大气科学导论-第二章大气的基本知识1.ppt

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1、大气科学导论何金海智协飞周顺武卢楚翰南京信息工程大学大气科学学院大气科学系课程内容第一章概述第二章大气的基本知识第三章关于大气运动的基本规律第四章气旋与反气旋第五章关于气团和锋的介绍第六章关于天气预报的基本方法和技术第七章海气相互作用的产物——厄尔尼诺第八章气候变化地球大气的演化地球自从它形成以来，大约46亿年。其大气的演变可分为三个阶段：原生大气，次生大气、现代大气。原始大气的形成和星系的形成过程密切相关。原始大气出现约46亿年，比原始人类出现（几百万年）早3个数量级，比人类有文字记载的历史（数千年）早6个数量级。因此只能在现有的科学知识加上推理来研究大气演变。科学家们从不同

2、的角度提出了不同大气演化模式。原生大气原生大气的成分是以氢和少量的氦为主。但原生大气存在不太久（大约数千万年）。当太阳作为年青恒星经历喷发大量物质流的阶段，强大的太阳风把原始大气从地球上吹走，刮向茫茫太空。次生大气次生大气主要来自地球内部，由火山喷发产生。按现代火山喷发的成分，主要是水汽（79%）、二氧化碳（12%）、甲烷，还有一些氨和硫的化合物。次生大气中没有氧，即使有也不能保留。因为当时地面温度很高，地壳中有很多铁，氧将很快和铁反应形成氧化铁。现代大气现代大气的主要成份是N2、O2、H2O、CO2，O3等。其中，自由氧的出现是现代大气形成的重要标志。氧的出现与生命的出现和演

3、化有着重要关系。因此，氧气的起源成为人们最为关心的问题。氧的起源早期的大气中没有氧分子，氧元素存在于H2O和CO2中。氧可以通过两种可能机制而产生：一是通过光解反应从H2O和CO2分解而来；另一种是生物的光合作用。第二章大气科学的基本知识第一节大气的组成第二节大气的基本物理性质第三节大气的垂直结构第一节大气的组成干洁大气（即干空气）CleanAir水汽Moisture悬浮在大气中的固液态杂质Impurity地球大气由三个部分组成:大气的成份主要是氮（N2，占78%)，氧（O2，占21%)。还有少量的H2O，CO2，O3，CH4，N2O以及惰性气体Ar，He，Ke，…..如果只考

4、虑大气中数量最多的气体，N2,O2,那么这二种成分的比值一直到80公里还是不变的，称为均匀混合层。大气中变化最大的气体是H2O和O3。大气的成分低层大气的主要成分一干洁大气干洁大气的定义：除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体质粒以外的整个混合气体。干洁大气的成分变化：0~90km:主要成分和含量比例基本保持不变。90km以上:氮稍有减少，氧稍有增多，氩和二氧化碳明显减少，其中氧分子和氮分子开始离解。各种成分介绍：氮气（N2)：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。氧气（O2）：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积

5、极参加大气中的许多化学过程；对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。臭氧（O3）：时空变化：时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。空间变化：水平：由赤道向两极增加。垂直：55～60km，含量极少。20～25km，达最大值，形成臭氧层；12～15km以上，含量增加特别显著；从10km向上，逐渐增加；近地面，含量很少；大气中的可变化成分——O3主要存在于大气平流层，可以吸收太阳的紫外辐射，对地面生命有保护作用。对流层臭氧对人体有害。平流层臭氧的形成是太阳紫外辐射造成的氧分子分解成氧原子，氧原子与氧分子反应生成臭氧。这幅图显示的是臭氧洞。1986年，南极的臭氧量仅是30年

6、前的一半。1988年，曾发现北半球上空臭氧层已比20年前要薄3%。这种变化足以使皮肤癌的病例增加。臭氧能够吸收紫外线，减少生物直接遭受紫外线的照射，陆地上的生物便能在此一保护伞下，顺利的生长与繁殖。臭氧的作用：对紫外线有着极其重要的调控制作用。对高层大气有明显的增温作用。二氧化碳（CO2）：来源：生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧和分解、火山喷发作用等。时空变化：时间变化：a)白天、晴天、夏季时的浓度小于黑夜、阴天、冬季。b)工业革命前小于工业革命后。空间变化：水平：城市大于农村垂直：0～20km，含量最高；20km以上，含量显著减少。大气中的可变化成分——CO2占大气

7、总质量的0.037%。通过动植物呼吸，有机物腐朽分解、火山喷发、化石燃料燃烧进入大气。它的消耗是植物光合作用以及与地表的岩石发生化学反应。CaSiO3+CO2CaCO3+SiO2；CO2+H2O+ν<CH2O+O2在大气中的停留时间大约是15year。CO2的作用：绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使地面保持较高的温度，产生“温室效应”。温室效应模式图Greenhouseeffect二、水汽Moisture来源：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的