大氣科學(xué)概論第一章1-4 1

1、大 氣 科 學(xué) 概 論,肖國杰 xiaogj@cuit.edu.cn,第一章 大氣概述,§1 地球系統(tǒng)§2 地球大氣的成分§3 大氣的重要性§4 空氣狀態(tài)方程§5 主要?dú)庀笠?#167;6 大氣垂直結(jié)構(gòu),本章重點(diǎn)：,大氣由哪些主要成分組成？及其作用。天氣與氣候的關(guān)系?？諝鉅顟B(tài)方程虛溫的目的和意義空氣濕度對流層的主要特征,第一章 大氣概

2、述,§1 地球系統(tǒng),習(xí)題：,1、試述大氣演化的三個(gè)階段。2、什么是地球系統(tǒng)？,§1 地球系統(tǒng),一、地球大氣是如何演變的？二、何為地球系統(tǒng)？,§1.1 地球大氣演變的三個(gè)階段,原始大氣：氫氣、甲烷、氨氣、水汽次生大氣：二氧化碳、一氧化碳、水汽、甲烷現(xiàn)代大氣：氮?dú)?、氧?§1.2 何為地球系統(tǒng),1、巖石圈2、水圈3、生物圈4、大氣圈,,,第一章 大氣概述,§2 地球大氣的

3、成分,習(xí)題：,1、何為干潔大氣？它由哪些主要成分組成？2、試述二氧化碳、臭氧的源及作用。3、水汽和氣溶膠的來源和作用是什么？,§2 地球大氣的成分,§2.1 干潔大氣§2.2 水汽§2.3 氣溶膠,§2.1 干潔大氣,干潔大氣指不含水汽和懸浮顆粒物的大氣，其平均分子量為28.966克/摩爾。1、大氣的組成分類2、O2的作用3、N2的作用4、CO2的來源及作用5

4、、O3的來源及作用,,（1） 按濃度分類：主要成分：濃度為百分之幾，如N2，O2，Ar。微量成分：濃度在1ppm到0.1%，如CO2， CH4， He ，Ne，Kr，H2O 。痕量成分：濃度在1ppm以下，如H2，O3，Xe，N2O，NO，NO2，NH3，SO2，CO，人為污染氣體等。（2）按生命時(shí)間分類：定常成分：壽命在100年以上，如N2，O2，和惰性氣體。可變成分：壽命在幾年到十幾年，如CO2，H2，CH4 等。快變

5、成分：壽命在1年以下。如H2O，……...,1、大氣的組成分類：,地球大氣氣體的組成,§2.1 干潔空氣,1、大氣的組成分類2、O2的作用3、N2的作用4、CO2的來源及作用5、O3的來源及作用,2、O2的作用（1）生命新陳代謝（2）有機(jī)物燃燒、腐化、分解3、N2的作用（1）沖淡氧氣（2）植物養(yǎng)料,§2.1 干潔空氣,1、大氣的組成分類2、O2的作用3、N2的作用4、CO2的來源及作用

6、5、O3的來源及作用,4、CO2的來源及作用,（1）來源： 有機(jī)物燃燒，腐爛和生物呼吸（2）作用： 溫室氣體 植物光合作用原料,§2.1 干潔空氣,1、大氣的組成分類2、O2的作用3、N2的作用4、CO2的來源及作用5、O3的來源及作用,5、O3的來源及作用,（1）來源： 20-30km(

7、臭氧層) （2）作用： 吸收紫外輻射，影響大氣溫度垂直分布，保護(hù)生物； 促進(jìn)大氣增溫。（3）O3層的破壞：CFC,§2 地球大氣的成分,§2.1 干潔大氣§2.2 水汽§2.3 氣溶膠,§2.2 水汽,1、水汽的來源：蒸發(fā)和蒸騰作用2、水汽的時(shí)空分布：地面＞高空，熱帶＞極地，

8、 海洋＞沙漠，夏季＞冬季3、水汽的作用：云和降水的源泉 影響地面、空氣溫度及大氣垂直運(yùn)動(dòng) 水循環(huán)，聯(lián)系四圈,§2 地球大氣的成分,§2.1 干潔大氣§2.2 水汽§2.3 氣溶膠,什么是氣溶膠？,§2.3 氣溶膠,1、定義：懸浮在大

9、氣中的各種固體和液體粒子。2、尺度：10-3—102μm 數(shù)密度： 102—106個(gè)/cm3　　　　　　城市＞農(nóng)村，陸地＞海洋，冬季＞夏季3、來源：自然源和人為源,,海水濺沫,撒哈拉沙塵暴,§2.3 氣溶膠,4、作用：形成云、霧，降水條件 改變輻射平衡 大氣污染，能見度降低 造成光學(xué)現(xiàn)象,第一章 大氣概述,&

10、#167;3 大氣的重要性,習(xí)題,1、說明天氣和氣候的定義和區(qū)別，并指出下列問題中哪些是天氣性的，哪些是氣候性的。（1）室外棒球賽因雨而被取消；（2）今天下午最高氣溫25℃；（3）我要移居昆明了，那里陽光明媚，四季如春；（4）本站歷史最高氣溫為43 ℃；（5）南京明日天氣部分有云。2、試列出與大氣相關(guān)的四個(gè)環(huán)境問題，并說明哪些是全球尺度的，哪些是區(qū)域尺度的？,§3 大氣的重要性,§3.1 大氣與生

11、存環(huán)境 1、大氣是人類賴以生存的重要資源 2、環(huán)境問題§3.2 天氣與氣候,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,云雨,霾,光氧化物,,,,氣體粒子轉(zhuǎn)化,再懸浮,SO2、NOx 、 NH3 、 CO2、CO、揚(yáng)塵、 Soot、粉塵,,,,,酸沉降,區(qū)域氣候,能見度,光化污染,人類活動(dòng)排放的初始大氣污染物和次生大氣污染物,,,,,,,均相和多相大氣光化學(xué)反應(yīng),,§3

12、.1 大氣與生存環(huán)境,2、環(huán)境問題：溫室效應(yīng)與全球氣候變暖， 臭氧層破壞， 酸雨， 城市空氣污染,溫室效應(yīng)與全球氣候變暖(CO2，CH4，N2O),臭氧層破壞,9月16日為國際保護(hù)臭氧層日,南極上空的臭氧層空洞就像一個(gè)巨大的藍(lán)色水滴,酸雨,純水也有微弱的電離能力常溫下, Kw =

13、 [H+] ×[OH-]＝ 1×10-14(mol/l)2中性溶液： [H+]＝[OH-]＝10-7M酸性溶液： [H+]＞[OH-]，[H+]＞10-7M堿性溶液： [H+]＜[OH-]，[H+]＜10-7M,pH＝-lg[H+]常溫下，中性pH＝7；酸性pH＜7；堿性pH＞7,,,,,,,酸雨：PH＜5.6的降水。酸雨的危害：土壤、河流、湖泊酸化，危害生態(tài)系統(tǒng)

14、 腐蝕建材、金屬和油漆 含汞、鎘等威脅人類健康,,,,,,,,,,,,,,我國酸雨分布狀況,酸雨區(qū)隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展在擴(kuò)大!!!,城市空氣污染,馬斯河谷事件 洛杉磯煙霧事件 多諾拉煙霧事件 倫敦?zé)熿F事件 四日市哮喘事件,,,洛杉磯光化學(xué)煙霧,蘭州西固地區(qū)光化學(xué)煙霧,天氣與氣候的關(guān)系,1. 概念不同:a. 天氣：某地在某一瞬間或某一段時(shí)間內(nèi)，

15、大氣狀態(tài)和大氣現(xiàn)象的綜合。大氣狀態(tài)：大氣的氣壓、氣溫和濕度等。大氣現(xiàn)象：大氣中的風(fēng)、云、雨、雪等現(xiàn)象。,§3.2 天氣與氣候,b. 氣候在太陽輻射、大氣環(huán)流、下墊面性質(zhì)和人類活動(dòng)的長期作用下，在某一時(shí)段內(nèi)大量天氣的總和。不僅包括該地多年的平均天氣狀況，也包括某些年份偶爾出現(xiàn)的極端天氣狀況。,§3.2 天氣與氣候,2.變化周期不同:a.天氣：變化快，周期短。短期天氣過程：≤5天；中期天氣過程：5-10天；

16、長期天氣過程：10天-3個(gè)月。b.氣候：變化慢，周期長。主要分：年、十年、百年、千年、萬年例如：大冰期-120萬年；中國明清時(shí)代的寒冷期長達(dá)500年。,§3.2 天氣與氣候,§3.2 天氣與氣候,,問題：以下何為天氣，何為氣候？,今天白天到夜間，成都地區(qū)睛，氣溫為25—30℃，預(yù)計(jì)明天白天睛間多云，氣溫為22—25℃；氣候變暖；厄爾尼諾、拉尼娜。,第一章 大氣概述,§4 空氣狀態(tài)方程,

17、習(xí)題：,1、由理想氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)濕空氣狀態(tài)方程。2、說明虛溫的目的和意義。3、在同樣的溫壓條件下，濕空氣密度與干空氣密度哪個(gè)最大？,,,,理想氣體狀態(tài)方程,§4 空氣狀態(tài)方程,,,,,F,,,,,V0,P0、T0,,,,,,V1,P1、T1,§4 空氣狀態(tài)方程,一、干空氣狀態(tài)方程 P=ρRdT二、水汽狀態(tài)方程 e= ρwRwT三、濕空氣狀態(tài)方程與虛溫,§