《大气科学概论复习》课件

大气科学概论复习欢迎您参加《大气科学概论》的复习课程在接下来的时间里我们将深入探讨,大气科学的基本原理和实际应用帮助您全面掌握本课程的核心知识请随时提,出问题我们将竭尽全力为您解答让我们一起掌握大气科学的奥秘为您未来的,,学习和工作奠定坚实的基础大气圈组成气圈层级空气成分12大气圈由对流层、平流层、中空气主要由氮气、氧气78%间层、热层和外热层五个主要和二氧化碳等21%

0.04%层次组成微量气体组成水汽含量颗粒物34大气中水汽的含量因温度和水大气中存在各种固态和液态的源的可获得性而有很大不同颗粒物对气候和天气过程有重,要影响大气圈结构大气层划分对流层平流层大气圈从地表到公里高度可分为对流层、对流层是离地表最近的大气层气温随高度平流层中存在着臭氧层能够吸收有害的紫100,,平流层、中间层、热层和外层大气等个主递减是天气变化最活跃的地方水汽、气外线辐射是生命得以存在的重要保护层5,,要层次每一层都有不同的温度变化特点和溶胶、风等要素均集中于此此层气温随高度上升成分分布大气压和温度分布100hPa20hPa海平面平流层顶0hPa-60°C热层顶平流层最低温度大气压随高度逐渐减小这是因为气体分子越往上密度越低温度在对流层内随,高度降低在平流层内有温度反转现象之后在热层内又升高这些温度变化规律,,对大气环流和云层发展起着重要作用温度随高度变化规律对流层温度降低随着高度增加,大气温度呈现逐渐降低的趋势,主要是由于干冷空气的上升对流作用对流层顶温度反转在对流层顶附近,温度出现反转,开始逐渐升高,这是因为臭氧层吸收太阳辐射产生热量平流层温度升高随着高度进一步增加,进入平流层后,温度会不断上升,主要是由于臭氧层吸收太阳辐射而产生的热量温度垂直分布规律总的来说,大气温度随高度的变化呈现出对流层温度降低、平流层温度升高的典型垂直分布规律地球热平衡太阳输入地球输出大气环流地球表面接收来自太阳的辐射能量是地球地球通过红外辐射向外宇宙散发出热量维热量在大气中的传输和分配也是维持地球,,,热平衡的主要来源持着热量的输入输出平衡热平衡的重要过程干燥空气的性质氮气含量高氧气含量适中干燥空气中氮气占大部分约氧气含量约为生物呼吸提,78%,

20.9%,是构成大气的主要成分供所需氧气温度和压力敏感无色无味干燥空气的密度和水蒸气含量容干燥空气本身无色无味但可以溶,易受温度和压力变化的影响解各种气体和悬浮颗粒物水汽在大气中的含量和分布水汽在大气中的含量大气中的水汽含量非常低，通常不超过总体积的但它在大气物3%理和气候中起着重要作用水汽的垂直分布水汽含量随高度递减，在对流层内水汽含量最高，高于公里时急剧8下降，到平流层水汽含量很低水汽的水平分布水汽含量大于赤道地区，随纬度升高而降低同时也随季节变化和地域特点而有所不同云的形成和分类云的形成依靠大气中水汽的凝结和升腾不同的云类型反映了水汽凝结的高度、温度和成因常见的云类包括卷云、积雨云、层积云和雨云等每种云都有独特的外观和特征与不同的天气条件,和变化相关根据云的高度和厚度可将云分为高级云、中级云和低级云根据,云的成因又可分为对流云、层云和波浪云云的分类反映了大气,中复杂的水汽循环过程降水过程水汽凝结1冷却的空气中水汽凝结成云云的类型和高度决定了后续的降水形式雨滴或冰晶形成2云内部水汽继续凝结形成雨滴或冰晶它们在重力作用下逐渐,增大降水过程3当雨滴或冰晶变得足够大时它们就会从云中下落形成降水,,大气湍流湍流的定义湍流的特点湍流的成因湍流对气象的影响大气湍流是指气流中无规则的大气湍流具有高度的不规则性大气湍流的主要成因包括地表大气湍流对气象要素的时空变紊乱运动它体现为气流中存和不确定性其特点包括高摩擦、地形障碍、热对流、风化产生重要影响包括增加冷,,,在着一系列快速变化的漩涡运度不稳定、三维旋转性、能量切变等这些因素会破坏大气热和湿干交换、加强大气中的,动这种运动会导致气体运动谱有广泛分布、能量在小尺度中的层流运动引发湍流的发热量和动量输送等从而影响,,状态的不稳定和不确定性湍涡中耗散等生天气系统的演变大气环流系统大气中存在复杂的环流系统包括从全球到区域的不同尺度这些环流系统涉及,水平和垂直运动受到太阳辐射、地形、陆海分布和科里奥利力等因素的影响形,,成了独特的气候特征主要的全球环流系统包括三大环流细胞、贸易风、西风带、极地环流等它们决,定了全球范围内的温度、降水、风向等各种气象要素的分布而区域性的环流系统如季风、高压系统、锋面等则主导了局地的天气格局,风的形成气压差异1相邻地区气压不同导致气流流动科氏力作用2地球自转造成偏转力影响气流运动地形影响3山川阻挡和水面摩擦改变风向热量差异4温度梯度造成热量不均引发气流风的形成主要受气压、地形、热量差异等因素影响气压高低差异导致气流流动科氏力使气流偏转而地形阻挡和热量不均也能引起局部性的风系,统这些综合因素共同决定了复杂的大气环流和风的形成气压系统高压系统低压系统高压系统通常表现为空气下沉导致天气晴朗干燥空气下沉使得低压系统通常表现为空气上升引发天气变化上升气流使得水汽,,大气稳定不易形成降水高压系统中心地区通常气温较高冬季可凝结形成云层和降水低压系统外围常伴有强风、暴雨、雷电等,,形成寒冷干燥的天气恶劣天气天气系统演变规律天气系统产生1受多种气象要素影响，如温度、湿度、压力等天气系统演化2随着环境条件的变化，天气系统会不断发展变化天气预报建模3根据观测数据建立数值模型预报天气变化天气系统的演变遵循一定的规律首先是由多种气象要素相互作用而产生天气系统然后在环境条件的影响下，这些天气系统会不断发展变化根据观测数据建立数值模型是进行天气预报的基础，能准确预测天气系统的演变过程天气图分析天气图是气象部门收集大量天气观测数据并经分析处理后的图示通过仔细分析天气图可以了解当前天气系统的特点、发展趋势以及对未来天气变化的影响天气预报基础气象数据收集数值模拟预报通过各种观测手段收集全球范围内的气温、气压、湿度、风速等气利用先进的数值天气预报模型分析气象数据预测未来天气状况,象数据统计预报方法预报验证与改进基于历史气象数据利用统计分析的方法预测未来天气状况不断评估预报结果找出问题并改进预报模型和方法,,大气污染问题工厂排放汽车尾气城市雾霾工厂排放的各种污染物如二氧化硫、氮氧汽车尾气排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮随着城市化进程加快大量工厂和机动车排,,化物和颗粒物是导致大气污染的主要原因氧化物和悬浮颗粒物也是造成大气污染的主放的污染物在城市聚集造成了严重的雾霾,,之一这些污染物会危害人体健康和环境要因素之一控制车辆尾气排放是改善空气天气危害人体健康和生活质量,质量的关键大气污染物种类和来源工业排放交通尾气工厂、制造业等生产活动产生的废气汽车、卡车等交通工具燃油燃烧排放排放是主要污染源之一的二氧化碳、一氧化碳等是重要污染源燃料燃烧农业活动家庭取暖、发电等燃煤、燃油等过程农业生产过程中施用化肥、农药以及中产生的烟尘、二氧化硫等也是污染畜禽养殖活动排放的氨等会污染大气来源大气污染物运移扩散扩散过程1污染物通过分子扩散和湍流扩散在大气中传播影响因素2气温、风速、湍流强度等都会影响污染物扩散大气层结3逆温层的存在会阻碍污染物的垂直扩散污染过程4污染物从排放源经水平和垂直扩散最终沉降大气污染物的运移扩散过程十分复杂受到多种环境因素的影响分子扩散和湍流扩散共同作用导致污染物在大气中的水平和垂直传播同时大气层,,结的变化也会影响污染物的垂直扩散形成不同的污染过程综合分析这些因素对准确预测污染过程很重要,温室效应与气候变化5%温室气体大气中温室气体浓度增加约5%℃

1.1全球气温上升过去100年全球平均气温上升约

1.1摄氏度24%海平面上升过去100年海平面上升约24厘米温室效应是指大气中温室气体浓度增加,造成地球表面温度上升的现象这会导致全球气候发生变化,如气温上升、海平面上升、极端天气事件增加等这些变化会对生态系统、农业生产、水资源供给等产生严重影响臭氧层破坏臭氧层的重要性臭氧层破坏原因臭氧层位于地球上层大气中能吸收有害的紫外线辐射保护地一些人工化学品如氯氟烃和溴化物等通过向大气中释,,CFC,球上的生物免受伤害放而导致臭氧层的破坏破坏后果国际合作应对臭氧层的破坏会使更多的有害紫外线照射到地球表面从而增《蒙特利尔议定书》规定逐步淘汰破坏臭氧层的化学品达成,,加皮肤癌、白内障等疾病的发病率广泛国际共识和合作酸雨形成机理空气污染物1二氧化硫、氮氧化物等排放进大气化学反应2污染物在大气中发生化学反应酸性物质3形成硫酸、硝酸等酸性物质酸雨降落4酸性物质随降水而降落至地表酸雨的形成始于人类活动产生的二氧化硫、氮氧化物等空气污染物这些污染物在大气中发生复杂的化学反应最终转化为硫酸和硝酸等酸性物质,这些酸性物质随降水而降落至地表形成酸雨酸雨会造成严重的环境问题破坏生态系统,,气溶胶的组成和性质组成复杂尺度微小12气溶胶由各种颗粒物质组成包气溶胶粒子的直径通常在,括无机物、有机物、生物物质微米之间远小于肉

0.001-100,等它们源于自然过程和人类眼可见这使它们能够长时间活动悬浮于空气中性质多样来源广泛34不同组成的气溶胶粒子有着不气溶胶既有自然来源如火山喷,同的光学特性、化学特性和物发、沙尘暴、海洋喷溅也有人,理特性影响它们的传播和环境为来源如工业排放、交通运输,,效应等气溶胶对气候的影响气溶胶对气候的正面影响气溶胶对气候的负面影响颗粒物可以吸收和散射太阳辐射从黑碳等气溶胶会吸收太阳辐射导致,,而降低地表的辐射输入起到制冷效大气加热从而加速冰川融化,,应一些气溶胶可以作为云凝结核有利硫酸盐等气溶胶会吸湿形成大型气,,于云的形成和发展增加降水溶胶粒子降低云的反照率,,气溶胶可以改变大气的热力结构从高浓度气溶胶会导致雾霾天气严重,,而间接影响风系统和降水影响能见度和人体健康高空大气地球大气圈的最高部分被称为高空大气它主要包括平流层和中层大气这些高空区域的特点是温度随高度升高而升高并且缺乏强烈的对流活动,高空大气中存在稀薄的空气、强烈的太阳辐射以及复杂的化学反应过程这些独特的条件使得高空大气具有独特的物理特性和动力学过程并对地球整体环境产,生重要影响大气电雷电产生全球电场电离层内电流大气中正负电荷的积累和分离会产生雷电地球表面和电离层之间存在着一个稳定的全电离层内部存在着复杂的电流系统会产生,,是大气电的主要现象之一球性电场是大气电的基础极光等现象是大气电的另一重要表现,,雷暴天气雷暴天气是指大气中产生强烈的对流运动伴有雷电、强风、暴雨,等天气现象的天气系统它通常发生在夏季是热带和温带地区常,见的一种对流性天气雷暴天气是由于地面强烈加热造成热量对流不稳定而引发的它通常持续时间较短但威力极大可造成严重的灾害性天气,,热带气旋热带气旋是一种强烈的旋转性低气压系统以大量降雨和强风为特,征它们通常形成于热带或亚热带地区的海洋上并可以带来严重,的风灾和水灾热带气旋具有复杂的内部结构可能发展成为飓风,或气旋等极端天气现象气象仪器和观测方法温度测量气压测量使用温度计准确测量空气温度包括最利用气压计测定大气压力观察气压变,,高、最低温度等化预报天气变化风速测量降水测量采用风速仪测定风速方向和风速大小通过雨量计测定降水量监测气象条件,,了解当地风况变化大气数值模拟模型设计1数值天气预报依赖于复杂的数学模型模拟大气的各种过程和相,互作用初始条件2模型需要准确的初始条件包括温度、湿度、风速等大气参数,数值积分3模型会对大气状态进行数值积分预测未来一段时间内的天气变,化。