大氣物理第一章

1、Ch1 Ch1 大氣概貌大氣概貌1.1 1.1 地球大氣的演化地球大氣的演化1.21.2 現(xiàn)代大氣的組成現(xiàn)代大氣的組成1.31.3 空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)方程1.41.4 物理量的垂直分布物理量的垂直分布The Three Atmospheres of EarthnFirst atmosphere: Composed of gases from the generating nebulanprincipally H2, He nSecond atmosphere: First atmosphere nminus gases boiled away to spacenplus gases emit

2、ted from volcanoes nplus gases arriving from comets etc. nModern atmosphere: Resulting from the effects of life and the addition of oxygen Setting the Composition of the 2nd Atmosphere - VolcanoesnGases were expelled from the interior (same as today) CO2 (10%) CO SO2 H2S (a few percent) Cl2 N2 (a fe

3、w percent) H2O (85%) H2 NH3 CH4 No oxygen!1.1 地球大氣的演化地球大氣的演化地球形成初期的原始大氣是以宇宙中最豐地球形成初期的原始大氣是以宇宙中最豐富的輕物質(zhì)富的輕物質(zhì)H2，He為主。為主。火山噴發(fā)形成次生大氣，主要由水汽、火山噴發(fā)形成次生大氣，主要由水汽、 CO2、氮和硫或硫化物。沒(méi)有氧氣。氮和硫或硫化物。沒(méi)有氧氣。 大量水汽造成長(zhǎng)時(shí)間降雨，持續(xù)了幾千年大量水汽造成長(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（推測(cè)），形成原始海洋，生命就在原始海洋的湯液中形成。的湯液中形成。1、原始大氣、原始大氣后來(lái)原始大氣逐漸逃逸。估計(jì)在后來(lái)

4、原始大氣逐漸逃逸。估計(jì)在45億年前億年前或晚些時(shí)候，地球上無(wú)大氣。或晚些時(shí)候，地球上無(wú)大氣。2、次生大氣、次生大氣 生命的光合作用使大氣圈中出現(xiàn)了氧氣。生命的光合作用使大氣圈中出現(xiàn)了氧氣。3、氧化大氣、氧化大氣 從火山噴發(fā)出來(lái)的氮，由于其化學(xué)惰從火山噴發(fā)出來(lái)的氮，由于其化學(xué)惰性及其在水中的低溶解度，大部分仍留在性及其在水中的低溶解度，大部分仍留在大氣中，成為現(xiàn)代大氣中的主要?dú)怏w成分；大氣中，成為現(xiàn)代大氣中的主要?dú)怏w成分； 大氣中的氬，是地球固體部分放射性物質(zhì)大氣中的氬，是地球固體部分放射性物質(zhì) 40K衰變時(shí)的副產(chǎn)品。衰變時(shí)的副產(chǎn)品。Ch1 Ch1 大氣概貌大氣概貌1.1 1.1 地球大氣的演化

5、地球大氣的演化1.21.2 現(xiàn)代大氣的組成現(xiàn)代大氣的組成1.31.3 空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)方程1.41.4 物理量的垂直分布物理量的垂直分布n1.2 現(xiàn)代大氣組成現(xiàn)代大氣組成地球大氣是由多種地球大氣是由多種氣體氣體以及漂浮于其中以及漂浮于其中的固態(tài)、液態(tài)等的固態(tài)、液態(tài)等顆粒物質(zhì)顆粒物質(zhì)(大氣氣溶膠大氣氣溶膠粒子粒子)組成的。組成的。相變特征：在地球大氣溫、壓條件下，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。水汽是唯一能發(fā)生相變的氣體成分。水汽的相變不但造成云霧降水，而且在水汽的相變不但造成云霧降水，而且在地球的生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。地球的生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。（1）

6、干潔大氣：不含水汽和懸浮顆粒物的）干潔大氣：不含水汽和懸浮顆粒物的 大氣稱(chēng)為干潔大氣大氣稱(chēng)為干潔大氣有關(guān)概念有關(guān)概念 （2）濃度：表示濃度有絕對(duì)量和相對(duì)量。絕對(duì)量）濃度：表示濃度有絕對(duì)量和相對(duì)量。絕對(duì)量如體積質(zhì)量如體積質(zhì)量mg/m3，g/m3等。相對(duì)量如等。相對(duì)量如ppm（10-6），），ppb（10-9）和）和ppt（10-12）等）等, 可分別可分別加尾綴加尾綴m或或v表示質(zhì)量和體積，例如表示質(zhì)量和體積，例如ppmm和和ppmv。（3）平均停留時(shí)間：）平均停留時(shí)間： 即該種成分的所有分子更新一次即該種成分的所有分子更新一次所需要的時(shí)間，亦即所需要的時(shí)間，亦即“平均壽命平均壽命”。在準(zhǔn)平衡條

7、件下。在準(zhǔn)平衡條件下, 一種大一種大氣成分的分子在大氣中的平均滯留時(shí)間定義為氣成分的分子在大氣中的平均滯留時(shí)間定義為 其中其中M為這種成分的總質(zhì)量為這種成分的總質(zhì)量, F是向大氣的輸入速率是向大氣的輸入速率(包括源和包括源和化學(xué)轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化), R是消失速率是消失速率(因沉降、化學(xué)轉(zhuǎn)化和逃逸因沉降、化學(xué)轉(zhuǎn)化和逃逸)。 RMFM一、干潔大氣的組成一、干潔大氣的組成這里主要關(guān)注這里主要關(guān)注100km以下的均勻混合層，以下的均勻混合層，特別是對(duì)流層內(nèi)空氣的成分特別是對(duì)流層內(nèi)空氣的成分Table 1.1 U .S. Standard A tm osphere. Constituent gas Cont

8、ent (% by volum e) N itrogen (N2) 78.084 O xygen (O2) 20.948 A rgon (A r) 0.934 Carbon dioxide (CO2) 0.333 N eon (N e) 18.1810-4 H elium (H e) 5.2410-4 M ethane (CH4) 1.510-4 Krypton (Kr) 1.1410-4 H ydrogen (H2) 0.510-4 N itrous oxideb (N2O ) 0.2710-4 Carbon m onoxideb (CO ) 0.1910-4 O zone (O3) 0-1

9、210-4 X enon (X e) 0.08910-4 A m m oniab (N H3) 0.00410-4 Sulfur dioxideb (SO 2) 0.00110-4 N itrogen dioxideb (N O2) 0.00110-4 Water vaporb (H2O ) 0-0.0410-4 N itric O xideb (N O ) 0.000510-4 H ydrogen Sulfideb (H2S) 0.0000510-4 N itric acid vapor Traces b Concentration near the earths surface. 1、按濃

10、度（單位為體積混合比）、按濃度（單位為體積混合比）來(lái)分，分為：來(lái)分，分為：主要?dú)怏w：濃度主要?dú)怏w：濃度300ppmv，包括，包括N2、O2、Ar、CO2微量氣體：微量氣體：1ppmv20ppmv，如，如CH4等等痕量氣體：痕量氣體： 1ppmv，重要的有重要的有O3、 H2、 氮氧化物、氮氧化物、 硫化物等硫化物等Table 1.1 U .S. Standard A tm osphere. Constituent gas Content (% by volum e) N itrogen (N2) 78.084 O xygen (O2) 20.948 A rgon (A r) 0.934 Car

11、bon dioxide (CO2) 0.333 N eon (N e) 18.1810-4 H elium (H e) 5.2410-4 M ethane (CH4) 1.510-4 Krypton (Kr) 1.1410-4 H ydrogen (H2) 0.510-4 N itrous oxideb (N2O ) 0.2710-4 Carbon m onoxideb (CO ) 0.1910-4 O zone (O3) 0-1210-4 X enon (X e) 0.08910-4 A m m oniab (N H3) 0.00410-4 Sulfur dioxideb (SO 2) 0.

12、00110-4 N itrogen dioxideb (N O2) 0.00110-4 Water vaporb (H2O ) 0-0.0410-4 N itric O xideb (N O ) 0.000510-4 H ydrogen Sulfideb (H2S) 0.0000510-4 N itric acid vapor Traces b Concentration near the earths surface. 大氣的組成餅圖大氣的組成餅圖Principal Gases of Dry AirNitrogen (N2)Oxygen (O2)Argon (Ar)Carbon dioxid

13、e (CO2) and others2、按平均停留時(shí)間來(lái)分，即該種成分的所有、按平均停留時(shí)間來(lái)分，即該種成分的所有 分子更新一次所需要的時(shí)間，亦即分子更新一次所需要的時(shí)間，亦即“平均壽平均壽 命命”，分為：，分為：準(zhǔn)定常成分：平均壽命大于準(zhǔn)定常成分：平均壽命大于1000年。年。主要包括主要包括N2、O2、惰性氣體惰性氣體可變成分：可變成分：平均壽命為幾年到十幾平均壽命為幾年到十幾年年。例如，。例如， CO2、O3、CH4等等短壽命成分：短壽命成分：平均壽命短于平均壽命短于1年。年。例如，例如，碳、硫、氮的化合物碳、硫、氮的化合物二、大氣中的水汽二、大氣中的水汽在天氣、氣候、地球水循環(huán)中起重要作

14、用在天氣、氣候、地球水循環(huán)中起重要作用這些作用取決于大氣濕度這些作用取決于大氣濕度se1.大氣濕度大氣濕度定義：表示空氣中水汽含量多定義：表示空氣中水汽含量多少或潮濕程度的物理量。少或潮濕程度的物理量。 2. 相對(duì)于純水相對(duì)于純水(冰冰)平面的平面的飽和水汽壓飽和水汽壓 ( ):由水汽和平面純水（或純冰）組由水汽和平面純水（或純冰）組成的系統(tǒng)，在某溫度下達(dá)到兩相成的系統(tǒng)，在某溫度下達(dá)到兩相平衡時(shí)，水汽所具有的分壓強(qiáng)稱(chēng)平衡時(shí)，水汽所具有的分壓強(qiáng)稱(chēng)為為相對(duì)于純水相對(duì)于純水(冰冰)平面的飽和水平面的飽和水汽壓汽壓 。siese僅是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而增大僅是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而增大在同一溫度

15、下，在同一溫度下，es(T)esi(T)（見(jiàn)下頁(yè)表格及圖）（見(jiàn)下頁(yè)表格及圖）飽和水汽壓計(jì)算公式（后面）飽和水汽壓計(jì)算公式（后面）3. 濕空氣的飽和水汽壓濕空氣的飽和水汽壓 : 嚴(yán)格地說(shuō)嚴(yán)格地說(shuō), 不等不等于純水汽的飽和水汽壓于純水汽的飽和水汽壓.但由于二者的差別但由于二者的差別不大不大, 所以在研究大氣時(shí)所以在研究大氣時(shí),常忽略二者的差常忽略二者的差異異,用純水汽的飽和水汽壓代替濕空氣的飽用純水汽的飽和水汽壓代替濕空氣的飽和水汽壓和水汽壓 .（見(jiàn)（見(jiàn)22頁(yè)第二自然段）頁(yè)第二自然段）t()01234567894073.77377.79882.01186.41991.02995.850100.89

16、106.15111.65117.403042.42744.92447.54850.30353.19756.23359.41862.75966.26069.9302023.37124.85826.42828.08329.82931.66833.60635.64637.79340.0521012.27113.11814.01614.96715.97517.04218.17119.36520.62821.96206.1076.5657.0547.5748.1288.7189.34510.01210.72011.47306.1075.6775.2754.8974.5444.2143.9063.6173

17、.3483.097102.8622.6442.4402.2512.0751.9111.7591.6181.4871.366201.2541.1501.0540.96470.88260.80680.73690.67260.61330.5588300.50870.46270.42040.38170.34630.31380.28410.25700.23220.2097400.18910.17040.15330.13790.12300.11110.09960.08920.07920.0712t()012345678906.1075.6225.1734.7564.3714.0143.6843.3793.

18、0972.837102.5972.3752.1711.9831.8101.6511.5051.3711.2481.135201.0320.93660.85010.77080.69830.63220.57190.51690.46680.4212300.37970.34200.30780.27680.24870.22320.20020.17940.16060.1436400.12830.11450.10210.09100.08100.07200.06390.05670.05020.0445 0vv0ss11exp)(TTRLeTe78614. 01101042873. 0101 1050475.

19、1)/lg(02800. 5)/1 (79574.10lg)/1(76955. 43)1/(2969. 840000s0000TTTTTTTTe78614. 0)/1 (87682. 0)/lg(56654. 3) 1/(09685. 9lg000000siTTTTTTe對(duì)平液面，對(duì)平液面， 49.9100范圍內(nèi)范圍內(nèi)對(duì)平冰面，對(duì)平冰面， 100 0.0范圍內(nèi)范圍內(nèi) 以上兩式中以上兩式中T是熱力學(xué)溫度（是熱力學(xué)溫度（K），），T00=273.16K是水的三相點(diǎn)是水的三相點(diǎn)溫度。 tbtaee100ss (2.2.10)式中t是攝氏溫度，a和b是常數(shù)，Tetens經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 1）水汽混合比

20、）水汽混合比rvdmrm單位：?jiǎn)挝唬簁g/kg 或或 g/kg4、濕度參量、濕度參量有很多個(gè)有很多個(gè)相對(duì)于純水相對(duì)于純水(冰冰)平面的飽和混合比平面的飽和混合比rs(rsi ):3) 絕對(duì)濕度（水汽密度絕對(duì)濕度（水汽密度)vvvmV單位：?jiǎn)挝唬簁g/m3或或 g/m3V為濕空氣體積為濕空氣體積2)比濕比濕 q()vvdmqmmq于于r的關(guān)系：的關(guān)系：1rqr單位：?jiǎn)挝唬簁g/kg 或或 g/kgqs(qsi ):rq 4）水汽壓）水汽壓e：濕空氣中水汽的分壓強(qiáng)。單位濕空氣中水汽的分壓強(qiáng)。單位 為為hPa 濕空氣在水汽含量不變的情況下，等濕空氣在水汽含量不變的情況下，等壓降溫至相對(duì)于純水平面達(dá)飽

21、和時(shí)的溫度，壓降溫至相對(duì)于純水平面達(dá)飽和時(shí)的溫度，稱(chēng)為露點(diǎn)；等壓降溫至相對(duì)于純冰平面達(dá)稱(chēng)為露點(diǎn)；等壓降溫至相對(duì)于純冰平面達(dá)飽和時(shí)的溫度稱(chēng)為霜點(diǎn)。飽和時(shí)的溫度稱(chēng)為霜點(diǎn)。6）露點(diǎn)）露點(diǎn) Td、霜點(diǎn)霜點(diǎn) Tf (見(jiàn)下頁(yè)圖見(jiàn)下頁(yè)圖)5）相對(duì)濕度）相對(duì)濕度 UW (Ui)(TeeUsw)(TeeUsiieTeds)(eTefsi)(5. 濕度參量小節(jié)濕度參量小節(jié)(見(jiàn)下頁(yè)見(jiàn)下頁(yè)) 注意注意:涉及到水汽飽和時(shí)若不加以特別涉及到水汽飽和時(shí)若不加以特別說(shuō)明說(shuō)明,通常指相對(duì)于純水平面飽和通常指相對(duì)于純水平面飽和 名名 稱(chēng)稱(chēng)慣用慣用符號(hào)符號(hào) 單單 位位 測(cè)量方法測(cè)量方法 應(yīng)應(yīng) 用用混合比混合比比濕比濕rqg/g ,

22、 g/kg絕對(duì)法絕對(duì)法(稱(chēng)重稱(chēng)重法法)因在氣塊無(wú)相變的絕因在氣塊無(wú)相變的絕熱過(guò)程中保熱過(guò)程中保持常量持常量, 故常用于理論故常用于理論計(jì)算計(jì)算水汽密水汽密度度 v g/m3 kg/m3絕對(duì)法絕對(duì)法(稱(chēng)重稱(chēng)重法法)表示水汽絕對(duì)含量表示水汽絕對(duì)含量, 常常用于理論計(jì)算用于理論計(jì)算水汽壓水汽壓 es hPa通風(fēng)干濕表通風(fēng)干濕表表示水汽絕對(duì)含量表示水汽絕對(duì)含量露點(diǎn)露點(diǎn)霜點(diǎn)霜點(diǎn)TdTf露點(diǎn)儀露點(diǎn)儀預(yù)報(bào)露、霜、云和霧等預(yù)報(bào)露、霜、云和霧等現(xiàn)象是否現(xiàn)象是否出現(xiàn)出現(xiàn)相對(duì)濕相對(duì)濕度度 Uw , Ui %通風(fēng)干濕表通風(fēng)干濕表和毛發(fā)濕度和毛發(fā)濕度計(jì)計(jì)表示空氣接近飽和狀態(tài)表示空氣接近飽和狀態(tài)的程度的程度, 也可用來(lái)推

23、算也可用來(lái)推算其它濕度參量其它濕度參量1rqreTeds)(a.b.eTefsi)(6.濕度參量間的關(guān)系濕度參量間的關(guān)系)(TeeUsw)(TeeUsiic.d.eper 622. 0epeq378. 0622. 0TRTMRevvvve.實(shí)際大氣中可認(rèn)為實(shí)際大氣中可認(rèn)為peq622. 0思考題思考題1、某氣塊等壓降溫時(shí)，下列濕度參量中隨之增大的是、某氣塊等壓降溫時(shí)，下列濕度參量中隨之增大的是 （ ）。）。 A、露點(diǎn)溫度；、露點(diǎn)溫度；B、相對(duì)濕度；、相對(duì)濕度；C、混合比、混合比2、兩塊氣團(tuán)的相對(duì)濕度分別為、兩塊氣團(tuán)的相對(duì)濕度分別為36%和和78%， 其中含有較多水汽的是（其中含有較多水汽的是（

24、 ）。）。 A、相對(duì)濕度為、相對(duì)濕度為36%的氣團(tuán)；的氣團(tuán)； B、相對(duì)濕度為、相對(duì)濕度為78%的氣團(tuán)；的氣團(tuán)； C、條件不足，無(wú)法確定、條件不足，無(wú)法確定 3、如果我們向一個(gè)密閉盒子里增加水汽分子，、如果我們向一個(gè)密閉盒子里增加水汽分子， 而溫度保持不變，那么下列哪些物理量會(huì)增加。而溫度保持不變，那么下列哪些物理量會(huì)增加。 A、相對(duì)濕度、相對(duì)濕度 B、水汽壓、水汽壓 C、露點(diǎn)、露點(diǎn) D、以上所有物理量、以上所有物理量 E、以上物理量中沒(méi)有增加的。、以上物理量中沒(méi)有增加的。三、大氣氣溶膠三、大氣氣溶膠n1、 氣溶膠與氣溶膠質(zhì)粒定義氣溶膠與氣溶膠質(zhì)粒定義n指在氣體中懸浮有液體或固體微粒時(shí)的氣體和懸

25、浮指在氣體中懸浮有液體或固體微粒時(shí)的氣體和懸浮物的總體系。其中的懸浮物就稱(chēng)為氣溶膠質(zhì)粒（顆物的總體系。其中的懸浮物就稱(chēng)為氣溶膠質(zhì)粒（顆粒、粒子）粒、粒子）。n大氣中含有懸浮著的各種固體和液體粒子，例如塵大氣中含有懸浮著的各種固體和液體粒子，例如塵埃、煙粒、微生物、植物的孢子和花粉，以及由水埃、煙粒、微生物、植物的孢子和花粉，以及由水和冰組成的云霧滴、冰晶和雨雪等粒子，所以可以和冰組成的云霧滴、冰晶和雨雪等粒子，所以可以把大氣看成是一種氣溶膠。把大氣看成是一種氣溶膠。 n大氣氣溶膠質(zhì)粒的直徑范圍大氣氣溶膠質(zhì)粒的直徑范圍:10-3m到到100mn注意：我們有時(shí)常用氣溶膠作為懸浮質(zhì)粒的同義詞，注意：

26、我們有時(shí)常用氣溶膠作為懸浮質(zhì)粒的同義詞，而且習(xí)慣上不包括水汽凝結(jié)體（指云、雨滴和冰而且習(xí)慣上不包括水汽凝結(jié)體（指云、雨滴和冰粒）。粒）。2、 氣溶膠粒子分類(lèi)按大小分為三類(lèi)：按大小分為三類(lèi)：n愛(ài)根核：愛(ài)根核：半徑半徑在在0.01到到0.1微米之間。起凝結(jié)微米之間。起凝結(jié)核作用明顯。其中具有吸濕性的塵粒只要過(guò)飽核作用明顯。其中具有吸濕性的塵粒只要過(guò)飽和度達(dá)和度達(dá)0.5%到到2.0%，就可使水汽凝為液水；，就可使水汽凝為液水；n大核：半徑在大核：半徑在0.1到到1微米之間。一般只要過(guò)飽微米之間。一般只要過(guò)飽和度不到和度不到0.5，就可使水汽凝結(jié)。如果這些核，就可使水汽凝結(jié)。如果這些核是吸濕性的，那末

27、即使大氣尚未達(dá)水汽飽和，是吸濕性的，那末即使大氣尚未達(dá)水汽飽和，液水也能凝結(jié)于其上。液水也能凝結(jié)于其上。n巨核：半徑大于巨核：半徑大于1微米。它們?cè)谖沾髿庵械奈⒚住Ｋ鼈冊(cè)谖沾髿庵械乃?，使之轉(zhuǎn)化為液水方面，有很大作用。水汽，使之轉(zhuǎn)化為液水方面，有很大作用。n按核化方式可分為：按核化方式可分為：n凝結(jié)核：能使空中水汽依附而成為液態(tài)水滴的凝結(jié)核：能使空中水汽依附而成為液態(tài)水滴的微粒，實(shí)際大氣中能凝結(jié)長(zhǎng)大為云滴的凝結(jié)核微粒，實(shí)際大氣中能凝結(jié)長(zhǎng)大為云滴的凝結(jié)核稱(chēng)為云凝結(jié)核稱(chēng)為云凝結(jié)核CCN；n凝華核：指能使空中水汽依附而成為冰晶的微凝華核：指能使空中水汽依附而成為冰晶的微粒；粒；n凍結(jié)核：指能使空

28、中過(guò)冷卻水滴凍結(jié)的微粒。凍結(jié)核：指能使空中過(guò)冷卻水滴凍結(jié)的微粒。凍結(jié)核可分為兩種，凍結(jié)核可分為兩種，A：浸潤(rùn)凍結(jié)核；浸潤(rùn)凍結(jié)核；B：接觸接觸凍結(jié)核。凍結(jié)核。n冰核：凝華核、凍結(jié)核都稱(chēng)為冰核冰核：凝華核、凍結(jié)核都稱(chēng)為冰核(成冰核成冰核)n混合核：兼起兩種核化作用的核?；旌虾耍杭嫫饍煞N核化作用的核。Dust stormsVolcanoesFiresAnthropogenic pollution3、 大氣氣溶膠的來(lái)源大氣氣溶膠的來(lái)源n據(jù)估計(jì)，全球氣溶膠質(zhì)粒主要是自然界產(chǎn)生據(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。的，人工來(lái)源僅為自然來(lái)源的五分之一。n自然源按產(chǎn)生量大小

29、主要包括：海鹽、氣粒自然源按產(chǎn)生量大小主要包括：海鹽、氣粒轉(zhuǎn)換、風(fēng)砂揚(yáng)塵、林火煙粒、火山噴發(fā)（變轉(zhuǎn)換、風(fēng)砂揚(yáng)塵、林火煙粒、火山噴發(fā)（變化很大）、隕星余燼、植物花粉等；化很大）、隕星余燼、植物花粉等；n人為源主要有：氣粒轉(zhuǎn)換、工業(yè)過(guò)程、燃料人為源主要有：氣粒轉(zhuǎn)換、工業(yè)過(guò)程、燃料燃燒、固廢處理、交通運(yùn)輸、核彈爆炸、人燃燒、固廢處理、交通運(yùn)輸、核彈爆炸、人工播云等。工播云等。n大多數(shù)氣溶膠質(zhì)粒是由大多數(shù)氣溶膠質(zhì)粒是由海水飛沫海水飛沫中的鹽和中的鹽和氣氣粒轉(zhuǎn)換粒轉(zhuǎn)換所造成的。所造成的。n氣粒轉(zhuǎn)換：是指大氣中通過(guò)氣體之間或氣體與液滴、或固粒之間的相互作用，形成新的大氣懸浮物的過(guò)程。n由氣粒轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的次生

30、質(zhì)粒占大氣氣溶膠總質(zhì)量的25%左右。n海鹽核的形成過(guò)程n空中鹽核主要是洋面氣泡破裂所造成的。na)海水中氣泡上升，并發(fā)生膨脹。nb)氣泡上升到水面，其上部凸出水面形成一個(gè)泡膜。泡膜就不斷因膨脹而變薄，破裂成許多水屑。nc)水屑飛散于水面以上蒸發(fā)，所含鹽分成為空中鹽核。nd)水面凹陷處匯聚的水流造成水柱上升破裂成水珠，水珠下沉回海面可攜帶部分空氣形成水中新的氣泡。Sahara dust storm blown off over west Africa to the AtlanticMarch 1, 20033、大氣氣溶膠的來(lái)源4 大氣氣溶膠移除過(guò)程n干移出過(guò)程：指質(zhì)粒在干的狀況下移出大氣的過(guò)程。

31、包括重力下沉、碰并附粘、擴(kuò)散附粘、吸并附粘n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。包括掃并下沉、擴(kuò)并下沉、拖并下沉和凝長(zhǎng)下沉，前三種過(guò)程的共同點(diǎn)是：氣溶膠粒子碰并到降水質(zhì)粒上，然后由降水質(zhì)粒帶出大氣。n云霧降水物理學(xué)中，濕移出過(guò)程是主要研究對(duì)象n拖并下沉：即懸浮微粒受介質(zhì)氣體分子有規(guī)則流動(dòng)的拖并下沉：即懸浮微粒受介質(zhì)氣體分子有規(guī)則流動(dòng)的影響而被拖并到降水物上并下沉到地面影響而被拖并到降水物上并下沉到地面n在凝結(jié)或蒸發(fā)時(shí)，有水汽梯度存在。它能產(chǎn)生在凝結(jié)或蒸發(fā)時(shí)，有水汽梯度存在。它能產(chǎn)生水汽擴(kuò)水汽擴(kuò)泳現(xiàn)象泳現(xiàn)象，使水汽分子在擴(kuò)散過(guò)程中出現(xiàn)了向低水汽密使水汽分子在擴(kuò)散過(guò)

32、程中出現(xiàn)了向低水汽密度方向的凈擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；度方向的凈擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；n當(dāng)空氣中有兩處溫度高低不同時(shí)，高溫處空氣分子熱當(dāng)空氣中有兩處溫度高低不同時(shí)，高溫處空氣分子熱擴(kuò)散能力（動(dòng)能）大于低溫處，于是空氣就有了向低擴(kuò)散能力（動(dòng)能）大于低溫處，于是空氣就有了向低溫方向凈熱擴(kuò)散的運(yùn)動(dòng)，形成了溫方向凈熱擴(kuò)散的運(yùn)動(dòng)，形成了熱力擴(kuò)泳現(xiàn)象熱力擴(kuò)泳現(xiàn)象n云滴在蒸發(fā)時(shí)，水汽擴(kuò)泳使凈水汽分子流背離云滴運(yùn)云滴在蒸發(fā)時(shí)，水汽擴(kuò)泳使凈水汽分子流背離云滴運(yùn)動(dòng)，但蒸發(fā)造成冷卻，卻能通過(guò)熱擴(kuò)泳而造成凈空氣動(dòng)，但蒸發(fā)造成冷卻，卻能通過(guò)熱擴(kuò)泳而造成凈空氣分子流向著云滴運(yùn)動(dòng)。反之當(dāng)云滴在凝結(jié)時(shí)亦有相反分子流向著云滴運(yùn)動(dòng)。反之當(dāng)云滴在凝結(jié)時(shí)亦有

33、相反擴(kuò)泳過(guò)程?？梢?jiàn)當(dāng)云滴在進(jìn)行相變時(shí)，水汽分子流的擴(kuò)泳過(guò)程。可見(jiàn)當(dāng)云滴在進(jìn)行相變時(shí)，水汽分子流的方向常與空氣分子流的方向是相反的。方向常與空氣分子流的方向是相反的。4 大氣氣溶膠移除過(guò)程5、大氣氣溶膠粒子在大氣過(guò)程中的作用大氣氣溶膠粒子在大氣過(guò)程中的作用1）在云霧降水中的作用在云霧降水中的作用； 可作為水汽凝結(jié)和凝華以及水滴凍可作為水汽凝結(jié)和凝華以及水滴凍結(jié)的核結(jié)的核 心，即部分大氣氣溶膠粒子可作心，即部分大氣氣溶膠粒子可作為為CCN（cloud condensation nuclei)或或IN (ice nuclei)2）對(duì)大氣輻射過(guò)程的影響對(duì)大氣輻射過(guò)程的影響； 吸收和散射太陽(yáng)輻射、長(zhǎng)波輻

34、射，影響地吸收和散射太陽(yáng)輻射、長(zhǎng)波輻射，影響地球能量平衡球能量平衡3）對(duì)大氣光學(xué)特性的影響對(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，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)，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)。也與它們的作用有關(guān)。4）對(duì)大氣電學(xué)特性的影響對(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，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)中的傳由于大離子遷移率小，故大氣電場(chǎng)中的傳 導(dǎo)電流減小導(dǎo)電流減小+ + + + + + + + + + + + + + +- - - - -

35、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -晴天大氣地面正離子負(fù)離子5）在大氣化學(xué)過(guò)程中的作用。在大氣化學(xué)過(guò)程中的作用。 作為媒介、載體和（或）終極產(chǎn)物，氣溶膠在大氣化學(xué)和大氣污染過(guò)程中也起著重要作用. 很多大氣氣溶膠粒子可以認(rèn)為由氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生.空氣中懸浮的粒子也可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成新的組成粒子Ch1 Ch1 大氣概貌大氣概貌1.1 1.1 地球大氣的演化地球大氣的演化1.21.2 現(xiàn)代大氣的組成現(xiàn)代大氣的組成1.31.3 空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)方程1.41.4 物理量的垂直分布物理量的垂直分布1.3 空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)方程 一、理想氣體

36、狀態(tài)方程一、理想氣體狀態(tài)方程1mPVR TM、2、地球上自然狀態(tài)下的空氣可、地球上自然狀態(tài)下的空氣可看作理想氣體看作理想氣體二、干空氣狀態(tài)方程二、干空氣狀態(tài)方程1、方程推導(dǎo)、方程推導(dǎo)已知干空氣質(zhì)量為已知干空氣質(zhì)量為md, 體積為體積為V、溫度為溫度為T(mén)、氣壓為、氣壓為Pd，把它看成是均勻混合的，把它看成是均勻混合的單一成分，單一成分，摩爾質(zhì)量為摩爾質(zhì)量為Md,利用理想氣利用理想氣體狀態(tài)方程，可得干空氣狀態(tài)方程為體狀態(tài)方程，可得干空氣狀態(tài)方程為T(mén)RMmVPddd其中其中niiiniidMmmM11100km以下以下，molgMd/966.28令令11328710966.2831. 8KkgJMR

37、RddRd稱(chēng)為干空氣比氣體常數(shù)稱(chēng)為干空氣比氣體常數(shù)干空氣狀態(tài)方程干空氣狀態(tài)方程可表示為可表示為4dddPRT（）氣象上常用這種形式氣象上常用這種形式2、比氣體常數(shù)、比氣體常數(shù)*11287dRRJ kgKM*1138.3146118 10vvRRJ kgKM一般地，對(duì)于空氣中的任何一種成分，包括濕空氣都可一般地，對(duì)于空氣中的任何一種成分，包括濕空氣都可寫(xiě)出與干空氣類(lèi)似的狀態(tài)方程，例如，濕空氣的，寫(xiě)出與干空氣類(lèi)似的狀態(tài)方程，例如，濕空氣的，-(5)-TRPm三、濕空氣狀態(tài)方程的其他三、濕空氣狀態(tài)方程的其他形式形式)q1 (MMqMMmMmmmMvddddvvdvm1、方程推導(dǎo)、方程推導(dǎo)608q.

38、01Md0.608q)1 (R0.608q1MRMRRddmm所以，濕空氣狀態(tài)方程也可以表示為所以，濕空氣狀態(tài)方程也可以表示為T(mén))608q. 01 (RTRPdm若定義虛溫若定義虛溫)608q. 01 (TTvvdTRP則濕空氣狀態(tài)方程也可表示為則濕空氣狀態(tài)方程也可表示為)pe378. 01 (T 虛溫訂正量為虛溫訂正量為T(mén)pe378.0608qT.0TTTvv 是關(guān)于溫度、水汽壓和壓強(qiáng)的是關(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)方程中函數(shù)。為了能在濕空氣狀態(tài)方程中使用使用 ，并且使其與干空氣狀態(tài)，并且使其與干空氣狀態(tài)方程具有類(lèi)似的簡(jiǎn)單形式所引入的方程具有類(lèi)似的簡(jiǎn)單形式所引入的參量。定

39、義式為參量。定義式為dR1 0.378)veTTP（小結(jié)：小結(jié)：濕空氣狀態(tài)方程的三種形式濕空氣狀態(tài)方程的三種形式T)608q. 01 (RPdTRPmvdTRPCh1 Ch1 大氣概貌大氣概貌1.1 1.1 地球大氣的演化地球大氣的演化1.21.2 現(xiàn)代大氣的組成現(xiàn)代大氣的組成1.31.3 空氣狀態(tài)方程空氣狀態(tài)方程1.41.4 物理量的垂直分布物理量的垂直分布1.4 氣壓、密度、溫度的垂直分布?xì)鈮?、密度、溫度的垂直分布其中，其中，H為標(biāo)高，大約為為標(biāo)高，大約為7-8km，密度隨高度分布也服從隨指數(shù)減小密度隨高度分布也服從隨指數(shù)減小規(guī)律。規(guī)律。Vertical profiles of press

40、ure, density and mean free pathn溫度的垂直結(jié)構(gòu)溫度的垂直結(jié)構(gòu)按溫度隨高度的變化按溫度隨高度的變化 分為對(duì)流層、平流層、中層、熱分為對(duì)流層、平流層、中層、熱層、外層層、外層1、對(duì)流層（、對(duì)流層（12km以下）以下）n在赤道地區(qū)對(duì)流層頂?shù)母叨燃s在赤道地區(qū)對(duì)流層頂?shù)母叨燃s18千米，中緯千米，中緯度地區(qū)約度地區(qū)約12千米，極地地區(qū)約千米，極地地區(qū)約8千米。夏季的千米。夏季的對(duì)流層厚度大于冬季。對(duì)流層厚度大于冬季。n以南京為例，夏季的對(duì)流層厚度達(dá)以南京為例，夏季的對(duì)流層厚度達(dá)17公里，而冬公里，而冬季只有季只有11公里，冬夏厚度之差達(dá)公里，冬夏厚度之差達(dá)6公里之多公里之多。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1)溫度隨高度的增加而降低，氣溫遞減率溫度隨高度的增加而降低，氣溫遞減率平均為平均為 =6.5/kmTz 定義氣溫遞減率定義氣溫遞減率：每升高單位高每升高單位高