地球大氣圈課件

地球大氣圈第一節(jié)大氣的組成

干潔大氣（即干空氣）水汽懸浮在大氣中的固液態(tài)雜質一、干潔大氣

地球大氣由三個部分組成:

干潔大氣的定義及其成分變化：

定義：

除去水汽及其他懸浮在大氣中的固、液體質粒以外的整個混合氣體。

成分變化：

干潔大氣的成分（高度25km以下）成分體積（%）臨界溫度（℃）臨界壓強（大氣壓）N278.08-147.233.5O220.95-118.940.7Ar0.93-122.048.0CO20.03231.073.0O30.00006-5.092.3干潔大氣100-140.737.2臨界溫度:使物質由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的最高溫度。每種物質都有一個特定的溫度，在這個溫度以上，無論怎樣增大壓強，氣態(tài)物質都不會液化，這個溫度就是臨界溫度。臨界壓強:物質處于臨界狀態(tài)時的壓強，也就是液體在臨界溫度時的飽和蒸氣壓。N2cycle

N2

存在方式：以蛋白質的形式存在于有機體中。

作用：是有機體的基本組成部分，也是合成氮肥的基本原料。

O2

是人類和動植物維持生命活動的極為重要的氣體；積極參加大氣中的許多化學過程；對有機物質的燃燒、腐敗和分解起著重要的作用。

O3

時空變化：

時間變化：最大值出現(xiàn)在春季，最小值出現(xiàn)在夏季。

空間變化：水平：由赤道向兩極增加。垂直：

55～60km，含量極少。

20～25km，達最大值，形成臭氧層；

12～15km以上，含量增加特別顯著；從10km向上，逐漸增加；近地面，含量很少；

對紫外線有著極其重要的調(diào)控制作用。

對高層大氣有明顯的增溫作用。Thedestructionoftheozonelayerbychlorofluorocarbons(CFCs).CFCsdischargedintotheatmospherebreakdowninsunlightreleasingchlorine,whichbreaksdowntheozonetoformchlorinemonoxideandafreeoxygenatom.Theseproductsreacttogethertoformoxygenandchlorine,leavingthechlorinetobreakdownanotherozonemolecule,andsoon.

這幅地圖顯示的是臭氧洞。1986年，南極的臭氧量僅是30年前的一半。

1988年，曾發(fā)現(xiàn)北半球上空臭氧層已比20年前要薄百分之三。這種變化足以使皮膚癌的病例增加。2000.9(NASA)2006.10NASA近地面是污染物Ocycle《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》和國際保護臭氧層日聯(lián)合國大會確立“國際保護臭氧層日”的目的是紀念1987年9月16日簽署的《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》。1995年1月23日，聯(lián)合國大會通過決議，確定從1995年開始，每年的9月16日為“國際保護臭氧層日”。/

CO2

來源：

生物的呼吸、化石燃料的燃燒、有機物質的燃燒和分解、火山噴發(fā)作用等。

時空變化：

時間變化：

a)白天、晴天、夏季時的二氧化碳濃度小于黑夜、陰天、冬季。

b)工業(yè)革命前小于工業(yè)革命后。

空間變化：水平：城市大于農(nóng)村；垂直：

0～20km，含量最高；

20km以上，含量顯著減少。

作用：

綠色植物進行光合作用不可缺少的原料。

強烈吸收長波輻射（地面輻射、大氣輻射），使地面保持較高的溫度，產(chǎn)生“溫室效應”。CcycleVariable&IncreasingGasesNitrogenandoxygenconcentrationsexperiencelittlechange,butcarbondioxide,methane,nitrousoxides,andchlorofluorocarbonsaregreenhousegasesexperiencingdiscernableincreasesinconcentration.Watervaporisalsoagreenhousegas.January2014:

397.80ppm

January2013:

395.54ppm能量-水-C-N-有機體地球是CO2的處理機能量-水-C-N-有機體（海洋）地球上CO2的分布地球上CO2交換量C-Si的平衡生命演化和大氣/gmd/ccgg/trends/夏威夷的位置ThegraphshowsrecentmonthlymeancarbondioxidemeasuredatMaunaLoaObservatory,Hawaii

ThelastfourcompleteyearsoftheMaunaLoaCO2recordplusthecurrentyearareshown.DataarereportedasadryairmolefractiondefinedasthenumberofmoleculesofCO2dividedbythenumberofallmoleculesinair,includingCO2itself,afterwatervaporhasbeenremoved.Intheabovefigure,thedashedredlinerepresentsthemonthlymeanvalues,centeredonthemiddleofeachmonth.Theblacklinerepresentsthesame,aftercorrectionfortheaverageseasonalcycle.TheMaunaLoadataarebeingobtainedatanaltitudeof3400minthenorthernsubtropics,andmaynotbethesameasthegloballyaveragedCO2concentrationatthesurface.ArGreenhouseeffect二、水汽

來源：

主要來自江、河、湖、海、潮濕陸面的水分蒸發(fā)以及植物表面的蒸騰。

時間：夏季多于冬季

空間：一般低緯多于高緯，下層多于上層。

時空變化：

作用：

在天氣氣候變化中扮演了重要角色。

能強烈吸收地面放射的長波輻射并向地面和周圍大氣放出長波輻射，對大氣起著“溫室效應”。

在大氣中懸浮著的各種固體和液體微粒（包括氣溶膠粒子和大氣污染物質兩大部分）。二、大氣中的雜質(Aerosols&Pollutants)

氣溶膠粒子：

定義：

分類：液體質粒、固體質粒

固體質粒的來源：

有機質數(shù)量較少，大多為植物花粉、微生物和細菌等；

大氣中沉降速率極小、尺度在10-4μm到100μm之間的固態(tài)和液態(tài)微粒。

無機質數(shù)量較多，主要來源于：塵粒、煙粒、海洋中浪花飛濺的鹽粒，流星飛逝后留下的灰燼，火山塵埃等。

作用：

吸收太陽輻射，使空氣溫度增高，但也削弱了到達地面的太陽輻射；

緩沖地面輻射冷卻，部分補償?shù)孛嬉蜷L波有效輻射而失去的熱量；

降低大氣透明度，影響大氣能見度；

充當水汽凝結核，對云、霧及降水的形成有重要意義。

大氣中的污染物質：

定義：

由于人類活動或自然過程，使局部、甚至全球范圍的大氣成分發(fā)生對生物界有害的變化。

分布：

空間垂直：主要集中在3km以下的低層大氣中。水平：城市多，農(nóng)村少；陸地多，海洋少；

時間：冬季多，夏季少；清晨和夜間多，午后少。

火山爆發(fā)、風吹揚沙和沙塵暴、雷擊森林失火等。

來源：

自然過程形成。

人為過程造成。

工業(yè)和交通上煤炭、石油、天然氣的使用，農(nóng)業(yè)上化肥、農(nóng)藥的噴施，生活上制冷采暖的排放與泄漏等。Aerosols&PollutantsHumanandnaturalactivitiesdisplacetinysoil,salt,andashparticlesassuspendedaerosols,aswellassulfurandnitrogenoxides,andhydrocarbonsaspollutants.Whateffects?Umbrellaeffect(陽傘效應)Figure1.6第二節(jié)大氣的垂直結構大氣的垂直分層

對流層：

厚度變化空間：隨緯度增加，厚度降低。低緯地區(qū)：平均厚度為17～18km；中緯地區(qū)：平均為10～12km；高緯地區(qū)：平均為8～9km；時間：夏季大于冬季。

特點：

主要天氣現(xiàn)象均發(fā)生在此層。

溫度隨高度升高而降低。（平均高度每升高100m，氣溫下降0.65℃。）

空氣具有強烈的垂直運動和不規(guī)則的亂流運動。

氣象要素的水平分布不均勻。

平流層：對流層頂～55km

25km以下，氣溫保持不變；25km以上，氣溫隨高度增加而顯著升高。

空氣運動以水平運動為主，無明顯的垂直運動。

水汽和塵埃含量極少，晴朗少云，大氣透明度好，氣流比較平穩(wěn)，適宜于飛機航行。

中間層：平流層頂～85km

氣溫隨高度增加迅速下降，頂部氣溫可降至-83℃以下。

空氣有強烈的垂直運動，故又稱之為“高空對流層”。

熱成層(熱層、暖層、電離層)：中間層頂～800km

氣溫隨高度增加迅速上升。

空氣質點在太陽紫外輻射和宇宙高能粒子作用下，產(chǎn)生電離現(xiàn)象。RadioWavePropagationFigure1.11AMradiowavesarelongenoughtointerferewithionsinthesun-chargedDlayer,butatnighttheDlayerisweakandtheAMsignalpropagatesfurther,requiringstationsuselesspower.

散逸層：

這一層中的大氣物質具有向星際空間散逸的特性，是大氣圈與星際空間的過渡地帶。二、大氣上界

根據(jù)大氣中極光出現(xiàn)的最大高度，大氣上界的高度為1,000～1,200km。

另一種是以大氣密度接近星際氣體密度的高度作為標準，大氣上界約在2,000～3,000km高度處。

AuroraaustralisEarthEnvironmentNearly150millionkilometersseparatethesunandearth,yetsolarradiationdrivesearth'sweather.地球宇宙環(huán)境網(wǎng)站http://210.0.142.166/Library/libClone/2_project/sciSpace/content_page.htm第三節(jié)大氣的物理性質一、大氣的質量

假定大氣是均質的，以氣溫0℃時、45°N（或45°S）處、海平面上的大氣密度ρ0為標準（ρ0=1.293kg.m-3），則此時大氣厚度（Z0）經(jīng)理論計算約為8,000m。于是單位截面積的大氣柱中空氣的質量為：m0=ρ0·Zo=1.2