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大气

大气,是围绕地球的空气包层,与海洋、陆地共同构成地球体系,天气从现象上来讲,绝大部分是大气中水分变化的结果。大气的运动变化是由大气中热能的交换所引起的,在太阳辐射、下垫面强迫作用和大气环流的共同作用下,形成的天气的长期综合情况称为气候。

目录

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1 概述
2 形成过程
  1. 2.1 原始大气阶段
  2. 2.2 次生大气阶段
  3. 2.3 今日大气阶段
3 主要组成
  1. 3.1 干洁大气成份
  2. 3.2 水汽
  3. 3.3 杂质微粒
  4. 3.4 大气污染物
4 主要分层
  1. 4.1 按物理性质
  2. 4.2 按特征分
5 温室效应
  1. 5.1 原理
  2. 5.2 作用气体
6 大气污染

大气 - 概述

地球

大气,包围地球的空气称为大气,我们人类生活在地球大气的底部,并且一刻也离不开大气,大气为地球生命的繁衍,人类的发展,提供了理想的环境,它的状态和变化,时时处处影响到人类的活动与生存,大气科学是研究大气圈层的一门科学,它研究大气的具体情况,包括组成大气的成分、这些成分的分布和变化、大气的结构、大气的基本性质和主导状态的运动规律。

大气 - 形成过程

地球大气是伴随着地球的形成过程,经过了亿万年的不断“吐故纳新”,才演变成今天的这个样子。一般认为,地球大气的演变过程可以分为三个阶。

原始大气阶段

大气

大约在50亿年前,大气伴随着地球的诞生就神秘地“出世”了。也就是拉普拉斯所说的星云开始凝聚时,地球周围就已经包围了大量的气体了。原始大气的主要成分是氢和氦。当地球形成以后,由于地球内部放射性物质的衰变,进而引起能量的转换。这种转换对于地球大气的维持和消亡都是有作用的,再加上太阳风的强烈作用和地球刚形成时的引力较小,使得原始大气很快就消失掉了。

次生大气阶段

地球生成以后,由于温度的下降,地球表面发生冷凝现象,而地球内部的高温又促使火山频繁活动,火山爆发时所形成的挥发气体,就逐渐代替了原始大气,而成为次生大气。次生大气的主要成分是二氧化碳、甲烷、氮、硫化氢和氨等一些分子量比较重的气体。这些气体和地球的固体物质之间,互相吸引,互相依存。气体没有被地球偌大的离心力所抛弃,而成为大气的第二次生命棗次生大气。

今日大气阶段

随着太阳辐射向地球表面的纵深发展,光波比较短的紫外线强烈的光合作用,使地球上的次生大气中生成了氧,而且氧的数量不断地增加。有了氧,就为地球上生命的出现提供了极为有利的“温床”。经过几十亿万年的分解、同化和演变,生命终于在地球这个襁褓中诞生了。今天的大气虽然是由多种气体组成的混合物,但主要成分是氮,其次是氧,另外还有一些其它的气体,但数量则极其微小的。

大气

大气 - 主要组成

干洁大气成份

干洁空气是指大气中除去水汽、液体和固体微粒以外的整个混合气体,简称干空气。它的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等,其容积含量占全部干洁空气的99.99%以上。其余还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等。

成份表

气 体
按容积百分比 按质量百分比 分子量
78.084 75.52 28.0134
20.948 23.15
31.9988
0.934 1.28
39.948
二氧化碳 0.033
0.05 44.0099

水汽

水汽在大气中含量很少,但变化很大,其变化范围在0-4%之间,水汽绝大部分集中在低层,有一半的水汽集中在2公里以下,四分之三的水汽集中在4公里以下,10-12公里高度以下的水汽约占全部水汽总量的99%。大气中的水汽来源于下垫面,包括水面、潮湿物体表面、植物叶面的蒸 发。由于大气温度远低于水面的沸点,因而水在大气中有相变效应。水汽含量在大气中 变化很大,是天气变化的主要角色,云、雾、雨、雪、霜、露等都是水汽的各种形态。 水汽能强烈地吸收地表发出的长波辐射,也能放出长波辐射,水汽的蒸发和凝结又能吸收和放出潜热,这都直接影响到地面和空气的温度,影响到大气的运动和变化。

大气

杂质微粒

大气中除了气体成分以外,还有很多的液体和固体杂质、微粒。杂质是指来源于火山爆发、尘沙飞扬、物质燃烧的颗粒、流星燃烧所产生的细小微粒和海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒,还有细菌、微生物、植物的孢子花粉等。它们多集中于大气的底层。

液体微粒,是指悬浮于大气中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结物。

大气中杂质、微粒,聚集在一起,直接影响大气的能见度。但它能充当水汽凝结的核心,加速大气中成云致雨的过程;它能吸收部分太阳辐射,又能削弱太阳直接辐射和阻挡地面长波辐射,对地面和大气的温度变化产生了一定的影响。

大气污染物

随着人类社会生产力的高度发展,各种污染物大量地进入地球大气中,这就是人们所说的“大气污染”。大气中污染物已经产生危害,受到人们注意的污染物大致有一百种左右,主要污染物如表所示。

分 类
成 份
粉尘微粒 碳粒、飞灰、碳酸钙、氧化锌、二氧化铅
硫化物 SO2、SO3、H2SO4(雾)、H3S等
氮化物 NO、NO2、NH3等
卤化物 Cl2、HCl、HF等
碳氧化物 CO、CO2等
氧化剂 O、过氧酰基硝酸脂(PAN)等

大气 - 主要分层

大气分层

按物理性质

1、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。

2、在对流层的顶部,直到高于海平面50-55公里的这一层,气流运动相当平衡,而且主要以水平运动为主,故称为平流层

3、平流层之上,到高于海平面85公里高空的一层为中间层。这一层大气中,几乎没有臭氮,这就使来自太阳辐射的大量紫外线白白地穿过了这一层大气而未被吸收,所以,在这层大气里,气温随高度的增加而下降的很快,到顶部气温已下降到-83℃以下.由于下层气温比上层高,有利于空气的垂直对流运动,故又称之为高空对流层或上对流层。

4、从中间层顶部到高出海面800公里的高空,称为暖(热)层,又叫电离层。这一层空气密度很小,在700公里厚的气层中,只含有大气总重量的0.5%。暖层里的气温很高,据人造卫星观测,在300公里高度上,气温高达1000℃以上。所以这一层叫做暖层或者热层。

5、暖层顶以上的大气统称为散逸层,又叫外层。它是大气的最高层,高度最高可达到3000公里。这一层大气的温度也很高,空气十分稀薄,受地球引力场的约束很弱,一些高速运动着的空气分子可以挣脱地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空间中去。

6、地球大气圈之外还有一层极其稀薄的电离气体,其高度可伸延到22000公里的高空,称之为地冕。地冕也就是地球大气向宇宙空间的过渡区域。

按特征分

1、按着大气的化学成分来划分。这种划分是以距海平面90公里的高度为界限的。在90公里高度以下,大气是均匀地混合的,组成大气的各种成分相对比例不随高度而变化,这一层叫做均质层。在90公里高度以上,组成大气的各种成分的相对比例,是随高度的升高而发生变化的,比较轻的气体如氧原子、氦原子、氢原子等越来越多,大气就不再是均匀的混合了,因此,把这一层叫做非均质层。

2、是按着大气被电离的状态来划分,可分为非电离层和电离层。在海平面以上60公里以内的大气,基本上没有被电离处于中性状态,所以这一层叫非电离层。在60公里以上至1000公里的高度,这一层大气在太阳紫外线的作用下,大气成分开始电离,形成大量的正、负离子和自由电子,所以这一层叫做电离层,这一层对于无线电波的传播有着重要的作用。

大气 - 温室效应

大气污染

全球的地面平均温度约为15℃。可是,如果没有大气,根据地球获得的太阳热量和地球向宇宙空间放出的热量相等,可以计算出地球的地面平均温度应为-18℃。因此,这33℃大体就是因为地球有大气,大气像被子一样造成温室效应之故。

原理

世界上,宇宙中任何物体都辐射电磁波。物体温度越高,辐射的波长越短。太阳表面温度约6000K,它发射的电磁波长很短,称为太阳短波辐射(其中包括从紫到红的可见光)。地面在接受太阳短波辐射而增温的同时,也时时刻刻向外辐射电磁波而冷却。地球发射的电磁波长因为温度较低而较长,称为地面长波辐射。短波辐射和长波辐射在经过地球大气时的遭遇是不同的:大气对太阳短波辐射几乎是透明的,却强烈吸收地面长波辐射。大气在吸收地面长波辐射的同时,它自己也向外辐射波长更长的长波辐射(因为大气的温度比地面更低)。其中向下到达地面的部分称为逆辐射。地面接受逆辐射后就会升温,或者说大气对地面起到了保温作用。这就是大气温室效应的原理。

作用气体

大气中每种气体并不是都能强烈吸收地面长波辐射。地球大气中起温室作用的气体称为温室气体,主要有二氧化碳(CO2)、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。它们几乎吸收地面发出的所有的长波辐射,其中只有一个很窄的区段吸收很少,因此称为“窗区”。地球主要正是通过这个窗区把从太阳获得的热量中的70%又以长波辐射形式返还宇宙空间,从而维持地面温度不变,温室效应主要是因为人类活动增加了温室气体的数量和品种,使这个70%的数值下降,留下的余热使地球变暖的。

目前大气中CO2的含量是355ppm,即百万分之355,把它换算成标准状态,将是2.8米厚。在8000米厚的大气中就占这2.8米厚这一点点。甲烷含量是1.7ppm,相应是1.4厘米厚。臭氧浓度是400ppb(ppb为ppm的千分之一),换算后只有3毫米厚。一氧化二氮是310ppb,2.5毫米厚。氟里昂有许多种,但大气中含量最多的氟里昂12也只有400ppt(ppt又为ppb的千分之一),换算到标准状态只有3微米。由此可见大气中温室气体之少。也正因为如此,所以人为释放如不加限制,便很容易引起全球迅速变暖。

大气 - 大气污染

大气

中国大气环境形势依然十分严峻,城市大气环境质量仍不尽如人意,以臭氧、灰霾污染为特征的复合型污染日益显现。应加强污染减排及污染防治工作,要积极实施工程减排、结构减排、管理减排三大措施,2010年SO2排放总量比2005年下降了14.29%,污染减排工作取得了积极进展,圆满实现了减排目标。

尤其在长三角、珠三角等重点区域,大气污染物排放高度集中、城市间大气污染物相互影响、区域污染特征呈现高度的趋同性和一致性,大气污染防治工作还将面临前所未有的压力。“十二五”期间要继续加强污染减排及污染防治工作,将区域污染联防联控战略作为推进中国大气污染防治工作的重要手段和主攻方向,把深化区域污染联防机制作为改善环境空气质量的有效途径,切实提升人民群众的生活环境质量。

大气污染对大气物理状态的影响,主要是引起气候的异常变化。这种变化有时是很明显的,有时则以渐渐变化的形式发生,为一般人所难以觉察,但任其发展,后果有可能非常严重。大气是在不断变化着的,其自然的变化进程相当缓慢,而人类活动造成的变化祸在燃眉,已引起世界范围的殷切关注,世界各地都已动员了大量人力、物力,进行研究、防范、治理。控制大气污染,保护环境,已成为当代人类一项重要事业。

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