自然地理学-第三章 大气圈与气候系统(伍光和)课件.ppt

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1、第三章大气圈与气候系统大气的组成和热能大气的水分和降水大气运动和天气系统气候的形成气候变化大气圈与气候系统连续包围地球的气态物质称为大气，大气是自然环境的重要组成部分和最活跃的因素，在地理环境和能量转化中充当着十分重要的角色，大气层中天气系统的生成与消亡，以及发展和运动，是全球气候的基础。大气层保护着生物免受辐射，还为动植物维持生命提供着需要。第一节大气的组成和热能一、大气的成分地球大气是多种物质的混合物，由干洁空气、水汽、悬浮尘粒或杂质组成。定常成分：N2O2Ar和微量惰性气体NeKrXeHe

2、等可变成分（气体在大气中的比例随时间地点而变）：水汽二氧化碳臭氧碳、硫、氮的化合物等（一）干洁空气的成分及其性质通常把除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体称为干洁空气。简称干空气。它是地球大气得主体，主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体。1·氮和氧N2约占大气容积的78％。常温下，N2的化学性质不活泼，不能被植物直接利用只能通过植物的根瘤菌，部分固定于土壤中。N2对太阳辐射远紫外区0.03～0.13具有选择性吸收。02占地球大气质量的23％，按体积比占2

3、1％。除了游离态外，氧还以硅酸盐、氧化物、水等化合物形式存在。2·二氧化碳只占大气容积的0.03％，多集中在20km高度以下，主要由有机物燃烧、腐烂和生物呼吸过程产生。二氧化碳对太阳短波吸收很少，但能强烈吸收地表长波辐射，致使从地表辐射的热量不易散失到太空。对地球有保温作用，但近年来随着工业的发展和人口的增长，全球二氧化碳含量逐年增加，改变了大气热平衡，导致地面和低层大气平均温度升高，引起严重的气候问题。3·臭氧主要分布在10～40km的高度处，极大值在20～25km附近，称为臭氧层。臭氧虽在大

4、气中的含量很少，但具有强烈吸收紫外线的能力。研究表明，人们大量使用氮肥以及作冷冻剂和除臭剂使用的碳氟化合物（氟利昂）所造成的污染是平流层的臭氧遭到破坏。臭氧层的破坏能引起一系列不利于人类的气候生物效应，因而受到广泛关注。（二）水汽（三）固、液体杂质大气悬浮固体杂质和液体微粒，也可称为气溶胶粒子。除由水汽变成的水滴和冰晶外，主要是大气尘埃和其他杂质。大的水溶性气溶胶粒子最易使水气凝结，是成云致雨的重要条件。气溶胶粒子能吸收部分太阳辐射并散射辐射，从而改变大气透明度。它对太阳辐射的影响和增大散射辐射

5、、大气长波逆辐射，都有可能破坏地球的辐射平衡。二、大气的结构（一）大气质量1、大气上界大气按其物理性质来说是不均匀的，特别是在铅直方向变化急剧。在很高的高度上空气十分稀薄，气体分子之间的距离很大。在理论上，当压力为零或接近于零的高度为大气顶层，但这种高度不可能出现。因为在很高的高度渐渐到达星际空间，不存在完全没有空气分子的地方。气象学家认为，只要发生在最大高度上的某种现象与地面气候有关，便可定义这个高度为大气上界。因此，过去曾把极光出现的最大高度（1200km）定为大气上界。物理学家、化学家则从

6、大气物理、化学特征出发，认为大气上界至少高于1200km，但不超过3200km，因为在这个高度上离心力以超过重力，大气密度接近星际气体密度。所以在高层大气物理学中，常把大气上界定在3000km。2·大气质量大气高度虽然不易确定，大气质量却可以从理论上求得。假定大气是均质的，则大气高度约为8000m，整个大气柱的质量为m0＝p0H＝1.125×10－3×8×105＝1013.3g/cm2p0为标准情况下（T＝0oC，气压为1013.25hPa）大气密度。（二）大气压力1·气压定义从观测高度到大气上

7、界上单位面积上（横截面积1cm2）铅直空气柱的重量为大气压强，简称气压。地面的气压值在980～1040hPa之间变动，平均为1013hPa。气压有日变化和年变化，还有非周期变化。气压非周期变化常与大气环流和和天气系统有关，且变化幅度大。2·气压的垂直分布气压大小取决于所在水平面的大气质量，随高度的上升，大气柱质量减少，所以气压随高度升高而降低。其一般情况如图所示：气压随高度的实际变化与气温和气压条件有关。再气压相同条件下，气柱温度愈高，单位气压高度差愈大，气压垂直梯度愈小；在相同气温下，气压愈高

8、单位气压高度差愈大，气压垂直梯度愈大。三、大气的分层按照分子组成，大气可分为两层，即均质层和非均质层。均质层为从地表至85km高度的大气层，除水汽有较大变动外，其组成较均一。85km高度以上为非均质层，其中又可分为氮层、原子氧层、氦层和氢层按大气化学核物理性质，非均质层可分为光化层和离子层。光化层具有分子、原子和自由基组成的化学物质，其中包括约在20km高度处03浓度最大处的臭氧层。离子层包含大量离子。又反射无线电波能力。从下而上，又分为D、E、F1、F2和G层。在气象学中按照温度和运动情况，将