3-1大气的组成和垂直分层.ppt

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 干洁空气 O3 N2 O2 CO2 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0 4 观测结果表明 在1 5 2km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 2 10 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 干洁空气 O3 N2 O2 CO2 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 8 9km 中纬地区平均 10 12km 低纬地区平均17 18km 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35 40km 为同温层上层 其上界离地面约50 60km 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 上冷下热高空对流 高层大气 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 10 20 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 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75 95 被大气中的云 雾 水汽和二氧化碳等吸收 只有波长为8 4 12um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5 8 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3 120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75 95 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40 50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