第一章与第二章PPT课件

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1、大气物理学人居学院人居学院 彭友兵彭友兵 大气物理学 Atmospheric Physics 课程属性:学科必修课/主干课 学 时:48 考试方式：平时成绩（考勤、作业等）30%，课堂笔试70%预修课程：高等数学、普通物理学、流体力学、环境热力学 教 材：盛裴轩,毛节泰等编著,大气物理学,北京大学 出版社,2003课程性质及考核方式 第一章第一章 行星大气和地球大气的演化行星大气和地球大气的演化1.1 行星大气1.2 地球大气的演化1.1 行星大气成分行星大气成分类地行星和类木行星类地行星和类木行星太阳系的行星（除冥王星外）大体可以太阳系的行星（除冥王星外）大体可以分为两大类：分为两大类：1.

2、类地行星类地行星(terrestrial planets)：行星本身是固态的，：行星本身是固态的，如水星、金星、地球、火星，这些行星的体积相如水星、金星、地球、火星，这些行星的体积相对较小，被较重的大气（对较小，被较重的大气（N2O和和CO2）包围）包围(水星水星几乎没有大气几乎没有大气)；2.类木行星类木行星(gas planets)：没有明显的固体核心或：没有明显的固体核心或“地表地表”，如木星、土星、天王星、海王星，它们，如木星、土星、天王星、海王星，它们的大气由较轻气体分子组成的大气由较轻气体分子组成(H2，He)；6内行星和外行星内行星和外行星n内星球：水星、金星、地球、火星。这内星

3、球：水星、金星、地球、火星。这些星球是固体的，其大气有一个固体的些星球是固体的，其大气有一个固体的下垫面下垫面n外星球：木星、土星、天王星，海王星外星球：木星、土星、天王星，海王星和冥王星。这些星球具有固态或液态的和冥王星。这些星球具有固态或液态的核心，并逐步向气态过渡，很难定义一核心，并逐步向气态过渡，很难定义一个明确的大气下垫面。个明确的大气下垫面。1.2第二章第二章 地球大气的成分及分布地球大气的成分及分布2.1 干洁大气2.2 大气中的水汽2.3 大气气溶胶第二章第二章 地球大气的成分及分布地球大气的成分及分布13 水汽：占大气总质量的水汽：占大气总质量的0.25%0.25%，浓度随高

4、度迅速减，浓度随高度迅速减少，主要存在于近地面少，主要存在于近地面3 3公里以下的层次，水汽在公里以下的层次，水汽在大气中的平均停留时间为大气中的平均停留时间为1010天。天。地球大气成分分类方法地球大气成分分类方法a、绝对量法绝对量法体积质量，单位为体积质量，单位为mg/m3，g/m3等，表示大气中气溶胶的浓度，但进行数值比较时要考虑大气状态。等，表示大气中气溶胶的浓度，但进行数值比较时要考虑大气状态。b、相对量法相对量法，单位为，单位为ppm，ppb，ppt等，若表示该成分的质量占整个大气总质量的份数，即质量百分比等，若表示该成分的质量占整个大气总质量的份数，即质量百分比m，若表示该成分的

5、体积占，若表示该成分的体积占整个大气总体积的份数，即体积百分比整个大气总体积的份数，即体积百分比v。一百万分之一（一百万分之一（Parts Per Million）十亿分之一十亿分之一 一万亿分之一一万亿分之一c c、mg/m3与与ppmppm的的换算关系换算关系是：是：式中：式中：X X气体以每立方米的毫克数表示的浓度值；气体以每立方米的毫克数表示的浓度值；C C气体以气体以ppmppm表示的浓度值；表示的浓度值；MM气体的分子量。气体的分子量。2.1 2.1 干洁大气干洁大气源：源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸；有机物燃烧，腐烂和生物呼吸；汇：汇：海洋吸收，生物光合作海洋吸收，生物光合作用转

6、化用转化CO2含量变化原因：含量变化原因：主要由燃煤、石油、天然气等燃料所引起的，主要由燃煤、石油、天然气等燃料所引起的，火山爆发及从碳酸盐矿物、浅地层里释放的火山爆发及从碳酸盐矿物、浅地层里释放的CO2是次要原因。是次要原因。作用：作用：a a、对长波辐射的吸收和放、对长波辐射的吸收和放 射，影响地面和大气的射，影响地面和大气的 温度（温室气体）。温度（温室气体）。b b、是植物光合作用不可、是植物光合作用不可 缺少的原料。缺少的原料。2.1.1 CO2的来源及作用2.1.2 臭氧1 O3的来源及作用2 O3的来源及作用来源：来源：a a、高空臭氧：高层大气中的臭氧主要是氧分子吸收一定波长的

7、太阳、高空臭氧：高层大气中的臭氧主要是氧分子吸收一定波长的太阳辐射，形成氧原子，而后氧原子在第三种中性粒子辐射，形成氧原子，而后氧原子在第三种中性粒子MM的参与下与氧分子的参与下与氧分子结合，形成臭氧。结合，形成臭氧。b b、低空臭氧：、低空臭氧：低空臭氧主要是从高空输送而来，另外对流层大气的光化低空臭氧主要是从高空输送而来，另外对流层大气的光化学反应也是臭氧的另一个主要来源，还有一部分由雷暴闪电、有机物氧学反应也是臭氧的另一个主要来源，还有一部分由雷暴闪电、有机物氧化生成。化生成。作用：作用：a a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了大气

8、温度的垂直分布及高层大气的加热过程。了大气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。2 O3的来源及作用b、吸收了绝大部分的紫外辐射，、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。使生物有机体免遭伤害。c、对红外辐射的吸收，使地面、对红外辐射的吸收，使地面向外空间的辐射受阻，也促进了向外空间的辐射受阻，也促进了大气的增温。大气的增温。臭氧洞n定义定义：80年代观测发现，自每年年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90臭氧被破坏，臭氧被破坏，若从地面向上观

9、测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞臭氧洞”。臭氧洞n产生的原因产生的原因 大气动力学大气动力学南极冬春环极涡旋南极冬春环极涡旋 大气化学大气化学氟氯烃（蒙特利尔氟氯烃（蒙特利尔 协定）协定）其他其他青藏高原的臭氧洞n2003年年12月月14日日至至17日日，青青藏藏高高原原上上空空出出现现大大面面积积臭臭氧氧总总量量极极低低值值区区，臭臭氧氧总总量量低低于于220DU（气气压压1标标准准大大气气压压、气气温温0条条件件下下，10微微米米厚厚的的臭臭氧氧定定义义为为

10、1DU）的的面面积积超超过过250万万平平方方公公里里，中中心心极极低低值值仅仅为为190DU，比比历历史史同同期期平平均均值值255DU减减少少了了25%，这这是是首首次次报报道道在在青青藏藏高高原原上上空空出出现现微微型型臭臭氧氧洞洞或或臭臭氧氧极极低低值值事件。事件。青藏高原的臭氧洞n对对于于微微型型臭臭氧氧洞洞的的形形成成，科科学学界界比比较较一一致致地地认认为为是是动动力力作作用用重重新新分分配配臭臭氧氧的的结结果果：上上对对流流层层平平流流作作用用把把副副热热带带低低臭臭氧氧浓浓度度空空气气输输送送到到较较高高纬纬度度上上空空，从从而而引引起起当当地地臭臭氧氧总总量量很很快快减减少

11、少。并并分分析析指指出出，动动力力作作用用同同样样是是造造成成青青藏藏高高原原上上空空出出现现微微型型臭臭氧氧洞洞事事件件的的主主要要原原因因：在在200百百帕帕高高度度上上，青青藏藏高高原原上上空空副副热热带带西西风风急急流流北北抬抬至至北北纬纬40度度，致致使使高高原原上上空空对对流流层层顶顶抬抬升升，强强大大的的西西南南气气流流把把热热带带对对流流层层低低浓浓度度臭臭氧氧空空气气向向青青藏藏高高原原上上空空输输送送，最最终终导致青藏高原上空臭氧总量大幅度降低。导致青藏高原上空臭氧总量大幅度降低。青藏高原的臭氧洞n大大型型山山地地上上空空的的臭臭氧氧层层亏亏损损是是由由于于地地面面对对大大

12、气气异异常常的的热热力力和和动动力力作作用用，使使得得臭臭氧氧含含量量较较低低空空气气上上升升，进进入入臭臭氧氧含含量量高高的的区区域域，从从而而冲冲淡淡整整层层臭臭氧氧含含量量。在在青青藏藏高高原原，这这种种臭臭氧氧亏亏损损主主要要是是由由于于青青藏藏高高原原的的热热力力作作用用所所致致。同同样样的的原原因因，美美国国的的洛洛基基山山脉脉、南南美美安安第第斯斯山山脉脉上上空空也也存存在着不同的臭氧亏损。在着不同的臭氧亏损。2.1.3 2.1.3 干空气状态方程干空气状态方程1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容：一、比热容的定义 物体温度升高1K所需的热量称为热容：干空气比热容干空气比热

13、容干空气定压比热容二、定压比热容及定容比热容 热量是过程量，因此比热容也与各过程特性有关，不同的热力过程，比热容也不相同：干空气定容比热容水汽是大气中唯一一种在大气自然条件下有三相变化的气体。o 水汽水汽:湿度o 液滴液滴:云，雾，雨o 冰冰:云，雾，雹，雪，三相可同时存在三相可同时存在2.2 2.2 大气中的水汽大气中的水汽天气和气候中最重要的成分，它影响：o o 湿度:-辐射平衡辐射平衡 (长波长波&短波辐射短波辐射)-人的舒适度o o 云:-辐射平衡辐射平衡 长波&短波 -能量平衡能量平衡 (潜热!)-降水2.2.1 2.2.1 大气湿度的表示方法大气湿度的表示方法 n1.空气湿度：表示

14、空气中水汽含量多少空气湿度：表示空气中水汽含量多少或潮湿程度的物理量。或潮湿程度的物理量。n2.湿度参量湿度参量 有很多个有很多个1.水汽压与混合比及比湿的关系：水汽压与混合比及比湿的关系：水汽压与水汽密度的关系：水汽压与水汽密度的关系：平水面饱和水汽压平水面饱和水汽压随温度的变化曲线随温度的变化曲线平冰面饱和水汽压随温度的平冰面饱和水汽压随温度的变化曲线变化曲线平水面饱和水汽压平水面饱和水汽压随温度的变化曲线随温度的变化曲线平冰面饱和水汽压随温度的平冰面饱和水汽压随温度的变化曲线变化曲线2.2.2 2.2.2 湿空气的状态方程湿空气的状态方程 （1 1）定义）定义：悬浮在大气中的各种固体和液

15、体粒子。悬浮在大气中的各种固体和液体粒子。（2 2）按尺度分类）按尺度分类 尺度：尺度：1010-3-310102 2mm 数密度：数密度：10102 210106 6个个/cm/cm3 3，城市农村，陆地海洋，冬季夏季城市农村，陆地海洋，冬季夏季2.3 2.3 大气气溶胶大气气溶胶（3）来源）来源人工源：人工源：燃烧、工业活动产生的烟粒、煤烟粒子，核实验，气粒转化过燃烧、工业活动产生的烟粒、煤烟粒子，核实验，气粒转化过程。程。自然源：自然源：土壤岩石风化及火山爆发、土壤岩石风化及火山爆发、森林火灾、海洋溅沫、云滴、森林火灾、海洋溅沫、云滴、冰晶、冰晶、宇宙尘埃、有机质点等。宇宙尘埃、有机质点

16、等。撒哈拉沙尘暴撒哈拉沙尘暴海水溅沫海水溅沫盐水滴盐水滴气溶胶粒子气溶胶粒子海浪冲击形成海浪冲击形成空气泡空气泡破裂破裂干涸干涸（4）作用：）作用：a、可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻结核），是形、可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻结核），是形成云雾降水的条件。成云雾降水的条件。b、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改变地球的辐射平衡。变地球的辐射平衡。c、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。d、影响大气光电特性。、影响大气光电特性。本章小结本章

17、小结(1)(1)1.大气演化的三个阶段及各自组分大气演化的三个阶段及各自组分2.干洁大气的定义及组成成分，大气成分浓干洁大气的定义及组成成分，大气成分浓度表示法及计算度表示法及计算3.CO2、O3的来源和作用的来源和作用4.气溶胶定义、来源和作用气溶胶定义、来源和作用本章小结本章小结(2)(2)5.各湿度参量定义及计算各湿度参量定义及计算6.干、湿空气状态方程推导干、湿空气状态方程推导7.虚温的概念和意义及相关计算虚温的概念和意义及相关计算思考题思考题1、某气块等压降温时，下列湿度参量中随之增大的是（）。A、露点温度；B、相对湿度；C、混合比2、两块气团的相对湿度分别为36%和78%，其中含有较多水汽的是（）。A、相对湿度为36%的气团；B、相对湿度为78%的气团；C、条件不足，无法确定3、如果我们向一个密闭盒子里增加水汽分子，而温度保持不变，那么下列哪些物理量会增加。A、相对湿度 B、水汽压 C、露点D、以上所有物理量 E、以上物理量中没有增加的。