大气的组成和结构.ppt

《大气的组成和结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气的组成和结构.ppt（37页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1/27 中国民航大学 空管学院 第一章 大气的组成和结构 中国民航大学 空管学院 2021/3/29 2/27 中国民航大学 空管学院 第一节 大气组成 第二节 大气结构 第四节 标准大气 第三节 空气状态方程 3/27 中国民航大学 空管学院 4/27 中国民航大学 空管学院 5/27 中国民航大学 空管学院 地球表面的外层是多种气体混合组成的空气，受地球重 力作用，围绕地球占有一定的空间，称为地球大气，简称 大 气 （ Atmosphere）。 大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样的 天气 （ Weather）现象。 大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、能见 度等 气象要素

2、 （ Meteorological Element）表示。 地球大气 6/27 中国民航大学 空管学院 1、干洁空气（ Dry Air） 除水汽、气溶胶以外的整个混合气体 2、水汽（ Water Vapor） 垂直和水平分布差异较大；大气中唯一能发生相变的成分， 来源于地面，含量变化。容积计约占 05%。 3、气溶胶粒子（大气杂质）（ Aerosols） 水汽凝结物 水滴和冰晶 悬浮的 固体微粒 烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电 离子等。 第一节 大气组成 7/27 中国民航大学 空管学院 1、干洁空气 O3：主要分布于 1050km高度的平流层大气中，极大值在 2035km之间。 O3可

3、以强烈吸收太阳紫外线辐射而增温，改变大气温 度的垂直分布，同时也使地球生物免受了过多紫外线 （ Ultraviolet）的照射。 对天气影响较大的成分 N2占大气质量的 78%， O2占大气质量的 21%. 8/27 中国民航大学 空管学院 干洁大气之不同纬度臭氧浓度平均垂直分布曲线 （ a） 4月 （ b） 10月 9/27 中国民航大学 空管学院 干洁大气之 CO2 CO2：吸收地面受热后放出的长波辐射，对地球具有“温室 效应”（ Green House Effect）的作用 。 对天气影响较大的成 分 二氧化碳含量分布特点： 工业区多、农村少 同一 地区冬季多、夏季少 夜间 多、白天少

4、阴天 多、晴天少 10/27 中国民航大学 空管学院 水汽在大气中所占的比例很小，仅 0.1% 3%，却是大 气中最活跃的成分。水对于地球上生命的意义。 2、水汽 11/27 中国民航大学 空管学院 水汽的分布： 大气中的水汽含量随高度的增加而逐渐减少。 水平地理分布不均。 约 50%的水汽集中在约 2km以下，约大于 90% 的水汽集中在 5km以下； 99%的水汽集中在对流层。 水汽是成云致雨的物质基础，故大多数复杂天 气均出现在中低空，高空晴朗。 2、水汽 12/27 中国民航大学 空管学院 水汽之对天气的影响： 水汽对天气的影响： 水汽相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等 天气现象。

5、相变过程中放出或吸收热量，影响地面和空气 的温度。 水汽与气温及天气变化关系密切：大气运动中 的水汽通过状态变化传输热量。 13/27 中国民航大学 空管学院 （ 1）定义 气溶胶 (Aerosols) 质粒： 指悬浮在大气中的固体微粒和水汽 凝结物。 （ 2）对天气的影响： 固体杂质可 充当水汽的凝结核 ，在云、雾、降水等的形 成过程中起着重要的作用。 在一定的天气条件下，气溶胶粒子常聚集在一起，形成 霾、风沙浮尘等 视程障碍 现象，使大气透明度变差； 吸收、散射和反射地面和太阳辐射，影响大气温度； 3、大气气溶胶 、大气气溶胶 14/27 中国民航大学 空管学院 1、大气垂直分层依据 2、

6、大气分层及各层特征 第二节 大气结构 15/27 中国民航大学 空管学院 T 为温度变化量 Z 为高度变化量 一、大气垂直分层的依据 气温垂直递减率 气温垂直递减率的定义： T Z 东 X Z 天 Z 北 Y T T+T Z Z+Z 16/27 中国民航大学 空管学院 一、大气垂直分层的依据 气温垂直递减率 气温垂直递减率 等 温 层 逆 温 层 普 遍 分 布 T T T Z Z Z 17/27 中国民航大学 空管学院 一、大气垂直分层的依据 气温垂直递减率 已知某地的地面气温为 T0 (C)， 可大致推算该地 Z (m) 高度上的气温 TZ (C) : TZ = T0 Z 在 对流层 中，

7、平均取 = 0.65 C/100 m，则 TZ = T0 0.65 Z 100 或 TZ = T0 0. 0065 Z T0 Z 天 TZ Z 北 Y 气温垂直递减率的应用 18/27 中国民航大学 空管学院 一、大气垂直分层的依据 气温垂直递减率 气温垂直递减率的应用 已知某地的 Z1 (ft)高度上气温为 T1 (C)，可大致推算该地 Z2 (ft) 高度 上的气温 T2 (C) : T2 = T1 (Z2 Z1) 在 对流层 中，平均取 = 2 C/1, 000 ft，则 T2 = T1 2 Z2 Z1 1, 000 T1 东 X Z 天 T2 Z2 北 Y Z1 Z2- Z1 19/2

8、7 中国民航大学 空管学院 大气层状结构： 对流层 （ Troposphere） 平流层 /同温层 （ Stratosphere） 中间层 （ Mesosphere） 暖层 /电离层 （ Thermosphere） 外逸层 （ Exosphere） 二、大气垂直分层结构 20/27 中国民航大学 空管学院 80 90km 50 60km 8 9km 10 12km ATMOSPHERIC LEVELS Troposphere Stratosphere Mesosphere Tropopause Thermosphere Exosphere 大气的分层 暖 层 散 逸 层 对 流 层 平 流 层

9、 中 间 层 对 流 层 顶 17 18km 1 600 km 垂直分层的高度 21/27 中国民航大学 空管学院 1、对流层 对流层 （ Troposphere） 是紧贴地面的一层，它受地面的影 响最大。 因为地面附近的空气受热上升，而位于上面的冷空气 下沉，发生对流运动，故得名对流层。 对流层顶高度： 平均说来，低纬度对流层顶高、高纬度对流层顶低。同 一地 区，对 流层顶高度夏季高于冬季。 二、大气垂直分层结构 22/27 中国民航大学 空管学院 对流层集中了约 75%的大气质量和 90%以上的水汽。 对流层大气热量的直接来源主要是空气吸收地面发出的长 波辐射，靠近地面的空气受热后热量再向

10、高处传递。 对流层中，水汽和二氧化碳对大气温度变化的影响最大。 1 对流层 23/27 中国民航大学 空管学院 对流层三大重要特征： 对流层的三个主要特点： 气温随着高度的增高而降低 具有强烈的对流和湍流运动 各气象要素水平分布不均匀 因为大气不能吸收太阳短波辐射，但地 面能吸收太阳辐射而升温并放出长波辐 射，大气主要通过吸收地面的长波辐射 和通过对流、湍流等方式 从地面吸收热 量才能升温，因而越接近地面的大气得 到的热量越多，造成对流层的气温随高 度升高而降低。 低层空气由于从地面得到热量使之受热上升， 高层冷空气下沉，从而造成对流层内存在强 烈的垂直混合作用。热带地面温度高，垂直 混合能到

11、很高高度，对流层顶高度高；极地 地面温度低，垂直混合作用弱，对流层顶高 度低。 气象要素水平分布不均匀。 由于各地纬度和地表性质的差异，地 面上空空气在水平方向上具有不同物 理属性，温、压、湿等要素水平分布 不均匀，从而产生各种天气过程和天 气变化。 24/27 中国民航大学 空管学院 多数天气发生在对流层中， 包括云、降水和风，特别是 引起对流云发展的垂直气流。 1 对流层 25/27 中国民航大学 空管学院 对流层下层 （离地面 1500m高度以下）又名 摩擦层 ，空气运动受地形扰 动和地表摩擦作用最大，气流混乱。 中层 （摩擦层顶到 6000m高度）空气运动受地表影响较小，气流相对平 稳

12、，可代表对流层气流的基本趋势，云和降水大多生成于这一层。 上层 （从 6000m到对流层顶）受地表影响更小，水汽含量很少，气温通 常在 0以下，各种云多由冰晶或过冷水滴组成。 1500m高度以上的大气因为几乎不受受地表摩擦作用的影响 -自由大气 。 对流层中按气流和天气现象分布的特点，可分为上中下三个层次： 1 对流层 26/27 中国民航大学 空管学院 在对流层的顶部直到 55km， 气流运动相当平衡，而且主要 以水平运动为主，故称为 平流 层 （ Stratosphere） 。 平流层顶的气压约 1hPa。 平流层下部温度随高度变化很 小，平流层上部因为存在臭氧 层，臭氧吸收太阳紫外辐射使

13、 大气温度增加。 2、平流层 27/27 中国民航大学 空管学院 平流层的重要特征： 大气很稳定，空气的垂直运 动很微弱，多为平流运动。 水汽和 杂质 含量很少，几乎 没有对流层中所出现的各种天 气现象。 大气透明度高，天气晴朗， 飞行气象条件好。 28/27 中国民航大学 空管学院 平流层的重要特征： 气温随高度的升高而升高。 水平风速大：冬季极地有时出现 80米 /秒以上的强风。 大气层结稳定，垂直运动受到抑制。 空气阻力小，颠簸极少。 大气密度小，对飞机的空气动力性能有影响；天空黯淡。 高空主导环流： 夏季以极地为高压中心的东风环流 中高纬度盛行东 风； 冬季以极地为低压中心中高纬度盛行

14、西风。 29/27 中国民航大学 空管学院 平流层对飞行的影响 有利方面：气流平稳、空气干洁、能见度好、飞 行阻力小，有利于大型飞机飞行。 不利方面：发动机效率降低，飞机对操纵的反映 迟缓。 30/27 中国民航大学 空管学院 3、中间层、热层、外逸层 中间层 在 5085km高度， 是大气中最冷的部分。水汽 极少，虽然不稳定，但是没 有什么天气现象。 热层（电离层） 在 85km800km以上，太阳辐 射中的强紫外辐射造成了热 层的高温。虽然温度是最高， 但是大气极其稀薄。 31/27 中国民航大学 空管学院 暖层顶以上的大气统称为 外逸层 ， 又叫外层 。 它是大气的最高层 ， 高度离地表

15、 800km以上 ， 厚 度可达 20003000km。 外逸层中温度很高 ， 空气十分稀薄 ， 受地球引力 场的约束很弱 ， 一些高速运动着的空气分子可以挣脱 地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空间 。 3、中间层、热层、外逸层 32/27 中国民航大学 空管学院 第四节 标准大气 标准大气 是铅直方向上 ， 温度 、 气压和密度按一种假定的 规律分布的模式大气 ， 是根据实测资料 ， 用简化方式近似的 表示大气温度 、 压力和密度的平均分布 。 制作目的： 出于比较飞机性能和设计大气数据仪表的需要 。 在设计飞行器 、 飞行器的设备和仪表时 ， 在订正飞行试验 数据时 ， 都要以预先规定

16、好的 ， 随高度固定分布的大气物理 状态为根据 ， 这样才能得到可以相互比较的仪表示度 、 飞行 试验数据和空气动力数据 。 33/27 中国民航大学 空管学院 由国际民航组织 (ICAO)统一采用的 32公里以下标准大气的主要数据是： 1、 干洁大气 ， 垂直方向上成份 （ 各种气体的比例 ） 不改变 ， 平均分子 量为 28.9644； 2、 具有理想气体的性质 （ 服从方程 pV=nRT） ； 3、 标准海平面的重力加速度为 g0=9.80665m/s2； 4、 在平均海平面上 ， 气温为 T0=15C=288.16K ；气压为 P0=1013.25hPa =760mmHg=1个大气压；

17、 空气密度为 0=1.225kg/m3； 5、 处于流体静力平衡 状态 （ 合力为零 ） ； 6、 气温的垂直递减率 ， 在海拔 11000m以下为 0.65 /100m， 1120公里 气温随高度不变 ， 为 -56.5 ， 2030公里为 0.1 /100m。 标准大气主要特性： 34/27 中国民航大学 空管学院 35/27 中国民航大学 空管学院 习题： 一、单选题： 1、中纬度地区对流层上界的高度通常是（ ） A： 8 - 9 千米 B： 10 - 12 千米 C： 15 - 17 千米 D： 17 - 18 千米 2、在标准大气中飞机在空中测得的气温是 -24 ，则飞机所在 高度是

18、（ ） A： 3000米 B： 4000米 C： 6000米 D： 8000米 36/27 中国民航大学 空管学院 习题 二、填空： 1、大气的成分由 _ 、 _ 、 _三部分组成。 2、大气垂直结构分为以下 _ 、 _ 、 _ 、 _ 、 _ 五个部分。 3、标准大气海平面气压、气温分别是 _ 、 _。 三、简答题： 1、对流层具有哪些特性？ 2、平流层具有哪些特性？ 37/27 中国民航大学 空管学院 本章小结： 大气由 干洁空气、水汽、大气杂质 三部分组成。 在干洁空气中，对大气温度影响较大的是二氧化碳 和臭氧，而水汽和大气杂质在天气变化中起了重要作 用。 以气层气温的垂直分布特征为主要依据，将大气分 成了五层，航空活动主要在对流层和平流层中进行。 对于对流层和平流层的基本特征，我们应有充分认 识。