04-大气圈A

第四章大气圈一、确定大气圈的存在二、大气圈的物质组成三、大气圈的分层四、大气圈的物质转换五、大气的运动和多变的天气六、气候及其变迁的原因一、确定大气圈的存在真的有大气圈吗？1、蓝色的天空2、白云3、风4、流星大气圈存在的主要证据或现象1、蓝色的天空大气中的一些非常细小物质成分，如粉尘等，它们的直径较阳光的波长小得多。因此，蓝色的散射量较之于其他任何一种颜色能更多地被选择散射。这种散射称瑞利散射。2、白云3、风有风就说明有物质的存在。风是由于大气不同部位的压力差别造成的。如果在真空中就不会有风了。4、流星流星就是陨石穿过大气层时，由于其速度太快，与大气摩擦产生热使陨石燃烧起来。否则我们的地球也与月球一样“千疮百孔”。二、大气圈的物质组成1、大气圈的总质量：51021g（5万万亿吨）2、大气密度：1.2310-3g/cm3(海面15oC)氮，78.09％氧，20.94％氩，0.93%其他，0.04％3、主要成分按体积计算按质量计算氮，75.51％氧，23.15％氩，1.28％其他，0.06％4、成分分类及特点1）恒定组分：氮、氧、氩2）可变组分：二氧化碳、臭氧、水蒸汽3）不等组分：粉尘、硫氧化物、氮氧化物以上是现阶段低层大气组成（70km以下）。高层大气以氮、氧、氢等的原子、离子为主。地质历史时期的大气组分与现今也是不一样的。三、大气圈的分层1、分层的主要依据(1)物质组成(2)大气温度变化(3)电荷(4)大气运动2、大气分层（1）对流层厚度：平均11-13km，赤道17-18km，两极8-9km。质量：约占大气圈质量的75％。温度：从下向上是降温的，大气降温率是6.50℃/km，对流层顶约-50℃。大气运动：强烈的对流。成分：含有水蒸气、尘埃。气象现象：风、霜、雨、雪、雹、雾等（2）平流层高度：从对流层顶到55km。质量：几乎占大气圈质量的25％。温度：从下向上是升温的，到平流层的顶温度升到00C。大气运动：水平运动。成分：几乎不含水蒸气、尘埃;存在数层臭氧层。无天气现象臭氧层（3）中间层高度：从平流层顶到80－90km。气温：从下向上是降温的，到中间层的顶温度降到-830C。大气运动：对流运动。存在电离层（D），反射无线电波（4）暖层高度：从中间层顶到800km。气温：从下向上迅速升温，到300km高空，温度达10000C。存在多层的电离层（E、F、G），也称电离层。（5）散逸层高度：从暖层顶到外层空间。物质多以原子、离子状态存在。是地球物质向宇宙空间扩散的部位。四、大气圈中的物质转换1、大气圈与宇宙之间的交换氢等物质脱离地球。陨石进入大气圈，每年进入地球的物质达250亿吨。2、大气圈与其他圈层的交换（1）与岩石圈的交换（2）与生物圈的交换（3）与水圈的交换3、大气圈内部的物质交换O2=O+OO3+Cl=ClO+O2ClO+O=Cl+O2SO3+H2O=H2SO4.nH2O五、大气的运动和天气1、大气运动的动力（1）、气压：是指单位面积上所承受的空气柱的重量。单位：帕斯卡（Pa）气压梯度：单位距离内的气压变化值2、大气运动的形式大气环流：是指大气大范围的运动状态。表现为不同时间尺度和空间尺度的大气周而复始的运动特点。（1）一是在各半球形成三个沿经向的环流圈(即哈得莱环流圈、费雷尔环流圈、极地环流圈)。（2）二是在各半球形成三个沿纬向的风向带，即信风带、盛行西风带、极地东风带。大气环流的动力来源：1）主要由温差形成的气压差2）地转偏向力(科里奥利力)北半球右偏；南半球左偏；气旋在北半球为逆时针，在南半球为顺时针。3、天气变化（1）天气的概念天气：是指短时间内的气象要素的综合状况。（2）天气变化气团：在一定范围内相对比较均匀的大块空气。锋：不同性质气团的交界区。气团：暖气团和冷气团锋：暖锋和冷锋天气变化：是不同气团相互作用的结果，或暖锋和冷锋的移动。如：夏天，在暖气团的控制下，天气闷热；在冬天，冷气团侵入，天气寒冷风大。锋面附近天气多变。冷锋：冷气团向暖气团方向推进。暖锋：暖气团向冷气团方向推进。准静止锋：冷、暖气团相持不下，封面很少移动。锢囚峰锢囚峰：是冷锋追上暖锋或者或两冷锋迎面相遇，将地面空气挤至空中，地面完全为冷空气所占据，造成冷锋后面冷空气与暖锋前部的冷空气相接触的锋面。六、气候及其变迁(1)气候：是指一个地区多年平均天气状况的综合。1、气候及气候带(2)气候带：热带、亚热带、温带、寒带热带：南、北回归线之间亚热带：250－350温带：350－650寒带：600－极区2、地质历史时期的气候变迁（1）冰期与间冰期冰期：就是地球上气候寒冷的时期间冰期：就是地球上气候温暖的时期在地质历史时期：冰期短，间冰期长，前者约1/10的时间自震旦纪以来：震旦纪末期，石炭纪至二叠纪，第四纪（2）地质历史时期的气候波动根据深海钻探计划(DSDP)大西洋10个钻井的底栖有孔虫氧同位素(δ18O)资料综合编制成的新生代气候变化历史(K.G.Milleretal.,1987)。尺上侧是按现代规模的冰盖求得的海水温度，尺下侧按无冰盖的条件求得。新生代时，白垩纪到古近纪早期，地球无冰盖，可称为“温室”状态（洋底水温比现代高几十度），54Ma前开始变冷，35Ma前形成南极冰盖；以后多次小幅度变冷和回暖早更新世(3-2.6Ma)形成北极大冰盖，进入第四纪冰期；近1万年，回暖（冰后期，未画出）（2）地质历史时期的气候波动有孔虫（学名：foraminifera），是一类古老的原生动物，5亿多年前就产生在海洋中，至今种类繁多。由于有孔虫能够分泌钙质或硅质，形成外壳，而且壳上有一个大孔或多个细孔，以便伸出伪足，因此得名有孔虫。自然界中氧以16O、17O、18O三种同位素的形式存在，相对丰度分别为99.756%、0.039%、0.205%，天然物质的氧同位素组成通常用由18O/16O比值确定的δ(18O)来描述，一般采用标准平均海洋水(SMOW)作为标准品。由于同位素分馏，海水比陆地水更重；（3）气候变迁的原因太阳活动：黑子活动、磁暴陨石撞击：激起粉尘地球轨道要素：偏心率、黄赤交角、公转轨道近地点进动（岁差）人类活动：森林砍伐、排放二氧化碳、核爆炸等米兰科维奇理论•本世纪二、三十年代，南斯拉夫米兰科维奇提出，地球轨道形态变化导致北半球高纬度地区夏半年日射率发生周期性变化，是引起冰期－间冰期变化的主导因素。•控制地球表面日射率的轨道参数有三个，即轨道偏心率（e）、地轴倾角（ε）和岁差（P）。在月球和其它天体微小引力的影响下，地球轨道参数发生周期性的变化。偏心率（eccentricity,e））地球椭圆形轨道的最长直径与最短直径之差与赤道半径之比,指轨道偏离正圆的程度,变化在0.005-0.06之间。地史上存在10万年、40万年两种变化周期。冰期均发育于e的最小值，相当于日地距离增加而日照量减少。目前地球轨道的偏心率为0.0167。偏心率越大，季节长短的差异越大。黄赤交角或斜度（obliquityofecliptic,ε）黄道面与天赤道面的交角，即地轴与地球轨道面夹角的余角。ε现在约23º26’。地质历史上存在4万年的周期，其ε值变化于22º02’～24º30‘之间。ε值增大使冬、夏温差增强，即冬季更冷夏季更热。因此，在黄赤交角较小时，夏季相对较凉，有利于出现冰期。岁差（precession,P）由于月球和太阳对地球赤道鼓起部分的吸引，地球自转轴的方向环绕与黄道面的垂直轴作缓慢的进动，在空间上描绘出一个圆锥面，地轴绕完一圈约需26000年。这种现象叫岁差。最近一次岁差周期约2.5万年，地质历史上1.9～2.3万年（平均2万年）。P值变化对赤道带气候影响较大，对两极高纬区影响较小。Figure1.3近百年气候变化归因的完整表述是：由自然的气候波动和人类活动共同引起，但过去50年观测到的大部分增暖“很可能”归因于人类活动（IPCC第四次评估报告(2007)得到这个结论的正确性有90％以上的信度）。内容提要基本掌握：大气圈的成层结构，依温度变化及其他特征进行分层；大气与各圈层间的物质转换，是导致岩石圈表层破坏与重建，以及生命兴衰的重要因素。一般了解：大气圈是地球表面和生命的盾牌；大气的物质成分，以氮和氧为主，它们以分子、原子或离子的状态出现。了解大气圈中的物质一直在不断分解、合成和运动；对流层中的大气运动，产生出复杂的天气现象；太阳辐射、地球的自转与重力是大气运动的基本动力；地球上的气候在不断地寒暖交替变迁，目前正处在大冰期之后的转暖期。练习题问答：1.大气圈分层依据有哪些？选择：1.从地表到高空，大气圈根据温度与各种物理性质可划分为5个分层，其中分层温度随高度增加而逐渐降温。A-对流层与中间层；B-对流层与平流层；C-对流层与暖层；D-平流层与中间层；E-平流层与暖层；填空：1.根据在不同高度上温度的变化等特点，大气圈自下而上依次划分为层、层、层、层和层等5个圈层。