第三章太陽(yáng)輻射在大氣中的吸收和散射1.ppt

1、第一節(jié) 地球大氣的成分和結(jié)構(gòu),為了描述地球大氣與太陽(yáng)輻射的相互作用，我們首先來(lái)了解一下大氣的結(jié)構(gòu)和成分。 3.1.1熱力結(jié)構(gòu) 為了確定與太陽(yáng)光吸收和散射有關(guān)的大氣區(qū)域，我們首先給出標(biāo)準(zhǔn)大氣的垂直溫度廓線：,大氣的分層命名通常由它的熱力狀態(tài)導(dǎo)出,對(duì)流層對(duì)流層頂?shù)母叨入S緯度和季節(jié)變化(低緯1718km，中1112km，高89km)；集中了整個(gè)大氣質(zhì)量的3/4和全部的水汽；天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層。 平流層高達(dá)50km；氣層穩(wěn)定；T最初微升，30km以上隨Z的升高增加很快，達(dá)270290K。這主要是由于O3 吸收紫外輻射所致；水汽很少，能見(jiàn)度很高。 中層高達(dá)8085km；T隨Z升高而遞減得很快；有強(qiáng)烈

2、的湍流混合和光化學(xué)反應(yīng)。,熱層高達(dá)500600km；T隨Z上升而迅速增加，可達(dá)10002000K，所以稱(chēng)熱層；由于波長(zhǎng)小于0.175微米的太陽(yáng)紫外輻射，被熱層氣體吸收所致。溫度是分子運(yùn)動(dòng)速度的一個(gè)度量；溫度一日間有顯著變化；熱層處于高度電離狀態(tài)。 外層熱層頂以上是外層，這一層可能一直延伸到約1600km的高空，并且逐步融合到行星空間去。由于地球引力場(chǎng)的束縛力很小，一些高速運(yùn)動(dòng)的空氣質(zhì)粒不斷向星際空間逃逸，又稱(chēng)外逸層。,電離層從距離約60km開(kāi)始向上延伸。在遠(yuǎn)距離無(wú)線電通訊中起著重要作用。與太陽(yáng)活動(dòng)密切相關(guān)。 磁層500km以上的高空。受太陽(yáng)風(fēng)的作用，看起來(lái)像彗星狀。,Planetary bou

3、ndary layer,行星邊界層：大氣層的最低1km左右的層次明顯與對(duì)流層的其他高度不同，它與地表發(fā)生強(qiáng)烈而重要的相互作用，這一層稱(chēng)為行星邊界層。,3.1.2 化學(xué)成分,體積比,假設(shè)在壓力P、溫度T狀態(tài)下干空氣占有容積Va，其中某氣體成分的分壓力為p，當(dāng)溫度T保持不變，而該氣體成分的壓力變?yōu)镻時(shí)。它占有容積V，則定義該氣體成分的體積比為q=V/Va 其數(shù)值以百分?jǐn)?shù)（）或百萬(wàn)分?jǐn)?shù)（ppm）表示，當(dāng)含量非常少時(shí)，又可以用千兆分?jǐn)?shù)（ppb）表示。,CO2 ，CH4,CO2 雖然被列為恒定成分，但由于礦物燃燒、海洋的吸收和放射及光合作用，一直以大約0.4的速度增加。 CO2 能夠強(qiáng)烈地吸收和放射紅外

4、輻射，對(duì)氣溫有一定的影響。 大氣中CH4 的含量也以每年12的速率在增加，現(xiàn)在達(dá)1.7ppmv CO, N2O 的含量也在變化,可變氣體成分： H2O,水汽是地球大氣中主要的輻射和動(dòng)力要素，它的含量隨時(shí)空變化很大。對(duì)流層H2O的空間分布取決于局地水文循環(huán)和大尺度輸送過(guò)程。 最大值出現(xiàn)在南、北半球亞熱帶700hpa高度以下的氣層中。 它是在大氣溫度變化范圍內(nèi)唯一可以發(fā)生相變的成分。由于水的三態(tài)都善于吸收和放射紅外輻射，因而對(duì)地面和空氣的溫度變化也有一定的影響。,水汽的吸收系數(shù),可變氣體成分：O3,O3 1840年瑞士科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)臭氧。濃度主要出現(xiàn)在約1530km的高度，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為臭氧層（法國(guó)

5、）。 近地面空氣中臭氧的含量極少，在2025km處達(dá)極大值，具體取決于緯度和季節(jié)，再往上又減小，到50km附近臭氧含量趨于零。如果把它集中起來(lái)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，平均厚度約3mm。 它的形成主要是由于太陽(yáng)紫外輻射的作用。 臭氧在大氣中的含量雖然很小，但其作用卻很大。,臭氧吸收系數(shù),氣溶膠,氣溶膠：氣溶膠由固體或液體小質(zhì)點(diǎn)分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系。目前常將氣溶膠分成三大類(lèi)：霧，指液體粒子的凝聚性氣溶膠和分散性氣溶膠；塵，指固態(tài)粒子的分散性氣溶膠；煙，指固態(tài)粒子的凝聚性氣溶膠。 大氣電現(xiàn)象，大氣輻射和光學(xué)，大氣化學(xué)過(guò)程，以及云降水的形成，都跟氣溶膠有關(guān)。 最大濃度出現(xiàn)在城市和沙漠，在對(duì)流層，濃度隨高度增加而迅速減小。平流層某些高度上，觀測(cè)到有氣溶膠薄層長(zhǎng)期存在。,大氣中水汽含量的變化最大，氣溶膠濃度的變化次之，二氧化碳的變化比較小。