08,2,干洁空气.ppt
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1、,第二节 气候系统概述,大气圈 水圈 陆地表面 冰雪圈 生物圈,五个子系统,是主体部分,也最可变,下垫面,一、大气圈概述,(一)大气的组成,多种气体混合、液态和固态杂质,N2:78.08% O2:20.95% Ar:0.93%,99.96% (体积),干洁空气,干无水汽,洁无杂质 是除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体。 它们的临界温度(在一定临界压力下,使气体开始变为液体的温度)远远低于大气的一般温度,要发生液化很难,它们在自然界的温度和压力下总呈气体状态。 标准状况下,密度约为1293g/m3 分子量:90km以下, =78.08%28.016+20.95%32.000+ 0.93%39
2、.944+ =28.97,O2 N2,来源,垂直分布,向上:更少 5km:1/10 1.52km:1/2 地面:1,作用:重要; 相变,水分循环,水汽,臭氧 (O3),形成:O2O+O O+O2 O3,垂直 分布,55km:极少 2030km: 最大值, 臭氧层 1215km以上: 增加显著 10km:始增 近地面:很少,原因,作用:1,影响大气 温度的垂直分布 2,对生物有 机体有保护作用,CO2、CH4、N2O等:,温室气体 温室效应,污染气体,大气气溶胶粒子,液体微粒 固体微粒 凝结核、温度、能见度,(二)大气的结构,05.5km:50%的大气质量 011km:75%的大气质量 3610
3、00km:1%的大气质量 P11:图12,密度 严格地说,不存在大气圈的上界 大气高度:两种划法 1、物理现象:极光,1200km, 大气的物理上界 2、大气密度:20003000km,大气的垂直分层,散逸层(外层) 热层(热成层、暖层) 中间层 平流层 对流层,据物理性质和垂直运动等分层:,1、对流层,重点 主要特征: (1) 气温随高度增加而降低 表现, 原因 气温直减率/气温垂直梯度: = dT/dZ = 0.650C/100m (2) 垂直对流运动(对流层因此而得名) 强度、厚度随纬度和季节变化 厚度:低纬 1718km 中纬 1012km 高纬 8 9km 厚度不及1%,而质量占3/
4、4、全部水汽 (3)气象要素水平分布不均匀,行星边界层: (摩擦层、 扰动层),:012km,摩擦、热力,日变化,自由大气:以上,地表摩擦作用可忽略不计,对流层,平流层,对流层顶:,:过渡层,气温,2、平流层 对流层顶55km (1)气温最初不变或微升, 30km以上显著升高 (P11图12),臭氧层 (2)水汽极少,云很难生 成;火山尘,3、中间层 平流层顶85km (1)气温迅速下降,几乎无臭氧 (2)强烈的对流运动(上对流层) (3)白天有一电离层,D层(P11图12),4、热层/热成层/暖层:密度极小 (1)气温迅速升高 (2)电离层:E、F(F1、F2) 电离层具有反射无线 电波的能
5、力 (3)极光 顶部:不明显,5、散逸层/外层 过渡层 (1)温度高,变化小 (2)大气粒子常散逸至 星际空间,(一)水圈 海洋,面积71% 反射率比陆面小 到达地表的太阳辐射能,80%为海洋表面吸收 活动层:海240米,陆10米 大气:海洋活动层:陆地活动层 质量:110.40.55 热容量:168.50.45 是一个巨大的能量贮存库 100m深的表层海水,占气候系统总热量的95.6%,二、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述,(二)陆面(岩石圈) 海拔、地形、地表物质 (三)冰雪圈 海平面高度 具很大反射率 (四)生物圈 对气候变化很敏感,反过来又影响气候,第三节 有关大气的物理性状,在气象学上
6、,大气的物理性状主要以 气象要素和空气状态方程来表征。,一、主要气象要素,气象要素是指表示大气属性和大气现象的物理量。按观测手段的不同,分两大类: 目测:主要靠目力和分析判断,定性或半定量地测定。如:云、能见度、天气现象(雨、雪、冰雹、雾等) 器测:利用仪表定量地测定。如:温度、湿度、气压 气象要素,特别是其中的若干器测项目,是气候学研究的基础。,(一)气温,大气的温度 在一定容积内,一定质量的空气,其温度的高低只与气体分子运动的平均动能有关。即这一动能与绝对温度成正比。,气温的单位,1、摄氏度温标(oC) 2、绝对温标(K):开尔文、开 一度的间隔与摄氏度相同,但其零度称为“绝对零度”(任何
7、物质系统达此温度时,能量变为最小),为-273.15 oC T=t+273.15t+273 理论计算中常用,3、华氏温标(oF) 目前某些说英语的国家有人使用 一个大气压下,水的冰点32 oF,沸点212 oF,其间分成180等分 tF =9/5 t+32 t=5/9( tF -32),大气中的温度一般以百叶箱中干球温度为代表,距地面1.5m高处。,世界极值: 1936年在索马里测得63.0oC 1967年挪威在南极极点附近记录到-94.5oC 相差近160oC 我国极值: 1965年7月新疆吐鲁番民航机场 48.9oC 1969年2月13日黑龙江漠河 52.3oC 相差超过100oC,(二)
8、气压,大气的压强 P=F/A , F=Mg P=Mg/A 静止大气中任意高度上的气压值等于其单位面积上所承受的大气柱的重量,气压值可直接测出,一般用水银气压表。,根据水银柱的重量和大气压力相平衡的原理来测定气压。,真空,在一端封闭的玻璃管内装满水银,然后用手指堵住管口将其倒立于水银槽中,当松开手指后,水银柱就开始下降。当 降到一定高度后便停止下降,此时玻璃管顶部近似真空。所以,水银柱之所以不下降,是由于大气的压力支持了水银柱的重量。,真空,当大气压力作用于水银槽面 时,槽面将受到的压强,大 小不变地传递到管的A面上, 使其下面受到大气压强(向 上)而上面受到水银柱的压 强(向下)。当二者相等时
9、, 水银柱就不再下降,所以处 在静力平衡状态时的单位面 积上的水银柱重量就等于大 气的压强。,A面,真空,A面,设h、s 水银柱重量w=mg=vg =hs g P=w/s=hs g/s=h g 和g可看作常数,h是变量,所以气压单位 可用h表示。,气压的单位,1、毫米水银(汞)柱高度(mmHg) 2、毫巴(mb): 1mmHg=1.33mb=4/3 mb 1mb=3/4 mmHg 3、百帕(hpa): 1hpa=1mb 4、一个大气压:温度为0oC、纬度为45o的海平 面气压, 760mmHg=1013.25mb=1013.25hpa 现通用百帕,其余三个为应淘汰的非法定计量单位。 地面气压分
10、布:一般9401014hpa;台风中可能低于900hpa;在西伯利亚高压中心可能高于1080hpa。,(三)湿度,表示大气中水汽量多少的物理量。 大气中的水分在空间分布不均,含水汽多,则湿度大;含水汽少,则湿度小。 大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。,1、水汽压和饱和水汽压,大气中各种气体都产生压力,大气压力是它们的总和。水汽也有压力,大气中的水汽所产生的那部分压力叫水汽压(e),单位:hpa 当温度一定时,大气中水汽含量愈多,水汽压愈大;反之,水汽压愈小。 饱和空气 饱和水汽压(E)/最大水汽压 E随T的升高而增大,2、相对湿度 f=e/E 100% 反映空气距离饱和的程
11、度:f愈小,空气愈不饱和;f愈接近100%,空气愈接近饱和。 随气温而变化:e不变时, T升高,E增大,f减小 T降低,E减小,f增大,3、饱和差 d=E-e 单位:hpa 表示空气距离饱和的程度: d=0 饱和 d0 未饱和 d0 过饱和 在研究水面蒸发时常用,4、比湿 q=mw/(md+mw) g/g g/kg q=0.622 e/P e、P应采用相同的单位 空气垂直运动,5、水汽混合比(S/) S= mw/md =0.622 e/(P-e) g/g,6、露点,当空气中水汽含量不变且气压保持不变时,如气温不断降低,空气将逐渐接近饱和。 气温降低到使空气刚好达到饱和时的温度称为露点温度,简称
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- 08 空气
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