第一节大气的组成和热能.pptVIP

均质层大气分层均质层范围在地表到85km处。尽管随着高度的增加，空气的密度迅速减少，但在均质层中，各种气体的混合几乎是均匀的，具有相对稳定的成分。当然也有例外，例如臭氧在平流层大气中的聚集，以及水汽和污染物在近地面低层大气中含量的变化等。第30页，共86页，星期日，2025年，2月5日大气分层按照从地面到高空，大气的成分、密度、温度等物理性质的明显变化。世界气象组织根据气温的垂直分布，将大气分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。第31页，共86页，星期日，2025年，2月5日对流层其下界是地面，上界因纬度和季节而不同。根据观测，对流层的平均厚度在低纬度为17—18km，中纬度10—12km，高纬度8—9km。夏季对流层的厚度大于冬季，例如南京夏季对流层厚度可达17km，冬季只有11km。对流层集中了整个大气质量的3/4和几乎全部水汽，它具有以下三个基本特征：（1）在一般情况下，对流层中气温随高度增加而降低。因为，对流层空气主要依靠地面长波辐射增热，愈近地面，空气受热愈多，反之愈少。因此，高度愈大，气温愈低。平均每升高100米气温降低0.6℃。（3）天气现象复杂多变。由于空气有垂直对流与水平运动，水汽和杂质含量均多，随着气温变化，可产生一系列物理过程，形成复杂的天气现象。因此，对流层与地表自然界和人类关系最为密切。（2）空气对流运动显著。对流层的温度垂直变化明显，水平分布不均，愈近地面气温愈高，纬度愈高气温愈低。这种状况有利于空气的垂直对流和水平运动。空气的对流运动，使高低层空气得到交换，近地面的热量、水汽和杂质通过对流向上空输送，导致一系列的天气现象的形成。第32页，共86页，星期日，2025年，2月5日对流层内部根据温度、湿度和气流运动，以及天气状况诸方面的差异，通常划分为三层：①下层：底部和地表接触，上界大致为1—2公里，有季节和昼夜等的变化，一般夏季高于冬季，白天高于夜间。下层的特点是水汽、杂质含量最多，气温日变化大，气流运动受地表摩擦作用强烈，空气的垂直对流、乱流明显，故下层通常也叫摩擦层或边界层。②中层：下界为摩擦层顶，上部界限在6km左右。中层受地面影响很小，空气运动代表整个对流层的一般趋势，大气中发生的云和降水现象，多数出现在这一层。此层的上部，气压只及地面的一半。③上层：范围从6km高度伸展到对流层顶部。这一层的水汽含量极少，气温经常保持在0℃以下，云都由冰晶或过冷水滴所组成。在对流层和平流层之间，还存在一个厚度数百米至1—2km的过渡层，称为对流层顶。其气温随高度增加变化很小，甚至没有变化，它抑制着对流层内的对流作用进一步发展。第33页，共86页，星期日，2025年，2月5日对流层顶以上到50—55公里范围是平流层。平流层气温基本上不受地面影响，故随着高度的增加，起初不变或变化极小；至30公里高度以上时，由于臭氧含量多，吸收了大量的紫外线，因此升温很快，并大致在50公里高空形成一个暖区。到平流层顶，气温约升到270—290K。平流层水汽含量极少，因而没有对流层内出现的那些天气现象，只在底部偶然出现一些分散的贝云。本层气流运动相当平稳，并以水平运动为主，平流层即由此而得名。现代民用航空飞机可在平流层内飞行。由于平流层温度随高度上升而显著增高，所以对流层顶如同一个“盖子”，阻碍下层较冷空气进入平流层混合。然而，飓风仍可以将水汽带入平流层中，火山爆发也可将尘埃和硫微粒带入平流层，形成阻挡太阳辐射的“阳伞效应”。在对流层中，自然和人为成因的各种气体、颗粒物和化学物质组成大气的成分，其中，各种大气污染物的时空分布及其作用机理已成为环境科学的重要研究领域。第34页，共86页，星期日，2025年，2月5日自平流层顶到80—85km是中间层，主要特点是气温随高度增加而迅速下降，到顶部降至160—190K。这可能与这一高度几乎没有O3有关。由于下层气温比上层高，故空气有垂直对流运动，又称为高空对流层或上对流层。第35页，共86页，星期日，2025年，2月5日又叫电离层。自中间层顶到800公里高空属于暖层。这一层大气密度很小，在700公里厚的气层中，只含有大气总质量的0.5％。本层特点是：气温随高度的增加而迅速升高，到顶部高达1000K，这是因为所有波长小于0.175μm的太阳紫外辐射都已被暖层气体所吸收的缘故。由于大气密度太小，氧分子和部分氮分子在太阳紫外线和宇宙射线作用下被分解为原子，并处于高度电离状态，所以暖层又称电离层。电离程度较强的有高度在100—120公里的E层和00—400公里的F层，以及介于中间层和暖层之间的，只在白天出现、高度大致为80公里的D层。电离层能够反射无线