科学认识天气 大气的重要性

科学认识天气第一章作业

1.请结合大气或分子其演化和大气的垂直结构，论述大气的重要性。

答：从大气的成分来看，地球上的大气有氮、氧、氩等常定的气体成分，有二氧化碳、一氧化二氮等含量大体上比较固定的气体成分，也有水汽、一氧化碳、二氧化硫和臭氧等变化很大的气体成分。其中常悬浮有尘埃、烟粒、盐粒、水滴、冰晶等固体和液体的气溶胶粒子。

大气中含有细微的尘埃和水汽，而地壳岩石中和水中也有空气存在，它们是相互渗透相互影响的。大气中的氧和碳酸气，大气的湿度变化以及风雨等，都在直接作用于地表的岩石，所以大气的活动对地壳岩石的形成和破坏都有影响。

从大气的垂直结构来看，整个地球大气层象是一座高大的而又独特的“楼房”，按其成分、温度、密度等物理性质在垂直方向上的变化，世界气象组织把这座“楼”分为五层，自下而上依次是：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。

对流层是紧贴地面的一层，它受地面的影响最大。因为地面附近的空气受热上升，而位于上面的冷空气下沉，这样就发生了对流运动，所以把这层叫做对流层。它的下界是地面，上界因纬度和季节而不同. 由于受地表影响较大，气象要素（气温、湿度等）的水平分布不均匀。空气有规则的垂直运动和无规则的乱流混合都相当强烈。上下层水气、尘埃、热量发生交换混合。由于90%以上的水气集中在对流层中，所以云、雾、雨、雪等众多天气现象都发生在对流层。

平流层中臭氧的存在对于地球生命物质至关重要，因为，它阻挡了高能量的紫外辐射到达地面。阳光中的紫外辐射虽然只占太阳总发射能量的5％左右，但是它对于地球生命系统又有很大的伤害能力，并且，能量越高，伤害越大。能量最高的部分在平流层以上就被大气中的原于和分子氧所吸收，从而大大减弱了它到达地面的强度。如果臭氧减少，紫外线破坏生物蛋白质和基因物质脱氧核糖核酸(DNA)，造成细胞死亡；使八类皮肤癌发病率增高；伤害眼睛导致白内障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜类、蔬菜等的生长；并穿透10m深的水层，杀死浮游植物和微生物，从而危及水中生物的食物链和自由氧的来源，影响生态平衡和水体的自净能力。因此，臭氧层实际上已成为地球生命系统的保护层。电离层的存在，对反射无线电波具有重要意义。人们在远方之所以能收到无线电波的短波通讯信号，就是和大气层有此电离层有关。

中间层与对流层一样气温会随高度按比例递减。在中间层底部，高浓度的臭氧会吸引紫外线使平约气温徘徊在-2.5℃左右，甚至会高达0℃左右。但随着高度增加臭氧浓度会随之减少，所以在中间层顶的平均气温又会降至-92.5℃的低温。因此，通常在中间层顶附近，是大气垂直结构内最低温的部分。这样一来，那么中间层岂不是应该会和对流层一样发生对流

活动吗？但于中间层的平均气温递减率却比对流层的小，虽有少部份的对流活动发生，但相对地都较稳定，甚少发生高气压、低气压的现象。亦因为中间层的大气密度非常之低，所以这层的热力构造主要由氧分子把太阳的紫外线吸收进而把大气加热，与及二氧化碳放射出红外线而冷却两者的平衡去决定。

散逸层是大气的最高层，是大气圈和星际空间的过渡带。这层空气的温度也随高度增加而升高。该层内由于温度很高，空气极其稀薄，地球引力又很小，以致某些高速运动的空气分子可以挣脱地球引力的束缚、克服其他大气质点的阻碍而散逸到宇宙空间去。散逸层的上界也就是大气的上界，究竟有多高？据实测，大气密度是随高度增加而减小的，在700千米～800千米高度处气体分子之间的距离可达几百米远，这种情况已超过了实验室中可能获得的最高真空。若继续向上，空气更为稀薄，直至到达“星际空间”时仍然不是绝对真空，就是说大气和星际空间并不存在一个截然界面。气象上常把“极光”出现的最大高度（1000千米～1200千米），作为大气上界。近代卫星探测资料表明，把大气上界定为2000千米～3000千米则更加接近实际。

而从大气的演化看，原地球是太阳系中原行星之一，它是原太阳系中心体中运动的气体和宇宙尘借引力吸积而成。它一边增大，一边扫并轨道上的微尘和气体，一边在引力作用下收缩。随着“原地球”转变为“地球”，地表渐渐冷凝为固体，原始大气也就同时包围地球表面。次生大气中没有氧。这是因为地壳调整刚开始，地表金属铁尚多，氧很易和金属铁化合而不能在大气中留存，因此次生大气属于缺氧性还原大气。次生大气形成时，水汽大量排入大气，当时地表温度较高，大气不稳定对流的发展很盛，强烈的对流使水汽上升凝结，风雨闪电频仍，地表出现了江河湖海等水体。这对此后出现生命并进而形成现在的大气有很大意义。由次生大气转化为现在大气，同生命现象的发展关系最为密切。生命的根苗可能存在于星际空间。但无论如何，即使“前生命物质”来自星际空间，但最简单的最早的生命，仍应出现于还原大气中。这是因为在氧气充沛的大气中，最简单的生命体易于分解、难以发展。

无论是从大气的成分还是大气的演化亦或是大气的垂直结构，都说明了大气对我们人类生活的重要性，对地球上一切的一切的关键性。