大气科学概论知识梳理(大气基础知识)

大气科学概论知识梳理（大气的基本知识）一、地球大气成分由三个部分组成①干洁大气（即干空气）CleanAir【没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气】②水汽（滴）Moisture③悬浮在大气中的固液态杂质Impurity二、低层大气的各种主要成分①氮气（N2)：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。②氧气（O2）：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参加大气中的许多化学过程；对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。③臭氧（O3）：时空变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。空间变化：水平：由赤道向两极增加。垂直：55～60km，含量极少。20～25km，达最大值，形成臭氧层；12～15km以上，含量增加特别显著；从10km向上，逐渐增加；近地面，含量很少；臭氧的作用：a.对紫外线有着极其重要的调控制作用。b.对高层大气有明显的增温作用。④二氧化碳（CO2)空间变化：水平：城市大于农村；垂直：0～20km，含量最高；20km以上，含量显著减少。作用：a.绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。b.强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使地面保持较高的温度，产生“温室效应”。三、水汽①来源：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。②时空变化：时间：夏季多于冬季空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。③作用：a.在天气气候变化中扮演了重要角色。b.能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放出长波辐射，对大气起着“温室效应”。四、大气中的杂质在大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和大气污染物质两大部分）。气溶胶的作用：①吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地面的太阳辐射；②缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而失去的热量；③降低大气透明度，影响大气能见度；④充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。五、气温、①定义：表示大气冷热程度的物理量，反映一定条件下空气分子平均动能大小。通常指距地面1.5m高处百叶箱中的空气温度。②单位：摄氏度（℃）温标；绝对温标，以K表示；华氏温标：℉，水的沸点为212℉③单位换算：④百叶箱的设置条件：1.全为白色2.四周全为百叶3.离地面1.5m4.窗扇向北（因为太阳东升西落，以避免开窗时温度计受到阳光直接照射，使得温度计的读数失真）六、气压a.定义：单位面积上所承受到的整个空气柱的质量——大气的压强。实质：气压的大小决定于整个空气柱质量的多少。b.标准大气压：在纬度为450℃时，所测得的水银柱高高为760mm的大气压强，为一个标准大气压（1atm＝1013.25Pa）。c.单位：1Pa=1N/m2，mb—毫巴，Pa—帕斯卡1mb=100Pa=1hPa（百帕）；1atm＝101325Pa＝1013.25mb=760mmHgd.气压的垂直分布由于大气层的厚度随高度的增高而变薄，空气密度也随高度增高而迅速减小，所以，气压随高度增高而急剧减小。大气总质量：由于地表大气平均压力为1个大气压，相当于每cm2地球表面包围103g空气。地球总表面积为5.1×108km2，故大气总质量约为5.2×1015吨(5.2×1021g)，相当于地球总质量的10-6倍（百万分之0.86）。七、湿度oo5(32)9CFo273.15KCoo9325FCoo5(32)9CFo273.15KCoo9325FC1、定义：表示大气中水汽量多少的物理量称大气湿度。2、意义：大气湿度状况直接影响了云、雾、降水等天气现象的形成。3、湿度的表示方法水汽压(e)及饱和水汽压(E)：水汽压（e）：水汽和其它气体一样也有压力，大气中水汽产生的那一部分压力。单位：hPa(百帕)饱和水汽压(E)：温度一定，单位体积空气中的水汽含量是有一定限度，空气达到此限度时为饱和湿空气，饱和湿空气中的水汽所产生的那部分压力，即最大水汽压。相对湿度（f）：表示空气中的实有水汽压（e）与同温度下饱和水气压（E）的百分比。f=e/E*100%意义：直接反映了空气距离饱和的程度。f越大，越接近饱和，当达到f=100%时，空气就达饱和状态，此时水汽就要开始凝结。饱和差（d）：在一定温度下，饱和水汽压（E）与实际空气水汽压（e）之差。即：d=E-e意义：d越大，越不饱和；d=0，空气达饱和状态；d＞0，说明不饱和；d＜0，过饱和。比湿（q）：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）的比值，q=m水/(m干+m水)，其单位是g/g。水汽混合比（γ/S）：相对湿一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值称水汽混合比。S=m水/m干，其单位是g/g。露点（Td）：在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度。意义：气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量越多，露点越高，所以露点也是反映空气中水汽含量多少的物理量。在实际大气中，空气常处于不饱和状态，此时露点要比气温低，即露点温度差（Td-T）＜0。当Td=T时，空气饱和；当Td-T＜0时，空气不饱和；当Td-T≥0，空气过饱和。八、降水1．定义：指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等。2．降水量：指降水落至地面后（固态降水则需经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度，单位为毫米（mm）。在高纬度地区冬季降雪多，还需测量雪深（从积雪表面到地面的垂直深度，单位：cm）和雪压（单位面积上的积雪重量，单位：g/cm2）。3．意义：降水量是表征某地气候干湿状态的重要要素，雪深和雪压还反映当地的寒冷程度。九、风1．定义：空气的水平运动称为风，是一个表示气流运动的物理量。2．它不仅有数值的大小（风速），还具有方向（风向：指风的来向），因此风是向量（矢量）。地面风向用16方位表示；在16方位中，每相邻方位间的角差为22.53．高空风向常用方位度数表示；即以0(或360)表示正北，90180270风速单位常用m/s、knot（海里/小时，又称“节”）和km/h表示，其换算关系如下:1m/s=3.6km/h；1knot=1.852km/h；1km/h=0.28m/s；1knot=1/2m/s。4．风尾长划风速为4m/s，即风力为2级，短划风速为2m/s。一个风旗，表示风力为8级。风尾和风旗均放在风杆的左侧。（东南风10级；西南风5级）5．WMO将热带气旋分为四类，根据中心附近平均最大风力等级划分：热带低压：7级及其以下；热带风暴：平均最大风力8～9级；强热带风暴：10～11级；台风：12级。十、云量云：是悬浮在大气中的小水滴、冰晶微粒或二者混合物的可见聚合群体，底部不接触地面（如接触地面则为雾），且具有一定的厚度。云量：是指云遮蔽天空视野的成数。将地平以上全部天空划分为10份，为云所遮蔽的份数即为云量。例如，碧空无云，云量为0，天空一半为云所覆盖，则云量为5。低云（2500m以下）中云（2500-5000m）高云（5000m以上）十一、能见度定义：视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离（单位：米（m）或千米（km））。注意：能见度通常由于大气污染以及湿气而有所降低。出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气时，大气透明度较低，因此能见度较差。十二、空气状态方程1．空气状态常用密度（ρ）、体积（V）、压强（P）、温度（T）表示：干空气的状态方程为：P=ρRT湿空气的状态方程为：P=ρRdT（1+0.3e/p）e为水汽压2．对于一团干空气而言，Rd即干空气的比气体常数为Rd=0.287J/g.k。十三、大气的垂直结构1)对流层（Troposphere,自地面到10km左右）①定义：大气的最下层，它的下界为地面，集中3/4大气，90%水汽，云、雾、雨雪等主要大气现象都出现在此层，也是对人类生产、生活影响最大的一个层次，也是大气科学研究的重点层次。②主要特点：①气温随着高度而降低，每升高100m平均降温0.65℃②空气具有强烈的对流、乱流运动，大气污染主要发生在该层③温度和湿度等气象要素水平分布不均匀2)平流层（Stratosphere,自对流层顶到55km）①温度随高度升高而增加由于越往上臭氧越少，以至于30km以上的上空紫外线辐射无法被吸收，导致层内升温②水汽、尘埃含量很少平流层中水汽含量极少，大多数时间天空是晴朗的。但有时在20-30km处可看到贝母云，它常出现在冬季极区。平流层中的微尘远较对流层中少，但是当火山猛烈爆发时，火山尘可到达平流层，影响能见度和气温。（火山灰进入大气层引起全球气温下降——“阳伞效应”）③没有强烈的对流运动平流层内气流比较平稳，空气的垂直混合作用显著减弱，不利于空气对流运动发展。所以叫平流层。④大部分的臭氧分布在地球表面上空10km到50km处（平流层中）。其中距地表25km附近高空臭氧的浓度最大，称为臭氧层(O3)，由此向上、向下臭氧逐渐减少。3)中间层（Mesosphere,平流层顶到85km）①气温随高度增加而迅速下降顶界温度可降至-83℃~-113℃，几乎成为大气层中的最低温。其原因是这里没有臭氧吸收太阳紫外辐射，而氮和氧等气体所能吸收的波长更短的太阳辐射又大部分被更上层的大气吸收了。②有相当强烈的垂直运动这种下暖上凉的气温垂直分布，有利于导致空气的垂直运动，又称“高空对流层”。③水汽含量很少，又称为电离层中间层内水汽含量更极少，几乎没有云层出现；在中间层的60—90km高度上，有一个只有白天才出现的电离层，叫做D层。4)暖层（Thermosphere,从中间层顶到800km）①温度随高度增加迅速上升其增温程度与太阳活动有关，当太阳活动加强时，温度随高度增加很快升高。据探测在300km高度上，气温可达1000℃以上。②空气处于高度电离状态由于空气密度极少，暖层中的N2、O2、O等气体成分在强烈的太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态。又可称为电离层，正是由于高层大气电离层的存在，它们都能反射无线电波，对无线电通讯具有重要意义。5)外逸层（外层）（800km高度以上的大气层）①整个大气层的最外一层，又称外层，是大气圈与星际空间的过渡地带，没有明显的边界。②这一层中气温随高度增加很少变化。由于温度高，空气粒子运动速度很大，又因距地心较远，地心引力较小，所以这一层的主要特点是大气粒子经常散逸至星际空间，散逸层也由此而得名。③本层是大气圈与星际空间的过渡地带。