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第第22节节地球大气地球大气一、大气的基本性质一、大气的基本性质二、大气的组成和结构二、大气的组成和结构三、大气对辐射的削弱三、大气对辐射的削弱提提要要••大气圈对流层是地球表层系统的一个子系统；大气圈对流层是地球表层系统的一个子系统；••大气圈是一个独特的气体混合物（组成）；大气圈是一个独特的气体混合物（组成）；••大气圈具有有序的结构；大气圈具有有序的结构；••大气圈是地球表层的保护膜（功能）；大气圈是地球表层的保护膜（功能）；••人类活动正在改变着大气圈的特征；人类活动正在改变着大气圈的特征；••协调人类与大气圈的关系是我们的责任。协调人类与大气圈的关系是我们的责任。一、大气的基本性质一、大气的基本性质（一）气温（一）气温1.1.温度与热量温度与热量••温度是表示物体冷热程度的物理量，是物温度是表示物体冷热程度的物理量，是物体分子运动平均动能大小的度量。体分子运动平均动能大小的度量。••两个物体的温度决定它们之间净热流的方两个物体的温度决定它们之间净热流的方向。向。••物体温度的变化是由热能的获得与损失所物体温度的变化是由热能的获得与损失所引起的。引起的。2.2.温标温标••绝对温标绝对温标((TT))：热力学温度，量值正比于理想：热力学温度，量值正比于理想气体分子运动的动能，符号为气体分子运动的动能，符号为KK。。••摄氏温标摄氏温标(t)(t)：将标准大气压力下纯水的冰点：将标准大气压力下纯水的冰点定为定为00℃℃，沸点定为，沸点定为100100℃℃。。••华氏温标华氏温标((ttFF))：：3232°°FF为冰点，为冰点，212212°°FF为沸点。为沸点。••换算关系换算关系15.273−=Tt]32[95−=Ftt3.3.气温气温（（11）气温的测定）气温的测定••定时气温：我国采用北京时间定时气温：我国采用北京时间0202，，0808，，1414，，2020时四时四次的气温观测。次的气温观测。••日最高气温日最高气温••日最低气温日最低气温（（22）气温的统计计算）气温的统计计算••日平均气温日平均气温••月平均气温月平均气温••年平均气温年平均气温••气温日较差气温日较差••气温年较差气温年较差••多年平均气温多年平均气温（（3030年为标准值）年为标准值）12,...1,])([)(,...3,2,1,])([)(4)()(1120140802====+++=∑∑==jnmTaTnjndTmTTTTTdTnjjnjj（二）气压（二）气压1.1.概念：概念：单位水平面所承受大气层的压力，单位水平面所承受大气层的压力，相当于单位横截面上垂直空气柱的重量。相当于单位横截面上垂直空气柱的重量。2.2.气压的垂直变化气压的垂直变化随着高度的上升，空随着高度的上升，空气柱的厚度和重量减少，气柱的厚度和重量减少，大气压力在低空减少的大气压力在低空减少的速度大于高空，按指数速度大于高空，按指数规律递减。规律递减。地球3.3.气压的测定气压的测定4.4.气压的单位气压的单位11Pa=1NPa=1N··mm--22，，100Pa=1hPa=1mbar100Pa=1hPa=1mbar5.5.标准大气压：标准大气压：在标准重力加速度在标准重力加速度、、气温为气温为00℃的条件下，℃的条件下，单位面积（单位面积（cmcm22））上承上承受受101325101325PaPa的压力。的压力。（三）湿度（三）湿度1.1.含义：含义：表示空气中水汽含量的物理量。表示空气中水汽含量的物理量。••水气压：空气总压力中属于水汽部分的压力水气压：空气总压力中属于水汽部分的压力••饱和水气压：水汽饱和空气的水汽压。对于饱和水气压：水汽饱和空气的水汽压。对于纯水面来说，随着温度的升高，饱和水汽压纯水面来说，随着温度的升高，饱和水汽压按指数规律迅速增大。按指数规律迅速增大。••在在00℃以下，冰表面上℃以下，冰表面上的饱和水汽压小于过冷的饱和水汽压小于过冷水面上的饱和水汽压。水面上的饱和水汽压。2.2.湿度的测定：毛发湿度表湿度的测定：毛发湿度表3.3.大气湿度的基本参数大气湿度的基本参数（（11）相对湿度：）相对湿度：空气中的水汽压与同温度空气中的水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值。下的饱和水汽压的比值。%100)()(22×=OHpOHpfs相对湿度的日变化和年变化相对湿度的日变化和年变化（（22）饱和差：）饱和差：某一温度下的饱和水汽压与实际某一温度下的饱和水汽压与实际水汽压的差值。水汽压的差值。（（33）露点温度：）露点温度：在空气中水汽含量不变、气压在空气中水汽含量不变、气压一定的条件下，随着空气的冷却，使空气样一定的条件下，随着空气的冷却，使空气样品达到饱和时的温度。品达到饱和时的温度。（（44）比湿：）比湿：水汽质量（水汽质量（mmww））与同一容积中空气与同一容积中空气的总质量（的总质量（mmww+m+mdd））的比值，单位是的比值，单位是gg··kgkg--11。。ppds−=二、大气的组成和结构二、大气的组成和结构（一（一））非均质层非均质层1.1.范围：范围：距地面距地面8585～～480480kmkm2.2.化学组成性质：化学组成性质：各种气体分子和原子依其各种气体分子和原子依其重量而成层地分布。重量而成层地分布。3.3.热性质：热性质：热成层热成层••温度从底部向顶部迅速增高；温度从底部向顶部迅速增高；••中、上层气温很高。中、上层气温很高。4.4.电离功能：电离功能：电离层（下界可达电离层（下界可达550km0km））••由带正电的离子组成；由带正电的离子组成；••过滤掉有害波段的太阳辐射；过滤掉有害波段的太阳辐射；••反射无线电波，使之得以远距离传播；反射无线电波，使之得以远距离传播；••太阳风引起的极光通常发生在此层中。太阳风引起的极光通常发生在此层中。（二）均质层1.范围：地表到80km2.性质：各种气体的混合几乎是均匀的，具有相对稳定的成分。例外：•臭氧在20～30km范围内的聚集；•水汽和污染物在近地面大气中的含量较高。3.主要组分•氮：78.1%（体积分数）;氧：20.9%;氩:0.93%;二氧化碳:0.036%等。4.4.分层分层（（11）中间层）中间层••范围：距地面范围：距地面5500～～880km0km••性质：温度随高度而降低，顶部性质：温度随高度而降低，顶部--9090℃；℃；气压很低，仅气压很低，仅11～～0.010.01hPahPa；；稀薄的空气以稀薄的空气以巨大的速度运动着。巨大的速度运动着。（（22）平流层和臭氧层）平流层和臭氧层••范围：距地面范围：距地面1122～～550km;0km;臭氧集中在臭氧集中在2020～～3030kmkm••性质：气流以水平运动为主；温度随高度性质：气流以水平运动为主；温度随高度而上升；气压随高度而下降。而上升；气压随高度而下降。••臭氧层臭氧层形成：氧气在太阳光解下产生形成：氧气在太阳光解下产生性质：温室气体性质：温室气体功能：对太阳紫外辐射的过滤作用；功能：对太阳紫外辐射的过滤作用；对平流层的保温作用对平流层的保温作用••臭氧层的破坏臭氧层的破坏机理：氟氯烃机理：氟氯烃CFCsCFCs被光解产生原子氯。被光解产生原子氯。ClCFClmhvFCFCl+→+−23)226.0()11(μλCFCsCFCs与激发态原子氧反应产生与激发态原子氧反应产生ClOClO原子氯和原子氯和ClOClO反应，破坏反应，破坏OO33其净效果是：其净效果是：后果：臭氧含量减少，形成南极后果：臭氧含量减少，形成南极““臭氧洞臭氧洞””;;平流层降温平流层降温;;较多紫外辐射进入地球表层较多紫外辐射进入地球表层········ClOCFClCFClO+→+23223OClOClOOClOOCl+→++→+232OOO→+南极南极““臭氧洞臭氧洞””的变化的变化（（33）对流层）对流层••范围：地表至范围：地表至112km2km••性质：大气圈质量的性质：大气圈质量的90%90%集中于此层；集中于此层；气流以垂直运动为主；气流以垂直运动为主；温度随高度升高而降低温度随高度升高而降低((--6.46.4℃℃/km)/km)；；气压随高度的降低。气压随高度的降低。••功能：形成云和天气现象；功能：形成云和天气现象；冷对流层顶阻碍空气进入平流层。冷对流层顶阻碍空气进入平流层。••大气的污染大气的污染污染物的自然来源污染物的自然来源污染物的人为来源污染物的人为来源逆逆温温层层与与大大气气污污染染光化学烟雾、氮氧化物和臭氧污染酸沉降的后果酸沉降的后果三、大气对辐射的削弱三、大气对辐射的削弱（一）散射（一）散射太阳辐射的电磁波进入大气后，受到气体太阳辐射的电磁波进入大气后，受到气体分子和悬浮质点的影响，使之向各个方向弥分子和悬浮质点的影响，使之向各个方向弥散。散。1.1.分子散射：分子散射：大气质点远小于入射电磁波波大气质点远小于入射电磁波波长。入射辐射的波长越短，被分子散射的辐长。入射辐射的波长越短，被分子散射的辐射越多。射越多。••散射电磁波范围：散射电磁波范围：可见光的蓝、紫色光可见光的蓝、紫色光2.2.粗粒散射：粗粒散射：大气质点与入射电磁波波长大气质点与入射电磁波波长相当。相当。••云滴云滴••大气气溶胶：大气中的一切固体和液体大气气溶胶：大气中的一切固体和液体粒子粒子••散射电磁波范围：各波段的可见光散射电磁波范围：各波段的可见光（二）反射（二）反射大气质点远大于入射电磁波波长时产生反射。大气质点远大于入射电磁波波长时产生反射。1.1.特点：特点：具有方向性，与入射角有关。具有方向性，与入射角有关。2.2.反射电磁波范围：反射电磁波范围：可见光、紫外线、红外线可见光、紫外线、红外线3.3.大气反射率：大气反射率：反射与入射辐射量的比值反射与入射辐射量的比值。。4.4.影响因子影响因子••火山灰：增加反射率火山灰：增加反射率••云：厚度越大、反射率越大；高度越高，反射云：厚度越大、反射率越大；高度越高，反射率越大。率越大。（三）吸收（三）吸收气体物质将投射在它上面的一部分辐射能气体物质将投射在它上面的一部分辐射能同化吸收，并转化成自己的内能的作用。同化吸收，并转化成自己的内能的作用。1.1.吸收太阳辐射的主要大气成分：吸收太阳辐射的主要大气成分：水汽、二氧化碳、氧和臭氧、一氧化氮、水汽、二氧化碳、氧和臭氧、一氧化氮、甲烷等。甲烷等。2.2.太阳辐射的大气吸收谱太阳辐射的大气吸收谱••高层氧气和臭氧：高层氧气和臭氧：吸收紫外线和吸收紫外线和XX射线。射线。••低层水汽和二氧化碳：低层水汽和二氧化碳：吸收红外线。吸收红外线。••可见光波段吸收很弱。可见光波段吸收很弱。3.3.火山喷发产生的气溶胶火山喷发产生的气溶胶吸收和反射太阳辐射吸收和反射太阳辐射提高平流层温度提高平流层温度降低对流层温度降低对流层温度————阳伞效应阳伞效应