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第三章：气象与气候基础 第一节：大气的组成和结构 一 大气 由于地球的引力作用，地球周围聚集着一个气体圈层，构成了大气圈。 大气的总质量约为5.3*1018千克，其中50%集中在离地面5.5千米范围内，大气的上界通常为1200千米。 大气是由多种气体混合组成的气体及浮悬其中的液态和固态杂质所组成。 一般认为自地表向上90千米范围内空气的主要成分比例基本上不变。 大气体积分数中，氮占78.08%，氧占20.95%，加上氩三者共占99.96%。 大气中的水汽含量具有明显的时空变化 夏季多于冬季 低纬暖湿洋面高于高纬冷干陆面 从垂直方向上二氧化碳的含量随高度增加而减少。 大气中的水汽是天气变化中一个重要角色。 大气中的臭氧，高度和纬度分布不同。 近地面含量少 从10千米高度开始增加，在20-30米高空处达到最大值。 到55千米高度上就极少了。 臭氧能大量吸收紫外线。 大气中的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮是温室气体，对空气和地面的增温效应显著。 大气中的固体微粒和液体微粒统称为大气气溶胶粒子。固体颗粒多数集中于近地表，成为水汽凝结的核心，对云雾的形成有一定的作用。 二 大气的分层 对流层、平流层、中间层、热层、外层。 对流层 气温随高度增加而降低，平均每上升100米气温下降约0.65度（气温垂直梯度） 显著的垂直对流运动，低纬强、高纬弱，夏季强、冬季弱， 对流层厚度低纬地区17-18千米，中纬地区约10-12千米，高纬地区约8-9千米。 这一层厚度约占1%，而集中了3/4的大气质量和全部的水汽； 气象要素水平分布不均匀，主要由于近地表摩擦作用海陆效应等。 多数的天气现象发生在此层。 平流层 自对流层顶到55千米左右为平流层 平流层内随着高度增加，气温最初保持不变或微有上升，大约到30千米以上，气温随高度增加而显著升高。 气温分布特征受地表影响小。 中间层 自平流层顶到85千米左右的中间层 气温随高度增加而迅速下降 伴随强烈的垂直运动。 中间层水汽含量更小，几乎没有云层出现。 热层 位于中间层向上至约800千米 该层中气温随高度增加而迅速增高，吸收太阳紫外辐射线的缘故。 热层中空气处于高度电离状态。 散逸层，气温随高度变化小。大气离子经常逸散到星际空间。 第二节：大气的热状况 一 太阳辐射 太阳辐射是大气最重要的能量来源。 太阳辐射能通过电磁波的方式传输。 太阳辐射中辐射能按波长的分布是太阳辐射光谱。 太阳辐射主要是可见光、此外也有红外线和紫外线。 太阳辐射光谱 全部辐射能中波长在0.15-4微米之间占99%，可见光的辐射能量占总的50%，红外区占43%，紫外线区约占7%。 0.4-0.76微米的波长即为可见光波长。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 红光波长最长，紫光最短。 太阳常数，日地平均距离而言，大气上界垂直于太阳光线的1平方厘米面积内1分钟内获得的太阳辐射能量。 太阳辐射通过大气圈到达地表，大气对太阳辐射具有吸收、散射、反射的作用。 大气对太阳辐射能的吸收 大气对太阳辐射的吸收具有选择性 大气中吸收太阳辐射能的主要成分是水汽、氧臭氧、二氧化碳以及固体杂质。 水汽吸收最强的是红外区，太阳辐射能因水汽吸收可以减弱4-15%。 臭氧含量少，但对太阳辐射的吸收很强，吸收短波辐射能相当多。 直接吸收太阳辐射不是对流层大气主要热源。 大气对太阳辐射能的散射： 太阳辐射通过大气遇到空气分子、尘粒等质点都要发生散射。 散射只是改变方向。通过散射，太阳辐射能有一部分就到不了地面。 散射分为分子散射和粗粒散射 分子散射具有选择性，波长越短散射能力越强；（雨后天晴，天空呈青蓝色就是分子散射的结果） 粗粒散射，没有选择性。（天空呈灰白色） 大气对太阳辐射能的反射： 大气对太阳辐射能的反射： 云层和尘埃的反射。 反射没有选择性，所以反射光呈白色。 云的反射能力与云的形状与厚度有关。 大气对太阳辐射的减弱作用，反射最强，散射作用其次，吸收作用最小。 到达地表的太阳辐射 到达地表的太阳辐射形式有太阳直接辐射和太阳散射辐射。 直接辐射和散射辐射统称为总辐射。 太阳直接辐射的强弱主要取决于太阳高度角和大气透明度。 太阳高度角越小等量的太阳辐射能分布的面积就越大。 太阳高度角越小太阳辐射穿过的大气层就越厚。 直接辐射具有显著的年变化、日变化和纬度变化。 一日当中日出日没太阳高度角最小，直接辐射最弱。中午太阳高度角最大，直接辐射最强。 一年中夏季太阳直接辐射最强，冬季最弱。 低纬度地区地表面得到的太阳直接辐射要比中低纬度高的多。 散射辐射 太阳高度角和大气透明度有关。 太阳高度角增大散射辐射增强，大气透明度不好散射辐射强。 一年中夏季最强，一日中正午前后最强。 总辐射 日出以前和日没之后总辐射以散射辐射为主 日出之后直接辐射和散射辐射逐渐增加，但直接辐射增加要远快与辐