大气的基本特征

气象学与气候学MeteorologyandClimatology主讲人：乔晓景E-mail:[e-mail]2013.1021.大气的一般特性大气的组成成分大气的结构大气中主要的气象要素大气圈大气是指包围在地球外面的空气层。大气圈是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。大气圈无色无味，那么它是否真的存在呢？大气圈存在的主要证据或现象有大气圈的googleearth没有大气圈的googleeartha.蓝色的天空这是由于大气中的一些非常细小物质成分，如气体、粉尘等非球形微粒，它们的直径较阳光的波长小得多，因此，蓝色的散射量较之于其他任何一种颜色能更多地被选择散射。这种散射称瑞利散射。b.白云如果形成散射的粒子的形状是球形的，而且其直径并不比阳光的波长小，所有的波长都是平均地被散射的，这种散射称迈耶散射。因此，云是白色的。c.风有风就说明有物质的存在，因为风是由于大气不同部位的压力差别造成的。如果在真空中就不会有风了。d.流星流星就是陨石穿过大气层时，由于其速度太快，与大气摩擦产生热使陨石燃烧起来。否则我们的地球也与月球一样“千疮百孔”。没有大气保护的月球表面神州飞船返回舱返回舱着地后表面留下了与大气摩擦、烧蚀的痕迹大气的组成干空气——氮、氧、氩、其他微量气体水汽——来自江河湖海及各种潮湿物体的蒸发气溶胶——各种固体或液体微粒空气污染物——一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等污染气体干空气的主要成分：O2、N2、CO2、O3O2的作用（1）用于呼吸作用维持生命，新陈代谢（2）有机物燃烧、腐化、分解（3）植物光合释放氧气N2的作用（1）冲淡氧气，控制氧化速率（2）固氮，植物养料CO2的来源及作用来源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸作用：温室气体，植物光合作用原料O3的来源来源：高空臭氧、低空臭氧氧分子光解作用为氧原子,再化学反应与另外的氧分子结合O2→O+O2→O3臭氧的形成过程在大气层中主要由太阳紫外辐射来完成，少量是由于有机物的氧化、雷电和火山喷发等而产生的。O3层的破坏：主要为CFC氯氟烃的英文名称Chloro-fluoron-carbon臭氧层空洞南极上空的臭氧层空洞是指每年的8月下旬至10月上旬，在20～25公里高度的南极大陆上空，臭氧总量开始减少并出现空洞,10月初空洞面积最大，可达2,000多万公里，覆盖了整个南极大陆及南美洲南端的上空；11月份臭氧浓度才重新增加，臭氧层空洞也逐渐消失。由三个氧原子组成，平均含量为0.01—0.1ppm，大部分集中在10~30km的平流层，对流层臭氧仅占10%。臭氧在地球大气化学中起着非常重要的作用，臭氧通过吸收太阳辐射维护地球的能量平衡和生态平衡。臭氧—O3(Ozone)水汽的来源：蒸发和蒸腾作用水汽的时空分布：地面＞高空，热带＞极地，海洋＞沙漠，夏季＞冬季水汽的作用：云和降水的源泉影响地面、空气温度及大气垂直运动水汽海洋湖蒸发水汽输送地表径流地下径流降水降水蒸发植物蒸腾下渗大气中的水分循环定义：空气中悬浮的固态或液态颗粒的总称，能在空气中滞留至少几个小时。尺度：10-3—102μm数密度：102—106个/cm3城市＞农村，陆地＞海洋，冬季＞夏季作用：形成云、雾，降水条件改变辐射平衡造成大气污染，能见度降低造成光学现象气溶胶（Aerosols）来源：自然源和人为源海水溅沫18固态微粒液态微粒气溶胶(Aerosols)19火山灰气溶胶对气候的影响：气溶胶粒子会吸收和反射太阳辐射，减少紫外线通过，使到达地面的太阳辐射大大减弱，导致地面温度降低。大气中气溶胶粒子增加，增多了凝结核，使云量、降水量、雾的频率增多，对地表亦起冷却作用（阳伞效应）气溶胶放大照片大气的结构大气层高度（大气的上界）的确定⑵密度上界——2000-3000千米⑴物理上界——极光----1200千米大气的垂直结构根据垂直方向上大气温度变化、运动状态、密度及成分的变化等，将大气分为：对流层、平流层、中间层、热层、外层大气的垂直结构气温湿度在垂直方向上的分布大气的垂直分层的依据大气中的扰动程度不同程度上的电离现象大气的结构南京农业大学樊多琦对流层厚度：低纬17～18km中纬10～12km高纬8～9km夏季厚于冬季主要特征：★随高度增加温度降低★对流、乱流运动强烈★天气层★气象的要素水平分布不均匀10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸层热成层中间层平流层对流层南京农业大学樊多琦对流层的分层6000m2000m0m对流层低云和雾云和降水高云急流(≥30m/s)等温和逆温（稳定）对流层顶上层中层（摩擦层、行星边界层）下层南京农业大学樊多琦2000m0m自由大气层摩擦层100m2m埃克曼层Ekman近地层贴地层南京农业大学樊多琦平流层主要特征：★随高度增加下部温度变化很小上部显著升高★平流大气臭氧层O3吸收太阳紫外辐射珠母云(贝母云、珍珠云)10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸层热成层中间层平流层对流层南京农业大学樊多琦中间层（高空对流层）主要特征：★随高度增加温度降低★对流运动强烈夜光云10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸层热成层中间层平流层对流层南京农业大学樊多琦热成层（热层、暖层）主要特征：★随高度增加温度升高★空气处于高度电离状态N、O吸收太阳紫外辐射（＜0.2m）极光10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸层热成层中间层平流层对流层南京农业大学樊多琦散逸层（外层）10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸层热成层中间层平流层对流层南京农业大学樊多琦大气上界极光出现的最大高度1000～1200km气体密度2000～3000km10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸层热成层中间层平流层对流层11001200大气中主要气象要素气温气压湿度风向、风速云量降水量能见度气象观测场布置图百叶箱（测气温）雨量计（测雨量）风速仪（测风速、风向）气温1.定义：表示大气冷热程度的物理量2.单位：摄氏度（℃）温标，以气压为1013.3hpa或者相当于760mmhg时纯水的冰点为零度（0℃），沸点为100度（100℃），其间等分100等份中的1份即为1摄氏度。绝对温标，以K表示，这种温标中一度的间隔与摄氏度相同，其零度称为“绝对零度”，规定为等于摄氏—273.15℃。因此水的冰点为273.15K，沸点为373.15K。3.单位换算：T=t+273.15大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表。气温的观测仪器与方法1、定义：单位面积上所承受到的整个空气柱的质量，即大气的压力。实质：气压的大小决定于整个空气柱质量的多少2、单位：mmHg、mb、pa、hpa3、标准大气压：在纬度为45°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（1013.25mb）。4、测量仪器：定槽式水银气压表、动槽式水银气压表、自记气压计、空盒水银气压表。精确的气压值是用水银气压表来测量的。气压测气压仪器水银气压表气压计空盒气压表定义：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。水汽压(e)及饱和水汽压(E)相对温度（f）饱和差（d）比湿（q）水汽混合比（γ）露点（Td）湿度表示方法湿度测湿度的仪器降水是指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等。降水量指降水落至地面后（固态降水则需经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度，降水量以毫米（mm）为单位。在高纬度地区冬季降雪多，还需测量雪深和雪压。雪深是从积雪表面到地面的垂直深度，以厘米（cm）为单位。当雪深超过5cm时，则需观测雪压。雪压是单位面积上的积雪重量，以g/cm2为单位。降水量是表征某地气候干湿状态的重要要素，雪深和雪压还反映当地的寒冷程度。降水降水单位：mm测定:雨量计等级:降水强度及持续时间（暴雨:P50mm）影响因素：纬度位置、海陆位置、地形状况分布规律：总体从赤道向两极递减雨量器内径20cm口径。分辨率0.1mm。两段制观测，即每日8时及20时各观测一次。雨季增加观测段次。每日8时至次日8时降水量为当日降水量器测法、雷达探测、卫星云图估算自记雨量计承雨器将雨量导入浮子室，浮子随注入的雨水增加而上升，带动自记笔在附有时钟的转筒上的记录纸上连续记录随时间累积增加的雨量。当累积雨量达10mm时，自行进行虹吸，使自记笔立即垂直下落到记录纸上纵坐标的零点，以后又开始记录空气的水平运动称为风。风是一个表示气流运动的物理量。它有大小（风速），又有方向（风向），是一个向量。风向是指风的来向。地面风向用16方位表示；高空风向常用方位度数表示，即以0°（或360°）表示正北，90°表示正东，180°表示正南，270°表示正西。在16方位中，每相邻方位间的角差为22.5°。风速单位常用m/s、knot（海里/小时，又称“节”，）和km/h表示，其换算关系如下1m/s=3.6km/h1knot=1.852km/h1km/h=0.28m/s1knot=1/2m/s风风向方位图风向玫瑰图（某个地方多年平均统计状态下的风向的示意图）工业企业布局、城市功能区合理规划、气象资料统计在地面天气图上，用下列图示来表示风，风尾长划风速为4米/秒，即风力为2级，短划风速为2米/秒。一个风旗，表示风力为8级。风尾和风旗均放在风杆的左侧。西南风5级东南风12级天气图上风的表示方法轻便三杯风向风速仪功能：轻便三杯风向风速表用于测量风向和一分钟时间内的平均风速。组成：由风向仪、风速、手柄三部分组成。风向仪：包括风向指针、方位盘、制动小套管部件。风与风车中国风力资源分布状况图我国风能资源丰富的地区（1）三北(东北、华北、西北)地区包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、宁夏和新疆等省(自治区)近200公里宽的地带。风功率密度在200～300W/m2以上。（2）东南沿海及附近岛屿包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省(市)沿海近10公里宽的地带，年风功率密度在200W/m2米以上。云是悬浮在大气中的小水滴、冰晶微粒或二者混合物的可见聚合群体，底部不接触地面（如接触地面则为雾），且具有一定的厚度。云量是指云遮蔽天空视野的成数。将地平以上全部天空划分为10份，为云所遮蔽的份数即为云量。例如，碧空无云，云量为0，天空一半为云所覆盖，则云量为5。云量天气预报广播中的晴、少云、多云和阴，就是根据云量的多少划分的。天空无云，或者虽有零星云层，但云量不到2成时称为晴；低云量在8成以上称为阴。中、低云的云量为1～3，高云的云量为4～5时，称为少云；中、低云的云量为4～7，高云的云量为6～10时，称为多云。2020/9/12观察云云量的多少晴天：无云或云量少（太阳总能看见）多云：云量较多（太阳时常可见）阴天：云量很多（很难见到太阳）天气2020/9/12晴天多云阴天把天空当做一个圆，看看云在天空中所占的多少2020/9/12观察云晴天2020/9/12观察云多云2020/9/12观察云阴天能见度指视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离。单位用米（m）或千米（km）表示。能见度习题1、低层大气由哪些成分混合组成？试分析其分布特