大氣物理學(xué)第一次課

大氣物理學(xué)第一次課第1頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、大氣物理學(xué)課程簡(jiǎn)介第2頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容課程性質(zhì)與任務(wù)學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)史主要參考書(shū)第3頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程性質(zhì)與任務(wù)定義

主要研究地球大氣各種物理現(xiàn)象和過(guò)程。大氣現(xiàn)象與過(guò)程：大氣中流體運(yùn)動(dòng)、光象、電象、熱現(xiàn)象、相變過(guò)程、輻射過(guò)程。分支大氣動(dòng)力學(xué)、大氣光學(xué)、大氣電學(xué)、大氣熱力學(xué)、云降水學(xué)、大氣輻射學(xué)第4頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程性質(zhì)與任務(wù)研究方法通過(guò)觀測(cè)或者實(shí)驗(yàn)獲取大氣狀態(tài)和過(guò)程的資料，應(yīng)用物理學(xué)、化學(xué)和大氣科學(xué)本身的理論分析這些資料，總結(jié)大氣過(guò)程規(guī)律性，并指導(dǎo)實(shí)踐。課程學(xué)習(xí)目的

了解和掌握大氣物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)理論，為學(xué)習(xí)后行課、專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

第5頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程性質(zhì)與任務(wù)學(xué)習(xí)內(nèi)容

大氣成分和結(jié)構(gòu)特征大氣靜力學(xué)大氣輻射學(xué)大氣熱力學(xué)第6頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）近代大氣物理學(xué)起始階段（18世紀(jì)中葉~20世紀(jì)中葉）1752，美國(guó)Franklin第一次用風(fēng)箏探明雷擊的本質(zhì)就是電。1871，英國(guó)物理學(xué)家Rayleigh解釋了天空蘭色的現(xiàn)象學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)史第7頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1908，德國(guó)物理學(xué)家G.Mie解決了球形粒子的散射問(wèn)題1859-1901，這兩位德國(guó)物理學(xué)家開(kāi)創(chuàng)了輻射定律MaxKarlErnstLudwigPlanck（1858-1947）德國(guó)物理學(xué)家，量子力學(xué)的開(kāi)創(chuàng)人G.R.Kirchhoff（1824-1887）德國(guó)物理學(xué)家第8頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1880-1881，英國(guó)物理學(xué)家J.Aitken等指出了凝結(jié)核在霧滴形成中的重要作用。1911，.T.R.Wilson發(fā)明云室，因此獲1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。——〉是云霧物理的基礎(chǔ)和開(kāi)端。2）大氣物理學(xué)高速發(fā)展階段（20世紀(jì)中葉以來(lái)）1）具有重大實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的需要大大加速了大氣物理學(xué)的發(fā)展。1946年，美國(guó)物理學(xué)家I.Langmuir,V.J.Schaefer發(fā)現(xiàn)干冰可以催化云產(chǎn)生降水后來(lái)，B.Vonnegut發(fā)現(xiàn)碘化銀可作為人工冰核，促使云降水物理學(xué)獲得了重大發(fā)展。第9頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）需要掌握大氣環(huán)境演變規(guī)律，促使大氣邊界層與大氣湍流學(xué)科的發(fā)展3）衛(wèi)星、雷達(dá)等遙感技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了大氣輻射學(xué)的研究第10頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月參考書(shū)目：1.盛裴軒,毛節(jié)泰等.大氣物理學(xué),北大出版社,20032.許紹祖主編.大氣物理學(xué)基礎(chǔ).氣象出版社,19913.周秀驥等編著.高等大氣物理學(xué).氣象出版社,19914.[美]J、M華萊士，P.V.霍布斯著.大氣科學(xué)概觀.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1981第11頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、地球大氣的演化第12頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、地球大氣的演化地球大氣以氮、氧為主。這在迄今為止所有已發(fā)現(xiàn)的天體大氣中是唯一的。地球已經(jīng)有46億年的歷史，在漫長(zhǎng)而曲折的演化過(guò)程中，今天地球大氣成分和結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。本次課所要講授的內(nèi)容地球大氣是怎樣起源的呢？怎樣從原始大氣狀態(tài)演變?yōu)楝F(xiàn)代大氣的呢？

第13頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、地球大氣的演化銀河系中心銀河系與河外星系第14頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)系第15頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地球形成50億年前，地球的輪廓已初步形成。最初是個(gè)火球。隨著地球逐步冷卻，較重的物質(zhì)沉到中心，形成地核；較輕的物質(zhì)浮在上面，冷卻后形成地殼。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖第16頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地球構(gòu)造圖第17頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、地球大氣的演化地球大氣的演化大致分為三個(gè)階段原始大氣：地球形成初期的原始大氣應(yīng)是以宇宙中最豐富的輕物質(zhì)H2、He和CO為主。太陽(yáng)風(fēng)（高速物質(zhì)流）和地球的升溫作用使得原始大氣逐漸向宇宙空間膨脹并逃逸失散。次生大氣：在45-20億年前，地球逐漸冷卻后,由于造山運(yùn)動(dòng)、火山噴發(fā)伴隨從地幔中釋放出來(lái)的地殼內(nèi)部原來(lái)吸附的氣體，形成了次生大氣，其主要成分是CO2、CH4、NH3和H2O?，F(xiàn)代大氣：大量水汽造成長(zhǎng)時(shí)間降雨，持續(xù)了幾千年（推測(cè)），形成原始海洋，生命就在原始海洋的湯液中形成。以氮?dú)夂脱鯕鉃橹?。?8頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、地球大氣的演化綜上，生命的出現(xiàn)和生物圈的形成在地球大氣的演變過(guò)程中起了重要作用。而生命能夠在地球上出現(xiàn)，是和合適的日地距離有關(guān)。

1）適宜的日地距離使地球表面溫度合適，水能完成水汽、液水和冰循環(huán)，為生命存在提供吸收養(yǎng)分等的介質(zhì)。

2）水汽光解產(chǎn)生少量氧，海洋和少量氧的存在為生命出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。

3）生命的出現(xiàn)反過(guò)來(lái)又改變了地球大氣的成分，形成以氮、氧為主的大氣。

4）臭氧強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)紫外輻射，保護(hù)地球上的生命，并使平流層增溫，從而改變高層大氣的熱力結(jié)構(gòu)。

第19頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

地球大氣是由多種氣體以及漂浮于其中的固態(tài)、液態(tài)等顆粒物質(zhì)（稱為大氣氣溶膠）組成的。即包括含有多種成分的干空氣（簡(jiǎn)稱干潔大氣）、水汽和氣溶膠粒子。3、地球大氣成分及分布第20頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1干潔大氣（干空氣）

定義：除水汽以外的純凈大氣。研究的范圍：90km以下的均和層，特別是對(duì)流層的大氣。均和層：在90km以下，干空氣的成分和各成分之間的比例是不變的，即各成分之間是均勻混合的（湍流混合的結(jié)果）第21頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1干潔大氣（干空氣）

分類

1）按照各成分在大氣中的濃度分為：

主要成分、微量成分和痕量成分

2）按照平均滯留時(shí)間分為：

準(zhǔn)定常成分、可變成分和平均壽命短于一年的變化很快的氣體成分第22頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要成分、微量成分和痕量成分主要成分：包括N2、O2、Ar和CO2，濃度在300ppmv以上；微量成分：如CH4，濃度在1~20ppmv；痕量成分：濃度在1ppmv以下，如O3、H2、NOX、硫化物、人為產(chǎn)生的氟氯烴類化合物。后兩者合稱為次要成分；次要成分含量雖然低，但會(huì)顯著影響人類；具有化學(xué)活性和大多是溫室氣體（CO2、O3、CH4）。第23頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大氣的組成餅圖第24頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月準(zhǔn)定常成分、可變成分和平均壽命短于一年的變化很快的氣體成分準(zhǔn)定常成分：平均壽命大于1000a，各成分之間大致保持固定的比例，主要包括N2、O2、Ar，及微量惰性氣體；可變成分：平均壽命為幾年~十幾年，其所占的比例隨時(shí)空變化，如CO2、CH4、H2、N2O和O3；平均壽命短于一年的：一些碳、硫、氮的化合物，可能產(chǎn)生很大危害。第25頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1干潔大氣（干空氣）及其它特征

1）相變特征：在地球大氣溫、壓條件下，水汽是唯一能發(fā)生相變的氣體成分；

2）平均分子量：90km以下，空氣平均分子量為28.966，不隨高度變化；90km以上，隨高度遞減。具體如下圖第27頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1干潔大氣（干空氣）及其它特征

3）空氣密度：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（p=1013.25hPa,t=0℃）下，干空氣密度為1.29kg/m3第29頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1干潔大氣（干空氣）及其它特征

3）空氣密度：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（p=1013.25hPa,t=0℃）下，干空氣密度為1.29kg/m3第30頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1干潔大氣（干空氣）重要?dú)怏w成分的作用1）主要?dú)怏w—氮、氧對(duì)生命活動(dòng)有重要意義，但對(duì)天氣、百萬(wàn)年尺度的氣候變化沒(méi)有什么作用。2）微量、痕量氣體—水汽、CO2

、O3a)水汽是云和降水的源泉；在全球能量平衡中起重要作用，影響地面和空氣溫度；是地球系統(tǒng)的水循環(huán)中起重要角色。第31頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地表上的水–全球年水量平衡第32頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第33頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b)

CO2c)

O3寫兩篇讀書(shū)報(bào)告，題目分別為“CO2及全球變暖”、“O3和O3洞”第34頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2大氣中的水汽大氣中水汽特征決定了其在大氣科學(xué)研究的復(fù)雜性和特殊性。水汽存在三相變化，與成云致雨形成息息相關(guān)，因此決定了水汽是大氣中最為活躍的氣體，因此給與單獨(dú)研究；第35頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月濕空氣濕度

表示大氣中水汽量多少的物理量，稱為濕度。大氣的濕度狀況是決定云、霧、降水等天氣現(xiàn)象的重要因素。

3.2大氣中的水汽第36頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2大氣中的水汽表示大氣濕度的物理量

1、混合比r與比濕q2、水汽壓e（飽和水汽壓）

3、飽和差

4、水汽密度（絕對(duì)濕度）

5、相對(duì)濕度

6、露點(diǎn)和霜點(diǎn)

第37頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

上述大氣濕度的表示方法中，水汽壓（e）、比濕（q）、水汽混合比（γ）、露點(diǎn)等基本上表示了空氣中水汽含量的多少。而相對(duì)濕度、飽和差、溫度露點(diǎn)差則表示了空氣距離飽和的程度。總結(jié)第38頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混合比r：一定體積濕空氣中，水汽與干空氣的質(zhì)量比。單位：g/g或者g/kg.比濕q：一定體積濕空氣中，水汽與濕空氣的質(zhì)量比。實(shí)際大氣中，兩者近似相等。第39頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水汽壓e：大氣中水汽的分壓強(qiáng)飽和水汽壓：一定溫度下水汽的凝結(jié)率和蒸發(fā)率處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的水汽壓。分為水面和冰面飽和水汽壓第40頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月飽和水汽壓（物理解釋）

空氣和水汽水水體表面層內(nèi)的分子處于動(dòng)亂狀態(tài)，其中有的離開(kāi)水面成為水汽分子，有的水汽分子撞擊水面，并被水面吸附。這樣凝結(jié)和蒸發(fā)同時(shí)發(fā)生。在給定的某一溫度下，當(dāng)凝結(jié)和蒸發(fā)達(dá)到同一速率時(shí)，將處于平衡狀態(tài)。此時(shí)空氣和水汽的溫度等于液水溫度，而且沒(méi)有水分子從一個(gè)相態(tài)區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)相態(tài)區(qū)的凈變化。液面上方就稱為處于水汽飽和狀態(tài)，這種情況下的水汽分壓強(qiáng)就稱為飽和水汽壓。類似的我們也可以得到冰面飽和水汽壓(給出定義）。第41頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月飽和水汽壓定義

在溫度一定的情況下，單位體積空氣中能容納的水汽數(shù)量有一定的限度，如果水汽含量達(dá)到了這個(gè)限度，空氣就呈飽和狀態(tài)，這時(shí)的空氣，稱為飽和空氣。飽和空氣中的水汽壓，稱為飽和水汽壓(E).第42頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月飽和差

在某一溫度下，飽和水汽壓與實(shí)際空氣中水汽壓之差稱為飽和差(d)：d=E—e，d表示實(shí)際空氣距離飽和的程度，在研究水面蒸發(fā)時(shí)常用到d，它可指出水分子的蒸發(fā)能力。(d>0,subsaturation)第43頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相對(duì)濕度所謂相對(duì)濕度(f)，就是空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值(用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示)，即：

f＝e/E×100%意義：相對(duì)濕度直接反映了空氣距離飽和的程度。相對(duì)濕度越大，越接近飽和，當(dāng)達(dá)到100%時(shí)，空氣就達(dá)飽和狀態(tài)，此時(shí)水汽就要開(kāi)始凝結(jié)。

第44頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月露點(diǎn)

在空氣中水汽含量不變，在一定的氣壓條件下，使空氣冷卻到達(dá)飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度，簡(jiǎn)稱露點(diǎn)(Td)。它的單位與氣溫相同。

例如上海某日14時(shí)的氣溫為30℃，對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓為42.5mb，當(dāng)時(shí)的實(shí)際水汽壓為31.7mb，很明顯，這時(shí)的空氣是未飽和的。如果實(shí)際水汽壓不變，氣壓也不變，只有降低空氣溫度才能使空氣達(dá)到飽和。而飽和水汽壓為31.7mb時(shí)的氣溫為25℃，故只有當(dāng)溫度由30℃降到25℃時(shí)，空氣才由未飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)。因此，上海該日14時(shí)的露點(diǎn)是25℃。

第45頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣壓一定時(shí)，露點(diǎn)的高低只與空氣中的水汽含量有關(guān)，水汽含量愈多，露點(diǎn)愈高，所以露點(diǎn)也是反映空氣中水汽含量的物理量。在實(shí)際大氣中，空氣經(jīng)常處于未飽和狀態(tài)，露點(diǎn)溫度常比氣溫低(Td＜T)。只有空氣達(dá)飽和時(shí)，露點(diǎn)溫度才和氣溫相等(Td=T)。因此，根據(jù)T和Td的差值，還可大致判斷空氣距離飽和的程度。第46頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水汽密度（絕對(duì)濕度）：?jiǎn)挝惑w積的濕空氣中水汽的質(zhì)量。第47頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3干空氣和濕空氣的狀態(tài)方程第48頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、理想氣體狀態(tài)方程2、地球上自然狀態(tài)下的空氣可看作理想氣體第49頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、干空氣狀態(tài)方程1、方程推導(dǎo)設(shè)體積為V、溫度為T的干空氣中，含有n種氣體成分，其中第i種成分的狀態(tài)方程為：對(duì)以上n個(gè)式子求和，有第50頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月考慮到并令，則有第51頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月90km以下，令Rd稱為干空氣比氣體常數(shù)（3）式可化為第52頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、比氣體常數(shù)第53頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、濕空氣狀態(tài)方程1、方程推導(dǎo)干空氣和水汽狀態(tài)方程分別為把（5）代入上式（6），有第54頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）+（7）得即第55頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（7）/（8），得考慮到（9）式近似為第56頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月把（10）代入（8），有若令則（11）式化為第57頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若令則（11）式化為（11）~（13）為濕空氣狀態(tài)方程的三種形式，其中最常用的為公式（13）2、虛溫第58頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月是關(guān)于溫度、水汽壓和壓強(qiáng)的函數(shù)。為了能在濕空氣狀態(tài)方程中使用，并且使其與干空氣狀態(tài)方程具有類似的簡(jiǎn)單形式所引入的參量。定義式為第59頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、常用的濕度參量間關(guān)系一塊體積為V、溫度為T的濕空氣中，水汽和干空氣狀態(tài)方程分別為（6）/（14），得第60頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一塊體積為V、溫度為T的濕空氣中，水汽和濕空氣狀態(tài)方程分別為第61頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（6）/（11），有第62頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4大氣氣溶膠粒子第63頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、大氣氣溶膠粒子

氣溶膠：是指大量十分細(xì)小的固體或液體粒子均勻地分布在氣體（常為空氣）里構(gòu)成的穩(wěn)定混合物。

大氣氣溶膠：大氣與懸浮在其中的固體或液體微粒子共同組成的混合物。而其中的懸浮物就稱為氣溶膠粒子。第64頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、分類

1）云降水學(xué)分類（按半徑分類）

2）大氣環(huán)境學(xué)分類

愛(ài)根核：半徑<0.1微米之間。大核：半徑在0.1到1微米之間。巨核：半徑>1微米。TSP、降塵、PM10、PM2.5、塵粒、粉塵、灰、等。第65頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地面常見(jiàn)大氣氣溶膠種類和名稱塵：機(jī)械粉碎過(guò)程直接形成的固體顆粒質(zhì)粒群分散于空氣當(dāng)中，尺度為m量級(jí)。煙：燃燒氧化過(guò)程產(chǎn)生的固體顆粒或氣體轉(zhuǎn)化為固體或液體的混合物，尺度<1m。熏煙：燃燒或其他物理化學(xué)過(guò)程（升華蒸餾）產(chǎn)生的固體絮狀顆粒，尺度<1m。霧：氣體凝結(jié)凝華或液體分離形成的液滴質(zhì)粒群，尺度1-20m。霾：固態(tài)質(zhì)粒在潮解條件下并與濕度變化呈穩(wěn)定平衡的部分和完全水溶性質(zhì)粒群，尺度<1m。煙霧：煙和霧的聯(lián)合質(zhì)粒群體，有光化學(xué)反應(yīng)，尺度0.5m。第66頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、氣溶膠質(zhì)粒的形狀和尺度等軸狀：球體和規(guī)則、不規(guī)則的多面體片狀：葉、箔、鱗、盤線狀：柱、針、線第67頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月0.010.11.010.0

Itpresents3modes:-?

nucleation

?:radiusisbetween0.002and0.05mm.Theyresultfromcombustionprocesses,photo-chemicalreactions,etc.-?

accumulation

?:radiusisbetween0.05mm

and0.5mm.Coagulationprocesses.-?

coarse

?:largerthan1mm.Frommechanicalprocesseslikeaeolianerosion.?

fine

?particles(nucleationandaccumulation)resultfromanthropogenicactivities,coarseparticlescomefromnaturalprocesses.AerosolSizeDistribution第68頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月photosfromGuntherHelas,MPICNaturalbiogenicaerosolparticles–Whereveryouhavetreesorvegetation,theseparticlesarethere...P.S.:Aretheseparticlesspherical?AretheySulfates?SoilDust?SeaSalt?第69頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AerosolTypesandOriginAerosolparticleslargerthanabout1mminsizeareproducedbywindblowndustandseasaltfromseasprayandburstingbubbles

Aerosolssmallerthan1μmaremostlyformedbycondensationprocessessuchasconversionofsulfurdioxide(SO2)gas(releasedfromvolcaniceruptions)tosulfateparticlesandbyformationofsootandsmokeduringburningprocesses.

Afterformation,theaerosolsaremixedandtransportedbyatmosphericmotionsandareprimarilyremovedbycloudandprecipitationprocesses.

第70頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣溶膠特征尺度分類粗質(zhì)粒：通過(guò)機(jī)械破碎、乳化分散過(guò)程直接形成的質(zhì)粒，也叫做一次氣溶膠或原生質(zhì)粒，半徑尺度>1m細(xì)質(zhì)粒：通過(guò)氣體轉(zhuǎn)化形成的顆粒以及這些顆粒經(jīng)過(guò)碰并、聚合、沾附等物理效應(yīng)增長(zhǎng)形成的質(zhì)粒,也叫做二次氣溶膠或次生質(zhì)粒，半徑尺度<1m第71頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、氣溶膠質(zhì)粒的濃度單位體積空氣中所含有一定尺度范圍內(nèi)質(zhì)粒的參數(shù)，如：個(gè)數(shù)、表面積、體積和質(zhì)量數(shù)濃度表面積濃度體積濃度和質(zhì)量濃度第72頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)濃度定義：?jiǎn)挝惑w積空氣中所含有一定尺度范圍內(nèi)的質(zhì)粒個(gè)數(shù)，ni(d)。量綱：[l-3]，(cm-3)，(m-3)數(shù)值范圍：100-106（個(gè)/cm3）南極大氣：10（個(gè)/cm3）清潔的大陸地區(qū)：102（個(gè)/cm3）城市工業(yè)區(qū)：105-106（個(gè)/cm3）第73頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)量濃度定義：?jiǎn)挝惑w積空氣中所含有一定尺度范圍內(nèi)的質(zhì)粒的總質(zhì)量。量綱：(mg/m3),(g/cm3)總質(zhì)量：M=(/6)

(nid3)

,ni為質(zhì)粒數(shù)濃度清潔的大陸地區(qū)：1g/m3城市污染大氣：2000g/m3工業(yè)重污染區(qū)：5000g/m3第74頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月濃度背景愛(ài)根顆粒（cm-3)V(D<1m)m-3

cm-3Vm-3

cm-3海洋遙遠(yuǎn)陸地大陸平均受城市影響城市污染區(qū)100―40050―1002000―50005000―15000105―4*1061―40.5―2.52.5―88―3030―1502―1010―4020―60100―300大氣氣溶膠濃度

局地氣溶膠的增加與自然條件和人為有關(guān)，一般陸地高于海洋，城市高于農(nóng)村第75頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第76頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第77頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、全球氣溶膠的分類一般分三類：大陸型、海洋型、背景型分四類：

大陸型、海洋型、鄉(xiāng)村型、城市型或大陸型、海洋型、背景型、平流層型第78頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七類實(shí)測(cè)氣溶膠特征值類型核模態(tài)積聚模態(tài)粗粒模態(tài)尺度數(shù)濃度體積濃度尺度數(shù)濃度體積濃度尺度數(shù)濃度體積濃度mcm3m/cm3mCm3m/cm3mcm3m/cm3海洋表面背景0.0193.4*1020.000050.36*1010.1123.1*10312清潔大陸背景0.031*1030.0060.358*1021.567.2*1025平均大陸背景0.0346.4*1030.0370.322.3*1034.456.043.2*10225.9背景+老化城煙羽0.0286.6*1030.0290.369.6*1034.44.517.2*10227.9背景+局地源0.0214.02*1050.620.254.5*1033.025.64.9*10239.1城市平均0.0381.06*1050.630.323.2*10438.45.75.4*10230.8城市+高速路0.0322.12*1069.20.253.7*10437.56.04.9*10242.7第79頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月九類氣溶膠沙漠氣溶膠海洋氣溶膠遠(yuǎn)陸氣溶膠對(duì)流層中上層氣溶膠極地氣溶膠生物氣溶膠云過(guò)程氣溶膠生物質(zhì)燃燒氣溶膠平流層氣溶膠第80頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6、大氣氣溶膠粒子的源和匯

1）源

據(jù)估計(jì)，全球氣溶膠質(zhì)粒主要是自然界產(chǎn)生的，人工來(lái)源僅為自然來(lái)源的五分之一。包括海水飛沫（見(jiàn)下圖）、氣粒轉(zhuǎn)換、風(fēng)揚(yáng)沙塵、火山爆發(fā)第81頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第82頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大氣氣溶膠的源土壤、巖石風(fēng)化及火山噴發(fā)的塵埃煙塵及工業(yè)粉塵海沫破裂干枯成核氣-粒轉(zhuǎn)化微生物、孢子、花粉等有機(jī)物質(zhì)點(diǎn)宇宙塵埃第83頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）匯即氣溶膠粒子被移出大氣的過(guò)程。按是否有水質(zhì)粒參與，分為干移出、濕移出第84頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干移出過(guò)程：指質(zhì)粒在干的狀況下移出大氣的過(guò)程。包括重力下沉、附粘移出。濕移出過(guò)程：指質(zhì)粒受雨雪或云霧滴等影響而下沉到下墊面移出大氣的過(guò)程。包括凝長(zhǎng)下沉、碰并下沉。第85頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第86頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7、氣溶膠粒子在大氣過(guò)程中的作用在云霧降水中的作用可作為水汽凝結(jié)和凝華以及水滴凍結(jié)的核心，即部分大氣氣溶膠粒子可作為CCN或IN對(duì)大氣輻射過(guò)程的影響吸收和散射太陽(yáng)輻射，影響大氣溫度的垂直分布。對(duì)大氣光學(xué)特性的影響對(duì)太陽(yáng)光的散射和吸收，會(huì)影響大氣能見(jiàn)度，還會(huì)影響天空顏色。一些光學(xué)現(xiàn)象的出現(xiàn)，也與它們的作用有關(guān)。對(duì)大氣電學(xué)特性的影響對(duì)大氣化學(xué)過(guò)程中的作用第87頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月成核作用異質(zhì)核化：有異質(zhì)核存在時(shí)的核化現(xiàn)象。第88頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7、大氣氣溶膠的氣候效應(yīng)第89頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第90頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第91頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月虹和霓

含七種色光的太陽(yáng)光線，射入大氣中的水滴(雨滴或霧滴)，各種色光經(jīng)歷折射和反射后，可在雨幕或霧幕上形成彩色光弧環(huán)。當(dāng)光弧環(huán)對(duì)觀測(cè)者所張的角半徑約42度，光環(huán)的彩色排序是內(nèi)紫外紅時(shí)，稱為虹。

在虹的外面，有時(shí)還出現(xiàn)較虹弱的彩色光環(huán)，光環(huán)對(duì)觀測(cè)者所張的角半徑約為52度，彩色環(huán)的排序與虹相反即內(nèi)紅外紫，稱為霓或副虹。

虹和霓都要背對(duì)太陽(yáng)而立才能觀察到。在夏日的傍晚，西方放晴而東方天空有云雨時(shí)，最易看到虹和霓。第92頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月折射和反射第93頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)紅外紫的暈是陽(yáng)光或月光透過(guò)云中的冰晶時(shí)發(fā)生折射和反射形成第94頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻云滴(水滴或冰晶)的衍射，結(jié)果會(huì)在月亮或太陽(yáng)周圍緊貼月盤或日盤形成內(nèi)紫外紅的彩環(huán)稱為華，是均勻云滴(水滴或冰晶)的衍射第95頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第96頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）對(duì)大氣電學(xué)特性的影響氣溶膠粒子捕獲小離子而成為大離子，由于大離子遷移率小，故大氣電場(chǎng)中的傳導(dǎo)電流減小+++++++++++++++----------------------------晴天大氣地面正離子負(fù)離子第97頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在大氣化學(xué)過(guò)程中的作用。氣溶膠粒子在大氣的許多化學(xué)過(guò)程中起作用。第98頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第99頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第100頁(yè)，課件共118頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)大氣的垂直結(jié)構(gòu)大氣上界：物理現(xiàn)象上界為1200km(極光出現(xiàn)高度）；大氣密度上界為2000~3000km(接近于星際氣體密度1個(gè)/cm3的高度）分層標(biāo)準(zhǔn)：（1）按溫度隨高度的變化

（2）按大氣成分是否混合均勻（或稱按空氣平均分子量隨高度變化）分：