2、大气受热过程

第一节大气的受热过程一 大气的组成和垂直分层 氮 含量最多 78 氧 含量第二 21 二氧化碳 0 03 臭氧 干洁空气 固体杂质 也主要集中在大气底层 陆上大于海上 午后大于早晨 冬季大于夏季 1 大气的组成 水汽 水汽主要集中在大气底层 雨天大于晴天 低纬大于高纬 海上大于陆上 2 大气各组分的作用 氮 在大气中含量最多 是生物体的基本成分 氧 含量第二 是人类和一切生物维持生命活动必需的物质二氧化碳 光合作用的基本原料 对地面有保温作用臭氧 大量吸收紫外线 地球生命保护伞 少量有杀菌作用 2 大气各成分的含量分析 干洁空气中各种气体所占比例基本上不变 但受人类活动影响而改变 二氧化碳 矿物燃料燃烧 毁林 温室效应 二氧化硫 氮氧化物 矿物燃料燃烧 交通 酸雨 1 大气各组成成分的作用 碳氢化合物和氮氧化合物 汽车尾气 光化学烟雾 氟氯烃 致冷剂的使用而排放 工业革命后才从无到有 破坏臭氧层 产生臭氧层空洞 水汽随时间 地点和气象条件而变化 水汽主要集中在大气底层 夏季大于冬季 低纬大于高纬 海上大于陆上 如森林 水库水汽的三相变产生一系列天气现象 并伴随热量的吸收和释放 直接影响地面和大气温度 水汽吸收或放出长波辐射 有 温室效应 并反射太阳辐射 固体杂质多集中于大气底层 随地区 时间和天气条件而变 人类活动中 矿物燃料燃烧 工矿建筑 交通 森林有吸烟滞尘作用 城市大于乡村 雾和低云比郊区多 产生 湿岛效应 自然界 气候干旱 大风固体杂质对太阳辐射有反射 散射等削弱作用 并影响大气质量 1 大气的垂直分层 大气温度的垂直变化 对流层 地面以上近20千米 问题 1 为什么对流层气温的垂直变化随高度增加而递减 这对该层大气的垂直运动有什么影响 1 地球大气的垂直分层 气温的垂直变化比较复杂 起初下降 到80千米以上又开始上升 由于接受的太阳辐射较强 大气电离 形成了电离层 这对地面上人类的无线电通讯产生了重要的影响 气温随高度的增加而递减 大气垂直对流运动显著 有复杂多边的天气现象 平流层 对流层对流层顶到55千米 问题 1 为什么平流层的大气温度随高度增加而递增 2 平流层大气运动的主要特点是什么 3 平流层有无复杂的天气现象 为什么 气温随高度的增加而递增 大气以水平平流运动为主 在25千米的高空 臭氧含量显著增加 形成了臭氧层 高层大气 从平流层顶一直到大气的上界 2 对流层中的逆溫现象 一般情况下 对流层温度上冷下热 但在一定条件下 对流层的某一个高度范围内会出现气温随高度增加而上升的现象 即下冷上热现象 这种气温逆转的现象我们称之为 逆温 逆温 现象的原因有很多种 一是地面辐射冷却 辐射逆温 下图表明了这种辐射逆温的生消过程 二是冷空气下沉 地形逆温 在山谷与盆地区域 由于冷却的空气会沿斜坡流人低谷和盆地 因而常使山谷和盆地的辐射逆温得到加强 往往持续数天而不会消失 三是空气平流 平流逆温 当暖空气水平移动到冷的地面或水面上 会发生接触冷却的作用 逆温的发生规律 在山谷或盆地地形中特别是秋冬的夜晚最易发生 海洋寒洋流的海面上也经常出现 逆溫时多伴随有浓雾 图a为正常气温垂直分布情形 在晴朗无云的夜间 地面辐射冷却很快 贴近地面的气层也随之降温 离地面愈近 降温愈快 离地面愈远 降温愈慢 因而形成了自地面开始的逆温 图b 随着地面辐射冷却的加剧 逆温逐渐向上扩展 黎明时达最强 图c 日出后 太阳辐射逐渐增强 地面很快增温 逆温便逐渐自下而上地消失 图d e 辐射逆温厚度从数十米到数百米 在大陆上常年都可出现 以冬季最强 冬季夜长 逆温层较厚 消失较慢 逆温的危害 由于逆温层的存在 造成对流层大气局部上热下冷 大气层结稳定 阻碍了空气垂直运动的发展 使大量烟尘 水汽凝结物等聚集在它的下面 易产生大雾天气 使能见度变坏 尤其是城市及工业区上空 由于凝结核多 易产生浓雾天气 有的甚至造成严重大气污染事件 如光化学烟雾等 例题 例1 图5 4中图甲表示近地面空气若上升到3000m高度时 理论温度为T 3000米高空的实际温度为Ts 当Ts T时近地面空气上升将受阻 即出现了逆温现象 读某城市春季气温日变化图读图乙回答 1 若Ts稳定在 8 该城市气温至少要上升到 以上时 逆温现象才会结束 这时的时间约为时 2 一般逆温结束后2小时 近地面对流才能起到 净化 空气的作用 所以 在图示的情况下 仅考虑空气洁净的因素 上午体育锻炼的时间宜选在时以后 例2 通常近地面逆温层常出现在晴朗夜晚 至日出前后最厚 下图为 春分日某地某时气温垂直分布图 读图完成以下各题 1 若该地为利马 12 S 77 W 则其近地面逆温层最厚时约在北京时间 A 6时前后B 11时前后C 14时前后D 19时前后 2 假设此逆温层常年存在 此地附近有座山顶终年积雪的山 则此高山的海拔估计至少在 米以上 A 3000米B 4000米 C 5000米D 6000米 1 大气热量来源太阳辐射是大气热量的根本来源地面辐射是低层大气热量的直接来源2 大气的热力作用 1 大气对太阳辐射的削弱作用 反射作用最强 吸收作用最弱 吸收 有选择性 平流层中的臭氧与高层大气层的氧原子吸收紫外线 水汽 二氧化碳吸收波长较长的红外线 又由于太阳辐射中能量最强部分集中在波长较短的可见光部分 大气直接吸收太阳辐射很少 反射 无选择性 云层和较大颗粒 其中云的反射作用最为显著 卫星云图上白色越浓 云层越厚 反射太阳光最多 二 大气的受热过程 散射 有选择性 空气分子和微小尘埃 蓝 紫色光最容易被散射 所以晴朗天空呈现蔚蓝色 天空呈灰白色是因为太阳光被较多尘埃和雾粒散射的缘故 削弱作用受太阳高度的影响 太阳高度大的地区太阳辐射经过大气路程短 削弱得少 因此 太阳辐射由低纬向两极递减 一天中 正午时刻最强 阴雨天或多云天气时 大气的削弱作用最强 故白天阴雨天气时气温要比晴天低 2 大气对地面辐射的吸收效应 地面辐射和大气辐射 物体温度高 辐射最强部分波长短 太阳辐射波长小于地面辐射和大气辐射 太阳辐射为短波辐射 地面辐射与大气辐射为长波辐射 大气对地面辐射的吸收 大气中水汽和二氧化碳能强烈吸收地面长波辐射使大气能量增加 因此 地面是低层大气能量的主要来源 在这个过程中 大气以逆辐射的形式又把能量返还给地面 补偿了地面损失的热量 从而对地面其保温作用 阴雨或多云天气时 大气的保温作用更强 故大暴雨来临前 天气特别闷热 晚上多云时 气温比晴天高 作用 大气的保温作用提高了夜间的气温 大气的削弱作用降低白天的气温 这样就减少了一天中气温的日较差 3 大气热力作用原理应用 运用大气热力作用原理 可以分析解决许多实际问题 阴天的白天气温比较低的原因 晴朗的天空为什么是蔚蓝色的 日出前的黎明和日落后的黄昏天空为什么是明亮的 霜冻为什么出现在晴朗的早晨 晴朗的夜晚气温低 沙漠地区 晴天 为什么气温日较差大 青藏高原为什么是我国太阳辐射最强的地区 4 全球的热量平衡 多年平均来看 地球 地面和大气 热量收支平衡 全球热量平衡与人类生存发展的关系 第一 全球每年平均气温比较稳定 有利于人类的生存与活动 第二 人类通过改变大气的组成或改变地面的热力状况 可以影响大气的热力作用过程 从而改变局部地区甚至是全球的气候 例如 人类向大气中大量排放等温室气体 使得大气热量的收支失去平衡 导致热量平衡失调 使全球变暖 1 气温的日变化 5 气温的日变化和年变化 2 气温年变化 北半球为例 南半球相反 6 气温的分布 1 气温的水平分布规律 气温都从低纬向两极递减 在南北半球上 无论7月或1月 这是一般规律 因为低纬地区获得太阳辐射能量多 气温就高 高纬地区获得太阳辐射能量少 气温就低 北半球同一纬度上 一月陆地等温线向南 低纬 凸出 海洋上则向北 高纬 凸出 7月份正好相反 因为在同一纬度上 冬季大陆气温比海洋低 夏季大陆气温比海洋高 2 气温的垂直分布规律 气温垂直递减率 海拔升高每100米 气温降低0 6 例3 读某地近地面多年平均热量收入状况图分析回答 1 阴影 反映近地面空气热量 所以此段时间气温呈趋势 2 曲线A表明了年内的变化 这种变化与年变化基本一致 3 曲线B表明了年内的变化 这种变化与的年变化基本一致 4 该地位于半球 最高气温可能出现在 例4 如图是 地球大气热量传递与平衡 示意图 回答 1 冬半年的霜冻灾害发生在晴朗的夜间 这一原因与图中 是 甲 乙 丙的过程有关 2 多云的白天比晴天气温低 原因是 这一原因与图中甲 乙 丙的过程相关 3 对流层大气温度随高度的增加而递减 原因是 这一原因与图中甲 乙 丙中的过程有关 4 一般情况下 多年平均而言 有B A C D 但是近若干年来 上述平衡被打破 变成了不等式 出现这一结果的原因是 这种趋势带来的具体危害是 例5读如城秋季某夜前后垂直温度梯度 0C 100米 时空变化图 完成后面两题 1 该日发生大气逆温现象的时段是 A 当日17点前和第二天8点后B 17时 23时C 16时30分 7时D 23时 5时 2 当该地大气发生逆温现象时 A 空气对流更加显著B 抑制污染物向上扩散C 有利于大气成云致雨D 减少了大气中臭氧的含量 该地区正受天气系统的影响 若P处出现降水 则其降水形式应为 请在图中适当位置画出该天气 例6 读某地气温垂直分布图 回答下列问题 系统的剖面示意图 包括天气状况 P是工业高度集中的城市 工业生产过程中排放大量的烟尘和酸雨气体等 则 工业排放的大气污染物对降水的影响是 降水的影响是 若图示天气系统向A方向移走 则P处空气质量是否会明显改善 为什么 例7