《大氣物理性質(zhì)》課件

大氣物理性質(zhì)大氣是地球生命的重要組成部分，其物理性質(zhì)對(duì)天氣、氣候和生物活動(dòng)具有重要的影響。1.大氣成分氮?dú)獯髿庵凶钪饕某煞?，約占78%，對(duì)生物體和地球生命至關(guān)重要。氧氣約占21%，為生物呼吸和燃燒提供必需元素。氬氣約占0.93%，惰性氣體，在工業(yè)和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。二氧化碳約占0.04%，溫室氣體，對(duì)地球氣候起著重要的調(diào)節(jié)作用。2.大氣結(jié)構(gòu)1對(duì)流層地球表面至約10公里，氣溫隨高度降低，主要天氣現(xiàn)象發(fā)生在此。2平流層對(duì)流層之上至50公里，氣溫隨高度升高，臭氧層位于此。3中間層平流層之上至80公里，氣溫隨高度降低，流星在此燃燒。4熱層中間層之上至600公里，氣溫隨高度升高，極光出現(xiàn)于此。5散逸層熱層之上，氣溫隨高度變化不規(guī)則，大氣逐漸稀薄，與星際空間相接。大氣壓力大氣壓力是指大氣層對(duì)地球表面及其中一切物體產(chǎn)生的壓力。由于重力的作用，大氣層對(duì)地球表面產(chǎn)生壓強(qiáng)，這個(gè)壓強(qiáng)稱為大氣壓力。大氣壓力隨高度變化，越高的地方大氣壓力越低。大氣壓力還受溫度、濕度、風(fēng)速等因素的影響。1013.25百帕海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1千帕約為10米高水柱的壓力14.7磅/平方英寸英制單位大氣溫度大氣溫度是衡量大氣熱量的指標(biāo)，對(duì)天氣、氣候、生物活動(dòng)等產(chǎn)生重要影響。氣溫變化受太陽輻射、大氣成分、地表性質(zhì)、云層覆蓋、大氣環(huán)流等因素影響。全球平均氣溫自20世紀(jì)以來呈上升趨勢(shì)，預(yù)計(jì)未來將持續(xù)上升，對(duì)人類生活和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重大影響。5.大氣濕度大氣濕度是指空氣中水汽含量的多少。常用指標(biāo)包括絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度等。指標(biāo)定義絕對(duì)濕度單位體積空氣中所含水汽的質(zhì)量相對(duì)濕度空氣中實(shí)際水汽含量與同溫度下飽和水汽含量之比露點(diǎn)溫度空氣冷卻到飽和時(shí)的溫度大氣濕度對(duì)天氣現(xiàn)象、氣候變化和人類生活有著重要影響。6.大氣能量平衡太陽輻射太陽是地球能量的主要來源，地球吸收太陽輻射后溫度升高。地球輻射地球表面吸收太陽輻射后會(huì)向外發(fā)射紅外輻射，這是地球能量的主要損失方式。能量平衡地球吸收的太陽輻射能量與發(fā)射的紅外輻射能量保持平衡，維持著地球表面的溫度穩(wěn)定。溫室效應(yīng)大氣中的溫室氣體，如二氧化碳，會(huì)吸收部分紅外輻射，導(dǎo)致地球溫度升高。7.大氣輻射大氣輻射是指大氣對(duì)太陽輻射的吸收、散射和發(fā)射。大氣對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射有不同的吸收和散射特性。例如，臭氧層吸收紫外線，二氧化碳和水汽吸收紅外線。大氣輻射對(duì)地球的能量平衡起著至關(guān)重要的作用，影響著地表溫度和氣候。大氣熱量傳輸大氣熱量傳輸是指熱量在大氣中傳遞的過程。1輻射太陽輻射和地球輻射2對(duì)流熱量通過氣流運(yùn)動(dòng)傳遞3傳導(dǎo)熱量通過物質(zhì)的直接接觸傳遞輻射是主要方式，對(duì)流和傳導(dǎo)作用較弱。9.大氣對(duì)流1對(duì)流的概念大氣對(duì)流是指空氣由于溫度差異而產(chǎn)生的垂直運(yùn)動(dòng)。2對(duì)流的形成當(dāng)空氣被加熱時(shí)，密度減小，上升；冷空氣密度更大，下降。3對(duì)流的影響對(duì)流是天氣變化的重要因素，它可以形成云層、降雨和風(fēng)。大氣的靜態(tài)穩(wěn)定性穩(wěn)定大氣當(dāng)空氣包裹在一個(gè)更冷、密度更大的空氣塊中時(shí)，它會(huì)傾向于保持在原位，因?yàn)樗戎車諝飧p，并且有向上浮力的作用。這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)定大氣，因?yàn)閿_動(dòng)會(huì)迅速消失。不穩(wěn)定大氣當(dāng)空氣包裹在一個(gè)更暖、密度更小的空氣塊中時(shí)，它會(huì)傾向于上升，因?yàn)樗戎車諝飧p，并且有向上浮力的作用。這種狀態(tài)被稱為不穩(wěn)定大氣，因?yàn)閿_動(dòng)會(huì)放大并導(dǎo)致對(duì)流。大氣環(huán)流全球尺度運(yùn)動(dòng)受太陽輻射不均和地球自轉(zhuǎn)影響，大氣在全球范圍內(nèi)形成的巨大環(huán)流系統(tǒng)。能量輸送大氣環(huán)流將熱帶地區(qū)的熱量向高緯度地區(qū)輸送，將高緯度地區(qū)的冷空氣向低緯度地區(qū)輸送。氣候影響大氣環(huán)流影響著全球氣候分布，例如，赤道地區(qū)降水豐富，極地地區(qū)寒冷干燥。天氣變化大氣環(huán)流的變化會(huì)引起天氣變化，例如，臺(tái)風(fēng)、寒潮等天氣現(xiàn)象。大氣浴度大氣浴度定義大氣浴度是指大氣中溫度隨高度的變化率。它反映了大氣的穩(wěn)定程度，決定著大氣運(yùn)動(dòng)和天氣變化。浴度與天氣現(xiàn)象浴度與天氣現(xiàn)象密切相關(guān)。高浴度意味著大氣不穩(wěn)定，易形成對(duì)流天氣，如雷雨、陣雨等。低浴度則表明大氣穩(wěn)定，不易產(chǎn)生劇烈的天氣變化。浴度與氣象預(yù)報(bào)氣象預(yù)報(bào)中，浴度是重要的預(yù)測(cè)參數(shù)之一。通過分析大氣浴度，氣象學(xué)家可以預(yù)測(cè)未來天氣變化，并發(fā)出預(yù)警。13.大氣湍流大氣湍流定義大氣湍流是大氣運(yùn)動(dòng)的一種不規(guī)則、不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)形式。它是由大氣中各種因素引起的，包括氣流的不穩(wěn)定性、地形的影響以及氣象條件的改變。湍流會(huì)造成氣流的劇烈變化，例如風(fēng)向和風(fēng)速的突然改變，以及溫度和濕度的波動(dòng)。湍流會(huì)影響飛機(jī)飛行、風(fēng)力發(fā)電以及其他依賴氣流的活動(dòng)。大氣界面層風(fēng)速梯度靠近地面的氣流受到摩擦力的影響，速度減緩，形成風(fēng)速梯度。熱量交換界面層是地表和大氣之間熱量、水分和動(dòng)量交換的重要區(qū)域。湍流混合大氣界面層湍流顯著，導(dǎo)致熱量、水分和動(dòng)量在垂直方向上的快速混合。大氣邊界層摩擦層大氣邊界層指受地球表面摩擦影響的大氣層。它存在于對(duì)流層底部，受地表摩擦力影響。湍流顯著大氣邊界層內(nèi)湍流顯著，氣流運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，垂直混合強(qiáng)烈，影響熱量、水分和動(dòng)量交換。高度變化大氣邊界層的厚度隨地表狀況、氣象條件等因素而變化，一般為幾十米到幾千米不等。大氣中的水汽和云積云積云是典型的對(duì)流云，形狀像棉花團(tuán)，白天常出現(xiàn)在晴朗的天空。層云層云是平展的灰色云層，通常覆蓋整個(gè)天空，常出現(xiàn)于陰天或雨天。卷云卷云是由冰晶組成的云，高度很高，形狀細(xì)長(zhǎng)而卷曲，常見于高空晴朗的天空。降水過程1凝結(jié)核水汽凝結(jié)形成云滴2云滴碰撞云滴相互碰撞并合并3降水形成云滴長(zhǎng)大為雨滴并降落大氣中的水汽凝結(jié)形成云，云滴相互碰撞并合并，最終長(zhǎng)大為雨滴并降落地面，這就是降水過程。大氣電性11.電場(chǎng)大氣中存在著電場(chǎng)，這主要由雷暴云中的電荷積累和分布形成。22.電流大氣中存在著電流，這主要由雷電、靜電放電和宇宙射線等因素引起。33.電離層電離層是地球大氣層中被太陽輻射電離的部分，它對(duì)無線電波的傳播有重要影響。44.極光極光是由來自太陽的帶電粒子與地球大氣層中的原子和分子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的。19.大氣化學(xué)成分主要成分大氣主要由氮?dú)夂脱鯕饨M成，占總體積的99%以上。其次是氬氣、二氧化碳等。微量成分微量成分雖然含量少，但對(duì)氣候、環(huán)境等具有重要影響，包括臭氧、甲烷、二氧化氮等。人為污染人類活動(dòng)排放的污染物，如二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等，會(huì)改變大氣化學(xué)成分，導(dǎo)致環(huán)境問題。大氣環(huán)境污染空氣污染空氣污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等。水污染主要污染物包括工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)廢水。噪聲污染工業(yè)噪聲、交通噪聲、施工噪聲等是主要來源。固體廢物污染工業(yè)固體廢物、生活垃圾、建筑垃圾等污染環(huán)境。21.大氣遙感技術(shù)衛(wèi)星遙感衛(wèi)星搭載傳感器，從太空獲取大氣數(shù)據(jù)，例如氣溫、濕度和云層。航空遙感飛機(jī)攜帶傳感器，在空中獲取大氣數(shù)據(jù)，例如氣溶膠、污染物和氣流。地面遙感地面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)量大氣變量，例如氣壓、風(fēng)速和降水量。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)1數(shù)據(jù)采集包括地面觀測(cè)、氣象衛(wèi)星和雷達(dá)數(shù)據(jù)等。2數(shù)值模擬使用大氣物理和動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行計(jì)算。3預(yù)報(bào)結(jié)果生成未來不同時(shí)間段的天氣預(yù)報(bào)。4發(fā)布與應(yīng)用通過各種渠道向公眾發(fā)布預(yù)報(bào)信息。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是一種基于計(jì)算機(jī)模擬的大氣預(yù)測(cè)方法。該方法利用物理學(xué)和數(shù)學(xué)模型來模擬大氣運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)觀測(cè)結(jié)果預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)的天氣狀況。天氣系統(tǒng)分析11.氣壓系統(tǒng)低氣壓系統(tǒng)，高氣壓系統(tǒng)，氣壓梯度力，地轉(zhuǎn)風(fēng)。22.風(fēng)場(chǎng)分析風(fēng)向，風(fēng)速，等壓線，氣旋，反氣旋。33.鋒面系統(tǒng)冷鋒，暖鋒，靜止鋒，鋒面雨，鋒面云系。44.天氣圖分析天氣圖，氣象要素，天氣預(yù)報(bào)，天氣演變趨勢(shì)。25.季風(fēng)系統(tǒng)定義季風(fēng)是指在一年中，由于海陸熱力性質(zhì)差異引起的風(fēng)向和風(fēng)力發(fā)生周期性變化的風(fēng)系。夏季，陸地溫度較高，氣壓較低，空氣從海洋吹向陸地，形成夏季風(fēng)；冬季，陸地溫度較低，氣壓較高，空氣從陸地吹向海洋，形成冬季風(fēng)。主要類型季風(fēng)主要分為兩種類型：東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)。東亞季風(fēng)主要影響東亞地區(qū)，包括中國(guó)、日本、朝鮮等國(guó)家；南亞季風(fēng)主要影響南亞地區(qū)，包括印度、巴基斯坦、孟加拉國(guó)等國(guó)家。極地渦旋極地渦旋極地渦旋是極地地區(qū)上空形成的持續(xù)性低壓氣旋，以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。影響范圍極地渦旋通常被限制在極地地區(qū)，但有時(shí)會(huì)向南延伸，影響中緯度地區(qū)。形成機(jī)制極地渦旋的形成與極地地區(qū)和中緯度地區(qū)之間的溫差有關(guān)，冷空氣會(huì)形成強(qiáng)烈的低壓系統(tǒng)。熱帶氣旋強(qiáng)烈風(fēng)暴熱帶氣旋是指在熱帶或亞熱帶海洋上形成的強(qiáng)烈風(fēng)暴系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)的風(fēng)暴熱帶氣旋的特點(diǎn)是中心附近有低氣壓，周圍有螺旋狀的強(qiáng)風(fēng)和降雨。災(zāi)害性天氣熱帶氣旋可以帶來強(qiáng)風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮等災(zāi)害性天氣，對(duì)沿海地區(qū)造成嚴(yán)重影響。鋒面系統(tǒng)11.冷鋒冷空氣主動(dòng)向暖空氣移動(dòng)，形成冷鋒。冷鋒過境時(shí)，氣溫驟降，風(fēng)力增強(qiáng)，降水量大，天氣變化劇烈。22.暖鋒暖空氣主動(dòng)向冷空氣移動(dòng)，形成暖鋒。暖鋒過境時(shí)，氣溫緩慢升高，風(fēng)力減弱，降水量小，天氣變化緩慢。33.靜止鋒冷暖空氣勢(shì)力相當(dāng)，相互交匯，形成靜止鋒。靜止鋒過境時(shí)，天氣多陰雨，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。44.錮囚鋒冷鋒追趕暖鋒，將暖空氣抬升至高空，形成錮囚鋒。錮囚鋒過境時(shí)，降水量大，天氣變化劇烈。氣候變化全球變暖地球平均氣溫上升，導(dǎo)致冰川融化，海平面上升。極端天氣事件增多，例如熱浪、洪水和干旱。人類活動(dòng)的影響化石燃料燃燒排放溫室氣體，例如二氧化碳和甲烷