地球科学导论 第六章 大气.pptVIP

地球科学导论Introduction to the Earth Sciences 第六章 大气圈（6学时） 学习了解大气圈知识的必要性 本章主要内容概况 本章主要内容 1 大气的组成和结构 2 大气的热力状况 3 大气的运动 4 大气中的水分 5 天气 6 气候 §1 大气的组成和结构 1.1 大气的组成 （1）干洁空气 主要成分：氮、氧、氩(99.9%)，少量CO2、O3、各种氮氧化合物及一些惰性气体。分子量为28.966。 物理性质：ρ=1.293kg/m3(0℃,1013.25hPa); 临界温度=-140.7 ℃,临界压强=37.2 atm. 其组成成分对生物圈的意义： CO2、O3 §1 大气的组成和结构 （2）水汽 来源：下垫面的蒸发或蒸腾作用。 时空变化：变化范围在0%~4%之间； 低纬度地区＞高纬度地区， 沿海地区＞内陆地区， 低层大气＞高层大气(1.5~2km ?, 5km 1/10) Summer ＞Autumn. （3）气溶胶粒子 1.2 大气的结构 （1）大气的垂直分层 （2）对流层中的水平非均一现象 气团——在水平方向上物理属性（温度、湿度、稳定度等）比较均匀的巨大空气块。水平范围可达几百万平方千米，垂直尺度可达几千米到十几千米以上。 锋面——两种不同性质的气团之间有一个过渡区，其中气象要素值发生急剧变化。 神六着陆经过大气层 “不识庐山真面目，只缘身在此山中” 各层主要特征（1） 1. 对流层（3/4的大气质量，几乎全部水汽） 1）气温随高度增加而降低；2）空气具有强烈的对流运动；3）气象要素水平分布不均匀。 2. 平流层（50~55km） 1）气温随高度的上升而升高；2）空气以水平运动为主；3）水汽含量极少，大多数时间天气晴朗。 各层主要特征（2） 3. 中间层（85km） 气温随高度的增加迅速降低，气流有强烈的垂直运动；60~90km高度上有只在白天出现的电离层。 4. 热层（又称暖层，250~500km） 1）气温随高度增加而迅速增高；2）空气处于高度电离状态（E层90~130km，F层160-350km). 5. 散逸层（外层） 温度高，空气粒子运动速度很快，可散逸至星际空间。 （2）对流层中的水平非均一现象—气团和锋 气团：水平方向上物理属性（如温度、湿度、稳定度）比较均匀的巨大空气块。 尺度范围：水平范围可达几百万平方千米以上，垂直尺度可达几千米到十几千米以上。 形成条件：空气较长时间停留在比较均匀的下垫面上，空气和下垫面进行热量和水分等交换。如海洋面与沙漠上形成的气团。 锋 锋面：两种不同性质的气团之间的过渡区称为锋区，因锋区的厚度与气团尺度相比要小得多，而把它视为一个面，即称锋面。 锋区：在过渡区中气象要素值发生急剧变化。 锋线：锋区与地面的交线，长几百至几千千米。 §2 大气的热力状况 2.1 太阳辐射、大气辐射和地面辐射 （1）太阳辐射-短波辐射 Θ =sin-1(sinφsinδ+cosφcosδcos(15°(t-12))) 利用上式可计算一地的太阳高度角。其中： φ为当地纬度，δ为太阳赤纬，可查天文年历，t 为当地时间(24h制)。 天文辐射的时空变化：赤道最多 极地最少；夏大冬小。 大气对太阳辐射的减弱作用：吸收、散射和反射。 （2）地面和大气辐射-长波辐射 地面和大气依据自身不同的温度向外放出辐射，分别称为地面辐射和大气辐射。 地面向大气放出的辐射75%~95%为大气所吸收，大气逆辐射几乎全被地面吸收。大气保温效应。 （3）辐射差额 （待续） 指所考虑的系统在一定时间内各种辐射收入与支出的差值，一般不为0，可正可负。 2.2 空气温度 （1）温度的概念 （2）气温的日变化和年变化 一天与一年中最高温、最低温出现时间（分陆地与海洋）。 （3）气温的地理分布 等温线，海平面气温:赤道-两极，海陆 （4）气温的垂直分布与大气稳定性 大气稳定性是指气块受任意方向的扰动后，返回或远离平衡位置的趋势和程度。 大气稳定度的判断 2.3 全球热量带 地球上的热量分布与太阳辐射的分布规律基本一致，大致与纬线相平行，由低纬度到高纬度热量由高到低呈现带状分布。根据天文辐射划分： （1）赤道带（10°S-N，昼夜等长) （2）热带（10-25°S-N，日变化大，年变化小) （3）副热带（25-35°S-N，季节变化较前大) （4）温带（35-55°S-N，四季变化显著) （5）副寒带（55-60°S-N，昼夜差别大，无极昼)