氣象氣候學-第1節(jié)（大氣的一般特性）教學配套課件

氣象氣候學葛朝霞，曹麗青主編出版社：水利水電出版社姜世中高強度主編出版社：科學出版社周淑貞主編出版社：高等教育出版社李愛貞，劉厚鳳編出版社：氣象出版社劉鵬主編出版社：西南交大（美）謝爾登著，劉元波主譯出版社：高等教育出版社第一節(jié)大氣的一般特性一、概述二、大氣的組成和結構三、大氣水分及其相變大氣-氣體-圈層結構：氣體：自然界的氣態(tài)物質的集合體。性質：連續(xù)性、流動性、可壓縮性及黏性大氣：圍繞著地球的厚層氣體。大氣圈：大氣形成一個連續(xù)的圈層。一、概述氣象、氣候、天氣“氣象”，用通俗的話來說，它是指發(fā)生在天空中的風、云、雨、雪、霜、露、虹、暈、閃電、打雷等一切大氣的物理現象；“天氣”，是指影響人類活動瞬間氣象特點的綜合狀況。例如，我們可以說：“今天天氣很好，風和日麗，晴空萬里；昨天天氣很差，風雨交加”等等；“氣候”，是指整個地球或其中某一個地區(qū)一年或一段時期的氣象狀況的多年特點。例如，昆明四季如春。

一、概述

二、大氣的組成和結構

（一）大氣的組成組成成分干潔大氣，【干：干燥;潔：干凈

】水汽雜質成分:N2最多氣體,78%;生命體重要成分;不活躍氣體;豆科植物養(yǎng)料;O2次多氣體,20.95%;呼吸必需氣體;化學性質活潑；CO2含量甚微;來源：生命呼吸、土壤有機體腐化、分解、化石燃料燃燒；作用：光合作用的原料，強烈吸收地面輻射，溫室氣體。O3：形成過程O2+O；組分：距地面20-30km處濃度最大；作用：吸收紫外線輻射達99%，影響大氣溫度的垂直分布.來源：江、河、湖、海及潮濕的物體表面、動植物表面蒸發(fā)、蒸騰。分布：隨高度增加而減少；緯度越高含量越少。作用：使地面和大氣保持一定的溫度；潛熱作用能轉換和傳輸熱量，影響各地氣候。雜質:大氣中懸浮著各種固體雜質和液體微粒(小水滴或小冰晶)，稱為氣溶膠粒子。來源：地面揚塵、灰塵、粉塵、有機塵、火山噴發(fā)、流行燃燒隕石碎屑等.分布：隨時間、空間和天氣條件而變化.作用：能吸收部分太陽輻射和阻擋地面輻射，影響地面和空氣溫度；能散射、反射、折射太陽光輻射，產生大氣光學現象；與液體微粒聚集形成氣溶膠，污染空氣、降低大氣透明度，影響視程。

二、大氣的組成和結構

（一）大氣的組成大氣污染：受人類活動影響，局部甚至全球范圍的大氣成分發(fā)生了對生物體有害的變化，大氣污染。大氣污染物：混入大氣的有害氣體和煙塵。污染源：工廠煙囪排出的廢棄、汽車尾氣、家庭爐灶，人們生活中排出的各種廢氣等。

二、大氣的組成和結構

（一）大氣的組成從地球的最外層-最內層分層解讀：大氣的垂直分層：散逸層(外層)暖層中間層平流層對流層二、大氣的組成和結構

（二）大氣的結構整個大氣層的最外一層，是大氣圈與星際空間的過渡地帶，沒有明顯的邊界。根據觀測,1200km還有極光出現，說明那里還有稀薄的空氣，故把1200km定為大氣上界。這一層的氣溫也隨高度的增加而升高。(逆溫層)由于氣溫高，且距地較遠，受地球引力作用很小，所以大氣質點中某些高速運動的分子不斷地向星際空間散逸，散逸層也由此而得名。散逸層(外層)（800km高度以上的大氣層）①溫度隨高度增加迅速上升：據探測，在300km高度上，氣溫可達1000℃以上，這是因為所有波長＜0.175μm的紫外線輻射，都被該層中的大氣物質所吸收的緣故。②空氣處于高度電離狀態(tài)：因而這層也稱為電離層。它們都能反射無線電波，對無線電通訊具有重要意義，而且有極光現象出現。暖層（中間層頂到800km）①氣溫隨高度增加迅速降低：頂界溫度可降至-83℃-113℃，幾乎成為大氣層中的最低溫。其原因是這里沒有臭氧吸收太陽紫外輻射，而氮和氧等氣體所能吸收的波長更短的太陽輻射又大部分被更上層的大氣吸收了。②有相當強烈的垂直運動：這種下暖上涼的氣溫垂直分布，有利于導致空氣的垂直運動，又稱“高空對流層”。高緯地區(qū)夏季夜間，中間層頂部出現的夜光云；80km附近白天有一個電離層。中間層（平流層頂到80-85km）①平流層下部氣溫隨高度不變或略微上升（又稱同溫層）；在25-36km處氣溫很快升高，為逆溫層，到平流層頂溫度升至(-3℃)-(-17℃)?！灸鏈貙樱菏艿孛嬗绊戄^小，臭氧吸收太陽紫外線輻射】②沒有強烈的對流運動：飛機在此層飛行不易顛簸。③水汽、塵埃含量很少：平流層遠離地面，加之有逆溫層存在，空氣無對流運動，水汽、塵埃很少，使得平流層天氣晴朗，大氣透明程度好。平流層（對流層頂到50-55km）對流層（自地面到8-18km）

對流層特點：

厚度最??；對流層是大氣的最下層，它的下界為地面，集中3/4大氣，90%水汽，日常所見的大氣現象均發(fā)生在此層，也是對人類生活、產生最有影響的層次。①氣溫隨著高度的升高而降低；②空氣具有強烈的對流、亂流運動③氣象要素水平分布不均勻：

在對流層內，按氣流和天氣現象分布特點又可分為三層：下層(摩擦層，行星邊界層)：自地面到1.5km高度。下層受地面強烈影響摩擦作用、湍流交換十分明顯，因而低云、霧、霾、浮塵等出現頻繁。中層：摩擦層頂到6km左右高度。受地表影響較小，稱自由大氣層。云、降水多發(fā)生在次層。上層：從6km高度到對流層頂。氣溫常在0℃以下，在中、低緯度地區(qū)上層，常出現風速＞30m/s的強風帶，及急流。此外，在對流層和平流層之間有一個厚度為數百米至2km的過渡層，稱為對流層頂。特征：氣溫隨高度遞減慢，或出現等溫甚至逆溫。三、大氣水分及其相變

（一）空氣濕度

定義：表示大氣中水分含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、降水等天氣現象的形成。水汽壓(e)相對溫度(f)飽和差(d)絕對濕度(a)露點(td)濕度表示方法飽和水汽壓(E)1、空氣濕度的表示方法

水汽壓（e）：大氣中水汽產生的那部分壓力。單位：hap

絕對濕度（a）：單位體積濕空氣所含有的水汽質量。單位：g/m3飽和水汽壓（E）：溫度越高含水汽能力越強；一定體積的空氣在一定溫度條件下所能容納的最大水汽量所具有的壓力。相對濕度（f）：空氣中的實有水汽壓與同溫度下飽和水汽壓E的百分比，用f表示。f=e/E*100%飽和差（d）：在一定溫度下，飽和水汽壓E與實際空氣中水汽壓e之差稱飽和差。即d=E-e。露點（td）：在空氣中水汽含量不變，氣壓一定下，使空氣冷卻達到飽和時的溫度，稱露點溫度，簡稱露點。單位：℃或K。飽和空氣中，t-td=0；未飽和空氣中：

t-td>0，

t-td差值越大，說明相對濕度越小。水汽發(fā)生凝結的必要條件：氣溫降到露點。露點的測量?2、空氣濕度的時間變化水汽壓：日變化：大陸上，水汽壓出現的最高（9-10時、21-22時）和最低值（清晨、午后）分別出現兩次(實線)。海洋上，水汽壓的變化與溫度的日變化一致，最高值出現在午后，最低值出現在清晨。三、大氣水分及其相變

（一）空氣濕度年變化：與溫度的變化相似，最高值出現在溫度最高、蒸發(fā)最強的7-8月，最低值出現在溫度低、蒸發(fā)最弱的1-2月。2、空氣濕度的時間變化相對濕度：日變化：高溫時，相對濕度??；低溫時，相對濕度大。三、大氣水分及其相變

（一）空氣濕度年變化：冬季最大，夏季最小。但季風氣候區(qū)，相對濕度夏季大，而冬季小。潛熱能：水相的變化過程伴隨有能量轉化和交換。例如：蒸發(fā)潛熱：1g的水變成同溫度下的水汽需消耗2497J的熱量。水的三種形態(tài)：氣態(tài)（水汽）、液態(tài)（水）和固態(tài)（冰），稱為水的三相。水相變化指水的三態(tài)轉換。三、大氣水分及其相變

（二）水相變化1.水相變化過程蒸發(fā)量(mm)：由蒸發(fā)而消耗的水量稱。蒸發(fā)速率(g/(cm2.s))：單位時間從單位面積上蒸發(fā)出來的水分質量。最大可能蒸發(fā)量：下墊面足夠濕潤，水分供應充足的情況下的蒸發(fā)量。蒸發(fā)面溫度越高，蒸發(fā)越快；風速大蒸發(fā)快；空氣分子密度大時水汽擴散受阻，蒸發(fā)慢；空氣濕度越小，蒸發(fā)越快。三、大氣水分及其相變

（二）水相變化2）蒸發(fā)量及其影響因素：空氣要達到飽和或過飽和狀態(tài)要有凝結核三、大氣水分及其相變

（二）水相變化3）水汽凝結的條件：使空氣達到飽和或過飽和狀態(tài)的途徑：增加空氣的水汽含量；降低氣溫?？諝馀c地面之間溫差越大，暖空氣降溫越多，越易產生凝結。

地面的主要凝結現象（露和霜）空中的主要凝結現象（云和霧）降水2、自然界中水汽凝結的現象三、大氣水分及其相變

（二）水相變化1）定義：近地面空氣中的水汽，因地面或地物物體輻射冷卻，其溫度低于貼地空氣的露點時，水汽將凝結在地面或地面物體上。若露點溫度高于0℃，凝結物為水滴稱為露；若露點溫度低于0℃，凝結物為酥松結構的白色冰晶，稱為霜；霜凍：指溫度下降到足以引起農作物受害或死亡的低溫。地面的主要凝結現象（露和霜）2）形成條件：貼近底層空氣濕度大；有利于輻射冷卻的天氣條件(如晴朗的無風或微風的夜晚)；地面或地物不利于傳導熱量而易于發(fā)生凝結。3）作用露的大量凝結，深層的水汽向表層移動，土壤、植物不斷失水，干旱會加劇。霜凍：a)霜的出現一般會有霜凍；

b)霜凍不一定有霜，例如一些熱帶植物，在氣溫未到0℃即開始枯萎或死亡。因此，我們防御的是霜凍，而非霜！地面的主要凝結現象（露和霜）空中的主要凝結現象（云和霧）1）定義：云：由大量小水滴小冰晶或兩者混合構成的可見集體，懸于空中的。霧：飄浮于地面，使水平能見度小于1km的稱為霧；1-10km的稱為輕霧。2）云云的形成：是高空水氣凝結現象。

空氣對流、鋒面抬升、地形抬升等作用使空氣上升到凝結高度，就會形成云。云的分類：按照云的溫度：冷云、暖云按照云的相態(tài)：水成云、冰成云和混合云國際分類法，根據云的高度、云的形態(tài)、特征、結構和成因分成3族10屬29種：空中的主要凝結現象（云和霧）3）霧

霧的形成：充沛的水汽、有利的冷卻條件、有凝結核。霧的分類：按照冷卻方式分：輻射霧、平流霧、蒸發(fā)霧、鋒面霧、上坡霧等。輻射霧：由于地面冷卻，使近地層空氣變冷，水汽凝結形成；平流霧：由于暖濕空氣流到冷的下墊面上，冷卻降溫，水汽發(fā)生凝結。一般地，平流霧比輻射霧范圍廣，厚度大，持續(xù)時間長，日變化不如輻射霧明顯。1)定義：從云層中降落到地面的液態(tài)水或固態(tài)水，稱為降水。2)降水形成的條件：降水是云中水滴或冰晶增大的結果。從雨滴到形成降水需具備兩個基本條件：雨滴下降速度超過氣流上升速度；雨滴從云中降落到地面前不被完全蒸發(fā)。降水降水帶有水汽，暖空氣上升、冷卻。氣溫下降至某個程度，水汽凝結為水滴，稱為凝結溫度或露點。這時空氣中的水汽達到飽和。飽和水汽必需依附在凝結核中（塵埃、灰末）凝結成水點或冰晶。水汽凝結的高度稱為凝結高度。水點和冰晶隨氣流上升，逐漸變成云。當云層變厚至重量不能負荷，便形成降水。凝結高度露點溫度降水云水點和冰晶降溫至水汽飽和2)降水的形成：3)人工影響降水:認為補充某些形成降水的必要條件，促進云滴迅速凝結或碰撞并增大形成云滴，降落到地面。冷云催化：冷云由冰晶或冷卻水滴組成，或二者混合組成的云，這種云形成降水主要通過冰水轉移，使云滴增大——人工增加足夠的冰晶：加入干冰(二氧化碳)，形成低溫區(qū)自生冰晶；投入人工冰核(如碘化銀、氯化汞)，造成冰水共存。暖云催化：暖云的形成主要取決于云中有無大小水滴共存的環(huán)境和升降運動的碰撞過程——提供大小水滴：