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大气物理学 第一篇大气概论

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第一章 大气概述

第一章 大气概述

10Βιβλιοθήκη 11第二节 大气的上界
大气的结构
A: 极光是大气中出现的最高的物理现象, 极光是大气中出现的最高的物理现象,
1200km
B: 人造卫星探测资料,按大气密度定为2000~3000km 人造卫星探测资料,按大气密度定为 大气的垂直分层(大气温度,成分,垂直运动,电离) 大气的垂直分层(大气温度,成分,垂直运动,电离) 对流层 平流层 五层 中间层 热层 散逸层
7
第一节
二,大气中的水汽 1 垂直分布 水汽含量随高度的增高而减少. 水汽含量随高度的增高而减少.
大气的组成
在1.5—2公里高度上,空气中水汽含量已减少为地面的一半;在5公里 2公里高度上,空气中水汽含量已减少为地面的一半; 高度,减少为地面的1 10;再向上,含量就更少了. 高度,减少为地面的1/10;再向上,含量就更少了. 2 水平分布 因纬度,地势高低以及海陆的不同有显著差异. 因纬度,地势高低以及海陆的不同有显著差异. 3 作用 (1)在天气变化中起着重要的作用; 在天气变化中起着重要的作用; (2)水汽能强烈吸收和放出长波辐射能; 水汽能强烈吸收和放出长波辐射能; (3)可引起地面与大气之间的热量交换; 可引起地面与大气之间的热量交换; 这些都对地面和空气的温度有一定影响. 这些都对地面和空气的温度有一定影响.
4
5
第一节
大气的组成
2)原因: 原因: 在大气的上层 上层中 短波紫外线的强度很大, 在大气的上层中:短波紫外线的强度很大,使得氧分子几乎发生完全的 分解,因此氧原子和氧分子相遇的机会很少.即使臭氧在此处形成, 分解,因此氧原子和氧分子相遇的机会很少.即使臭氧在此处形成,由于 它吸收一定波长的紫外线,又引起自身的分解,因此, 它吸收一定波长的紫外线,又引起自身的分解,因此,在大气的上层臭氧 的含量不多. 的含量不多. 中层:紫外线的强度因大气的吸收而减弱, 在中层:紫外线的强度因大气的吸收而减弱,只有部分的氧分子发生分 在这一层次中,既有足够的氧分子,又有足够的氧原子, 解.在这一层次中,既有足够的氧分子,又有足够的氧原子,这就造成了 臭氧分子形成的条件.因此在35公里处,臭氧的混合比最大( 35公里处 臭氧分子形成的条件.因此在35公里处,臭氧的混合比最大(单位质量干空 气中的臭氧质量) 再通过下沉气流的作用,将臭氧向下输送,造成在20气中的臭氧质量),再通过下沉气流的作用,将臭氧向下输送,造成在2025公里的层次中臭氧的数量最多 公里的层次中臭氧的数量最多. 25公里的层次中臭氧的数量最多. 低层中 短波紫外线大大减少,氧分子的分解也就大为减弱, 在低层中:短波紫外线大大减少,氧分子的分解也就大为减弱,所以氧 原子的数量减少,以致臭氧的形成较少 臭氧的形成较少. 原子的数量减少,以致臭氧的形成较少. 3)臭氧的作用 臭氧能大量吸收太阳紫外线,使臭氧层增暖, 臭氧能大量吸收太阳紫外线,使臭氧层增暖,影响到大气中温度的垂直分 同时,还使地面上的生物免受过多紫外线的伤害,而少量紫外线, 布.同时,还使地面上的生物免受过多紫外线的伤害,而少量紫外线,可 以起到杀菌治病的作用. 以起到杀菌治病的作用.

大气科学概论第一章1-4

大气科学概论第一章1-4

度哪个最大？
§4 空气状态方程
V1 P0、 P1、T1 T0 V0 F
理想气体 状态方程
PV
m M
R *T nR*T
大气科学概论
§4 空气状态方程
一、干空气状态方程 P=ρ RdT
二、水汽状态方程
e= ρ wRwT 三、湿空气状态方程与虚温
大气科学概论
§4 空气状态方程
虚温的目的和意义：引入虚温的目的是将 大气中所含水汽对比气体常数的影响包含到温
§3.1 大气与生存环境
2、环境问题：温室效应与全球气候变暖， 臭氧层破坏， 酸雨， 城市空气污染
温室效应示意图
大气科学概论
CO2, CH4, N2O, H2O…
地表吸收
增温效应
温室效应：地球表面平均温度是15℃ 无温室效应：地球表面平均温度是－18℃
大气科学概论
360
340
CO2 浓 320 度 (ppmv)
大气科学概论
§3.2 天气与气候
问题：以下何为天气，何为气候？
今天白天到夜间，成都地区睛，气温为25—30℃， 预计明天白天睛间多云，气温为22—25℃； 气候变暖； 厄尔尼诺、拉尼娜。
大气科学概论
第一章 大气概述
§4 空气状态方程
大气科学概论
习题：
1、由理想气体状态方程推导湿空气状态方程。 2、说明虚温的目的和意义。 3、在同样的温压条件下，湿空气密度与干空气密
§3.2 天气与气候
b. 气候在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和 人类活动的长期作用下，在某一时段内大量天气 的总和。不仅包括该地多年的平均天气状况，也 包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。
大气科学概论
§3.2 天气与气候

空气动力学基础01大气物理学

空气动力学基础01大气物理学

1.1.3 大气压力

大气压力

大气层内空气的压强，即物体单位面 积上承受的空气的垂直作用力。

产生原因


上层空气的重力对下层空气造成了压 力 空气分子不规则的热运动

因为大气压力随高度和温度变化， 所以规定在海平面温度为15 ℃时 的大气压力为一个标准大气压
1.1.4 粘性

粘性

流体内两相邻流层的流速不同时，或流体与物体间发生相对 运动时，两个流层接触面上或流体和物体接触面上便产生相 互粘滞和相互牵扯的力，这种特性就是流体的粘性。
1.1.7 音速

音速

小扰动在介质中的传播速度。 不同介质下： 2 p
a1 T
1.2 大气层的构造

大气分为五 层


对流层 平流层 中间层 电离层（ 热层） 散逸层
1.3 国际标准大气（ISA）

1.3.1 国际标准大气的制定



大气的物理性质是变化的，使航空器上产生的空气动力也发 生变化，影响飞行性能； 为便于设计、试验和分析航空器性能，需要建立一个统一的 标准，即标准大气。 国际民航组织（ICAO）根据对北纬40 °～50°区域的地球大 气多年观测的结果，加以模型化，给出的一种假想的大气模 型。
525.95 462.49 405.39 354.16 308.31 267.40 231.02 198.76 170.26 145.50
0.7846
0.6920 0.6085 0.5334 0.4660 0.4057 0.3519 0.3040 0.2615 0.2240 0.1915
1.0066

当大气流过飞行器表面时，在一些部位气流速度增加 ，气流的压力会减小，密度也会随之下降

第一篇--大气概论之大气结构

第一篇--大气概论之大气结构
90 60 100 300
问题：为什么有时夜间能收到 的广播电台，白天却消失了？
无线电波传播四种类型：地波、天波、 空间波、散射波。 收音机能收到的主要是中波、短波，中 波主要以地波的形式存在，用于近距离 传输 。短波最适宜以天波的形式进行 传播。
D层反射能力弱，吸收能 力较强，F2层对电波的反射 能力最强。
寒潮
，
北京至乌兰巴托之间地区冬春季节某日锋面活动剖面示意图
3、如果图示为该日北京时间12时整的锋面活动情况，而锋面的移动速度为40千米/小 时，则锋面将于次日 4 时移到北京地区，届时北京将出现 大风、雨雪 等 天气现象，锋面过镜后，北京的天气状况将是 气温下降，天气转晴 。
准静止锋：冷暖气团势力相当，锋面很少移动，有时冷气团占 主导地位，有时暖气团占主导地位，使锋面处于来回摆动状态。
高纬8-9km
星际空间
外层：（1）空气极度稀薄 ；（2）温度高且随高度很少变化，大
气大部分处于电离状态。 500—2000K
250-500km
热层：（1）γ<0 ；（2）温度受紫外辐射影响，与太阳活动有关。
85km 173—183K
中层：（1）γ>0 且值大；（2）垂直混合强烈 ；（3）水汽极少。
暖气团
市区
冷锋过境前 市区的天气？
暖气团控制，气温 高、气压低、晴朗
冷锋过境时市 区的天气？
冷锋控制，阴天、 下雨、刮风、降温
冷气团
暖气团
市区
冷锋过境前 市区的天气？
暖气团控制，气温 高、气压低、晴朗
冷锋过境时市 区的天气？
冷锋控制，阴天、 下雨、刮风、降温
冷锋过境后 市区的天气？
冷气团控制，气温降 低、气压升高、晴朗

大气物理学复习资料

大气物理学复习资料

大气物理学复习资料大气物理学复习资料第一部分名词解释第一章大气概述1、干洁大气:通常把除水汽以外得纯净大气称为干结大气,也称干空气。

2、气溶胶:大气中悬浮着得各种固体与液体粒子。

3、气团:水平方向上物理属性比较均匀得巨大空气块。

4、气团变性:当气团移到新得下垫面时,它得性质会逐渐发生变化,在新得物理过程中获得新得性质。

5、锋:冷暖性质不同得两种气团相对运动时,在其交界面处出现一个气象要素(温度、湿度、风向、风速等)发生剧烈改变得过渡带称为锋。

6、冷锋:锋面在移动过程中,冷气团起主导作用,推动锋面向暖气团一侧移动。

7、暖锋:锋面在移动过程中,暖气团起主导作用,推动锋面向冷气团一侧移动。

8、准静止锋:冷暖气团势力相当,锋面很少移动,有时冷气团占主导地位,有时暖气团占主导地位,使锋面处于来回摆动状态。

9、锢囚锋:当三种冷暖性质不同得气团(如暖气团、较冷气团、更冷气团)相遇时,可以产生两个锋面,前面就是暖锋,后面就是冷锋,如果冷锋移动速度快,追上前方得暖锋,或两条冷锋迎面相遇,并逐渐合并起来,使地面完全被冷气团所占据,原来得暖气团被迫抬离地面,锢囚到高空,这种由两条锋相遇合并所形成得锋称为锢囚锋。

10、气温垂直递减率:在垂直方向上每变化100米,气温得变化值,并以温度随高度得升高而降低为正值。

11、气温T:表示空气冷热程度得物理量。

12、混合比r:一定体积空气中,所含水汽质量与干空气质量之比。

r=m v/m d13、比湿q:一定体积空气中,所含水汽质量与湿空气质量之比。

q=m v/(m v+m d)14、水汽压e:大气中水汽得分压强称为水气压。

15、饱与水汽压e s:某一温度下,空气中得水汽达到饱与时所具有得水汽压。

16、水汽密度(即绝对湿度)ρv:单位体积湿空气中含有得水汽质量。

17、相对湿度U w:在一定得温度与压强下,水汽与饱与水汽得摩尔分数之比称为水面得相对湿度。

18、露点t d:湿空气中水汽含量与气压不变得条件下,气温降到对水面而言达到饱与时得温度。

(大气科学基础)第一章 大气概述

(大气科学基础)第一章 大气概述
✓ Since the late 1970s, scientists have noticed the development of severe holes in the ozone layer over Antarctica. Satellite measurements have indicated that the zone from 65° North to 65° South latitude has had a 3 % decrease in stratospheric ozone since 1978.
Gas Name Nitrogen(氮) Oxygen(氧) * Water(水汽) Argon(氩) * Carbon Dioxide(二氧化碳) Neon(氖) Helium(氦) *Methane(甲烷) Hydrogen(氢) *Nitrous Oxide(一氧化二氮) *Ozone(臭氧)
✓ The condensation of water vapor creates precipitation that falls to the Earth‘s surface providing needed fresh water for plants and animals；
✓ It helps warm the Earth's atmosphere through the greenhouse effect.
✓ 气溶胶随地区、时间而变 冬季大于夏季 陆上大于海上，城市大于乡村
11
Key Points
✓ Of the gases listed, nitrogen, oxygen, water vapor, carbon dioxide, methane, nitrous oxide, and ozone are extremely important to the health of the Earth's biosphere ✓ Nitrogen and oxygen are the main components of the atmosphere by volume. Together these two gases make up approximately 99 % of the dry atmosphere

大气物理学：第一章 大气概述


英文名: Mars 火星基本参数： 公转轨道半径： 22794万 千米 (1.52 天文单位) 公转周期： 686.98 日 平均轨道速度： 24.13 千米/每秒 轨道偏心率： 0.093 轨道倾角： 1.8 度 行星赤道半径： 3398 千米 质量(地球质量＝1)： 0.1074 密度： 3.94 克/立方厘米 自转周期： 1.026 日 卫星数： 2 二氧化碳 95%，其余为氮、氩、一氧化碳，大气稀薄
无固体表面， 以轻物质为主
内行星： 类地行星
外行星： 类木行星、 冥王星
英文名: Mercury 水星基本参数: 轨道半长径: 5791万 千米 (0.38 天文单位) 公转周期: 87.70 天 平均轨道速度: 47.89 千米/每秒 轨道偏心率: 0.206 轨道倾角: 7.0 度 行星赤道半径: 2440 千米 质量(地球质量＝1): 0.0553 密度: 5.43 克/立方厘米 自转周期: 58.65 日 卫星数: 无 公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)
（2）地球大气演化
▪ 行星地球大气：由天体物理学理论推导出来的地球大气， 与实际地球大气相差甚远。实际地球大气以N2、O2为主。
▪ 地球大气是如何演化而来的？？？
（2）地球大气演化
大气物理学
必须把大气看成是地球组合系统的一部分 地球大气演化的三个阶段： 原始大气：地球形成初期，以H2，He和CO为主 次生大气：45~20亿年前，以CO2，CH4，NH3和H2O等
九大行星名字的来由
▪ 水星的英文名字Mercury来自罗马神墨丘利。符号是上面一个圆形下面一个交 叉的短垂线和一个半圆形(Unicode: ☿). 是墨丘利所拿魔杖的形状。在第5世纪， 水星实际上被认为成二个不同的行星，这是因为它时常交替地出现在太阳的两 侧。当它出现在傍晚时，它被叫做墨丘利；但是当它出现在早晨时，为了纪念 太阳神阿波罗，它被称为阿波罗。毕达哥拉斯后来指出他们实际上是相同的一 颗行星。中国古代则称水星为“辰星”。

大气科学导论1章概论


一部分向外反射 的红外辐射被地 球大气捕获吸收， 令大气变暖
2019/12/2
5
Al Gore (2019)
温室气体来自何处？
煤矿开采
COAL MINING
永冻层融化
MELTING PERMAFROST
燃煤发电厂
COAL PLANTS
2019/12/2
产业化加工
INDUSTRIAL PROCESSES
2019/12/2
33
一、大气科学的研究内容与对象
大气科学是一门古老的学科
压、温、湿、风的观测使大气科学逐步发展为 能够用物理量定量来描述的学科。
2019/12/2
17
（一）在防灾减灾中的作用
气候灾害与天气灾害统称为气象灾害，两者 有区别。
天气灾害是指局地性、短时间的强烈天气而带 来的灾害，如台风、暴雨、冰雹、龙卷风等。
这类天气常伴随有强风和暴雨，对农作物生长有很 大的毁坏作用；
而气候灾害则是大范围、长时间的气候异常造 成的灾害，如长时间气温偏高、偏低、或降水 量偏多、偏少等。
发生在大气中的气象灾害，每年给全世界带 来数百亿美元的经济损失。
2019/12/2
15
（一）在防灾减灾中的作用
我国是世界气候脆弱区之一，气候异常给我国 带来了严重气候灾害，尤其是旱涝灾害。
一般年份，旱涝灾害的受灾面积可达 0.3×108~0.4×108hm2（hm2是公顷，1公顷=15 市亩），重灾年可达0.5×108hm2，约占耕地总面 积的 1／3。
自然灾害、人为灾害
通常人们把以自然变异为主因产生的灾害称之 为自然灾害，如地震、风暴潮；
将以人为影响为主因产生的灾害则称之为人为 灾害，如人为引起的火灾和交通事故。

大气物理第一章

from the effects of life and the addition of oxygen
Setting the Composition of the 2nd Atmosphere - Volcanoes
Gases were expelled from the interior (same as today)
对平冰面，100 ~ 0.0℃范围内 lg esi 9.09685(T00 /T 1) 3.56654 lg(T00 /T ) 0.87682(1 T /T00 ) 0.78614
以上两式中T是热力学温度（K），T00=273.16K是水的三相点温
Tetens经验公式 at
es es010 bt
es0
exp
Lv Rv
1 T
1 T0
对平液面，49.9~100℃范围内
lg es 10.79574(1 T00 / T ) 5.02800 lg(T / T00 ) 1.50475 104[1 108.2969(T /T 0.42873 103[104.76955(1T00 /T ) 1] 0.78614
30 0.3797 0.3420 0.3078 0.2768 0.2487 0.2232 0.2002 0.1794 0.1606 0.1436
40 0.1283 0.1145 0.1021 0.0910 0.0810 0.0720 0.0639 0.0567 0.0502 0.0445
es (T )
0.333 18.18×10-4 5.24×10-4
1.5×10-4 1.14×10-4 0.5×10-4 0.27×10-4 0.19×10-4 0-12×10-4 0.089×10-4 0.004×10-4 0.001×10-4 0.001×10-4 0-0.04×10-4 0.0005×10-4 0.00005×10-4

大气物理学课件

平流层的特点： • 顶界离地约50 km • 天气状况良好，基本没有云、雨、雾、雪 • 下半部气温几乎不变-56.5，上半部升高升温 • 只有水平方向的风
第一章 第 页
3
三、 大气的特性
●空气密度
• 空气密度：单位体积内的空气质量。 • 标准海平面，1.225kg/m3. • 随高度增加，空气密度减小。
第一章 第 页
7
第 1 章：大气物理学
1.1：大气的重要物理参数 1.2：大气层的构造 1.3：国际标准大气 1.4：气象对飞行活动的影响 1.5：大气状况对飞机机体腐蚀的影响
飞机是在大气里航行的飞行器。飞机的空 气动力、发动机工作状态都与大气密切相关。 因此，我们必须对大气有个基本了解。
1.1 大气的重要物理参数
12
污染物质
• 颗粒本身具有腐蚀性 • 颗粒本身没有腐蚀性 • 既无腐蚀性又不具有吸附性
气体 含硫化合物：SO2、SO3、H2S 含氮氧化物：NO、NO2、NH3、HNO3 氯和含氯氧化合物：Cl2、HCl 含碳化合物：CO、CO2 其他：有机化合物
固体 灰尘 ZnO金属粉末 NaCl、CaCO3 氧化物粉、煤粉
●空气的可压缩性
• 空气压缩性：压力或温度改变时，其密度和体积发 生变化的特性。 • 空气流速不大，压缩性不明显 。 • 空气流速大，压缩性明显（高速空气特性）。
第一章 第 页
6
●大气的一般特性
➢ 高度增加，空气密度减小。 ➢ 随着高度增加，空气压力减小。 ➢ 高度增加，气温近似线性降低（11000米对流层内）。 ➢ 空气的湿度越大，空气的密度越小。
对流层顶高度为11km或36089ft，对流
层内标准温度递减率为，每增加1000m
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35
36 Fig. 1-4, p. 7
37 Fig. 1-3, p. 6
Increase in catastrophic flood events
38
Global average sea level has risen and ocean heat content has increased

上世纪90年代以来，观测天文学家对该理论有 不同看法，认为宇宙应该是一个开放系统。

13
膨胀理论图示：白点代表星系，膨胀后相互远离
14
宇宙无限论：
•在17世纪，Galilei、Newton 在经典力学 体系的基础上，建立了宇宙无限无边的理论， 即宇宙的体积是无限的，没有空间边界，无 限的天体分布在无限的空间之中。

12
膨胀理论
上世纪70年代，美国科学家Alan Guth、Paul Steinhardt和美籍俄裔天文学家Andreas Linde 提出从大爆炸后110-35秒开始的110-32秒内宇宙 极速膨胀为原来的11050倍，然后减缓为近乎常 速。认为宇宙处于开放与封闭系统的边缘状态。

可解释大爆炸学说不能解释的宇宙常速膨胀和 宇宙的均匀性等问题，被广大理论天文学家认同。
尺度范围：1nm-100μ m
42
2、分类 1）云降水学分类（按半径分类）
爱根核：半径在0.01到0.1微米之间。 大核：半径在0.1到1微米之间。 巨核：半径大于1微米。
2）大气环境学分类
TSP、降尘、PM10、PM2.5、尘粒、粉尘、 灰霾、等。
43
3、大气气溶胶粒子的源和汇
1）源
据估计，全球气溶胶质粒主要是自 然界产生的，人工来源仅为自然来源的 五分之一。 包括海水飞沫（见下图）、气粒转 换、风扬沙尘、火山爆发
2）大气物理学高速发展阶段（20世纪中叶以来）
具有重大实际应用问题的需要大大加速了大气物理 学的发展。
1）1946年，美国物理学家ngmuir, V.J.Schaefer发 现干冰可以催化云产生降水 后来，B.Vonnegut发现碘化银可作为人工冰核 大大激励了科学家们进行人工影响云雨的勇气与信心， 促使云降水物理学获得了重大发展。
大气物理学
张泽锋 zhangzf01@ 气象楼1223
1
Grading
期末考试: 50%; 期中考试: 30%; 平时成绩: 20%.
2
参考书目：
1.[美] J、M 华莱士，P.V.霍布斯著.大气科学概观. 上海科学技术出版社，1981 2. 许绍祖主编. 大气物理学基础. 气象出版社, 1991
二、地球与宇宙
银河系与河外星系
银 河 系 中 心
16
17
太阳系
18
2006年08月24日北京时间晚间9:30，第26届国际天文学联合会IAU 大会就有关行星新定义的决议草案进行了表决，通过新的行星定义。 国际天文从而确认太阳系只有8颗行星，冥王星遭到彻底“降级”。 冥王星被排除在行星行列之外，而将其列入“矮行星”。现在太阳 系的天体包括：八大行星，矮行星和小天体。
21
3、生命的光合作用使大气圈中出现了氧 气。
从火山喷发出来的氮，由于其化学 惰性及其在水中的低溶解度，大部分仍 留在大气中，成为现代大气中的主要气 体成分； 大气中的氩，是地球固体部分放射 性物质 40K衰变时的副产品。
22
第二节 大气组成
地球大气是由多种气体以及漂浮于其中 的固态、液态等颗粒物质组成的。
有限无界论：
•1917年，Albert Einstein在广义相对论的基 础上，提出了有限无界的静态宇宙模型。认为 宇宙是有限无边的，即宇宙空间的体积是有限， 是一个弯曲的封闭体，这个弯曲的封闭体没有 边界，类似一个球面，面积有限，但沿着球面 运动总是遇不到“边”。该理论拉开了现代宇 宙学研究的序幕。 15
b
Concentration near the earth's surface.
大气的组成饼图
27
2、90km以上大气
1）空气分子大部分都发生离解；
2）空气成分随高度的分布逐渐变成按分子量 （或原子量）大小排列。 从低层到高层依次为N2 、O、 He、 H 3、有关概念及其它特征
1）干洁大气：不含水汽和悬浮颗粒物的 大气称为干洁大气
Max Karl Ernst Ludwig Planck （1858-1947） 德国物理学家，量子力学的开 创人
G.R.Kirchhoff （1824-1887） 德国物理学家
8
1880-1881，英国物理学家J.Aitken等指出了凝结 核在雾滴形成中的重要作用。1911，.T.R.Wilson 发明云室，因此获1927年诺贝尔物理学奖。——〉 是云雾物理的基础和开端。
3. 周秀骥等编著. 高等大气物理学.气象出版社,1991
4. 盛裴轩,毛节泰等. 大气物理学, 北大出版社, 2003
3
第一章 大气概述 一、定义
主要研究地球大气现象与过程的物理机制和规律。 大气现象与过程：大气中流体运动、光象、电象、 热现象、相变过程、辐射过程。
二、分支
大气动力学、大气光学、大气电学、大气热力学、 云降水学、大气辐射学
28
2）相变特征：在地球大气温、压条件下， 水汽是唯一能发生相变的气体成分 3）平均分子量
90km以下，空气平均分子量为28.966， 不随高度变化；90km以上，随高度递减。 具体如下图
4）空气密度
标准状态（p=1013.25hPa, t=0℃）下，干 空气密度为1.29kg/m3
29
30
4、重要气体成分的作用
9
2）需要掌握大气环境演变规律，促使大气边界 层与大气湍流学科的发展
3）卫星、雷达等遥感技术的发展，推动了大 气辐射学的研究
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第一节 宇宙、地球、大气的 起源和演化 一、宇宙的起源 大爆炸学说
•按照Friedmann等人的理论，Russian American physicist George Gamow 和他的 学生American physicists Ralph Alpher and Robert Herman （1940s）认为过去必定 存在一个有限的时刻，那时宇宙中的物质被 压缩为极高密度的状态，这个时刻被称为 “大爆炸”，也就是宇宙起源的时刻。
一、气体成分
90km以下干洁大气均匀混合，称为均匀 层
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1、90km以下大气的气体成分 1）按浓度时空变化是否明显来分， 分为： 定常成分：浓度的时空变化不明显 的气体成分。主要包括N2、O2、惰性 气体 可变成分：定义略。例如，水汽、 CO2、O3、CH4等
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2）按浓度（单位为体积混合比） 来分，分为：
1）在云雾降水中的作用； 可作为水汽凝结和凝华以及水滴冻结的核 心，即部分大气气溶胶粒子可作为CCN（cloud condensation nuclei)或IN (ice nuclei) 2）对大气辐射过程的影响； 吸收和散射太阳辐射，影响大气温度的垂 直分布。
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Constituent gas Nitrogen (N2) Oxygen (O2) Argon (Ar) Carbon dioxide (CO 2) Neon (Ne) Helium (He) Methane (CH 4) Krypton (Kr) Hydrogen (H2) Nitrous oxide b (N2O) Carbon monoxideb (CO) Ozone (O3) Xenon (Xe) Ammoniab (NH3) Sulfur dioxide b (SO2) Nitrogen dioxide b (NO2) Water vaporb (H2O) Nitric Oxideb (NO) Hydrogen Sulfideb (H2S) Nitric acid vapor
39Leabharlann Increase in frequency and intensity of droughts
Source: 40 OSTP
Snow cover and ice extent have decreased
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二、大气气溶胶粒子
1、定义：
大气中分散、悬浮有液体或固体微粒 时的气体和悬浮物的总体系称为大气气 溶胶。而其中的悬浮物就称为气溶胶粒 子。
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The current concentration of CO2 is about 365 ppm (part per million), as compared to the pre-industrial concentration of about 285 ppm. This is an increase of about 28%. This increase is primarily due to the burning of fossil fuels (also some loss of biomass)
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•他们的计算结论是：作为“大爆炸”过程的遗迹， 目前宇宙中应普遍存在温度约5K的背景黑体辐射。 •1989年，美国宇航局专门为此发射了宇宙背景探 测者卫星观测数据表明，该辐射的谱分布与 2．735K的黑体辐射完全相合，天空不同方向的相 对温差小于十万分之一。这就证明了背景辐射的 黑体性和普适性。这种“背景辐射”的存在是 “大爆炸”模型最令人信服的证据之一。 通过现代物理学理论，可以模拟宇宙在大爆炸后 110-43秒的状态，但对于此时刻之前还没有新的 理论将万有引力和广义相对论二者之间结合起来。
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三、学科位置
按研究范畴大体可划分为： 自然科学：数、理、化、天、 地 、生、工 程 与材料科学、 信息科学、管理科学
社会科学
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地球科学
包括 大气科学 、海洋科学、地理学、地 质学等
大气科学