大气圈和天气系统

大气圈和气候系统3.1.1干洁空气3.1.2水汽水汽在大气中是一种可变气体，随时间地点大气环流和海陆分布密切相关。水汽占地球总水量的0.001%，平均每11天循环一次，每年更替32次。大气中的水汽是唯一能发生相变的大气成分，同时，水汽能强烈吸收和放出长波辐射能；在相变过程中还能释放和吸收热量。因此，水汽在天气变化、大气能源转换过程及大气与地面的能量交换中起着重要的作用。

NASA的两张图像上的颜色差异所表示的，就是假设空气中的水汽全部凝结并形成降水，将导致多少毫米的降水量。蓝色代表最高的大气水汽含量，约相当于50~70毫米的降水量。绿色表示约25毫米的降水，浅灰色则表示10毫米或以下。通常水汽含量主要集中在距地3Km范围内，每升高1.5—2.0Km，水汽含量减少一半，到5Km高度上，含量减少到地面的10%，8.0—10.0Km以上水汽更少3.1.2固、液杂质大气悬浮固体杂质和液体微粒也可称为气溶胶粒子。

自然源

气溶胶粒子来源分为

人工源大的水溶性气溶胶粒子最易使水汽凝结，是成云致雨的重要条件。3.1.2固、液杂质大气悬浮固体杂质和液体微粒也可称为气溶胶粒子。

自然源

气溶胶粒子来源分为

人工源作用：成云致雨的重要条件（凝结核）、改变大气透明度、破坏地球的辐射平衡。

大气的结构一、大气质量1.大气上界2.大气质量二、大气压力气压：定义从观测高度到大气上界单位面积（横截面积1平方厘米）垂直空气柱的质量为大气压强，简称气压。测量仪器：水银气压表、空气气压计气压单位：帕斯卡（Pa）、百帕（hPa）气象学把温度为0℃、纬度为45°的海平面气压作为标准大气压，称为1个大气压，相当于1013.25hPa

地面气压值在980-1040hPa之间变动，平均为1013hPa。

内容周期性日变化一昼夜有两个最高值（9-10时、21-22时），两个最低值（3-4时、15-16时）。热带的日变化比温带明显。周期性年变化赤道地区气压变化不大，高纬度较大；大陆和海洋也有显著差别，大陆冬季气压高，夏季最低，而海洋相同。非周期性变化常与大气环流和天气系统有联系，且变化幅度大。

高气压由于地表的非均质一性及动力、热力因子影像，在同一水平面上实际气压的分布并不均匀，所以在同一时刻用等压线绘出的图就叫水平气压场图。低气压高压脊鞍形低压槽气压场的几种基本类型

气压的垂直分布①在气压相同条件下，气柱温度越高单位气压高度越大，气压垂直梯度越小，即暖区气压垂直高度差越大。②在相同气温下，气压越高单位气压高度差越小，气压垂直梯度越大。大气分层按照分子组成：均质层和非均质层非均质层从内到外分为：氮层、原子氧层、氦层、氢层。按照大气化学和物理性质：分为光化层和离子层。在气象学中按照温度和运动情况将大气圈分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层

大气的热能地球气候系统的能源主要来源于太阳辐射，他从根本上决定地球、大气的热状况，从而支配其他能量的传输过程，而地球气候系统内部也进行着辐射能量交换，所以我们研究大气的热能首先从太阳辐射开始说起。

太阳辐射太阳辐射能类型名称波长比例可见光0.4-0.76μm50%红外辐射大于0.76μm43%紫外辐射小于0.4μm7%

短波辐射：相对于地球辐射而言，太阳辐射波长较短，故称太阳辐射为短波辐射。太阳辐射强度：表示太阳辐射能强弱的物理量，即单位时间内垂直投射的单位面积上的太阳辐射能。太阳常数：在日地平均距离（D=1.496×108km）上，大气顶界垂直于太阳光线的单位面积上每分钟接受的太阳辐射。最佳值为1361W/m2

主要削弱紫外和红外散射和反射作用受云层厚度、水汽含量、大气悬浮微粒粒径和含量影响很大

大气对太阳辐射的散射①分子散射（蕾利散射）原因：空气分子的直径小于太阳辐射的电磁波波长。规律：波长越短，散射越强，散射能力与波长的四次方呈反比。例子：雨过天晴，天空呈青蓝色，因为青蓝色光波长较短，容易散射。

②粗粒散射原因：固液微粒的直径大于太阳辐射的电磁波波长。规律：辐射的各种波长同样地被散射。例子：尘埃雾粒较多时，天空呈灰白色；浪花之白色。大气能量及其保温效应大气本身对太阳辐射直接吸收很少，而水、陆、植被等下垫面却能大量吸收太阳辐射并经潜热和感热转化供给大气。大气获得能量的具体结构对太阳辐射的直接吸收对地面辐射的吸收潜热输送感热输送

大气的逆辐射和保温效应大气的逆辐射：大气吸收地面长波辐射的同时，又以辐射的方式向外放射能量。大气这种向外放射能量的方式，称为大气逆辐射。

大气保温效应大气效应（Effectofatmosphericinsulation）又称大气保温效应。因地球大气对太阳短波辐射基本透明，而对地表长波辐射具有强烈的选择吸收，大气吸收了长波辐射，同时又放射长波辐射，其中一部分逸向太空，另一部分又返回地表和低层大气，从而使有大气存在时地表的实际温度高于无大气存在时地表的平均温度。大气层的这种增温作用即为大气效应。

温室效应

温室效应的危害

地—气系统的辐射平衡(1)概念：把地面及大气看成一个整体，称为地气系统。对此系统所计算出来的辐射平衡，称为地气系统辐射平衡，又称为地气系统辐射差额。(2)辐射平衡的日变化

白天为正，晚上为负(3)辐射平衡的年变化

北半球夏季加大，冬季相反，甚至出现负值。纬度越高，辐射平衡保持正值的月份越少。(4)整个地气系统的辐射的多年平均为零。

(5)辐射平衡的纬度分布

气温一、气温的周期性变化1.气温的日变化(1)变化规律：一个最高值；一个最低值(2)变化幅度——日较差其变化与下列因素有关：

纬度

季节

地表性质

天气状况

2.气温的年变化(1)变化规律：一个最高值；一个最低值(2)变化幅度——年变化其变化与下列因素有关：纬度季节地表性质天气状况

二、气温的水平分布1.等温线2.影响因素主要有二个：纬度、海陆

3.全球气温水平分布特点

三、气温的垂直分布1.总体规律：气温随高度升高而降低。2.气温垂直递减率（气温直减率）；整个对流层变化值为：0.65℃/100m3.逆温：在特殊情况下，某些气层的的温度随高度而增加，这些气层被称为逆温层。

TIPS:研究大气污染问题常常需要测定逆温层高度、厚度、出现和消失时间。大气水分和降水要求：了解大气湿度及其变化掌握蒸发及其影响了解水汽凝结和凝结现象掌握大气降水的类型、分步和变化

一、大气湿度（1）湿度概念及其表示方法大气湿度：表示大气中水汽含量的物理量湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。大气气象的要素之一。表示方法

1.水汽压和饱和水汽压

2.绝对湿度和相对湿度

3.露点温度——水汽凝结的必要条件

1.水汽压和饱和水汽压水汽压：大气中水汽所产生的那部分压力。符号为e，也用百帕（hPa）表示。饱和水汽压：饱和空气中水汽压E。也叫最大水汽压。饱和空气：温度一定时，单位体积空气中的水气量有一定的限度，达到这个限度空气呈现饱和状态，称为饱和空气。水汽压的日变化：在海洋或大陆的冬天，一个最大值出现在午后，一个最小值出现在清晨。（单峰型）在大陆的夏天，两个最大值分别出现在早晨9-10点，晚上21-22点，两个最小值出现在清晨日出前温度最低的时候和午后对流最强的时候。（双峰型）

2.绝对湿度和相对湿度绝对湿度：单位容积空气所含的水汽质量，单位通常用g/cm3表示，称为绝对湿度（α）或水汽密度。相对湿度：大气的实际水汽压e与同温度下的饱和水汽压E之比，称为相对湿度（f）,用百分数表示。3.露点温度湿空气等