自然地理ppt课件--第三章-大气和气候.ppt
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1、第三章 大气和气候,专业:遥感科学与技术主讲:张 文,第三章 大气和气候,第一节 大气的组成和热能,1 大气的成分大气的组成成分2 大气的结构大气的分层3 大气的热能4 气温,1 大气的成分,大气成因,干洁空气,通常把除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体,称为干洁空气,简称干空气。在干洁空气中,大约含有 78%的氮气,21%的氧气,0.93%的臭氧,0.0387%的二氧化碳,以及少量的其他气体.空气中还包含着一定量的水汽,平均含量约为 1%.,干洁空气,干洁空气,氧:占大气质量的21,它是动植物生存、繁殖的必要条件。氧的主要来源是植物的光合作用。,干洁空气,氮:占大气的78,性质很稳定,只有
2、极少量的氮能被微生物固定在土壤和海洋里变成有机化合物。闪电能把大气中的氮氧化(变成二氧化氮)为氮肥;,干洁空气,二氧化碳:其含量随地点、时间而异。人烟稠密的工业区占大气质量的万分之五,农村大为减少。同一地区冬季多夏季少,夜间多白天少,阴天多晴天少(植物的光合作用)。能强烈吸收和放射长波辐射,带来“温室效应”;,干洁空气,臭氧:臭氧对太阳紫外辐射有强烈的吸收作用,加热了所在高度(平流层)的大气,对平流层温度场和流场起着决定作用,保护了地球上的生命,臭氧密度在2235公里处为最大。,干洁空气,臭氧层空洞臭氧层的臭氧从1970年代开始,以每十年4%的速度递减的一种现象。在两极地区的部份季节,递减速度
3、还超过每十年4%,而在春季时连对流层的臭氧也在减少,形成所谓臭氧层空洞。,北极:温暖的1984年和极端寒冷的1997年,2006年9月测定的南极上空已知最大的臭氧层空洞,水汽,水汽,悬浮颗粒,悬浮颗粒,悬浮颗粒,大气中的主要污染物,机动车尾气污染,电厂排污,农民燃烧秸秆,由中信广场鸟瞰,广州,北京,德国 法兰克福,南非开普敦,美国Mont.州Butte市,南极臭氧洞,大气污染,酸雨对石像的腐蚀,腐蚀狮身人面像,酸雨使森林枯萎,2 大气的结构,大气质量,大气压力,大气压力,高压与低压,大气压力,气压垂直梯度,气压垂直梯度,大气分层,对流层,垂直对流,垂直对流,对流层,对流层,平流层,平流层,中间
4、层,夜光云,暖层,暖层,暖层,暖层,高频活动电离层研究计划(High Frequency Active Auroral Research Program,HAARP)HAARP拥有目前世界上功率最强大的、既非商业也非民用的短波无线电发射器,称为电离层加热器(Ionosphere Heater,IH)。,散逸层,散逸层,根据宇宙火箭探测资料表明,地球大气圈之外,还有一层极其稀薄的电离气体,其高度可伸延到22000公里的高空,称之为地冕。地冕也就是地球大气向宇宙空间的过渡区域。人们形象地把它比作是地球的“帽子”。,3 大气的热能,太阳辐射,太湖日出,黄山日落,太阳辐射,太阳辐射,太阳辐射,大气能量
5、及其保温效应,大气能量及其保温效应,大气窗口太阳辐射经过大气传输后,主要是反射、吸收和散射的共同影响衰减了辐射强度,剩余部分即为透过的部分。对遥感传感器而言,只能选择透过率高的波段,才对观测有意义。只有位于大气窗口的波段才能被用于生成遥感图像。在VISIR区段,常用的大气窗口有:0.31.3m、1.51.8 m、2.02.6 m、3.0-4.2 m、4.35.0 m、814 m。在微波区段,主要采用的大气窗口为8mm附近和频率低于20GHz的波段。,大气窗口0.31.3 m,即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段,也是许多卫星传感器扫描成伤的常用波段,如Landsat卫星的T
6、M14波段SPOT卫星的HRV波段。1.5l.8m和2.03.5m,即近、中红外波段;是白天日照条件好时扫描成像的常用波段,如TM的5,7波段等,用以探测植物含水量以及、云、雪,或用于地质制图等。3.55.5m,即中红外波段。该波段除通透反射光外,也通透地面物体自身发射的热辐射能量。如NOAA卫星的AVHRR传感器用3.553.93mm探测海温度,获得昼夜云图。814m,即远红外波段。主要通透来自地物热辐射的能量,仅适于夜间成像。0.82.5cm,即微波波段。由于微波穿透云雾能力强,这一区间可以全天候观测,而且是主动遥感方式,如侧视雷达。Radarsat的卫星雷达影像也在这一区间,常用的波段为
7、0.8cm、3cm、5cm、10cm,甚至可将该窗口扩展至0.05300cm。,大气能量及其保温效应,大气能量及其保温效应,大气的保温效应大气辐射向下指向地面的部分,方向与地面辐射相反,称为大气逆辐射。大气逆辐射几乎全部为地面所吸收,这对地面因辐射而损耗的能量得到一定的补偿,所以大气对地面有保温作用。这种作用称为大气保温效应或温室效应或花房效应。,南太平洋岛国图瓦卢,从 2002 年起正式举国迁往新西兰。,下一个会是谁?,冰川加速消融,原来空的海湾,卫星照片揭示南极冰架50亿立方冰体崩塌全过程,2002年3月,冰架崩落,冰体充满海湾,冰山向外漂移,3 地气系统的辐射平衡,3 地气系统的辐射平衡
8、,地气系统的辐射平衡,3 地气系统的辐射平衡,4 气温,气温,气温的周期性变化,气温的周期性变化,气温的周期性变化,气温的水平分布,气温的水平分布,我国实测最低气温 53,黑龙江漠河,漠河,我国实测最高气温48.9,新疆吐鲁番,火焰山,90,南极,北极,气温的垂直分布,气温的垂直分布,第二节 大气水分和降水,1 大气湿度,湿度的概念及其表示方法,湿度的概念及其表示方法,相对湿度的确定,湿度的概念及其表示方法,湿度的变化与分布,湿度的变化与分布,2 蒸发和凝结,2 蒸发和凝结,蒸发及其影响因素影响蒸发的因素:其影响因素主要包括蒸发面的温度、性质、性状、空气湿度、风等;蒸发量:因蒸发而消耗的水量,
9、以水层厚度mm表示。蒸发1mm厚的水,相当于1m2面积上蒸发1000g的水量。蒸发速率:单位时间从单位面积上蒸发出来的水分质量,单位为gcm2s。当eE时,出现蒸发。蒸发受气象因子和地理环境影响。蒸发面温度越高,蒸发越快、蒸发量越大。蒸发量变化与气温变化基本一致,即每天午后最大日出前最小;夏季大冬季小;海洋大、大陆小。,2 蒸发和凝结,凝结和凝结条件凝结:凝结是发生在f=100%(e=E)过饱和情况下的与蒸发想法的过程。大气中水汽凝结的两个必备条件:空气中的水汽要达到饱和与过饱和;要有凝结核。凝结核:指具有吸湿性、可作为水汽凝结核心的微粒。含量随高度递减;陆地多海洋少;城市多乡村少,工业区最多
10、。一是对水汽有吸附作用;二是形成的滴粒较大,有助于水汽继续凝结。,2 蒸发和凝结,3 水汽的凝结现象,春露,秋霜,3 水汽的凝结现象,松花江畔,雾淞,雾淞,江西三清山(2010年12月),雨淞,3 水汽的凝结现象,辐射雾:江城武汉,平流雾:山东蓬莱,平流雾:山东烟台,蒸气雾:江苏淮安里运河,城市之雾2,城市之雾,山地之雾,峨眉云海,伦敦之雾,3 水汽的凝结现象,3 水汽的凝结现象,云的分类,3 水汽的凝结现象,云的结构,积云,平底,向上发展,积雨云在13分钟内的发展,积雨云在13分钟内的发展,强烈发展的积雨云1,强烈发展的积雨云,强烈发展的积雨云2,强烈发展的积雨云,强烈发展的积雨云3,强烈发
11、展的积雨云,层积云,层云,雨层云,高层云,高积云,卷云1,卷云,卷云2,卷云,卷云3,卷云,卷层云1,卷层云,卷层云2,谚语“日晕风,月晕雨”:表示已经有锋面或低气压自远方接近,是为天气转坏的前兆。,卷层云,卷层云3,卷层云,卷积云,波状云1,波状云,波状云2,波状云,旗云(地形云),火山云,美国圣劳伦斯火山,UFO云(地形云),法国,荚状云(地形云),镜状云(地形云),4 大气降水,4 大气降水,降水的形成降水形成的两个基本条件:雨滴下降速度超过上升气那个流速度;雨滴从云中降落到地面前不至于完全被蒸发。云滴凝结(凝华)增长指水汽分子凝结(凝华)在云滴(冰晶)表面上,使云滴(冰晶)增长的过程。
12、,过冷水滴蒸发冰晶凝华增长,小水滴蒸发大水滴凝结增长,暖水滴蒸发冷水滴凝结增长,4 大气降水,4 大气降水,云滴的冲并增长是指两个或两个以上的水滴相碰合并而增大的过程。下降时,大水滴追上小水滴;上升时,小水滴追上大水滴,都会发生碰并,使云滴迅速增大。在云滴增长过程中,初期以凝结(凝华)增长为主,后期则以冲并增长为主,尤其在低纬度地区的暖云降水,碰并增长更为重要。,4 大气降水,人工降水:借助催化剂,改变云滴的性质、大小和分布状况。基本方法:冷云催化:人工增加冰晶,产生冰晶效应。干冰(降温自生冰晶);人工冰核(碘化银、氯化汞等);暖云催化:提供大水滴,促进凝结、碰并增长。方法:氯化钠、氯化钾等吸
13、湿性物质.,人工增雨,火箭,高炮,碘化银增雨,宁夏20030406,4 大气降水,4 大气降水,思考:雷阵雨属于哪一种降水呢?,雷阵雨是蒸发到午后再而降雨,为对流雨,4 大气降水,降水的时间变化降水强度划分标准,4 大气降水,4 大气降水,4 大气降水,4 大气降水,降水的空间分布,第三节 大气运动和天气系统,1 大气的水平运动2 大气环流3 主要天气系统,1 大气的水平运动,基本概念空气的水平运动称为风,地球上大气的运动形式以水平运动最为广泛和持久。空气的垂直运动称为上升气流或下沉气流。,1 大气的水平运动,1 大气的水平运动,水平气压梯度力水平气压梯度力使空气从高压区流向低压区,是大气水平
14、运动的原动力,其表达式为:,G 水平气压梯度力;空气密度;p 两条等压线之间的气压差;n 两条等压线之间的垂直距离;p/n 为水平气压梯度;“”负号表示方向由高压指向低压。,1 大气的水平运动,1007,1005,1003,1001,气压梯度大,气压梯度小,等压线疏密与气压梯度大小,气压梯度,1 大气的水平运动,地转偏向力由于地球转动而使在地球上运动的物体发生方向偏转的力,称为地转偏向力。水平地转偏向力的计算公式:,m:空气质量;v:风速;:地球自转角速度;j:地理纬度。地转偏向力是使运动空气发生偏转的力,它总是与空气运动方向垂直。在北半球,它使风向右偏;它的大小与风速和纬度成正比,在赤道为零
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