2_农业气象学_大气

第一章大气,大气的组成、大气的垂直结构大气污染（污染源、污染物、大气污染的影响）大气与农业（二氧化氮的浓度变化对农业的影响）,第一节大气的组成和垂直结构,一、大气的组成大气：包括悬浮其中的液体和固体质粒在内的气体混合物。混合物：干洁大气、水汽和气溶胶粒子。,干洁大气不含水汽和气溶胶粒子的混合空气称为干洁大气。平均分子量：28.966左右,主要成分：25km以下95km处氮气78%77%氧气21%21.5%氩气0.9%0.76%,氮和氧氮是大气中含量最多的气体，氮是地球上生命体的基本成本，以蛋白质的形式存在于有机体中。氧是大气中含量次多的气体，氧气是维持人类及动植物生命极为重要的气体。,臭氧大气中的臭氧是氧分子在太阳紫外辐射的作用下分解成氧原子(O2O+O)，然后又和氧分子化合而成(O2+OO3)。臭氧的分布：近地空气层中，臭氧含量很少5-10km高度，含量开始增加20-25km处达最大浓度，形成明显的臭氧层55km逐渐消失。,臭氧吸收的紫外线：紫外C(波长0.20-0.28微米)-全部紫外B(波长0.28-0.32微米)-绝大部分紫外A(波长大于0.32微米)杀灭细菌防治佝偻病促进植物细胞壁和纤维素的合成,二氧化氮大气中的二氧化氮来源：海洋及陆地上的有机体的腐烂、分解动植物的呼吸作用石油煤等化石燃料的燃烧二氧化氮多集中于大气底部20km的气层内在低层大气中的含量，随时间和地点而不同一般夏季含量少、冬季多白天少，夜间多农村少，城市、工矿区多。,水汽水汽是大气的重要组成部分。水汽主要来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的蒸发。主要集中在低层大气，随高度升高很快减少。1.5-2km高度-空气中水汽含量减少为地面的1/25km高度-减少为地面的1/10。大气中的各种凝结物-云、雾、雨、雪等有水汽存在而产生。水汽、液态的水滴和固态的冰晶在不断进行相互转换，在转换过程中伴随着潜热的吸收和释放，从而引起温度的改变和热量的转换。大气中的水汽能强烈吸收地面长波辐射，它和CO2一起，对地面保温起着重要的作用。,气溶胶粒子悬浮在大气中的固态或液态的粒子称为气溶胶粒子水滴、冰晶燃烧产生的烟粒被风卷起的尘土海洋中浪花溅起在空中留下的盐粒火山爆发后进入大气的火山灰植物的花粉微生物和细菌等。能见度降低云、雨的形成起重要作用（水汽凝结核）吸收一部分太阳辐射及阻挡地面放射对地面和空气温度有一定的影响有些是大气中的污染物质，可对人类、动植物造成危害。,大气的垂直分层大气在垂直方向上物理性质是不均匀，根据大气温度的垂直分布特性，并考虑垂直方向上的大气运动情况，将大气层分为以下五层。对流层，平流层，中间层，热层，散逸层,二、大气的结构,对流层：对流层是大气的最底层，它的底部直接接触于地面。低纬度：17-18km中纬度：10-12km高纬度：8-9km夏季高于冬季它受地面影响最大，而它的厚度最薄。对流层里集中了3/4的大气质量和大部分水汽对流层的主要特点气温随高度增加而降低(每上升100m，气温约下降0.65)空气具有强烈的对流运动和不规则的乱流运动气象要素水平分布不均匀,平流层平流层位于对流层顶到距地面约50-55km的高度。平流层的特征上部气温随高度的上升而升高空气以水平运动为主（气流比较平稳）水汽、尘埃含量极少，大多数时间天气晴朗。,中间层中间层是从平流层顶到距地面85km的高度。（顶部温度：-113-83度）气温随高度的增加迅速降低，气流有强烈的垂直运动。（又称高空对流层）,热层位于中间层以上。该层气温随高度增加而迅速增高。热层没有明显的顶部，通常认为在垂直方向上，气温从向上增温至转为等温时为其上限（大约800km）。热层的特征气温随高度增加迅速增高增温幅度与太阳活动有关(强，500km-2000k)(弱，500km-500k)空气处于高度电离状态,在高层大气中(60km以上)由于受到太阳的强烈辐射，迫使气体原子电离，产生带电离子和自由电子，使在高层大气中产生电流和磁场，并可反射无线电波。,散逸层它是大气的最高层，又称外层，是大气圈与星际空间的过渡带。气温随高度的增加很少变化。,大气污染由于人类活动或自然过程，使排放到大气中的物质的浓度及持续时间足以对人类及动植物的健康、设施或环境产生不利影响，破坏了生态系统和人类及动植物的生活生存条件的现象，称为大气污染。对人类造成危害较大的有：烟尘、硫化物、氧化物、氮化物和有机物等。被列入大气卫生质量标准的污染物尘埃，SO2,NO2,CO,和CO2等气体,第二节大气污染,一、大气污染源1.工业污染源大气污染物的主要来源，且排放量大而集中。烟尘和SO2排放量占全国排放总量的84%。2.交通运输污染源汽车、轮船、飞机等-一氧化碳和氮氧化物它们的排放量占总排放量的一半以上。,3.农业污染源o农业生产过程中的农药、化肥等使用不当大气产生污染，对农产品及产品质量也有不良影响。o家畜饲养所带来的污染物粪尿本身及其分解产生的恶臭、氨、醛、酰、H2S及病原微生物等。4.生活污染源家庭炉灶及取暖设备在燃烧过程中向大气排放的污染物质烟尘、二氧化碳、二氧化硫等,二、大气污染物,1.含硫化合物:SO2,SO3,H2SO4,H2S,硫酸盐、有机硫化物等。危害最大的是SO2,H2SO4,H2SSO2的危害：酸雨的主要原因2.含氮化合物：NH4,N2O,NO,NO2等。NO,NO2的危害最大NO2对呼吸器官有强烈的刺激作用，能迅速破坏肺细胞,3.碳氧化合物：CO和CO2。CO2属于温室气体，是导致地球温度的上升，并使全球气候发生明显的变化。4.碳氢化合物：挥发性的碳氢化合物，有烷烃，烯烃，炔烃，芳香烃等。主要污染物是甲烷和苯并芘（C20H12)。甲烷:仅次于CO2的温室气体。苯并芘（BaP):致癌物质食用油煎炸食品，煤、石油碳氢化合物燃烧,5.含卤素化合物：卤代烃，其他含氯化合物和氟化物。一氟三氯甲烷CFCl3（F-11）二氟二氯甲烷CF2Cl2（F-12）冰箱制冷剂、喷雾器中的推进剂、塑料起泡剂等。6.光化学氧化剂：O3、过氧乙酰硝酸酯（PAN)、NO2、H2O2等。危害人和动植物，具有刺激性（引起眼睛酸、痛、流泪）,7.颗粒物：气溶胶、总悬浮颗粒物、降尘、飘尘、可吸入颗粒物等的总称。可吸入颗粒物是指粒径小于10微米的粒子。粒径越小，在大气中停留时间越长，被人体吸入的可能性就越高。小于2微米的粒子可以到达肺部无纤毛区，对人体健康造成极大的危害,三、大气污染的影响1.对农业生产的危害农作物减产、产品品质下降。2.对全球气候的影响酸雨、温室效应、臭氧层遭破坏,a.酸雨：PH5.6时的降雨。形成途径：二氧化硫在潮湿、污浊的空气中，被大气中的金属离子催化氧化成硫酸而形成酸。酸雨的危害:使河流、湖泊酸化危害植物正常的生长发育使土壤酸化，降低土壤肥力严重腐蚀城市建筑物、桥梁、机器等,b.温室效应大气吸收地面长波辐射之后，也同时向宇宙和地面发射辐射，从而对地面起保暖增温作用。引起温室效应的气体称为温室气体。有二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氟里昂、水汽等。,c.臭氧层遭破坏影响臭氧层的化学反应物大约有一万种。氟利昂破坏性最严重,氮氧化物（NO、NO2）也能和臭氧发生反应，使臭氧分解,大气污染的治理合理布局工业，减少污染物排放改进燃烧方法和燃料构成采用区域采暖集中供热减少交通废弃污染合理使用农药和化肥造林绿化,第三节大气与农业,一、CO2浓度变化对农作物的影响1.CO2浓度增高对不同作物类型的影响增加CO2浓度，C3植物无论是弱光或强光条件下，光合作用均能得到促进。C4植物在高的CO2浓度下，也只能增加一点CO2吸收率。2.CO2浓度增高对植物光合率与生产力的影响增加CO2浓度，从长期看来可以延迟叶片衰老，使叶片有较长时间维持活跃的光和作用，这对作物增产非常有利。,3.CO2浓度增高对植物水分利用率的影响植物每获得一个分子的CO2，叶片将蒸腾失去水分的比值称为光合水分利用率。增加CO2浓度，可减少小麦蒸腾80%玉米、高粱约68%,一、CO2增加后对农业计划与措施的调节1.作物类型的调整增加CO2浓度，块茎作物收益最大，其次是籽粒。2.作物育种的考虑培育抗倒伏、不分孽过多的作物品种。,3.耕作措施的考虑(1)旱地作物因CO2浓度增加，促进早期生长，将更早地耗尽土壤水分。因此，在耕作措施效应相应调整。(2)由于CO2充足，水分利用率高，作物的种植密度可以相应提高。(3)增加CO2浓度后，作物对肥料的要求更高，故应增加肥料的供应。(4)作物的分布区域CO2浓度增加，使水分利用率提高，作