大气科学基础第一章

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1、大气科学概论张婕zj3130@cuit.edu.cn课程内容及考核讲授内容：以PPT为主，部分板书网络存储：zj3130邮箱：zj3130@cuit.edu.cn成绩考评办法：平时成绩、期末考试成绩加权平均，平时成绩：缺课次数超三次，以零分计；基准分为80分；缺席一次扣10分，迟到一次扣5分；主动回答问题，作业完成质量高，可加2—10分；一、什么是大气科学？春雨贵如油“泰坦尼克号”海难一、什么是大气科学？大气科学：研究地球大气结构、组成、物理现象、化学反应、运动规律及其他问题的科学。二、研究对象及研究基本内容研究对象：主要是大气圈，包括部分岩石圈、水圈

2、、生物圈。研究基本内容：（1）地球大气的一般特征；（2）大气现象发生、发展的能量来源，性质及其转化；（3）解释大气现象，研究其发生、发展规律；（4）如何利用这些现象预测、控制和改造自然。三、研究特点1、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑；各圈层相互作用大气圈生物圈岩石圈水圈人类活动日地关系三、研究特点1、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑；2、大自然是大气科学研究的实验基地，需实测与理论相结合；3、国际合作是推动大气科学发展的必要途径。四、发展概况17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是直觉的、经验性的。17～18世纪，大

3、气科学研究开始由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段。1820年，H.W.布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开创了近代天气分析和天气预报法。1835年科里奥利力的概念和1857年风和气压的关系，成为地球大气动力学和天气分析的基石。四、发展概况1920年前后，锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预报1～2天以后的天气变化奠定了理论基础。1783年，法国J.A.C.查理制成了携带探测气象要素仪器的氢气气球。20世纪30年代无线电探空仪开始普遍使用，真正三度空间的大气科学研究从此开始。1939年气象学家C.-G.罗斯比提出了长波动力学，并由此引出了位势涡度理

4、论，使天气预报期限延伸到3～4天，为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道路。四、发展概况1946年“播云”试验，探明了在过冷云中播撒固体二氧化碳或碘化银,可以使云中的过冷水滴冰晶化，增加云中的冰晶数目，促进降水，从此进入了人工影响天气的试验阶段。现代科学技术在气象学中的应用，其研究范畴日益扩展。广泛运用高速电子计算机和气象卫星，是这个时期最重要的标志。主要特点表现为：大规模的观测实验；对大气物理现象进行数值试验；把大气作为一个整体进行研究；气候学领域的科学革命。五、大气科学的分支传统上分为气象学、气候学和高层大气物理学3个领域。近年主要分支学

5、科：大气探测、气候学、天气学、动力气象学、大气物理学、大气化学、人工影响天气、应用气象学等。天气学，大气动力学，边界层物理学生态学物理化学大气辐射学云雨物理化学生物地球化学，微生物学边界层物理学云雨物理化学第一章大气概述§1地球系统§2地球大气的成分§3大气的重要性§4主要气象要素§5空气状态方程§6大气垂直结构§7＊气压场分布特征§1地球系统一、何为地球系统？二、地球大气是如何演变的？§1.1地球系统§1.1地球系统1、岩石圈：地壳和上地幔顶部2、水圈：海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气圈中的水3、生物圈：植物、动物、人类及有生物存在的

6、部分4、大气圈：包围地球表面，厚度为1000公里的大气层大气与地表及其与宇宙空间的能量交换形成多姿多彩的天气和气候的变化§1.2地球大气的演变问题：传统的太阳系“九大行星”概念为何如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”？行星：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。矮行星：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清除其轨道附近其他物体的天体。成员包括冥王星和谷神星等。太阳系小天体：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的物体。太阳系家谱

7、形成初期都应以轻元素为主，后来由于各自的条件（距太阳远近、行星尺度及公转和自转周期等）不同，经几十亿年演化，形成了现在各自不同的大气。内行星：水星无大气，金星、火星以CO2为主（地球例外）外行星：仍以H、He、CH4等原始大气成分为主。（木、土、天、海、冥）问题：为什么地球成分例外？1、行星大气特征2、地球大气演化必须把大气看成是地球组合系统的一部分(1)地球大气演化的三个阶段：原始大气：地球形成初期，以H2，He和CO为主次生大气：45~20亿年前，以CO2，CH4，NH3和H2O等为主现代大气：以N2和O2为主(2)地球大气O2的来源？a、水汽被太

8、阳紫外辐射的光致离解，能产生千分之一的氧b、植物的光合作用6亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一