大氣的基本特征

氣象學(xué)與氣候?qū)W

MeteorologyandClimatology主講人：喬曉景

E-mail:qiaoxj7030@2013.1021.大氣的一般特性大氣的組成成分大氣的結(jié)構(gòu)

大氣中主要的氣象要素

大氣圈大氣是指包圍在地球外面的空氣層。大氣圈是指因地球的引力而聚集在地表周圍的氣體圈層。大氣圈無色無味，那么它是否真的存在呢？大氣圈存在的主要證據(jù)或現(xiàn)象

有大氣圈的googleearth沒有大氣圈的googleeartha.藍(lán)色的天空

這是由于大氣中的一些非常細(xì)小物質(zhì)成分，如氣體、粉塵等非球形微粒，它們的直徑較陽光的波長小得多，因此，藍(lán)色的散射量較之于其他任何一種顏色能更多地被選擇散射。這種散射稱瑞利散射。b.白云

如果形成散射的粒子的形狀是球形的，而且其直徑并不比陽光的波長小，所有的波長都是平均地被散射的，這種散射稱邁耶散射。因此，云是白色的。c.風(fēng)

有風(fēng)就說明有物質(zhì)的存在，因為風(fēng)是由于大氣不同部位的壓力差別造成的。如果在真空中就不會有風(fēng)了。d.流星

流星就是隕石穿過大氣層時，由于其速度太快，與大氣摩擦產(chǎn)生熱使隕石燃燒起來。

否則我們的地球也與月球一樣“千瘡百孔”。

沒有大氣保護(hù)的月球表面神州飛船返回艙返回艙著地后表面留下了與大氣摩擦、燒蝕的痕跡大氣的組成

干空氣——氮、氧、氬、其他微量氣體

水汽——來自江河湖海及各種潮濕物體的蒸發(fā)

氣溶膠——各種固體或液體微粒

空氣污染物——一氧化碳、二氧化硫、硫化氫等污染氣體

干空氣的主要成分：

O2、N2

、CO2

、O3

O2的作用

（1）用于呼吸作用維持生命，新陳代謝

（2）有機(jī)物燃燒、腐化、分解（3）植物光合釋放氧氣

N2的作用

（1）沖淡氧氣，控制氧化速率（2）固氮，植物養(yǎng)料

CO2的來源及作用

來源：有機(jī)物燃燒，腐爛和生物呼吸

作用：溫室氣體，植物光合作用原料O3的來源

來源：高空臭氧、低空臭氧氧分子光解作用為氧原子,再化學(xué)反應(yīng)與另外的氧分子結(jié)合O2→O+O2→O3

臭氧的形成過程在大氣層中主要由太陽紫外輻射來完成，少量是由于有機(jī)物的氧化、雷電和火山噴發(fā)等而產(chǎn)生的。

O3層的破壞：主要為CFC

氯氟烴的英文名稱Chloro-fluoron-carbon臭氧層空洞南極上空的臭氧層空洞是指每年的8月下旬至10月上旬，在20～25公里高度的南極大陸上空，臭氧總量開始減少并出現(xiàn)空洞,10月初空洞面積最大，可達(dá)2,000多萬公里，覆蓋了整個南極大陸及南美洲南端的上空；11月份臭氧濃度才重新增加，臭氧層空洞也逐漸消失。

由三個氧原子組成，平均含量為0.01—0.1ppm，大部分集中在10~30km的平流層，對流層臭氧僅占10%。臭氧在地球大氣化學(xué)中起著非常重要的作用，臭氧通過吸收太陽輻射維護(hù)地球的能量平衡和生態(tài)平衡。臭氧—O3(Ozone)

水汽的來源：蒸發(fā)和蒸騰作用水汽的時空分布：

地面＞高空，熱帶＞極地，海洋＞沙漠，夏季＞冬季水汽的作用：云和降水的源泉影響地面、空氣溫度及大氣垂直運(yùn)動水汽海洋湖蒸發(fā)水汽輸送地表徑流地下徑流降水降水蒸發(fā)植物蒸騰下滲大氣中的水分循環(huán)定義：空氣中懸浮的固態(tài)或液態(tài)顆粒的總稱，能在空氣中滯留至少幾個小時。

尺度：10-3—102μm

數(shù)密度：102—106個/cm3城市＞農(nóng)村，陸地＞海洋，冬季＞夏季

作用：形成云、霧，降水條件改變輻射平衡造成大氣污染，能見度降低造成光學(xué)現(xiàn)象氣溶膠（Aerosols）來源：自然源和人為源海水濺沫18固態(tài)微粒

液態(tài)微粒氣溶膠(Aerosols)19火山灰氣溶膠對氣候的影響：氣溶膠粒子會吸收和反射太陽輻射，減少紫外線通過，使到達(dá)地面的太陽輻射大大減弱，導(dǎo)致地面溫度降低。大氣中氣溶膠粒子增加，增多了凝結(jié)核，使云量、降水量、霧的頻率增多，對地表亦起冷卻作用（陽傘效應(yīng)）氣溶膠放大照片大氣的結(jié)構(gòu)大氣層高度（大氣的上界）的確定⑵密度上界——2000-3000千米⑴物理上界——極光----1200千米大氣的垂直結(jié)構(gòu)根據(jù)垂直方向上大氣溫度變化、運(yùn)動狀態(tài)、密度及成分的變化等，將大氣分為：對流層、平流層、中間層、熱層、外層大氣的垂直結(jié)構(gòu)氣溫濕度在垂直方向上的分布大氣的垂直分層的依據(jù)大氣中的擾動程度不同程度上的電離現(xiàn)象大氣的結(jié)構(gòu)

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)樊多琦對流層

厚度：

低緯17～18km

中緯10～12km

高緯8～9km

夏季厚于冬季主要特征：★隨高度增加溫度降低

★對流、亂流運(yùn)動強(qiáng)烈

★天氣層

★氣象的要素水平分布不均勻10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800

85

5515散逸層熱成層中間層平流層對流層南京農(nóng)業(yè)大學(xué)樊多琦

對流層的分層6000m2000m0m對流層低云和霧云和降水高云急流(≥30m/s)等溫和逆溫（穩(wěn)定）對流層頂上層中層（摩擦層、行星邊界層）下層南京農(nóng)業(yè)大學(xué)樊多琦2000m0m自由大氣層摩擦層100m2m?？寺鼘覧kman近地層貼地層南京農(nóng)業(yè)大學(xué)樊多琦平流層

主要特征：★隨高度增加下部溫度變化很小上部顯著升高

★平流

大氣臭氧層

O3吸收太陽紫外輻射

珠母云(貝母云、珍珠云)10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800

855515散逸層熱成層中間層平流層對流層南京農(nóng)業(yè)大學(xué)樊多琦中間層（高空對流層）

主要特征：★隨高度增加

溫度降低

★對流運(yùn)動強(qiáng)烈夜光云10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸層熱成層中間層平流層對流層南京農(nóng)業(yè)大學(xué)樊多琦熱成層（熱層、暖層）

主要特征：★隨高度增加溫度升高

★空氣處于高度電離狀態(tài)

N、O吸收太陽紫外輻射（＜0.2m）

極光10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸層熱成層中間層平流層對流層南京農(nóng)業(yè)大學(xué)樊多琦散逸層（外層）10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸層熱成層中間層平流層對流層南京農(nóng)業(yè)大學(xué)樊多琦大氣上界

極光出現(xiàn)的最大高度

1000～1200km

氣體密度

2000～3000km

10020304050607080901001201401601802003004005006007008009001000km800855515散逸層熱成層中間層平流層對流層11001200大氣中主要?dú)庀笠貧鉁貧鈮簼穸蕊L(fēng)向、風(fēng)速云量降水量能見度氣象觀測場布置圖百葉箱（測氣溫）雨量計（測雨量）風(fēng)速儀（測風(fēng)速、風(fēng)向）氣溫1.定義：表示大氣冷熱程度的物理量2.單位：

攝氏度（℃）溫標(biāo)，以氣壓為1013.3hpa或者相當(dāng)于760mmhg時純水的冰點(diǎn)為零度（0℃），沸點(diǎn)為100度（100℃），其間等分100等份中的1份即為1攝氏度。

絕對溫標(biāo)，以K表示，這種溫標(biāo)中一度的間隔與攝氏度相同，其零度稱為“絕對零度”，規(guī)定為等于攝氏—273.15℃。因此水的冰點(diǎn)為273.15K，沸點(diǎn)為373.15K。3.單位換算：T=t+273.15大氣中的溫度一般以百葉箱中干球溫度為代表。氣溫的觀測儀器與方法1、定義：單位面積上所承受到的整個空氣柱的質(zhì)量，即大氣的壓力。實質(zhì)：氣壓的大小決定于整個空氣柱質(zhì)量的多少2、單位：mmHg、mb、pa、hpa3、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：在緯度為45°的海平面上，溫度為0℃時，所測得的水銀柱高高為760mm的大氣壓強(qiáng)，為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1013.25mb）。4、測量儀器：定槽式水銀氣壓表、動槽式水銀氣壓表、自記氣壓計、空盒水銀氣壓表。

精確的氣壓值是用水銀氣壓表來測量的。氣壓測氣壓儀器水銀氣壓表氣壓計空盒氣壓表

定義：表示大氣中水汽量多少的物理量稱大氣濕度。意義：大氣濕度狀況直接影響了云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的形成。水汽壓(e)及飽和水汽壓(E)

相對溫度（f）飽和差（d）比濕（q）水汽混合比（γ）露點(diǎn)（Td）濕度表示方法濕度測濕度的儀器

降水是指從天空降落到地面的液態(tài)或固態(tài)水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夾雪、霰、冰粒和冰雹等。降水量指降水落至地面后（固態(tài)降水則需經(jīng)融化后），未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水平面上積聚的深度，降水量以毫米（mm）為單位。在高緯度地區(qū)冬季降雪多，還需測量雪深和雪壓。雪深是從積雪表面到地面的垂直深度，以厘米（cm）為單位。當(dāng)雪深超過5cm時，則需觀測雪壓。雪壓是單位面積上的積雪重量，以g/cm2為單位。降水量是表征某地氣候干濕狀態(tài)的重要要素，雪深和雪壓還反映當(dāng)?shù)氐暮涑潭?。降水降水單位：mm測定:雨量計等級:降水強(qiáng)度及持續(xù)時間（暴雨:P>50mm）影響因素：緯度位置、海陸位置、地形狀況分布規(guī)律：總體從赤道向兩極遞減

雨量器

內(nèi)徑20cm口徑。分辨率0.1mm。兩段制觀測，即每日8時及20時各觀測一次。雨季增加觀測段次。每日8時至次日8時降水量為當(dāng)日降水量器測法、雷達(dá)探測、衛(wèi)星云圖估算

自記雨量計

承雨器將雨量導(dǎo)入浮子室，浮子隨注入的雨水增加而上升，帶動自記筆在附有時鐘的轉(zhuǎn)筒上的記錄紙上連續(xù)記錄隨時間累積增加的雨量。當(dāng)累積雨量達(dá)10mm時，自行進(jìn)行虹吸，使自記筆立即垂直下落到記錄紙上縱坐標(biāo)的零點(diǎn)，以后又開始記錄

空氣的水平運(yùn)動稱為風(fēng)。風(fēng)是一個表示氣流運(yùn)動的物理量。它有大?。L(fēng)速），又有方向（風(fēng)向），是一個向量。風(fēng)向是指風(fēng)的來向。地面風(fēng)向用16方位表示；高空風(fēng)向常用方位度數(shù)表示，即以0°（或360°）表示正北，90°表示正東，180°表示正南，270°表示正西。在16方位中，每相鄰方位間的角差為22.5°。風(fēng)速單位常用m/s、knot（海里/小時，又稱“節(jié)”，）和km/h表示，其換算關(guān)系如下

1m/s=3.6km/h1knot=1.852km/h1km/h=0.28m/s1knot=1/2m/s風(fēng)風(fēng)向方位圖風(fēng)向玫瑰圖（某個地方多年平均統(tǒng)計狀態(tài)下的風(fēng)向的示意圖）工業(yè)企業(yè)布局、城市功能區(qū)合理規(guī)劃、氣象資料統(tǒng)計在地面天氣圖上，用下列圖示來表示風(fēng)，風(fēng)尾長劃風(fēng)速為4米/秒，即風(fēng)力為2級，短劃風(fēng)速為2米/秒。一個風(fēng)旗，表示風(fēng)力為8級。風(fēng)尾和風(fēng)旗均放在風(fēng)桿的左側(cè)。西南風(fēng)5級東南風(fēng)12級天氣圖上風(fēng)的表示方法輕便三杯風(fēng)向風(fēng)速儀

功能：輕便三杯風(fēng)向風(fēng)速表用于測量風(fēng)向和一分鐘時間內(nèi)的平均風(fēng)速。組成：由風(fēng)向儀、風(fēng)速、手柄三部分組成。風(fēng)向儀：包括風(fēng)向指針、方位盤、制動小套管部件。

風(fēng)與風(fēng)車中國風(fēng)力資源分布狀況圖

我國風(fēng)能資源豐富的地區(qū)

（1）三北(東北、華北、西北)地區(qū)包括東北三省、河北、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏和新疆等省(自治區(qū))近200公里寬的地帶。風(fēng)功率密度在200～300W/m2以上。（2）東南沿海及附近島嶼包括山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等省(市)沿海近10公里寬的地帶，年風(fēng)功率密度在200W/m2米以上。云是懸浮在大氣中的小水滴、冰晶微?；蚨呋旌衔锏目梢娋酆先后w，底部不接觸地面（如接觸地