环境遥感 第六章大气环境遥感.pdf

第五章 大气环境遥感 第一节 大气环境概述 第二节 大气环境遥感原理 第三节 大气微波遥感 第四节 大气激光探测 第五节 对地观测卫星对大气圈的监测 第一节 大气环境概述 一、大气的成分及分布 地球大气由多种气体和悬浮于其中的固体粒子或 气体粒子 (称为大气气溶胶)所组成。在地球大气的 气体成分中，水汽是最重要、最活跃的，它不但造 成云雨雷电、天气变化，而且在地球的生态系统中 起着重要作用。因此分三部分来讨论地球大气，即 由多种气体成分组成的干洁空气、水汽(可处于气、 固、液三态之中一态)及悬浮的气溶胶粒子。 1．干洁大气 通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气，简 称干空气。干洁大气由多种气体混合组成，按照各 成分在大气中的浓度，可分为主要成分、微量成分 和痕量成分三部分，后两部分也可合称为次要成分 或微量成分。主要成分一般指N 、O 、Ar及CO ， 2 2 2 浓度在300“ppmv” 以上；微量成分，浓度在1～ 20“ppmv”，如CH4 。等；痕量成分浓度在1“ppmv”以 下，重要的有O 、H 、氮氧化合物、硫化物及人为 3 2 污染物氟氯烃类化合物等。 若按平均停留时间，大气成分可以分成三类： 第一类称为基本不变成分或准定常成分，它们的平均寿命 大于1 000年，各成分之间大致保持固定的比例。这些气体 主要有N 、O 、Ar ，还有微量的惰性气体氖、氪、氙及氦 2 2 等。 第二类称为可变成分，平均寿命为几年到十几年，它们在 大气中所占的比例随时间、地点而变，如CO 、CH 、H 、 2 4 2 N O和O 等。CO 、CH 等气体是重要的温室气体，工业革 2 3 2 4 命以来在大气中的含量有了明显增加。 第三类是平均寿命短于1年的变化很快的气体成分，如一 些碳、硫、氮的化合物，含量虽极微少，但由于人类活动的 影响或特殊的自然条件，在某些局部地区浓度可能很大，造 成危害。 2．水汽 水汽在大气中所占的比例很小，仅0.1 %～3 ％，却是大气 中最活跃的成分。 水对于地球上生命的意义以及水在地球大气条件下存在的 三相变化，使水汽不同于其他微量气体而更具有重要性。 水汽的来源主要是海洋表面的蒸发。副热带洋面的蒸发提 供了大量水汽，并经大气环流向赤道和高纬地区上空输送。 中国处于欧亚大陆东南部，水汽主要来源于南海和印度洋， 其次可能是北冰洋或极地大西洋以及太平洋西南洋面。 水汽上升凝结形成水云或冰云以后，又以降水的形式 降到陆地和海洋上。降到陆地上的水量一部分供给河流 湖泊，一部分渗入地下，补充地下水。海洋上的蒸发量 大于降水量，蒸发的水汽被气流带到大陆上形成降水， 然后又被河流和地下径流带人海洋。地球上的水分就是 这样在大气、陆地和海洋之间循环的。 关于地球上水分的分配状况，绝大部分水分储存在海 洋、极冰及河流、湖泊、地下水中。在陆地水中，极冰 量最大，地下水次之，河湖的水量比较少。大气中的水 汽仅占地球上总水量的0.001％，即十万分之一，相当于 覆盖全球表面厚度为2.5cm的水层。 3．大气气溶胶 气溶胶的原来含义是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒 与气体载体组成的多相体系。大气中含有悬浮着的各种固体和 液体粒子，例如，尘埃、烟粒、微生物、植物的孢子和花粉， 以及由水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子，所以可以把 它们看成是一种气溶胶。空气中这些粒子的浓度很低，它们的 存在并不影响空气的动力学特性；同时，这些粒子又具有独立 于空气的物理化学特性，而这些特性正是我们所需要关注和研 究的。因此，习惯上“大气气溶胶”就是指大气中悬浮着的各种 固体和液体粒子。 气溶胶粒子也称大气粒子，它们的形状很复杂，往往不是球 形。为了研究方便，常采用等效直径来表示它们的大小，如空 气动力学等效直径、光学等效直径和