备注

幻灯片放映

大纲

1
2	第一章  大 气      由于引力作用而环绕行星的气体圈层叫做行星大气。地球大气又简称大气(atmosphere)，地球上的整个空气层称为大气圈。
3	第一章  大 气 大气的组成和垂直结构
4	§1 大气的组成和垂直结构 大气的组成 大气的垂直结构
5	一. 大气的组成 1.干洁大气:      除去水汽及其它悬浮的固体和液体质粒的混合空气。
6	表1.    干洁大气的主要成分
7	干洁大气特点 气体的组成成分比较稳定 干洁大气是永久气体    在气象学中，通常将干洁空气作为“单一”气体来处理，其分子量为28.966。
8	大气中几种主要气体简介 （1）氮气（nitrogen, N2） 大气中含量最大的气体成份，影响大气的密度、气压。 氮是生物体的重要组成元素，是肥料三要素之一。 在气象学中并没有特殊的作用。
9	（2）氧气（oxygen, O2 ） 各种生命活动不可缺少的物质 能吸收太阳辐射中的紫外线(ultraviolet, UV)，使到达地面的紫外线减少，同时影响大气的温度
10	（3）臭氧(ozone, O3 ) 生消原因：   O2───→ O+O   O+O2 ───→ O3   O3+O ───→ O2+O2
11	臭氧的时空分布规律 空间变化特点：   10km以下含量很少，20～25km浓度最大，称为臭氧层（ozone layer) 时间变化特点：  随季节而变化，春季最大，夏季最小
12	臭氧的作用  能强烈地吸收太阳辐射中的紫外线（特别是对生物有很强伤害作用的波长小于0.29微米的紫外线）。 对人和地球上的生态系统起到了屏障和保护作用。 对高层大气有“加热”作用，使10至50km高度的气层温度增高。
13	臭氧洞(ozone hole──       一个重要的环境问题       80年代初，在南极大陆发现了臭氧含量明显减少的大片区域，称为臭氧洞。     产生原因：人类活动释放的大量含氯氟烃（CFC），对臭氧层有破坏作用。      CFC在高层带电粒子的作用下会离解出氯离子Cl- ，而Cl-在以下过程中可起催化作用：
14	臭氧层破坏所造成的后果       由于缺少臭氧层的屏障作用，大量对人类和其它生物有害的太阳紫外线可以到达地面，对生物产生严重的伤害。     对人的伤害：皮肤癌、眼癌、青光眼、白内障等疾病的患病率大幅度上升。据估计，紫外线透过率每增加10%，这几种疾病的患病率可增加20至60%。       这种情况对喜欢日光浴（sunbath）的西方国家影响尤为明显。
15	地中海滨的日光浴人群
16	地中海滨的日光浴人群
17	（4）二氧化碳（carbon dioxide, CO2 ） 植物进行光合作用、制造有机物质的重要原料 能吸收地面与大气的红外辐射(infrared, IR)，对地面具有保温作用。
18	"CO2的生成：生物呼吸、有机物..." CO2的生成：生物呼吸、有机物的分解、燃烧、火山爆发、岩石风化、海洋释放等。 CO2的消失：植物光合作用(photosynthesis)、沉积、海洋吸收等。
19	大气中CO2的生消过程
20	全球二氧化碳的平衡
21	大气中二氧化碳的变化规律 CO2的日变化(diurnal variation)：主要取决于光合作用     白天午后达最低值，日出前后达最高值 CO2的年变化(annual variation) ：     秋季达最低值，春季达最大值 CO2的长期变化(long-term change) ：     由于人类活动，大气中CO2浓度不断升高。在十七世纪工业革命前,全球平均大约为280ppm，但现在则高达380ppm.
22	大气中CO2浓度的年变化
23	大气中CO2浓度的变化
24	大气中CO2浓度的变化
25	大气中CO2浓度的变化
26	"由于CO2是具有对地球保温..."              由于CO2是具有对地球保温的温室效应(greenhouse effect)，因此其浓度升高将导致全球变暖。根据用各种气候数学模型进行的模拟计算， CO2倍增（相对于工业革命前的270至280ppm）将使全球平均气温上升1.5到4.5℃，平均估计值大约为3 ℃。未来的100年内全球平均气温可能上升1.4到5.8 ℃。这样大幅度的气温变化必然会引发一系列重大的环境变化。
27
28	气候变暖的后果 影响全球水分平衡，引发极端气候现象频繁发生；       如寒潮、热浪、暴雨、龙卷风等 影响生物的生态适应性； 影响农作物的产量和品质； 冰雪消融，海平面上升
29	"全球变暖将使北极、格陵兰岛..."              全球变暖将使北极、格陵兰岛、南极和高山上的积雪融化，导致海平面上升。据计算，如果全球冰雪全部消融，全球海平面将上升约69m！              未来的100年内全球海平面将比目前上升9到88厘米，给许多国家带来灾难性后果。
30	美丽的图瓦卢将永远从太平洋上消失
31	气候变暖使海平面上升的最新证据
32	南极拉森B冰架崩塌前后照片对比
33	南极附近游移的冰山
34	水汽的特点 是唯一能在自然条件下发生相变(phase transformation)的物质，因此它是天气变化的最重要的角色。 是自然界潜热(latent heat)最大的物质。 能吸收地面与大气的红外辐射，和二氧化碳一样对地面有保温效应。
35	水汽的生消和分布
36	3.气溶胶粒子(aerosol particle) 气溶胶粒子：悬浮在大气层中沉降速率很小的固体、液体微粒。 组成：有机物—花粉、微生物、细菌           无机物—灰烬、尘埃、小水滴等 作用： 作为凝结核(condensation nucleus)，使水汽凝结成水滴、冰晶，影响云、降水的形成； 能吸收辐射，影响着地面与近地层的温度变化。
37	4.大气污染物质(pollutant in the atmosphere) 大气污染物：由于人类或自然过程而产生的对生物有害的大气成分。 污染物的种类(classification of pollutant)： 烟尘                          硫化物 氮化物                      氧化物 卤化物                      有机物 酸雨(acid rain)： 大气降水的pH值明显低于正常值（5.6)的现象。
38	二 大气的铅直结构 (Vertical Structure of the Atmosphere)             大气在铅直方向上的物理性质有很大的变化，根据大气温度的垂直分布特点，并考虑密度、电离状况等因素，可将大气分为五层。            一. 对流层(troposphere)            二.平流层(stratosphere)            三.中间层(mesosphere)            四.热层(thermosphere)            五.散逸层(exosphere)
39
40	1.对流层(troposphere) 厚度：0—12km（低纬17—18km，高纬8—9km；夏季高于冬季） 对流层的主要特点： 集中了80%以上的大气质量和几乎全部的水汽 温度随高度的升高而降低，平均每100m降低0.65℃ 具有强烈的对流(convection)与乱流(turbulence)运动 气象要素(meteorological element)的水平分布很不均匀
41	对流层的分层 下层：（摩擦层、行星边界层）1—1.5km 中层：1.5—6km 上层：6km—对流层顶 对流层顶(tropopause)：对流层与平流层的过渡，厚度为几百米—2km
42	2.平流层(stratosphere)               厚度从对流层顶向上，一直到55km左右为平流层。这一层集中了大气中的大部分臭氧，空气密度很小。 气温随高度而升高；平流层顶气温可达-3 —-17℃ 空气以水平运动为主，气流运行平稳，没有强烈的对流 水汽和尘埃很少，很少有云，透明度好
43	3.中间层(mesosphere)            从平流层顶向上，到85km左右为中间层。其主要特点有： 温度随高度而迅速降低，顶部温度可达-83—-113℃ 有强烈的铅直运动，故又称为高空对流层
44	4.热层(thermosphere)               从中间层顶向上，到大约800km左右为热层（又称热成层、暖层）。其主要特点有： 气温随高度而升高；300km处气温可达1000℃，顶部可高达2000℃ 空气在强烈的太阳紫外线与宇宙射线作用下处于高度电离状态，故又称为电离层（ionosphere）
45	5.散逸层 ( exosphere)             热成层以上为外层（又称散逸层），是大气圈与星际空间的过渡带。其主要特点有： 空气非常稀薄 空气质点的运动速度很快，受到的地球引力很小，可逃逸到星际空间
46	大气上界(upper limit of the atmosphere)的确定 以物理现象出现的最高高度作为确定上界的标准：“极光(polar light, aurora)”出现的最大高度为1000—1200km，因此可确定大气上界为1200km 左右。 以空气密度作为确定上界的标准：接近星际空间的气体密度的高度约为2000—3000km。
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64	"大气质量及其铅直分布" 大气质量及其铅直分布 气体状态方程 气象要素
65	一.大气质量及其铅直分布                 在地球表面的标准状态下，空气密度 r0=1.293kg/m3，均质大气的厚度为Z0=7980m              而实际上，大气密度随高度按指数规律减小：
66	"m克质量的气体"    m克质量的气体：      其中：m是分子量，R*=8310 (J/K·kmol)为普适气体常数(universal gas constant) 单位质量的气体：       令                   ，即为比气体常数(specific gas constant)；并取         则方程可写为：
67	干空气状态方程 干空气分子量   m=28.966 干空气比气体常数   Rd= R* / m =287 (J/kg K) 方程为：             Pd= rd Rd T 或                  rd = Pd /（Rd T)           注意，式中各量均应采用国际单位制，气压的单位为Pa.
68	水汽状态方程 水汽比气体常数   Rw= 461.5 (J/kg K) 方程为：e= rw Rw T               其中：e为水汽压 或 rw = e / （Rw T）          注意，式中各量均应采用国际单位制，水汽压e的单位为Pa.
69	三.气象要素    气象要素（meteorological elements)就是表示大气状态的物理量和物理现象，包括日射、气 温、空气湿度、气压、雨量等等。 天气：一地短时间内的大气物理综合状况。 气候：一地长期大气物理状况的统计特征。