农业气象学课件

1、第一章第一章 大气大气 l 大气的组成、大气的垂直结构大气的组成、大气的垂直结构 l 大气污染（污染源、污染物、大气污染的影响）大气污染（污染源、污染物、大气污染的影响） l 大气与农业（二氧化氮的浓度变化对农业的影响）大气与农业（二氧化氮的浓度变化对农业的影响） 第一节第一节 大气的组成和垂直结构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。 气体混合物：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

2、.5% 氩气 0.9% 0.76% l 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。 l 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(

3、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 l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。 l 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。 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

4、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。 l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大气温度的垂直分布特性， 并考虑

5、垂直方向上的大气运动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，散逸层对流层，平流层，中间层，热层，散逸层 二、大气的结构 l 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： 17-18 km 中纬度： 10-12 km 高纬度： 8-9 km 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 l 平流层 平流层位于对流层顶到距地面约50-55km50

6、-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。 l 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） l 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

7、离状态 在高层大气中在高层大气中(60km以上以上)由于受到太阳的强烈辐射，迫使气体原子电离，产生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。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。 l 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。 l 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，称为大气污染大气污染。 对人类造成危害较

8、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 第二节第二节 大气污染大气污染 一、大气污染源一、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，使大气产生 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 臭、氨、醛、酰、H2S及病原微生

9、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, H2S SO2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，

10、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

11、， 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、大气污染的影响三、大气污染的影响 1. 对农业生产的危害对农业生产的危害 农作物减产、产品品质下降。 2. 对全球气候的影响对全球气候的影响 酸雨、温室效应、臭氧层遭破坏 a. a. 酸雨酸雨 ：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. b. 温室效应温室效应 大气吸收地面长波辐射之后，

12、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.c.臭氧层遭破坏臭氧层遭破坏 影响臭氧层的化学反应物大约有一万种。 l氟利昂破坏性最严重, l氮氧化物（NO、NO2）也能和臭氧发生反应，使臭氧分解 2 2 23 222 23 OClOClO OOO OClOOCl ClCFCl自由ClCF CFCl自由ClCFCl l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

13、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% 二、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