《地球大气》PPT课件.ppt

第二章 地球大气,本 章 内 容,大气的组成,大气的铅直结构,大气的物理性质,第一节 大气的组成,干洁大气（即干空气）水汽 悬浮在大气中的固液态杂质,一、干洁大气,地球大气由三个部分组成:,干洁大气的定义及其成分变化：,定义：,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。,成分变化：,090km，主要成分和含量比例基本保持不变。,90km以上，氮稍有减少,氧稍有增多,氩和二氧化碳明显减少,其中氧分子和氮分子开始离解。,各种成分介绍：,各成分总体状况：,表2-1 干洁大气的成分（高度25km以下）,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。自然条件下,氮气只能通过闪电雷暴作用形成,通过降水过程被植物和土壤吸收利用。,氧气（O2）：,作用：,是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参与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。,臭氧（O3）：,时空变化：,时间变化：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：5560km，含量极少。2025km，达最大值，形成臭氧层；1215km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；,这幅地图显示的是臭氧空洞。1986年，南极的臭氧量仅是30年前的一半。1988年，探测发现北半球上空臭氧层已比20年前要薄百分之三。这种变化足以使皮肤癌的病例大幅增加。,作用：,对紫外线有着极其重要的调控作用。,对高层大气有明显的增温作用。,二氧化碳（CO2）：,来源：,生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧和分解、火山喷发作用等。,时空变化：,时间变化：a)白天、晴天、夏季时的二氧化碳浓度小于 黑夜、阴天、冬季。b)工业革命前小于工业革命后。,空间变化：,水平：城市大于农村；,垂直：020km，含量最高；20km以上，含量显著减少。,作用：,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），使 地面保持较高的温度，产生“温室效应”。,温室效应模式图,二、水汽,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。,时间：夏季多于冬季,空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。,时空变化：,作用：,在天气气候变化中扮演了重要角色。,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”。,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）。,三、大气中的杂质,气溶胶粒子：,定义：,分类：液体质粒、固体质粒,固体质粒的来源：,有机质数量较少，大多为植物花粉、微生物和细菌等；,大气中沉降速率极小、尺度在10-4m到100m之间的固态和液态微粒。,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，流星飞逝后留下的灰烬，火山尘埃等。,作用：,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；,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；,降低大气透明度，影响大气能见度；,充当水汽凝结核，对云、雾及降水形成有重要意义。,大气中的污染物质：,定义：,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。,分布：,空间上,垂直：主要集中在3km以下的低层大气中；,水平：城市多，农村少；陆地多，海洋少。,时间上：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、雷击森林失火等。,来源：,自然过程形成。,人为过程造成。,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，生活上制冷采暖的排放与泄漏等。,大气污染的危害,第二节 大气的铅直结构,一、大气的铅直分层,对流层：,厚度变化,空间：随纬度增加，厚度降低。,低纬地区：平均厚度为1718km；中纬地区：平均为1012km；高纬地区：平均为89km；,时间：夏季大于冬季。,特点：,主要天气现象均发生在此层。,温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m，气温下降0.65。）,空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。,气象要素的水平分布不均匀。,平流层：对流层顶55km,25km以下，气温保持不变；25km以上，气温随高度增加 而显著升高。,空气运动以水平运动为主，无明显的垂直运动。,水汽和尘埃含量极少，晴朗少云，大气透明度好，气流 比较平稳，适宜于飞机航行。,中间层：平流层顶85km,气温随高度增加迅速下降，顶部气温可降至-83以下。,空气有强烈的垂直运动，故又称之为“高空对流层”。,热成层(热层、暖层、电离层)：中间层顶800km,气温随高度增加迅速上升。,空气质点在太阳紫外辐射和宇宙高能粒子作用下，产生 电离现象。,散逸层：,这一层中的大气物质具有向星际空间散逸的特性，是大气圈与星际空间的过渡地带。,二、大气上界,根据大气中极光出现的最大高度，大气上界的高度为1,0001,200km。,另一种是以大气密度接近星际气体密度的高度作为标准，大气上界约在2,0003,000km高度处。,第三节 大气的物理性质,一、大气的质量,假定大气是均质的，以气温0时、45N（或45S）处、海平面上的大气密度0为标准（0-3），则此时大气厚度（Z0）经理论计算约为8,000m。于是单位截面积的大气柱中空气的质量为：,m0=0Zo=1.2938000=10344kg.m-2,假定条件下的大气质量：,据此推算，地球表面大气的总质量大约有51015t。,二、气象要素,定义：,表示大气状态和特征的物理量和物理现象。,内容：,日射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸发、能见度和天气现象等。,天气现象：,在大气中或地面上产生的降水、水汽凝结物（云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电学现象，也包括一些风的特征。,大风、飑,常见天气现象：,雨、阵雨、毛毛雨,雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、米雪、冰粒、冰雹、冰针,雾、轻雾、露、霜、雨淞、雾淞,吹雪、雪暴、龙卷、积雪、结冰,沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、霾、尘卷风,雷暴、闪电、极光,第四节 地球大气中的光、电、声现象,一、大气中的光学现象（一）大气中光的散射现象1.蔚蓝天空2.霞光 3.曙暮光（二）大气中光的折射现象1.蒙气差 2.海市蜃楼,3.彩虹4.晕（三）大气中光的衍射现象 1.华 2.宝光环（四）大气中的其它光学现象 夜天光、气辉、极光、地光等等,二、大气中的电学现象（一）大气电场1.晴天电场2.扰动天气电场（二）天电天电是指大气中放电过程所引起的脉冲电磁辐射，最常见的现象就是闪电，此外还有雷暴放电、尘暴放电和电晕放电等，有时也将某些人工放电过程如核爆炸引起的大气放电等也包括在内。,闪电是积雨云云中、云间或云地之间发生放电时激发空气强烈闪光，并伴有雷声的物理过程。云内放电和云际放电形成云闪，云地间放电形成地闪。闪电按形状分为线状闪电、带状闪电、片状闪电、联珠状闪电和球状闪电，其中最常见的是线状闪电。地球表面每时每刻都有闪电发生，全球每秒有100300次闪电发生，其中约有20%是地闪。闪电多出现在低纬度地区，但在两极地区有时也能观测到，陆地闪电的次数比海洋多一个数量级，白天闪电多于夜晚，夏季闪电多于冬季。,三、大气中的声学现象频率在1520000Hz之间的声波，频率低于15Hz的声波称为次声波，频率高于20000Hz的声波称为超声波（。大气中声波的声源可分为人工声源和自然声源两类。人工声源包括人工爆炸声、各种机器及交通工具发出的声音和人类活动的种种吵杂声等。自然声源包括火山爆发、流星穿入大气、海浪和地震激发的大气声波、鸟兽等动物的声音、风和地表的摩擦发声、强风暴系统中大气运动引起的湍流和对流发声、雷声以及极光发声等等。,大气中自然声源发出的声波具有极宽的频谱，高频端可达102103Hz的频率，低频端可达几分钟至几十分钟的周期。大部分自然声源主要产生的是大气次声波。,（三）源于天气现象的声音在大气中除了与人类及生物活动有关的声音外，还有许多单纯起源于天气现象的声音，如雷声、风的呼啸声、降水体的摩擦声等。雷声是伴随闪电出现的大气发声现象，其声强的峰值频率为4125Hz。气流遇到山丘、建筑物、森林和树木以及电线等障碍物时，能够产生声音；由于风而掀起的海浪能够产生啸叫。雨、雪花等降水体在降落过程中与空气摩擦能够产生声音；冰雹云中的雹块与空气摩擦能够产生嗡嗡声。,