第一章与第二章PPT课件

1、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*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*大气物理学人居学院 彭友兵 大气物理学 Atmospheric Physics 课程属性: 学科必修课/主干课 学 时: 48 考试方式：平时成绩（考勤、作业等）30%，课堂笔试70% 预修课程：高等数学、普通物理学、流体力学、环境热力学 教 材：盛裴轩,毛节泰等编著,大气物理学,北京大学 出版社, 2003课程性质及考核方式 第一章 行星大气和地球大气的演化1.1 行星大气

2、1.2 地球大气的演化1.1 行星大气成分类地行星和类木行星太阳系的行星（除冥王星外）大体可以分为两大类：类地行星(terrestrial planets)：行星本身是固态的，如水星、金星、地球、火星，这些行星的体积相对较小，被较重的大气（N2O和CO2）包围 (水星几乎没有大气)；类木行星(gas planets)：没有明显的固体核心或“地表”，如木星、土星、天王星、海王星，它们的大气由较轻气体分子组成(H2，He)；6内行星和外行星内星球：水星、金星、地球、火星。这些星球是固体的，其大气有一个固体的下垫面外星球：木星、土星、天王星，海王星和冥王星。这些星球具有固态或液态的核心，并逐步向气态

3、过渡，很难定义一个明确的大气下垫面。1.2第二章 地球大气的成分及分布2.1 干洁大气2.2 大气中的水汽2.3 大气气溶胶第二章 地球大气的成分及分布13 水汽：占大气总质量的0.25%，浓度随高度迅速减少，主要存在于近地面3公里以下的层次，水汽在大气中的平均停留时间为10天。地球大气成分分类方法a、绝对量法体积质量，单位为mg/m3，g/m3等，表示大气中气溶胶的浓度，但进行数值比较时要考虑大气状态。b、相对量法，单位为ppm，ppb，ppt等，若表示该成分的质量占整个大气总质量的份数，即质量百分比m，若表示该成分的体积占整个大气总体积的份数，即体积百分比v。 一百万分之一（Parts P

4、er Million） 十亿分之一 一万亿分之一c、 mg/m3与ppm的换算关系是：式中：X气体以每立方米的毫克数表示的浓度值；C气体以ppm表示的浓度值；M气体的分子量。2.1 干洁大气源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸；汇：海洋吸收，生物光合作用转化CO2含量变化原因：主要由燃煤、石油、天然气等燃料所引起的，火山爆发及从碳酸盐矿物、浅地层里释放的CO2是次要原因。作用： a、对长波辐射的吸收和放 射，影响地面和大气的 温度（温室气体）。 b、是植物光合作用不可 缺少的原料。2.1.1 CO2的来源及作用2.1.2 臭氧1 O3的来源及作用2 O3的来源及作用来源：a、高空臭氧：高层大气中的臭

5、氧主要是氧分子吸收一定波长的太阳辐射，形成氧原子，而后氧原子在第三种中性粒子M的参与下与氧分子结合，形成臭氧。 b、低空臭氧：低空臭氧主要是从高空输送而来，另外对流层大气的光化学反应也是臭氧的另一个主要来源，还有一部分由雷暴闪电、有机物氧化生成。作用：a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了大气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。 2 O3的来源及作用b、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。 c、对红外辐射的吸收，使地面向外空间的辐射受阻，也促进了大气的增温。 臭氧洞 定义：80年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地

6、带，近90臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞”。臭氧洞产生的原因 大气动力学南极冬春环极涡旋 大气化学氟氯烃（蒙特利尔 协定） 其他 青藏高原的臭氧洞2003年12月14日至17日，青藏高原上空出现大面积臭氧总量极低值区，臭氧总量低于220DU（气压1标准大气压、气温0条件下，10微米厚的臭氧定义为1DU）的面积超过250万平方公里，中心极低值仅为190DU，比历史同期平均值255DU减少了25%，这是首次报道在青藏高原上空出现微型臭氧洞或臭氧极低值事件。青藏高原的臭氧洞对于微型臭氧洞的形成，科学界比较一致地认为是动力作用

7、重新分配臭氧的结果：上对流层平流作用把副热带低臭氧浓度空气输送到较高纬度上空，从而引起当地臭氧总量很快减少。并分析指出，动力作用同样是造成青藏高原上空出现微型臭氧洞事件的主要原因：在200百帕高度上，青藏高原上空副热带西风急流北抬至北纬40度，致使高原上空对流层顶抬升，强大的西南气流把热带对流层低浓度臭氧空气向青藏高原上空输送，最终导致青藏高原上空臭氧总量大幅度降低。 青藏高原的臭氧洞大型山地上空的臭氧层亏损是由于地面对大气异常的热力和动力作用，使得臭氧含量较低空气上升，进入臭氧含量高的区域，从而冲淡整层臭氧含量。在青藏高原，这种臭氧亏损主要是由于青藏高原的热力作用所致。同样的原因，美国的洛基

8、山脉、南美安第斯山脉上空也存在着不同的臭氧亏损。2.1.3 干空气状态方程1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容：一、比热容的定义 物体温度升高1K所需的热量称为热容：干空气比热容干空气定压比热容二、定压比热容及定容比热容 热量是过程量，因此比热容也与各过程特性有关，不同的热力过程，比热容也不相同：干空气定容比热容水汽是大气中唯一一种在大气自然条件下有三相变化的气体。o 水汽: 湿度o 液滴: 云，雾，雨o 冰: 云，雾，雹，雪，三相可同时存在2.2 大气中的水汽天气和气候中最重要的成分，它影响：o 湿度: - 辐射平衡 (长波&短波辐射) - 人的舒适度o 云: - 辐射平衡 长波 &

9、短波 - 能量平衡 (潜热!) - 降水总量: 1，383，613储量：Oceans 1，350，000 97.5% Ice Sheets 25，000 1.8% UnderGround 8，400 0.6% Lake 200 0.014% Air 13 0.001%单位：103 km3通量： 海洋蒸发 361/年 陆地蒸发 62/年 合计 423/年 海洋降水 324/年 陆地降水 99/年 合计 423/年陆地流回海洋 37/年2.2.1 大气湿度的表示方法 1.空气湿度：表示空气中水汽含量多少或潮湿程度的物理量。2. 湿度参量 有很多个1.水汽压与混合比及比湿的关系：水汽压与水汽密度的关

10、系：平水面饱和水汽压随温度的变化曲线平冰面饱和水汽压随温度的变化曲线平水面饱和水汽压随温度的变化曲线平冰面饱和水汽压随温度的变化曲线2.2.2 湿空气的状态方程 （1）定义：悬浮在大气中的各种固体和液体粒子。（2）按尺度分类 尺度：10-3102m 数密度： 102106个/cm3， 城市农村，陆地海洋，冬季夏季2.3 大气气溶胶（3）来源人工源：燃烧、工业活动产生的烟粒、煤烟粒子，核实验，气粒转化过程。自然源：土壤岩石风化及火山爆发、 森林火灾、海洋溅沫、云滴、 冰晶、宇宙尘埃、有机质点等。撒哈拉沙尘暴海水溅沫盐水滴气溶胶粒子海浪冲击形成空气泡破裂干涸（4）作用： a、可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻结核），是形成云雾降水的条件。 b、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改变地球的辐射平衡。 c、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。 d、影响大气光电特性。本章小结(1)1. 大气演化的三个阶段及各自组分2. 干洁大气的定义及组成成分，大气成分浓度表示法及计算3. CO2、O3的来源和作用4.气溶胶定义、来源和作用本章小结(2)5. 各湿度参量定义及计算6. 干、湿空气状态方程推导7. 虚温的概念和意义及相关计算 思考题1、某气块等压降温时，下列湿度参量中随之增大的是（ ）。 A、露点温度；B、相对