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大气圈概述_图文_

归档日期:09-24       文本归类:大气圈      文章编辑:爱尚语录

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  大气科学概论 大气科学学院 文小航 第一章 绪论 ? 气象学、气候学的研究对象、任务和简史 ? 气候系统概述 ? 有关大气的物理性状 气象学、气候学的研究对象、任务和简史 ? 一、气象学与气候学的研究对象、任务和 内容 ? 二、天气与气候的关系 ? 三、本学科在实际生活中的应用 ? 四、气象学与气候学的发展简史 第一章 绪论 ? 气象学、气候学的研究对象、任务和简史 ? 气候系统概述 ? 有关大气的物理性状 气候系统概述 ? ? 一、气候系统 二、大气圈概述 ? 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 气候系统概述 ? ? 一、气候系统 二、大气圈概述 ? 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 一、气候系统 ? 气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、 冰雪圈和生物圈在内的,能够决定气候形成、气 候分布和气候变化的统一的物理系统。 ? 太阳辐射是气候系统的能源。在太阳辐射的作用 下,气候系统产生了一系列复杂的过程,这些过 程在不同的时间尺度上和不同的空间尺度上有着 密切的相互作用,各个组成部分之间,通过物质 交换,紧密地结合成一个复杂的有机联系的气候 系统。 气候系统示意图 太阳辐射的变化 外部过程 内部过程 空间 地球辐射 H2O,N2 , O2 , CO2 , O3等气溶胶 云 大气 陆-气耦合 气-冰耦合 冰雪 热交换 风应力 降水蒸发 陆地 生物 海冰 海-冰耦合 海洋 大气成分的变化 地形、地貌、植被 反射率的变化 海盆形状、含盐量的变化 一、气候系统 ? 气候系统的五大子系统: 大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈 ? 大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈及生物圈,这些 分量彼此之间息息相关,不断地交互作用。 ? 五大气候分量中,以大气圈变化最快,反应也最 快。它们之间交互作用的结果当然也最快呈現于 大气之中。 气候系统概述 ? ? 一、气候系统 二、大气圈概述 ? 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 二、大气圈概述 ? 大气圈是指因地球的引力而聚集在地表周围的气 体圈层。 ? 大气圈无色无味,那么它是否真的存在呢? 大气圈存在的主要证据或现象 二、大气圈概述 大气圈存在的主要证据或现象: a.蓝色的天空 这是由于大气中的一些非常细小物质成分,如气体、粉尘等, 它们的直径较阳光的波长小得多,因此,蓝色的散射量较之于其他 任何一种颜色能更多地被选择散射。这种散射称瑞利散射。 二、大气圈概述 b.白云 如果形成散射的粒子的形状 是球形的,而且其直径并不比阳 光的波长小,所有的波长都是平 均地被散射的,这种散射称迈耶 散射。因此,云是白色的。 c.风 有风就说明有物质的存在, 因为风是由于大气不同部位的压 力差别造成的。如果在真空中就 不会有风了。 二、大气圈概述 d.流星 流星就是陨石穿过大气层时,由于其速度太快,与大气 摩擦产生热使陨石燃烧起来。 否则我们的地球也与月球一样“ 千疮百孔”。 二、大气圈概述 没有大气保护的月球表面 二、大气圈概述 太空中的飞船 返回舱 二、大气圈概述 神州飞船返回舱 返回舱着地后表面留下了与大气摩擦、烧蚀的痕迹 二、大气圈概述 1. 大气的组成 ? a. 大气圈的总质量: 5×1018 kg ? b. 大气密度: 1.23×10-3g/cm3 (海面、15℃) ? c. 主要成分: 按体积计算 按质量计算 氮,78.09% 氧,20.94% 氮,75.51% 氧,23.15% 氩,0.93% 氩,1.28% ? d. 成分的分类及其特点: 其他,0.04% 其他,0.06% (1)恒定组分:氮、氧氩 (2)可变组分:二氧化碳、臭氧、水蒸汽 (3)其他组分:粉尘、硫氧化物、氮氧化物 二、大气圈概述 气 体 N2 O2 Ar Ne Kr Xe CH4 CO2 CO H2 N2 O SO2 NH3 NO+NO2 O3 HNO3 H2O He 平均浓度 ppm 780840 209460 9340 18 1.1 0.09 1.65 332 0.05~0.2 0.58 0.33 10-5—10-4 10-4—10-3 10-6—10-2 10-2—10-1 10-5—10-3 变化 5.2 停留时间 106 年 10 年 ─ ─ ─ ─ 7年 15 年 65 天 10 年 10 年 40 天 20 天 1天 ? 1天 10 天 10 年 无循环,在地球历史 中累计 生物和化学 人为和生物 人为和化学 生物和化学 生物和化学 准稳态 人为和化学 或平衡 生物、化学、雨除 人为、化学、闪电 化学 化学、雨除 物理化学 物理化学 循 环 生物或微生物循环 生物或微生物循环 地 球 大 气 气 体 的 组 成 二、大气圈概述 ? 干洁大气的主要成分: O2、N2 、 CO2 、O3 ? O2的作用 (1)生命新陈代谢 (2)有机物燃烧、腐化、分解 ? N2的作用 (1)冲淡氧气 (2)固氮,植物养料 ? CO2的来源及作用 来源:有机物燃烧,腐烂和生物呼吸 作用:温室气体,植物光合作用原料 二、大气圈概述 ? O3的来源 来源:高空臭氧、低空臭氧 臭氧通常是氧分子在太阳的光解作用下分解为氧原 子后, 再进行一系列复杂的化学反应与另外的氧分子结合 而形成的。 臭氧的形成过程在大气层中主要由太阳紫外 辐射来完成,少量是由于有机物的氧化、雷电和火山喷发 等而产生的。 O3层的破坏:主要为CFC 氯氟烃的英文名称Chloro-fluoron-carbon 臭氧层空洞 ? 南极上空的臭氧层空洞是指每年的8月下旬至10月上旬,在20~25 公里高度的南极大陆上空,臭氧总量开始减少并出现空洞, 10月 初空洞面积最大,可达2,000多万公里,覆盖了整个南极大陆及南 美洲南端的上空; ? 11月份臭氧浓度才重新增加,臭氧层空洞也逐渐消失。 二、大气圈概述 臭氧—O3 (Ozone) 由三个氧原子组成,平均含量为 0.01—0.1ppm,大部分集中在 10~30km的平流层,对流层臭氧仅占 10%。臭氧在地球大气化学中起着非常 重要的作用,臭氧通过吸收太阳辐射维 护地球的能量平衡和生态平衡。 臭氧层的破坏与保护 二、大气圈概述 9月16日为 国际保护臭氧层日 南极上空的臭氧层空洞就像一个 巨大的蓝色水滴 二、大气圈概述 ? 水汽 ? (1)水汽的来源:蒸发和蒸腾作用 ? (2)水汽的时空分布: 地面>高空,热带>极地,海洋>沙漠,夏季> 冬季 ? (3)水汽的作用:云和降水的源泉 影响地面、空气温度及大气垂直运动 水汽输送 降水 蒸发 植物蒸腾 地表径流 蒸 发 降水 湖 地下径流 海洋 下渗 大气中的水分循环 二、大气圈概述 大气中的水分循环类型及环节、作用 ? 海陆间大循环:是在海洋与陆地之间,其环节包括蒸发、水 汽输送、凝结降水、地表径流、下渗、地下径流。作用是使 陆地水不断得到补充,水资源得以再生,是最重要的循环, 又称大循环。 ? 陆地内循环:陆地与陆地上空之间,其环节包括蒸发、植物 蒸腾、凝结降水等。作用是补给陆地水体的水量,但所占份 额较少。 ? 海上内循环:海洋与海洋上空之间,其环节包括蒸发、凝结 和降水等。作用是水循环的水量最大,对于全球的热量输送 有着重要意义。 二、大气圈概述 水分循环意义和作用 ? (1)联系调节作用:地球上的各种水体通过蒸发(包括植 物蒸腾)、水汽输送、降水、下渗、地表径流和地下径流等 一系列过程和环节,把大气圈、水圈、岩石圈和生物圈有机 地联系起来,构成一个庞大的水循环系统。 ? (2)平衡更新作用:在水循环系统中,水在连续不断地运 动、转化,使地球上各种水体处于不断更新状态,从而维持 全球水的动态平衡。 ? (3)迁移交换作用:水循环还促使自然界物质的运动和能 量的转化,从而使地球表层各圈层之间,以及陆地和海洋之 间实现物质的迁移和能量的交换。 ? (4)影响塑造作用:水循环运动影响着全球的气候和生态, 并且使水成为自然界最高动力作用的因子之一,不断地塑造 着地表。 二、大气圈概述 水循环对自然环境的影响 ? 水循环影响气候变化,通过蒸发进入大气的水汽,是产 生云、雨和闪电等现象的主要物质基础,空气中的水汽含量 会直接决定区域的湿润状况。 ? 水循环使得不同时段、不同地域内的水热状况得到重新分配, 如水通过蒸发形式在某个时间和地区将太阳辐射转变为潜能, 经过水循环,在另一个时间和地区内又通过降水形式将潜能 释放。 ? (海洋中的暖流由低纬地区流向高纬地区时区时所释放 的热量提高了周围地区的气温,寒流由高纬地区流向低纬地 区时吸收了热量,降低了周围地区的气温。) ? 水循环还可使部分海洋水汽流随大气流深入大陆内部, 虽然数量不多,但也能在一定程度减轻内陆的干燥程度,改 变其自然景观。 二、大气圈概述 ? 气溶胶(Aerosols) 空气中悬浮的固态或液态颗粒的总称,能在空气中滞 留至少几个小时。 尺度:10-3—102μm 数密度: 102—106个/cm3 城市>农村,陆地>海洋,冬季>夏季 作用:形成云、雾,降水条件 改变辐射平衡 造成大气污染,能见度降低 造成光学现象 二、大气圈概述 海水溅沫 来源:自然源和人为源 二、大气圈概述 气溶胶可以从两方面影响气候: ? 通过散射辐射和吸收辐射产生直接影响, ? 作为云凝结核或改变云的光学性质和生存时间而产生间接 影响。 气溶胶放大照片 二、大气圈概述 2、大气的结构 二、大气圈概述 a. 对流层 厚度:平均11-13km,赤道17-18km,两极8-9km。 质量:约占大气圈质量的75%。 气温:从下向上是降温的,大气降温率是6.5 ℃ /km,对流 层顶约-83 ℃ 。 大气运动:空气具有强烈的对流、乱流运动。 成分:含水蒸气、尘埃,气象要素水平分布不均匀。 气象现象:风、霜、雨、雪、雹、雾等。 b.平流层 高度:从对流层顶到55km左右。 质量:几乎占大气圈质量的25%。 气温:从下向上是升温的,到平流层的顶温度升到0 ℃ 。 大气运动:水平运动,没有强烈的对流运动,天气多是晴 朗的,飞机在此层飞行不易颠簸。 成分:几乎不含水蒸气、尘埃,存在数层臭氧层。 无天气现象。 二、大气圈概述 c.中间层 高度:从平流层顶到80-90km。 气温:从下向上是降温的,到中间层的顶温度降到-11383 ℃ 。 大气运动:有相当强烈的垂直运动。该层的60-90km高度 上有一个只在白天存在电离层(D),反射无线电波。 d.暖层(热层、热成层) 高度:从中间层顶到800km(观测约在250-500km)。 气温:从下向上迅速升温,到300km高空,温度达1000 ℃ 。(高纬度地区的晴夜,可以出现彩色的极光) 存在多层的电离层(E、F、G),也称电离层。 e.散逸层(外层) 高度:从暖层顶到外层空间。 物质多以原子、离子状态存在。 是地球物质向宇宙空间扩散的部位。 二、大气圈概述 各 层 的 温 度 及 气 压 气候系统概述 ? ? 一、气候系统 二、大气圈概述 ? 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 大气圈、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈构成的综合体,也称 为地球气候系统 ? 1、大气圈:包围地球表面,厚度为1000公里的大气层 ? 2、陆面:也称为岩石圈,是地壳和上地幔顶部 ? 3、水圈:海洋、河流、湖泊、沼泽、地下水和大气圈 中的水 ? 4、冰雪圈:由在一定低温条件下固态水、冰川、冰盖、 积雪、海冰、河湖冰等以及地下冰掺杂的多年冻土、 季节冻土等组成的特殊圈层 ? 5、生物圈:植物、动物、人类及有生物存在的部分 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 陆地表面 ? 具有不同的海拔高度和起伏形势,可分为山地、高原、 平原、丘陵和盆地等类型。 ? 它们以不同的规模错综分布在各大洲之上,构成崎岖 复杂的下垫面。 ? 因岩石、沉积物和土壤等性质的不同,其对气候的影 响更是复杂多样。 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 水圈 ? 到达地表的太阳辐射能约有80%为海洋表面所吸收。 ? 无论从力学和热力学效应来看,海洋在气候系统中具 有最大的惯性,是一个巨大的能量贮存库。 ? 100m深的表层海水占整个气候系统总热量的95.6%,水 圈在气候系统中非常重要。 ? 上层海洋与大气或冰的相互作用时间尺度为几个月到 几年,而深层海洋的热力调整时间则为世纪尺度。 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 冰雪圈 ? 由于冰雪具有很大的反射率,在冰雪覆盖下,地表 (包括海洋和陆地)与大气间的热量交换被阻止,因 此冰雪对地表热量平衡有很大影响。 ? 冰雪是气候系统中的一个重要子系统 。 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 生物圈 ? 生物圈的各部分在变化的时间尺度上有显著差异,但 它们对气候的变化都很敏感,而且反过来又影响气候。 ? 生物对于大气和海洋的二氧化碳平衡,气溶胶粒子的 产生,以及其它与气体成分和盐类有关的化学平衡等 都有很重要的作用。 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述 气候系统非常复杂,其每个组成部分都具有不 同的物理性质。各部分通过各种物理过程、化学过 程甚至生物过程联系起来共同决定各地区的气候特 征。 气候系统概述 ? ? 一、气候系统 二、大气圈概述 ? 三、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述

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