第一节第一节 大气的组成和结构大气的组成和结构一、大气组成二、大气圈的结构地球表面的外层是多种气体混合组成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，简称一定的空间，称为地球大气，简称大气大气 （Atmosphere）。）。地球大气地球大气大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样的的天气天气 （Weather）现象。）现象。大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、能见度等能见度等气象要素气象要素 （Meteorological Element）表示。）表示。 地球大气1、干洁空气（、干洁空气（Dry Air）除水汽、气溶胶以外的整个混合气体除水汽、气溶胶以外的整个混合气体2、水汽（、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，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）（、气溶胶粒子（大气杂质）（Aerosols）水汽凝结物水汽凝结物水滴和冰晶水滴和冰晶悬浮的固体微粒悬浮的固体微粒烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电离子等。离子等。一、大气组成1、干洁空气O3：主要分布于：主要分布于1050km高度的平流高度的平流层大气中，极大大气中，极大值在在2035km之之间。O O3 3可以强烈吸收太阳紫外线辐射而增温，同时也使地可以强烈吸收太阳紫外线辐射而增温，同时也使地球生物免受了过多紫外线（球生物免受了过多紫外线（UltravioletUltraviolet）的照射。）的照射。N2占大气占大气质量的量的78%，O2占大气占大气质量的量的21%.干干洁大气之大气之 CO2CO2：吸收地面受：吸收地面受热后放出的后放出的长波波辐射，射，对地球具有地球具有“温温室效室效应”（Green House Effect）的作用。）的作用。对天气影响较大对天气影响较大的成分的成分二氧化碳含量分布特点：二氧化碳含量分布特点：工工业区多、区多、农村少村少同一地区冬季多、夏季少同一地区冬季多、夏季少夜夜间多、白天少多、白天少阴天多、晴天少阴天多、晴天少讨论总结：讨论总结： 二氧化碳在空气中质量分二氧化碳在空气中质量分数发生变化的原因？数发生变化的原因？水汽在大气中所占的比例很小，仅水汽在大气中所占的比例很小，仅0.1% - 3%0.1% - 3%，却是大气，却是大气中最活跃的成分。水对于地球上生命的有重要意义。中最活跃的成分。水对于地球上生命的有重要意义。2、水汽水汽的分布：水汽的分布：水平地理分布不均。水平地理分布不均。大气中的水汽含量随高度的增加而逐大气中的水汽含量随高度的增加而逐渐减少。减少。约50%的水汽集中在的水汽集中在约2km以下，以下，约大于大于90%的水的水汽集中在汽集中在5km以下；以下；99%的水汽集中在的水汽集中在对流流层。 水汽是成云致雨的物质基础，故大多数复杂天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。气均出现在中低空，高空晴朗。2、水汽水汽之对天气的影响：水汽之对天气的影响：1 1、水汽相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹、水汽相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等天气现象。等天气现象。2 2、相变过程中放出或吸收热量，影响地面和空、相变过程中放出或吸收热量，影响地面和空气的温度。气的温度。3 3、水汽与气温及天气变化关系密切：大气运动、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。中的水汽通过状态变化传输热量。（1）定）定义 气溶胶气溶胶 (Aerosols) ：指指悬浮在大气中的固体微粒和浮在大气中的固体微粒和水汽凝水汽凝结物。物。3、大气气溶胶（2 2）对天气的影响：）对天气的影响：充当水汽的凝结核充当水汽的凝结核，在云、雾、降水等的形成过程中起，在云、雾、降水等的形成过程中起着重要作用。着重要作用。在一定的天气条件下，气溶胶粒子常聚集在一起，形成在一定的天气条件下，气溶胶粒子常聚集在一起，形成霾、风沙浮尘等霾、风沙浮尘等视程障碍视程障碍现象，使大气透明度变差；现象，使大气透明度变差；吸收、散射和反射地面和太阳辐射，吸收、散射和反射地面和太阳辐射，影响大气温度；影响大气温度；3、大气气溶胶成云致雨的必要条件成云致雨的必要条件主要主要成分成分次要次要成分成分水水 汽汽固体杂质固体杂质生物体的基本成分生物体的基本成分维持生物活动的必要物质维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件成云致雨的必要条件大气组成大气组成主主 要要 作作 用用干干洁洁空空气气O O3 3氮氮氧氧COCO2 2大气各成分的作用对地面保温对地面保温看视频，试着解释其中的科学道理看视频，试着解释其中的科学道理 1、大气垂直分层依据、大气垂直分层依据 2、大气分层及各层特征、大气分层及各层特征二、大气圈的结构二、大气圈的结构 T 为温度温度变化量化量 Z 为高度高度变化量化量一、大气垂直分层的依据一、大气垂直分层的依据气温垂直递减率气温垂直递减率气温垂直递减率的定义：气温垂直递减率的定义：ZTT+TZZ+Z在在对流流层中，平均取中，平均取 = 0.6-0.65 C/100 m大气层状结构：大气层状结构：Q 对流层对流层（TroposphereTroposphere）Q 平流层平流层/ /同温层同温层（StratosphereStratosphere）Q 中间层中间层（MesosphereMesosphere）Q 暖层暖层/ /电离层电离层（ThermosphereThermosphere）Q 外逸层外逸层（ExosphereExosphere）二、大气垂直分层结构80 90km50 60km8 9km10 12kmATMOSPHERIC LEVELSTroposphereStratosphereMesosphereTropopauseThermosphereExosphere大气的分层暖 层散 逸 层对 流 层平 流 层中 间 层对 流 层 顶17 18km1 600 km垂直分层的高度1、对流流层对流层对流层（TroposphereTroposphereTroposphereTroposphere）是紧贴地面的一层，它受地面的是紧贴地面的一层，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。气下沉，发生对流运动，故得名对流层。对流层顶高度：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。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。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 对流层集中了约对流层集中了约75%75%的大气质量和的大气质量和90%90%以上的水汽。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高处传递。波辐射，靠近地面的空气受热后热量再向高处传递。 对流层中，水汽和二氧化碳对大气温度变化的影响最大。对流层中，水汽和二氧化碳对大气温度变化的影响最大。1 对流层对流层：对流层：对流层的重要特征：对流层的重要特征：Q气温随着高度的增高而降低气温随着高度的增高而降低Q具有强烈的对流和湍流运动具有强烈的对流和湍流运动Q各气象要素水平分布不均匀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、湍流等方式和通过对流、湍流等方式 从地面吸收热从地面吸收热量才能升温，因而越接近地面的大气得量才能升温，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到的热量越多，造成对流层的气温随高度升高而降低。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，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，垂直烈的垂直混合作用。热带地面温度高，垂直混合能到很高高度，对流层顶高度高；极地混合能到很高高度，对流层顶高度高；极地地面温度低，垂直混合作用弱，对流层顶高地面温度低，垂直混合作用弱，对流层顶高度低。度低。气象要素水平分布不均匀。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，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。从而产生各种天气过程和天气变化。 多数天气发生在对流层中，包多数天气发生在对流层中，包括云、降水和风，特别是引起括云、降水和风，特别是引起对流云发展的垂直气流。对流云发展的垂直气流。1 对流层下层下层（离地面（离地面1500m1500m高度以下）又名高度以下）又名摩擦层摩擦层，空气运动受地形扰动和地，空气运动受地形扰动和地表摩擦作用最大，气流混乱。表摩擦作用最大，气流混乱。中层中层（摩擦层顶到（摩擦层顶到6000m6000m高度）空气运动受地表影响较小，气流相对平高度）空气运动受地表影响较小，气流相对平稳，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。稳，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。上层上层（从（从6000m6000m到对流层顶）受地表影响更小，水汽含量很少，气温通到对流层顶）受地表影响更小，水汽含量很少，气温通常在常在0 0以下，各种云多由冰晶或过冷水滴组成。以下，各种云多由冰晶或过冷水滴组成。 1500m 1500m高度以上的大气因为几乎不受受地表摩擦作用的影响高度以上的大气因为几乎不受受地表摩擦作用的影响-自由大气自由大气。按气流和天气现象分布的特点，对流层可分为三个层次：按气流和天气现象分布的特点，对流层可分为三个层次：1 对流层在在对流流层的的顶部直到部直到55km，气流运，气流运动相当平衡，而相当平衡，而且主要以水平运且主要以水平运动为主，故称主，故称为平流平流层（S Stratospheretratosphere）。 平流平流层下部温度随高度下部温度随高度变化很小，平流化很小，平流层上部因上部因为存在存在臭氧臭氧层，臭氧吸收太阳紫外，臭氧吸收太阳紫外辐射使大气温度增加。射使大气温度增加。 2、平流层平流层的现象：平流层的现象：Q1 1、大气很稳定，空气的垂直运、大气很稳定，空气的垂直运动很微弱，多为平流运动。动很微弱，多为平流运动。Q2 2、水汽和杂质含量很少，几乎、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没有对流层中所出现的各种天气现象。现象。Q3 3、大气透明度高，天气晴朗，、大气透明度高，天气晴朗，飞行气象条件好。飞行气象条件好。平流层的特征：平流层的特征：气温随高度的升高而升高。气温随高度的升高而升高。大气层结稳定，垂直运动受到抑制。大气层结稳定，垂直运动受到抑制。水平风速大：冬季极地有时出现水平风速大：冬季极地有时出现8080米米/ /秒以上的秒以上的强风。强风。大气密度小，空气阻力小，颠簸极少。大气密度小，空气阻力小，颠簸极少。天空黯淡。天空黯淡。平流层对飞行的影响有利方面：有利方面：气流平稳、空气干洁、能见度好、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。飞行阻力小，有利于大型飞机飞行。不利方面：不利方面：空气密度小，发动机效率降低，飞空气密度小，发动机效率降低，飞机对操纵的反映迟缓。机对操纵的反映迟缓。平流层：平流层： 3、中、中间层、热层、外逸、外逸层中间层中间层在在5085km高度，高度，是大气中最冷的部分。水汽是大气中最冷的部分。水汽极少，虽然不稳定，但是没极少，虽然不稳定，但是没有什么天气现象。有什么天气现象。热层（暖层）热层（暖层）在在85km800km以上，太阳辐以上，太阳辐射中的强紫外辐射造成了热射中的强紫外辐射造成了热层的高温。虽然温度是最高，层的高温。虽然温度是最高，但是大气极其稀薄。但是大气极其稀薄。热层顶以上的大气统称为热层顶以上的大气统称为外逸层外逸层，又叫外层。，又叫外层。它它是是大大气气的的最最高高层层，高高度度离离地地表表800km800km以以上上，厚厚度度可可达达20003000km20003000km。外外逸逸层层中中温温度度很很高高，空空气气十十分分稀稀薄薄，受受地地球球引引力力场场的的约约束束很很弱弱，一一些些高高速速运运动动着着的的空空气气分分子子可可以以挣挣脱脱地地球球的的引引力力和和其它分子的阻力散逸到宇宙空间。其它分子的阻力散逸到宇宙空间。 3、中间层、热层、外逸层、中间层、热层、外逸层与与人人类类关关系系最最密密切切的的是是哪哪一一层层大气，为什么？大气，为什么？一、大气的组成及各成分的作用一、大气的组成及各成分的作用1.干洁空气：氮、氧、臭氧、二氧化碳2.水汽：成云致雨、影响天气3.杂质：凝结核、削弱作用二、大气圈的结构二、大气圈的结构1.气温垂直递减率2.大气垂直分层特点及其对人类的影响：（1）对流层（2）平流层（3）中间层（4）热层（5）散逸层 课课 堂堂 小小 结结