地球科学概论第二章大气圈.ppt

第二章 大气圈 主要内容 2.1 大气圈的组成及结构 2.2 气象要素特征、变化和分布 2.3 天气和天气系统、天气预报 2.4 地球上的气候带 引言 地球的外围包裹着一层有一定厚度的连续气态物质，即大气圈。 大气圈与人类及地球上的生物有着密切的关系。 亚里斯多德的猜想 土、水、气、火和以太五种原质构成壳层。 引言 伽利略的设想 “大自然厌恶真空 ”， 水压机之谜。 托里拆利、维瓦尼实验 与气压计的诞生 引言 玻意耳、帕斯卡实验 玻意耳证明，气体体积减小 一半，压强就增大一倍。 帕斯卡发现了大气密度的 垂直方向的不均匀性。 大气层是如何形成的 大气中氧的来源 (1)光解作用(photodissociation)： 2H2O + 紫外線 → 2H2 + O2 (2)光合作用(photosynthesis)：6CO2 + 6H2O + 可見光 → C6H12O6 ＋ 6O2 氧气、臭氧浓度变化与生物演化史 §2.1 大气圈的组成及结构 一、大气圈的组成 过去人们认为地球大气是很简单的，直到十九世纪末才知道地球上的大气是由多种气体组成的混合体，并含有水汽和部分杂质。它的主要成分是氮、氧、氩等。 一、大气圈的组成 在80-100公里以下的低层大气中，气体成为可分为两部分： 不可变气体成分：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。 易变气体成分：以水汽、二氧化碳和臭氧为主，其中变化最大的是水汽。 干洁大气成份 大气这种含有各种物质成分的混合物，可以大致分为干洁空气、水汽、微粒杂质和新的污染物。 干洁空气是指大气中除去水汽、液体和固体微粒以外的整个混合气体，简称干空气。它的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，其容积含量占全部干洁空气的99.99％以上。其余还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等。 一、大气圈的组成 对人类活动及天气变化有影响的大气成份为：　　(1) 氧气：氧气占大气质量的23％，它是动植物生存、繁殖的必要条件。氧的主要来源是植物的光合作用。有机物的呼吸和腐烂，矿物燃料的燃烧需要消耗氧而放出二氧化碳。 　　(2)氮气：氮气占大气质量的76％，它的性质很稳定，只有极少量的氮能被微生物固定在土壤和海洋里变成有机化合物。闪电能把大气中的氮氧化（变成二氧化氮），被雨水吸收落入土壤，成为植物所需的肥料。 (3) 二氧化碳：二氧化碳含量随地点、时间而异。人烟稠密的工业区占大气质量的万分之五，农村大为减少。同一地区冬季多夏季少，夜间多白天少，阴天多晴天少。这是因为植物的光合作用需要消耗二碳。 (4) 臭氧：臭氧是分子氧吸收短于0.24微米的紫外线辐射后重新结合的产物。臭氧 的产生必需有足够的气体分子密度，同时有紫外辐射，因此臭氧密度在22—35公里处为 最大。臭氧对太阳紫外辐射有强烈的吸收作用，加热了所在高度（平流层）的大气，对平流层温度场和流场起着决定作用，同时臭氧层阻挡了强紫外幅射，保护了地球上的生命。 水汽 ??? 水汽在大气中含量很少，但变化很大，其变化范围在0-4％之间，水汽绝大部分集中在低层，有一半的水汽集中在2公里以下，四分之三的水汽集中在4公里以下，10-12公里高度以下的水汽约占全部水汽总量的99％。 ??? 大气中的水汽来源于下垫面，包括水面、潮湿物体表面、植物叶面的蒸 发。由于大气温度远低于水面的沸点，因而水在大气中有相变效应。水汽含量在大气中 变化很大，是天气变化的主要角色，云、雾、雨、雪、霜、露等都是水汽的各种形态。 水汽能强烈地吸收地表发出的长波辐射，也能放出长波辐射，水汽的蒸发和凝结又能 吸收和放出潜热，这都直接影响到地面和空气的温度，影响到大气的运动和变化。 杂质和微粒 ??? 大气中除了气体成分以外,还有很多的液体和固体杂质、微粒。杂质是指来源于火山爆发、尘沙飞扬、物质燃烧的颗粒、流星燃烧所产生的细小微粒和海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒，还有细菌、微生物、植物的孢子花粉等。它们多集中于大气的底层。 ??? 液体微粒，是指悬浮于大气中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结物。 ??? 大气中杂质、微粒，聚集在一起，直接影响大气的能见度。但它能充当水汽凝结的核心，加速大气中成云致雨的过程；它能吸收部分太阳辐射，又能削弱太阳直接辐射和阻挡地面长波辐射，对地面和大气的温度变化产生了一定的影响。 大气污染物