3-1大气的组成和垂直分层

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大气,组成和垂直分层,一、大气的组成,（一）干洁空气,大气中除固体杂质和水汽之外的全部混合气体，称为干洁空气。氮和氧容积占99.04，加上氩，三者合占99.97，其他气体仅占0.03%。,主要,成分,次要,成分,生物体的基本成分,维持生物活动的必要物质,植物光合作用的原料；对地面保温,吸收紫外线，使地球上的生,物免遭过量紫外线的伤害,大气组成,主 要 作 用,干,洁,空,气,O,3,N,2,O,2,CO,2,干洁空气,各成分的作用,（二）水汽,水汽主要来源于海洋、江河湖沼和土壤，以及潮湿物体表面的蒸发和植物的蒸腾。大气中的水汽含量极不固定，随时间、地点、条件而不同。其所占容积变化范围为04。观测结果表明，在1.52km 高度，水汽含量只及地面的1/2；在5km 高度，只相当于地面的1/10，再往上更少。水汽含量虽然不多，但它在大气温度变化范围内可以发生汽态、液态和固态三相转化，人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象，都是水汽相变的表现。此外，水汽还善于吸收和放射长波辐射，显著影响大气和地表的温度。,是,成云致雨的必要条件.,（三）固体杂质,悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等，它们的半径一般为10-210-8cm，多集中于低层大气中。烟粒主要来源于生产、生活方面的燃烧；尘埃主要来自经风的吹扬进入大气的地表松散微粒，以及火山爆发后产生的火山灰、流星燃烧的灰烬；盐粒则主要是由海洋波浪飞溅进入大气的水滴被蒸发后形成的，固体杂质的含量陆地上空多于海洋上空，城市多于乡村，冬季多于夏季，白天多于夜晚，愈近地面愈多。固体杂质是大气中水汽凝结的必要条件；能吸收部分太阳辐射，又可阻挡地面长波辐射，对大气和 地表温度有一定影响；其含量多少，还直接影响到大气能见度的好坏。固体杂质是大气中水汽凝结的必要条件,起到,凝结核,的作用,思考?,人类活动对大气有什么影响?,材料:,1、由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多，人类社会每年排放的二氧化碳总量在过去三十年里增加了一倍，再加上大量砍伐森林，减少了绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳的能力，大气中二氧化碳的浓度在过去三十年里增长了12。,2、氟氯烃是一种人工合成的化合物，主要用于制冷剂、火箭推进剂等，到了80年代中期为止，全球氟氯烃的年消费量已达到100万吨。,二氧化碳增多,全球气候变暖.,制冷设备增多,氟氯烃排放多,破坏臭氧,成云致雨的必要条件,起凝结核作用,主要,成分,次要,成分,水 汽,固体杂质,生物体的基本成分,维持生物活动的必要物质,植物光合作用的原料；对地面保温,吸收紫外线，使地球上的生,物免遭过量紫外线的伤害,成云致雨的必要条件；对地面保温,大气组成,主 要 作 用,干,洁,空,气,O,3,N,2,O,2,CO,2,大气各成分的作用,二,大气的垂直分层,2、对流层的厚度及特征A）厚度：本层厚度最簿，并随纬度、季节而不同，在高纬地区平均：89km,中纬地区平均：1012km,低纬地区平均1718km，夏季大于冬季。,B）特征：,一是温度随高度的升高而降低；因为该层的热量来自于地面的长波辐射，平均气温递减率为0.6,摄氏度,/100m；,二是具有强烈的对流运动；因为地面受热不均。,三是天气现象复杂多变；几乎所有的水汽、云、雨、雷、电等现象都发生在此层。,3、平流层的特征,（1）气温随高度升高的分布,下层：其上界离地面约3540km，为同温层,上层：其上界离地面约5060km，为逆温层，即气温随高度的升高而降低。因为平流层上层含有大量的臭氧，臭能大量地吸收太阳紫处线而增温；,（2）气流以水平运动为主，逆温的存在，对流不易产生。,（3）水汽、尘埃含量少，天气晴朗，能见度好。,1、地球大气共分哪几层?2、在不同纬度，对流层高度是否一样?为什么?3、对流层和平流层的气温如何随高度而变化?原因是什么?4、对流层和平流层中，大气运动的特点是什么?5、对流层和平流层大气与人类有何关系?6、读图，说明电离层与人类的关系。,分组阅读讨论,4、,高,层,大气,的特征,高度：平流层顶,以上,。,（1）温度随高度的升高而迅速下降。因为臭氧的含量下降。,（2）空气以垂直运动为主。但由于空气稀薄，所出现的天气现象已不如对流层复杂。,（3）在80km处白天出现一个电离层。,大气的垂直分层,对流层,平流层,对流旺盛近地面，,纬度不同厚度变；,高度增来温度减，,只因热源是地面；,天气复杂且多变，,风云雨雪较常见,气温初稳后升热,只因层中臭氧多,水平流动天气好,高空飞行很适合,上冷下热,高空对流,电,离,层,高层大气,电离层能反射,无线电波，对,无线电通讯有,重要作用,从大气与地表自然环境之间关系来说，对流层具有特别重要的意义。下面将主要讨论对流层范围内的基本情况。,三 大气的热力状况,地球表面处于大气圈、水圈和岩石圈的交互作用之中，进行着各种形式的运动过程，包括简单的机械运动和复杂的生命过程，其中大多数过程的能量直接或间接来自太阳辐射。太阳辐射透过地球的大气“外衣”到达地表，经过一系列能量转换之后，形成对地球生命有深刻影响的大气热力状况。地球上的气温条件是各种生物繁殖和演化的重要条件，也是决定地球上能量和物质输送、转化的重要因素。气温的空间变化是各地理要素地域分异的根本原因之一。,太阳辐射短波辐射,地面辐射长波辐射,大气辐射-长波辐射,大气的热力作用,1、大气对太阳辐射的削弱作用,2、大气的保温效应,2 太阳辐射,太阳辐射光谱和太阳常数,太阳辐射光谱太阳辐射中辐射按波长的分布，称为太阳辐射光谱。见书太阳辐射光谱图。从图中得出什么规律？,波长过短或过长所负荷的辐射能量都很少；,太阳辐射能主要分布在可见光区和红外光区，其中，可见光占太阳辐射总能量的50%，并以，红外区占43%；紫外区的太阳辐射能很少，只占7%。太阳常数在大气上界，垂直于太阳光线的1,平方厘米,面积内，1,秒,内获得的太阳辐射能量，称为太阳常数。,太阳辐射在大气中的减弱,大气的云层和尘埃地太阳辐射的反射。,反射能力取决于云的厚薄，薄云反射率：1020%；厚云反射率：90%。高层云反射率：25%；中层云：50%；低层云：65%。,大气浑浊度越大，对太阳辐射的削弱也越大。,到达地面的太阳辐射与大气上界的情况不同。由于大气圈对辐射有吸收、散射和反射等作用，太阳光谱中不同的波长将受到不同程度的削弱。吸收作用主要削弱紫外和红外部分，而对可见光部分则影响较少。散射和反射作用受云层厚度、水汽含量、大气悬浮微粒的粒径和含量的影响很大。,地面对太阳辐射的反射,：,到达地面的太阳辐射只有一部分被地面吸收，另一部他则被地面反射出去。地面对入射太阳辐射的反射取决于地面的反射率（r）。而r又取决于地面的性质。一般地：陆地表面的r约为10%30%，且随着太阳高度的减小而增大，深色土比浅色土小，粗糙土比平滑土小；水面随着太阳高度角和平静度而变，太阳高度角愈小，其反射率愈大，波浪起伏的水面，其平均反射率为10%，对陆地稍小。,散射辐射,影响散射辐射的因素：太阳高度角、透明度、云量,A）太阳高度角大，入射辐射量多，散射辐也相应地增强；,B）透明度差，参与散射作用的质点多，散射辐射也强；,C）云量大，散射辐射大。,（D）太阳光经散射后到达地面的部分。,为何天空呈蔚蓝色？,主要是空气分子在选择地对波长青色、蓝色光进行散射。,为何日出、日落时，太阳呈红色？,因为太阳高度角不同，太阳光通过大气的厚度也不同，太阳高度越小，太阳光投射时所穿过的大气质量就大（垂直时，穿过的质量数为1），日出、日落时，日光通过的大气质量数最大，尤其是低层大气的水滴、灰尘等大质点多，红光、橙光散射增强，导致出现红色“霞光”,3 大气的保温效应,1）、地面辐射,是大气的主要热源，地面辐射绝大部分（约有7595%）被大气中的云、雾、水汽和二氧化碳等吸收，只有波长为8.412um的部分，可穿过大气层进入宇宙空间，故称此波段为“大气窗”。,2）、大气辐射,（1）大气靠吸收（其吸收具有选择性）地面长波辐射而增温。,1）水汽：对地面长波辐射的吸收最明显，可吸收58.5um,18um红外区范围的太阳光；,2）二氧化碳：吸收波段有4.3um,14.7um,尤其是在14.7um为中心的吸收带范围很广；,太阳,地面,大气,大气逆辐射,地面和大气既吸收太阳辐射，又依据本身的温度向外辐射。由于地面和大气的温度比太阳低得多，因而地面和大气辐射的电磁波长比太阳辐射波长得多，其能量集中在3120 微米的红外范围内。故习惯上称太阳辐射为短波辐射，地面和大气辐射为长波辐射。,据估计，约有7595的地面长波辐射被大气吸收，用于大气增温，只有极少部分穿透大气散失到宇宙空间。由此可见，地面是大气第二热源。气温变化必然受到地面性质的影响。地面长波辐射几乎全被近地面4050 米厚的大气层所吸收。低层空气吸收的热量又以辐射、对流等方式传递到较高一层。这是对流层气温随高度增加而降低的重要原因。,地面辐射的方向是向上的，而大气辐射方向既有向上的，也有向下的。向下的部分称大气逆辐射。逆辐射可减少地面因长波辐射而损失的热量。这对地球表面的热量平衡具有重要意义。它使太阳短波辐射易于达到地面，地面长波辐射却不容易散失到宇宙空间，从而对大气起保温作用，使地面温度变化不致过于剧烈。这种作用称大气花房效应。,太阳,地面,大气,大气逆辐射,大气热力作用的意义,1、缩小了气温日较差,2、提高了地球表面平均温度,4、全球的热量平衡,综上所述，太阳短波辐射为大气和地面所吸收，大气和地面又依据本身的温度向外发射长波辐射，这样就形成了整个地-气系统与宇宙空间不断地以辐射形式进行能量交换。在地理环境内部，地面与大气也不断以辐射和热量输送的形式交换能量。在某一时段内物体能量收支的差值，称为辐射平衡或辐射差额。当物体收入的辐射多于支出时，辐射平衡为正，物体热量盈余，温度升高；反之，辐射平衡为负，物体热量亏损，温度将降低；若物体收入的辐射与支出相等，则辐射平衡为零，温度无显著变化。,热量收支平衡,3）大气上界：100（收）=（支）34+60+6,1）地面：47+106（收）=（支）120+23+10,2）大气：19+114+23+10（收）=（支）166,全球年平均辐射平衡为零，但局部地区却并非如此。低纬地区辐射平衡为正，能量盈余；高纬地区辐射平衡为负，能量亏损；高纬地区亏损的部分由低纬地区盈余的部分补充，能量由低纬向高纬输送主要是依靠全球性的大气环流和洋流进行的。,辐射平衡有明显的日变化与年变化。在一日内，白天收入的太阳辐射超过支出的长波辐射，故辐射平衡为正；夜晚情况相反，辐射平衡为负。辐射平衡由正转为负或由负转为正的时刻，分别出现在日没前与日出后一小时。在一年内，北半球夏季的辐射平衡因收入的太阳辐射增多而加大；冬季则相反，甚至出现负值。这种年变化情况因纬度不同而不同，纬度愈高，辐射平衡保持正值的月份愈少。例如，宜昌全年辐射平衡均为正值，而列宁格勒只有五个月为正值，在极圈范围内则大部分时间出现负值,大气的热力状况,大气的热力状况,大气的热力作用,大气对太阳的削弱作用,大气的保温效应,太阳,地面,大气,大气逆辐射,全球的热量平衡,二、气温,气温是大气热力状况的数量度量。气温的变化特点通常使用平均温度和极端值绝对最高温度、绝对最低温度来表示，地理位置、海拔高度、气块运动、季节、时间以及地面性质都是影响气温的分布和变化的因素。大气从地面获得的能量比直接吸收的太阳辐射能多，所以地面性质对气温变化影响极大。地球表面结构不均一，首先可以分为大陆和海洋两大部分。大陆表面主要由岩石及其风化物和土壤所组成，热容量小，约为0.2 卡/克度，海洋热容量较大，为1 卡/克度，二者对热能的反映存在显著的差别。水体蒸发耗热较多，且可以通过垂直的和水平的水流运动将热量向周围和深处传递；而陆地蒸发耗热少，向周围传导的热量也少。所以当吸收同等的太阳辐射时