气象学基础第二章气候系统

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1、第二章气候系统第二章气候系统第一节气候系统的组成第二节主要的气象要素第一节气候系统的组成重点：大气圈的组成及垂直结构的变化空间部分：地球系统和宇宙空间如何交换能量从而实现能量平衡大气部分：气候系统的主体部分下垫面部分：包括海洋、陆地、冰雪圈、生物圈气候系统定义：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。太阳辐射是这个系统的能源。一、大气圈概述（一）大气的组成大气是由干洁大气和悬浮在其中的液态和固态杂质所组成。干洁大气的主要成分是氮、氧和氩，少量的CO2、O3、各种

2、氮氧化物以及其他的一些惰性气体，是次要成分。从地面到90公里高度，空气的主要成分是氮、氧、氩、还有微量的惰性气体（氖、氪氙及氦）等之间大致保持固定的比例，基本上不随时间、空间变化，称为常定成分。其它的一些气体在大气中所占的比例随时间、地点而变，称为可变成分。在讨论大气组成时，人们经常将所有成分按其浓度分为三类：1主要成分，其浓度在百分之一以上，它们是氮（N2）、氧(O2)和氩(Ar);2微量成分，其浓度在1ppm～1%之间，包括二氧化碳CO2)、甲烷(CH4)、氦(He)、氖(Ne)、氪(Kr)等干空气成分和水汽；3痕量成分

3、，其浓度在1ppm以下，主要有氢(H)、臭氧(O3)、氙(Xe)、一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氨气(NH3)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)等。此外，还有一些人为产生的污染气体，它们的浓度多为ppt量级。（二）大气中各种成分的分布和作用1、含量较多的氧气、氮气和水汽的作用一切生命所必须，植物和动物都要呼吸，在氧化作用中得到热能以维持生命；决定有机物的燃烧、腐败及分解过程；植物的光合作用过程中要吸收氧气，放出二氧化碳降低氧气浓度，使氧化作用不过于强烈；豆科植物的根瘤菌可以在常温常压下将氮固

4、定在土壤中，成为植物体不可缺少的原料来自江、河、湖、海以及潮湿的物体表面的水分蒸发和植物的蒸腾；水汽含量有明显的时空变化，夏季多于冬季，低纬度多于高纬度；在垂直方向上，水汽含量随高度的增加而减少水汽的作用：天气变化的重要角色，在大气温度变化的范围内，它可以凝结或凝华为水滴或冰晶，成云致雨，落雪降雹，成为淡水的主要来源，水的相变和水分循环不仅把大气圈、海洋、陆地和生物圈紧密联系在一起，而且对大气运动的能量转换和变化，以及对地面和大气温度都有重要的影响。（二）大气中各种成分的作用2、一些微量和痕量气体的性质与作用大气微量成分和痕

5、量成分的特点：（1）短寿命的成分（除惰性气体）；（2）有化学活性，能够参与大气中的一些化学过程，如形成酸雨、光化学烟雾等；（3）大多是温室气体，它们含量的变化会影响地球的辐射平衡，影响全球气候变化。（1）臭氧O3分布：10～50㎞高度的平流层大气中，极大值在20～30㎞高度之间。平流层臭氧的作用：（1）阻挡强紫外辐射到达地面，保护了地球上的生命。（2）臭氧层吸收的太阳紫外辐射能量使平流层大气增温，对平流层的温度场和大气环流起着决定性作用。（1）是一种强氧化剂，能促进二氧化硫的氧化及氮氧化物的转化，这些过程是酸雨和光化学烟雾的

6、主要成因之一；对流层内的臭氧是一种大气污染物（2）在红外波段的9.6微米附近有一个很强的吸收带，因此它也是使底层大气增温的重要的温室气体；（3）地表附近的臭氧是一种重要的温室气体，其浓度增加会直接危害生态环境。臭氧的空间分布（2）二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等温室气体温室气体，对太阳辐射吸收很少，但却能强烈吸收地面放射的长波辐射，同时又向周围空气和地面放射长波辐射，所以有使地面和空气增温的效应全球碳循环（二）大气中各种成分的作用3、气溶胶的作用大气中悬浮的各种固体微粒和液体粒子，统称为气溶胶。固体杂质能成为水汽凝结的核心，对云

7、、雾形成起重要作用气溶胶粒子影响能见度，减弱太阳辐射和地面辐射，对地面和空气温度有一定影响（三）大气的结构大气的总质量为5.3×1015t，其中有50％集中在离地5.5㎞以下的气层内，在离地36～1000㎞余公里的大气层只占大气总质量的1％大气上界划分的着眼点：大气的物理上界：根据大气中才有的，在宇宙空间没有的物理现象确定的大气上界，为1200㎞着眼于大气密度：接近于星际空间的气体密度的高度作为大气上界1、大气的质量和上界垂直温度梯度：垂直温度梯度又称为气温垂直递减率，简称气温直减率，它表示在垂直方向上每变化100米高度，气

8、温的变化值，并以气温随高度的升高而降低为正值，通常以表示，即。2、大气的垂直结构表示气温随高度的升高而降低；表示气温随温度的升高而升高，这种气层称为逆温层；表示气温随高度不产生变化，这种气层称为等温层。根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑大气的垂直运动状况，将大气分为对流层、平流层、中