于地面高度,只相当于地面的的1/10,再往上更少。,再往上更少。水汽含量虽然不多,但它在大气温度变化范水汽含量虽然不多,但它在大气温度变化范围内可以发生汽态、液态和固态三相转化,围内可以发生汽态、液态和固态三相转化,人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象,都人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象,都是水汽相变的表现。此外,水汽还善于吸收是水汽相变的表现。此外,水汽还善于吸收和放射长波辐射,显著影响大气和地表的温和放
4、射长波辐射,显著影响大气和地表的温度。度。(三)固体杂质(三)固体杂质 悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等,它们的半径一般为等,它们的半径一般为10-210-8cm,多集中于低层大,多集中于低层大气中。烟粒主要来源于生产、生活方面的燃烧;尘埃气中。烟粒主要来源于生产、生活方面的燃烧;尘埃主要来自经风的吹扬进入大气的地表松散微粒,以及主要来自经风的吹扬进入大气的地表松散微粒,以及火山爆发后产生的火山灰、流星燃烧的灰烬;盐粒则火山爆发后产生的火山灰、流星燃烧的灰烬;盐粒则主要是由海洋波浪飞溅进入大气的水滴被蒸发后形成主要是由海洋波浪飞溅进入大
5、气的水滴被蒸发后形成的,固体杂质的含量陆地上空多于海洋上空,城市多的,固体杂质的含量陆地上空多于海洋上空,城市多于乡村,冬季多于夏季,白天多于夜晚,愈近地面愈于乡村,冬季多于夏季,白天多于夜晚,愈近地面愈多。多。固体杂质是大气中水汽凝结的必要条件;能吸收部固体杂质是大气中水汽凝结的必要条件;能吸收部分太阳辐射,又可阻挡地面长波辐射,对大气和分太阳辐射,又可阻挡地面长波辐射,对大气和 地表地表温度有一定影响;其含量多少,还直接影响到大气能温度有一定影响;其含量多少,还直接影响到大气能见度的好坏。见度的好坏。(四)大气组成的变化四)大气组成的变化1、由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多,人类社、由
6、于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多,人类社会每年排放的二氧化碳总量在过去三十年里增加了一会每年排放的二氧化碳总量在过去三十年里增加了一倍,再加上大量砍伐森林,减少了绿色植物通过光合倍,再加上大量砍伐森林,减少了绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳的能力,大气中二氧化碳的浓度在作用吸收二氧化碳的能力,大气中二氧化碳的浓度在过去三十年里增长了过去三十年里增长了12。2、氯氟烃是一种人工合成的化合物,主要用于制冷、氯氟烃是一种人工合成的化合物,主要用于制冷剂、火箭推进剂等,到了剂、火箭推进剂等,到了80年代中期为止,全球氯氟年代中期为止,全球氯氟烃的年消费量已达到烃的年消费量已达到100万吨。万吨。3、
7、由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多,排入、由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多,排入空气中的硫、氮等氧化物不断增加。空气中的硫、氮等氧化物不断增加。大气组成的这种变化,会产生什么影响?成云致雨的必要条件成云致雨的必要条件主要主要成分成分次要次要成分成分水水 汽汽固体杂质固体杂质生物体的基本成分生物体的基本成分维持生物活动的必要物质维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料;对地面保温植物光合作用的原料;对地面保温吸收紫外线,使地球上的生吸收紫外线,使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件;对地面保温成云致雨的必要条件;对地面保温大气组成大气组成主主 要要 作作
8、 用用干干洁洁空空气气O3N2O2CO2大气各成分的作用二二、大气的垂直分层大气的垂直分层 1、地球大气共分哪几层?2、在不同纬度,对流层高度是否一样?为什么?3、对流层和平流层的气温如何随高度而变化?原因是什么?4、对流层和平流层中,大气运动的特点是什么?5、对流层和平流层大气与人类有何关系?6、读图,说明电离层与人类的关系。思考下列问题大气的垂直分层对流层平流层对流旺盛近地面,对流旺盛近地面,纬度不同厚度变;纬度不同厚度变;高度增加温度减,高度增加温度减,只因热源是地面;只因热源是地面;天气复杂且多变,天气复杂且多变,风云雨雪较常见风云雨雪较常见气温初稳后升热气温初稳后升热只因层中臭氧多只
9、因层中臭氧多水平流动天气好水平流动天气好高空飞行很适合高空飞行很适合上冷下热上冷下热高空对流高空对流电电离离层层高层大气电离层能反射电离层能反射无线电波,对无线电波,对无线电通讯有无线电通讯有重要作用重要作用暖层暖层散逸层散逸层中间层中间层1、大量的大量的O3 2、对流层的厚度及特征、对流层的厚度及特征A)厚度:本层厚度最簿,并随纬度、季节)厚度:本层厚度最簿,并随纬度、季节而不同,在高纬地区平均:而不同,在高纬地区平均:89km,中纬地区中纬地区平均:平均:1012km,低纬地区平均低纬地区平均1718km,夏,夏季大于冬季。季大于冬季。B)特征:)特征:一是温度随高度的升高而降低一是温度随
10、高度的升高而降低;因为该层的;因为该层的热量来自于地面的长波辐射,平均气温递减热量来自于地面的长波辐射,平均气温递减率为率为0.65oC/100m;二是具有强烈的对流运动二是具有强烈的对流运动;因为地面受热不;因为地面受热不均。均。三是天气现象复杂多变三是天气现象复杂多变;几乎所有的水汽、;几乎所有的水汽、云、雨、雷、电等现象都发生在此层。云、雨、雷、电等现象都发生在此层。3、平流层的特征、平流层的特征(1)气温随高度升高的分布)气温随高度升高的分布 下层:其上界离地面约下层:其上界离地面约3540km,为同温层,为同温层 上层:其上界离地面约上层:其上界离地面约5060km,为逆温层,为逆温
11、层,即气温随高度的升高而降低。因为平流层上层即气温随高度的升高而降低。因为平流层上层含有大量的臭氧,臭能大量地吸收太阳紫处线含有大量的臭氧,臭能大量地吸收太阳紫处线而增温;而增温;(2)气流以水平运动为主,逆温的存在,对)气流以水平运动为主,逆温的存在,对流不易产生。流不易产生。(3)水汽、尘埃含量少,天气晴朗,能见度)水汽、尘埃含量少,天气晴朗,能见度好。好。10 4、中间层的特征、中间层的特征 高度:平流层顶至高度:平流层顶至85km处。处。(1)温度随高度的升高而迅速下降。因为)温度随高度的升高而迅速下降。因为臭氧的含量下降。臭氧的含量下降。(2)空气以垂直运动为主。但由于空气稀)空气以
12、垂直运动为主。但由于空气稀薄,所出现的天气现象已不如对流层复杂。薄,所出现的天气现象已不如对流层复杂。(3)在)在80km处白天出现一个电离层。处白天出现一个电离层。105、暖层的特征、暖层的特征 高度:中间层至高度:中间层至800km处处 特征:特征:(1)空气质量小,空气稀薄,空气密度只角空气总空气质量小,空气稀薄,空气密度只角空气总质量的质量的0.5%,在,在120km高空,空气密度小至声音都高空,空气密度小至声音都难于传播。难于传播。(2)温度随高度升高而升高。因为所有波长小于温度随高度升高而升高。因为所有波长小于0.175um的太阳紫外辐射都被暖层气体所吸收,顶层的太阳紫外辐射都被暖
13、层气体所吸收,顶层温度可达温度可达1000度。度。(3)空气处于高度电离状态。空气处于高度电离状态。(4)能反射无线电波能反射无线电波 (5)出现极光现象。出现极光现象。6.散逸层(外层)暖层顶之上散逸层(外层)暖层顶之上 因大气十分稀薄,离地面远,受地球引因大气十分稀薄,离地面远,受地球引力场约束微弱,一些高速运动的空气质力场约束微弱,一些高速运动的空气质点就能散逸到星际空间,所以本层称为点就能散逸到星际空间,所以本层称为散逸层。散逸层。根据宇宙火箭探测资料,地球大气层之根据宇宙火箭探测资料,地球大气层之外,还有一层极其稀薄的电离气体,可外,还有一层极其稀薄的电离气体,可伸展到伸展到2200
14、0 公里高度,称为地冕。这公里高度,称为地冕。这可能就是地球大气层向宇宙空间的过渡可能就是地球大气层向宇宙空间的过渡区域。区域。从大气与地表自然环境之间关系来说,从大气与地表自然环境之间关系来说,对流层具有特别重要的意义。下面将主对流层具有特别重要的意义。下面将主要讨论对流层范围内的基本情况。要讨论对流层范围内的基本情况。三三、大气的热力状况、大气的热力状况 地球表面处于大气圈、水圈和岩石圈的交地球表面处于大气圈、水圈和岩石圈的交互作用之中,进行着各种形式的运动过程,互作用之中,进行着各种形式的运动过程,包括简单的机械运动和复杂的生命过程,包括简单的机械运动和复杂的生命过程,其中大多数过程的能
15、量直接或间接来自太其中大多数过程的能量直接或间接来自太阳辐射。太阳辐射透过地球的大气阳辐射。太阳辐射透过地球的大气“外衣外衣”到达地表,经过一系列能量转换之后,形到达地表,经过一系列能量转换之后,形成对地球生命有深刻影响的大气热力状况。成对地球生命有深刻影响的大气热力状况。地球上的气温条件是各种生物繁殖和演化地球上的气温条件是各种生物繁殖和演化的重要条件,也是决定地球上能量和物质的重要条件,也是决定地球上能量和物质输送、转化的重要因素。气温的空间变化输送、转化的重要因素。气温的空间变化是各地理要素地域分异的根本原因之一。是各地理要素地域分异的根本原因之一。1、辐射的基本知识、辐射的基本知识 (
16、1)物体对辐射的吸收、反射和透射)物体对辐射的吸收、反射和透射 假设投射到物体上假设投射到物体上 的总辐射为的总辐射为Qo,被,被 吸收的为吸收的为Qa,被反,被反 射的射的为为Qr,透过的,透过的 为为Qd,则根据能量守,则根据能量守恒恒 原理:原理:Qa+Qr+Qd=Qo 两边同除以两边同除以Qo得:得:Qa/Qo+Qr/Qo+Qd/Qo=1 即;即;a+r+d=1。物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。长和物体的性质而改变。黑体黑体能将所有波长的辐射全部吸收掉的物体即能将所有波长的辐射全部吸收掉的物体即a=1。(2)
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