1、大气的组成与结构,一、大气的组成,地球大气由多种物质混合组成，包括干洁空气、 水汽、悬浮尘粒和杂质等。,干洁空气（干空气）：不包含水汽和固体杂质的整个混合气体； 1、主要成分：N2、O2、Ar，占干空气容积的 99.96、占干空气质量的 99.95； 2、微量成分：CO2、CO、CH4、N2S、SO2 、H2等等。 3、痕量成分： O3、H2S、NO2 、H2O2等等。 干空气中，以氮、氧、二氧化碳、臭氧最重要。,水汽：,大气中的水汽主要来自水面的蒸发、植物的蒸腾。 集中分布在 3km 高度以内，是大气中唯一可以发 生相变的大气组分。,杂质（气溶胶粒子）： 指大气中悬浮着的各种固体杂质和液体微
2、粒（如 小水滴、小冰晶）。集中分布于大气层底部。,大气污染： 指由于人类活动的影响，使局部乃至全球范围的 大气成分发生了对生物体有害的变化。进入大气 中的有害气体和烟尘，称为大气污染物，主要有 粉尘、烟尘、SOx、NOx、CO、CO2、H2S、HC 等等。,南极臭氧洞,酸雨使森林枯萎,酸雨对石像的腐蚀,复活节岛,复活节岛,腐蚀狮身人面像,目前人们一般把PH小于5.6的雨水称为酸雨，同时还 把PH小于4.5的雨水称为重酸雨。,酸雨,主要是由于燃烧煤、石油、天然气等，不断向 大气中排放二氧化硫和氮氧化物等酸性气体所致。煤 燃烧 SOX 氧化 SO3 溶于雨水 H2SO4 雨水 酸 石油 NOX N
3、2O5 HNO3雨水 雨,从上可知，酸雨还可分为硫酸型酸雨和硝酸型酸雨等类别。 我国是一个以煤为主要能源的国家，全国二氧化硫排放的90% 来自煤的燃烧，所以我国的酸雨主要是硫酸型酸雨。,1、概念：,2、形成原因：,从图中可以看出，我国东南部的大部分地区成为酸雨 区，酸雨区已经覆盖了我国国土面积的40%。我国南方还 出现了大片的PH小于4.5的重酸雨区。根据调查和监测，我 国的酸雨区面积还在扩大。,酸雨的分布,酸雨的危害,酸雨造成的危害会使河湖水酸化，影响鱼类生长、繁殖，甚至大量死亡；使土壤酸化，危害森林和农作物生长；腐蚀建筑物和文化古迹；危及人体健康。,防治酸雨最根本的途径是减少人为硫氧化物和
4、氮氧化物的排放，研究煤炭中硫资源的综合开发和利用。我国政府已经采取了发展洁净煤技术、清洁燃烧技术等措施来控制酸雨。,酸雨的防治,酸雨的成因、危害及解决措施,燃烧煤、石油、天然气,酸性气体,二氧化硫,氮氧化合物,硫酸型酸雨 硝酸型酸雨,危害人体健康,腐蚀建筑物、文物古迹,河湖水酸化，鱼类死亡,土壤酸化危害森林、农作物,治理措施：减少硫氧化物，氮氧化合物的排放，发展洁净煤、清洁燃烧技术,全球一氧化碳污染图2000.04.30. 燃烧化石燃料而产生,全球一氧化碳污染图2000.10.30. 南美和非洲旱季林木燃烧而产生,机动车尾气污染,电厂排污,贵州安顺煤电厂,贵州安顺煤电厂,氟中毒,贵州因燃煤导致
5、氟中毒 的人口达1900万，占贵 州总人口的一半。当地 煤氟含量达 598mg/kg。 氟中毒从20世纪70年代 开始发生，受害者出现 牙齿变黄变黑、腿呈 X 形或 O形、躬腰背驼、 下肢瘫痪、手臂只能弯 不能伸等等症状。,氟骨症,氟斑牙,氟斑牙,用高含氟煤熏烤粮食,用高含氟煤熏烤粮食,土法炼焦，山西,土法炼焦，山西,农民燃烧秸秆,广州1,广州,广州2,广州,广州3,广州,由中信广场鸟瞰,长沙,长沙,成都,成都,兰州,兰州,上海,上海,北京,北京,哈尔滨,哈尔滨,德国法兰克福,德国法兰克福,被污染的彩虹,智利圣地亚哥,智利圣地亚哥,美国Mont.州Butte市,美国Mont.州Butte市,南
6、非开普敦,南非开普敦,罐装“济州岛空气”在汉城热卖,分子量,主要气体成分,空气中的含量/按体积,平均滞留期/ 年,氮（N2） 氧（O2） 氩（Ar） 二氧化碳（CO2） 臭氧（O3） 甲烷（CH4） 水汽（H2O）,78.08 20.95 0.93 0.03（可变） 0.000 001（可变） 0.000 165 可变,106 104 109 15 ？ 7 10天,28.02 32.00 39.94 44.00 48.00 16.04 18,地球大气是多种气体的混合物。主要是由氮和氧组成，他们共占大气体积的99%，其中，氮占大气体积的78%，氧占21%。此外还有氢、二氧化碳、臭氧、水汽和固体杂
7、质等，他们的气体含量极少，其总和约占大气体积的1%。,大气气体的主要成分及含量,不可变成气体成分（或称主要成分）：主要指氮、氧、氩三种气体。这几种气体成分之间维持固定的比例，基本上不随时间、空间而变化。2. 易变气体成分：以水汽、二氧化碳和臭氧为主，它们在大气中的浓度均有较大的时空变化，其中变化最大的是水汽。易变气体对地气系统热量的收支、大气温度的垂直结构及人类有着明显的影响。,二氧化碳与甲烷具有保温作用,紫外线区（波长小于0.4微米）占太阳辐射总能量的7 ； 人眼能看见的可见光区（波长在0.40.76微米之间），占太阳辐射总能量的50，所以我们称太阳辐射为短波辐射； 红外线区（波长大于0.7
8、6微米）占太阳辐射总能量的43。,温室效应,燃烧矿物燃料,森林大量被砍伐,人口增加,二氧化碳含量增加,全球气温升高（变暖）,极地冰川融化,海水因升温膨胀,全球干湿状况变化,海平面升高,中纬度变干旱，农耕区退化成草原,沿海低地被淹,高纬变暖，降水增加，适宜温带作物生长,治理措施：提高能源利用率，采用新能源；植树造林，保护植被,啊！小岛 快淹没了！,中新网北京11月16日消息设在华盛顿的地球政策研究所15日说，由于 温室效应造成海平面上升，大洋洲岛国图瓦卢的 居民从2002年起将被迫举国搬迁。这个环保机构的所长布朗在一项声明中指出： “图瓦卢的领导人承认由于抵挡不了日渐上升的海 水，他们将迫不得已
9、舍弃家园。”,让Bush(布什) 尝尝全球气候变暖的滋味,二氧化碳分布垂直上，集中在20km 以下时间上，夏季少、冬季多空间上，城市多，海洋上少,臭氧吸收紫外辐射和部分红外辐射（0.96um)对地面温度的影响与高度有关在离地面22km以下， O3 地面温度 。其中10km处臭氧的影响最大。在离地面22km以上，O3 地面温度 。对流层O3浓度的变化对地面温度的影响大于平流层O3浓度的变化对地面温度的影响,上层大气 O3含量较少： 太阳辐射强烈，导致氧分子离解过多 形成后，又分解 低层大气 O3含量较少： 太阳辐射较弱，导致氧分子很难离解,臭氧层破坏的原因,臭氧层主要存在于平流层内，其遭到破坏的
10、自然原因主要是太阳活动的影响。人为原因主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、消费和排放等方面。例如，人们使用冰箱、空调是释放出的氟氯烃化合物，上升到平流层后，通过光化学反应，大量消耗臭氧。,臭氧层破坏后产生的危害,据研究大气中的臭氧总量减少1%，到达地面的太阳紫外线辐射就会增加2%。过量的紫外线辐射，一方面直接危害人体健康，另一方面还对生态环境和农林渔业造成破坏。臭氧层一旦遭破坏，大量紫外线就长驱直入达到地面，导致皮肤癌、白内障发病率增加，并抑制人体免疫系统功能；农作物受害减产，影响粮食产生和食品供应；破坏海洋生态系统的食物链，导致生态平衡失调；加速建筑物涂层、包装材料、塑料制品等老化；加速全球变
11、暖等等。,臭氧层的保护,为了保护臭氧层，国际社会多次召开会议，达成了比较一致的保护措施：减少并禁止氟氯烃等消耗臭氧物质的排放，积极研制新的制冷系统。我国也制定了中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案。另外，1994年联合国把每年9月16日定为“国际保护臭氧层日”。,太阳活动,臭氧层破坏及其危害,制冷设备排出的氟氯烃化合物,臭氧层遭到破坏,到达地面的紫外线增多,危害人体健康,对生态环境、农林渔业造成破坏,治理措施：国际合作，禁止排放消耗臭氧层的物质，研制新型制冷系统,水汽分布垂直上，集中在1012km 以下时间上，夏季低维地区多、冬季少空间上，纬度高，含量少,1、地球大气共分哪几层? 2、在不同纬度
12、，对流层高度是否一样?为什么? 3、对流层和平流层的气温如何随高度而变化?原因是什么? 4、对流层和平流层中，大气运动的特点是什么?,大气的垂直分层,对流层,平流层,上冷下热 高空对流,高层大气,太阳辐射短波辐射,地面辐射长波辐射,大气的热力作用,1、大气对太阳辐射的削弱作用 2、大气的保温效应,2 太阳辐射 太阳辐射光谱和太阳常数 太阳辐射光谱太阳辐射中辐射按波长的分布，称为太阳辐射光谱。波长过短或过长所负荷的辐射能量都很少； 大气上界太阳辐射光谱在0.15um的范围； 太阳辐射中99%的能量在0.154um的范围，其中 0.40.76um为可见光区，0.76um的为红外区，0.4um为紫外
13、区。 太阳辐射能主要分布在可见光区和红外光区，其中，可见光占太阳辐射总能量的50%，并以0.47um附近最强，红外区占43%；紫外区的太阳辐射能很少，只占7%。,地面辐射的方向是由地面向上，地面放出的长波辐射除少部分透过大气射向宇宙空间外,大部分被对流层大气中的水汽和二氧化碳吸收使大气增温，大气在增温的同时也向外放出红外辐射，其中大部分朝向地面，因与地面辐射方向相反。,大气逆辐射 (atmospheric counter radiation),太阳,地面,大气,大气逆辐射,1. 大气系统-外空： 16+3- （64）= - 45 2. 大气系统-地面系统： 138 - （93） = 45 1.
14、 地面系统的平衡 （93+55）-（114+7+23+4 ）= 0 2.大气系统的平衡 （114-6+7+23+16+3）-（157）=0 3.太空的能量平衡 6+64+6+20+4-100 = 0,大气热力作用的意义,1、缩小了气温日较差 2、提高了地球表面平均温度,全球的热量平衡 综上所述，太阳短波辐射为大气和地面所吸收，大气和地面又依据本身的温度向外发射长波辐射，这样就形成了整个地-气系统与宇宙空间不断地以辐射形式进行能量交换。在地理环境内部，地面与大气也不断以辐射和热量输送的形式交换能量。在某一时段内物体能量收支的差值，称为辐射平衡或辐射差额。当物体收入的辐射多于支出时，辐射平衡为正，
15、物体热量盈余，温度升高；反之，辐射平衡为负，物体热量亏损，温度将降低；若物体收入的辐射与支出相等，则辐射平衡为零，温度无显著变化。,全球年平均辐射平衡为零，但局部地区却并非如此。低纬地区辐射平衡为正，能量盈余；高纬地区辐射平衡为负，能量亏损；高纬地区亏损的部分由低纬地区盈余的部分补充，能量由低纬向高纬输送主要是依靠全球性的大气环流和洋流进行的。,辐射平衡有明显的日变化与年变化。在一日内，白天收入的太阳辐射超过支出的长波辐射，故辐射平衡为正；夜晚情况相反，辐射平衡为负。辐射平衡由正转为负或由负转为正的时刻，分别出现在日没前与日出后一小时。在一年内，北半球夏季的辐射平衡因收入的太阳辐射增多而加大；
16、冬季则相反，甚至出现负值。这种年变化情况因纬度不同而不同，纬度愈高，辐射平衡保持正值的月份愈少。例如，宜昌全年辐射平衡均为正值，而列宁格勒只有五个月为正值，在极圈范围内则大部分时间出现负值,热力环流,大气的运动形式,垂直运动：气流上升或下沉,水平运动：风,由于地面冷热不均而形成的空气环流， 称为热力环流。,风,空气的水平运动称为 风；空气的垂直运动称为 上升气流或下沉气流。地 球上大气的运动形式以水 平运动最为广泛和持久。,W,N,S,E,NE,SE,SW,NW,风是矢量，既有风向，又 有风速。风向指风的来向，以 16个方位或 360方位角表示。 风速以 ms 或 km h 表示； 根据风速的
17、大小，可将风力划 分为13级（0 12级）。,大气压力 1、气压：静止大气中任一高度单位面积上所 承受的空气柱重量，叫大气压力，简称气压。气压的测量单位是帕（Pa），气象学采用 百帕（hPa）为单位，1 hPa 10-2 Ncm2 ；当选定温度为 0 ，纬度为 45的海平面 时，气压为 1013.25 hPa，称为一个标准大气压。地面气压在980 1040 hPa 之间变化，平 均为 1013 hPa ；,气压梯度力可分 为垂直气压梯度力和水平气压梯度力两种。 水平气压梯度力使空气从高压区流向低压 区，是大气水平运动的原动力，其表达式为：,G 水平气压梯度力； p 两条等压线之间的气压差； n
18、 两条等压线之间的垂直距离； p n 为水平气压梯度； “ ” 负号表示方向由高压指向低压。,1、气压梯度力,热力环流小结,冷热不均,大气的垂直运动,同一水平面的气压差,大气的水平运动,热力环流,大气运动的最为简单的形式,太阳辐射,同一水平面上，单位距离间的气压差,A,方向：垂直于等压线，由高压指向低压,风向,地转偏向力方向：垂直风向,北半球风向,自转偏向力,2、地转偏向力的方向垂直与风向,1、关于偏向：在地转偏向力的作用下，北半球向右偏，南半球向左偏,南半球偏转方向,北半球偏转方向,初始方向,在下图中绘出北半球近地面A、B两种气压状况下的大气运动情形,水平气压梯度力,A,B,实际风向,The
19、 End 谢谢！,气压的变化：,气压随高度和时间而变。 气压随高度的变化与气温和气压条件有关。在气压相同条件下，气柱温度越高，单位气压 高度差越大，气压随高度递减越缓慢，气压垂直梯 度越小；在气温相同条件下，气压越高，单位气压高度 差越小，气压随高度递减越快，气压垂直梯度越大； 气压随时间的变化分为周期性变化与非周期性变 化两种。 周期性变化：日变化、年变化； 非周期性变化：因气压系统移动和演变而产生。无固定周期，变化幅度大。,下列等压线示意图，正确的是：( ),冷,热,冷,热,冷,热,冷,热,冷,热,冷,热,A,B,C,D,B D,“高高低低”规律：气压高则 等压线向上突起；气压低则 等压线
20、向下凹陷。,二、气温,气温是大气热力状况的数量度量。气温的变化特点通常使用平均温度和极端值绝对最高温度、绝对最低温度来表示，地理位置、海拔高度、气块运动、季节、时间以及地面性质都是影响气温的分布和变化的因素。大气从地面获得的能量比直接吸收的太阳辐射能多，所以地面性质对气温变化影响极大。地球表面结构不均一，首先可以分为大陆和海洋两大部分。大陆表面主要由岩石及其风化物和土壤所组成，热容量小，约为0.2 卡/克度，海洋热容量较大，为1 卡/克度，二者对热能的反映存在显著的差别。水体蒸发耗热较多，且可以通过垂直的和水平的水流运动将热量向周围和深处传递；而陆地蒸发耗热少，向周围传导的热量也少。所以当吸收同等的太阳辐射时，水体吸热慢，增温也慢；陆面吸热快，增温也快。当太阳辐射强度下降至零时，水体与陆面都因长波辐射而放热，水体放热速度很慢，降温自然也很慢；陆面情况则相反。水体与大陆在热能反映上的差异，使水体上的气温变化较缓和，大陆上的气温变化较剧烈。,
