第四章大气的分层和结构解读
辐射在大气中的传输
B
二氧化碳
C
4.3 大气吸收和散射计算
4.3 大气吸收和散射计算
二氧化碳的吸收带主要位于2.7um、4.3um、10um和14.7um处。二氧化碳在大气中的比例比较稳定，可以认为二氧化碳的吸收和气象条件没有关系。
③ 高度修正和斜程处理
由于分子密度、气压和温度等参数对大气的吸收均随着海拔高度的变化而变化，当路径为一定海拔或某一斜程时必须进行修正。
01
如果是某一波段内的大气透射性质，定义平均透射比:
02
大气不同成分与不同物理过程造成的消光效应具有线性叠加性，总消光特征量是各分量之和：
03
4.2 大气消光和大气窗口
01
此时，总透射比是各单项透射比之积：
并且各单项透射比可进一步分解为各大气成分的透射比。
波盖耳定律使用Hale Waihona Puke 注意事项：0203
04
假定消光系数与辐射强度、吸收介质浓度无关；不考虑的功率密度阈值：107W/cm2。
高度修正:
等效路径长度:
2
水蒸气等效海平面可降水分量:
3
二氧化碳等效路径长度:
1
斜程修正:
4
LOWTRAN法
4.3 大气吸收和散射计算
1
LOWTRAN模式是美国空军地球物理实验室提出来的一种地分辨力大气模式，算法较简单，精度约为10%~15%。大多数光电成像系统分析都采用LOWTRAN分析大气传输特性。
04
4.3 大气吸收和散射计算
01
光电成像器件或观察者对距离R处的目标物与景物成像，其表观对比度CR：
式中，Lt(R)和Lb(R)分别为光电成像器件或观察者实际接收到的目标和背景的表观亮度。
大气的组成、结构与受热
B 高
低
北半球近地面
C 北半球近地面
比较风速
A
B
1000百帕 1008百帕 1016百 帕
等压线越密集，水平气压 梯度力越大，风力也越大 水平气压梯度力相同时，近地面 与高空、海面与陆地的风速？
练习：图中是北半球近地面，画出A、B两地的风向
1004 1002 A 甲 1000
B
1006 1008 1010 乙
第二节
大气圈与天气、气候
一、大气的组成与结构
1、大气圈的组成以及大气各成分的作用 干洁空气、水汽、固体杂质
大气各成分的作用
大气组成 主要 干 成分 氧 洁 空 CO2 气 次要 成分 O3 水 汽 氮 主 要 作 用 生物体（蛋白质）的基本成分 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 吸收紫外线，使地球上的生 物免遭过量紫外线的伤害 成云致雨的必要条件 对地面保温
２只受水平气压梯度力的影响—— 风向垂直等压线
风向
（hPa）
1010 1020 1030
2、受水平气压梯度力与地转偏向力的影响
（hPa）
——风向与等压线平行
468 476 484 492
500
气压梯度力 地转偏向力 风向
４、受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦 力的影响 （hPa） ——风向与等压线有一夹角 1000
地面 B A C
取暖机和空调的安装位置有何不同？为什么？
壁式空调
暖风片
一、热力环流的原理
低
高空
1020hpa
高
低
1060hpa
1100hpa
地面 高
低
受热 冷却
A C 注意：气压高低我们说的是“同一水平面” B
4.大气与大气污染
二、大气污染定义、类别及危害
常见污染物的产生及其迁移转化
硫化物 ： 硫常以二氧化硫和硫化氢的形式进行入大气，也
逆温：在对流层中，由于气象和地形等条件的影响，有时会出现气温
随高度增加而增加的现象，称为逆温。此时大气处于非常稳定状态，大 气的垂直运动很难发展，污染物质的输送和扩散受到限制，因此可能造 成严重的大气污染。
二、大气污染定义、类别及危害
1、大气污染定义
国际标准化组织的定义是：“大气污染通常是指由于人类活动 或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足 够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利，或危害了环境 的现象”。
定义指明了造成大气污染的原因人类活动和自然过程。自然过 程包括火山活动、森林火灾、海啸、土壤和岩石的风化、雷电以及 大气圈空气运动等。但是由自然过程引起的空气污染，通过自然环 境的自净作用（如稀释、沉降、雨水冲洗、地面吸附、植物吸收等 物理、化学及生物机能），一般经过一段时间后会自动消除，能维 持生态系统平衡。因此，大气污染主要是由人类的生产和生活活动 向大气中排放的污染物质，在大气中累积，超过了环境的自净能力 而造成的。
一、大气圈的结构与大气组成
平流层
在对流层的上部，上界高度约为50-55km 温度随高度增加而增高，含有丰富的臭氧，上半部分吸收了 大量来自太阳的紫外线而被加热 对地球起保温作用 气流运动相当平衡，而且主要以水平运动为主，无垂直对流 民用航空领域的大型客机大多飞行于此层 污染物一旦进入平流层，滞留时间可长达数十年
大气的组成和垂直分层教案
大气的组成和垂直分层教案第一章：大气的概念与组成1.1 教学目标让学生了解大气的定义和重要性使学生掌握大气的组成成分及各自作用1.2 教学内容定义大气：地球周围的空气层大气的重要性：生物生存、气候调节、能量传输等大气的组成成分：氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气、氩气等各组成成分的比例及作用1.3 教学活动图片展示：地球大气层结构图小组讨论：大气各组成成分的作用视频播放：大气层介绍视频1.4 作业与评估制作思维导图：大气组成成分及作用小组报告：大气对人类生活的影响第二章：大气的垂直分层2.1 教学目标使学生了解大气层的垂直结构让学生掌握各层的特征及主要现象2.2 教学内容地球大气层的垂直分层：对流层、平流层、中间层、热层、外层各层的特征：温度、密度、生物活动、气象现象等各层的主要现象：臭氧层、极光、流星等2.3 教学活动图片展示：大气层的垂直结构图小组讨论：各层的特征及主要现象实验演示：大气压力与高度的关系2.4 作业与评估制作海报：大气层的垂直结构及主要现象小组报告：各层对人类生活的影响第三章：大气压力与高度的关系3.1 教学目标让学生了解大气压力与高度之间的关系使学生掌握大气压力的变化规律3.2 教学内容大气压力与高度的关系：随高度增加，大气压力减小大气压力的变化规律：海拔越高，大气压力越小实例分析：登山时呼吸困难的原因3.3 教学活动实验演示：大气压力的变化规律小组讨论：登山时呼吸困难的原因角色扮演：高原反应的感受3.4 作业与评估制作手抄报：大气压力与高度的关系小组报告：大气压力变化对人类生活的影响第四章：大气现象与生活4.1 教学目标使学生了解大气现象与日常生活的关系让学生掌握常见大气现象的形成原理4.2 教学内容常见大气现象：风、雨、雪、雷、雾等形成原理：气压差、水循环、气温差异等大气现象与人类生活的关系：气候、天气、农业等4.3 教学活动图片展示：各种大气现象的图片小组讨论：大气现象与人类生活的关系视频播放：大气现象的形成原理介绍4.4 作业与评估制作PPT：大气现象的形成原理及与人类生活的关系小组报告：大气现象在日常生活中的应用第五章：大气环境保护5.1 教学目标让学生了解大气污染的原因和危害使学生掌握大气环境保护的方法和措施5.2 教学内容大气污染的原因：工业排放、汽车尾气、农业活动等大气污染的危害：气候变化、呼吸系统疾病、生态破坏等大气环境保护的方法和措施：减少排放、清洁能源、植物造林等5.3 教学活动图片展示：大气污染的图片小组讨论：大气污染的原因和危害视频播放：大气环境保护的实例介绍5.4 作业与评估制作海报：大气环境保护的方法和措施小组报告：如何减少大气污染的影响第六章：气候变化与大气6.1 教学目标使学生理解气候变化的概念让学生了解气候变化与大气之间的关系6.2 教学内容气候变化的定义：长期平均天气状态的变动气候变化与大气之间的关系：大气中的温室气体、大气循环变化等气候变化的影响：海平面上升、极端天气、生态系统变动等6.3 教学活动图片展示：气候变化的影响图片小组讨论：气候变化与大气之间的关系视频播放：气候变化的成因与影响介绍视频6.4 作业与评估制作PPT：气候变化的成因、影响及与大气的关系小组报告：气候变化对人类生活的影响及应对措施第七章：天气预报与大气科学7.1 教学目标让学生了解天气预报的原理和方法使学生掌握大气科学的基本知识7.2 教学内容天气预报的原理：气象观测、气象数值模拟等天气预报的方法：经验预报法、数值预报法等大气科学的基本知识：大气压力、温度、湿度等7.3 教学活动图片展示：天气预报的原理和方法图片小组讨论：大气科学的基本知识实验演示：大气压力、温度、湿度的测量7.4 作业与评估制作海报：天气预报的原理和方法小组报告：大气科学的基本知识及其应用第八章：大气科学的研究与应用8.1 教学目标使学生了解大气科学研究的意义和价值让学生掌握大气科学在生产生活中的应用8.2 教学内容大气科学研究的意义：气候变化、天气预报、环境保护等大气科学在生产生活中的应用：气象服务、航空航海、农业等大气科学研究的最新进展：无人机气象观测、气候变化模型等8.3 教学活动图片展示：大气科学研究的新技术和新设备小组讨论：大气科学在生产生活中的应用视频播放：大气科学研究的最新进展介绍视频8.4 作业与评估制作PPT：大气科学研究的新技术和新设备小组报告：大气科学在生产生活中的应用案例第九章：大气科学的前沿话题9.1 教学目标让学生了解大气科学的前沿话题使学生认识到大气科学的重要性9.2 教学内容大气科学前沿话题：全球气候变化、大气污染控制、清洁能源等大气科学的重要性：人类生存、可持续发展、生态环境保护等大气科学研究的挑战与机遇：新技术、新模型、新政策等9.3 教学活动图片展示：大气科学前沿话题的图片小组讨论：大气科学的重要性视频播放：大气科学研究的挑战与机遇介绍视频9.4 作业与评估制作海报：大气科学前沿话题及重要性小组报告：大气科学研究的挑战与机遇第十章：总结与展望10.1 教学目标使学生回顾大气组成和垂直分层的知识让学生了解大气科学的意义和前景10.2 教学内容回顾大气组成和垂直分层的主要内容总结大气科学的意义的和前景展望大气科学的发展方向：低碳经济、生态文明建设等10.3 教学活动图片展示：大气组成和垂直分层的知识点图片小组讨论：大气科学的意义的和前景视频播放：大气科学的发展方向介绍视频10.4 作业与评估制作PPT：大气组成和垂直分层的知识点小组报告：大气科学的意义的和前景重点和难点解析1. 大气概念与组成：理解大气的定义和重要性是学习大气科学的基础。
大气的组成和垂直分层课件
太阳 太阳辐射 地面 地面辐射 大气 大气辐射 宇宙空间
大气逆辐射
保温作用
地面辐射
1.大气最主要、直接的热源是地面
2.大气对太阳辐射的削弱作用主要表现为吸收、反射 （云）、散射。
3.大气对地面的保温作用是通过大气逆辐射实现的
达标练习： 1。读右图，回答：
(1)ABC分别表示大气垂直分层 的( 对流 )层、( 平流 )层和 ( 高层大气 )层。 (2)气温随高度增加而递减的 是(对流 )层，气温随高度增 加而上升的是( 平流 )层。
一、大气的组成 和垂直分层
1、大气的组成和作用
干 N2 生物体的基本成分 洁 O2 维持生命活动必需的物质 空 CO2 植物光合作用的原料；对地面保温
气
O3
吸收紫外线，使地球上的生物免 遭过量紫外线的伤害
水 汽 成云致雨的必要条件
固体杂质 成云致雨的必要条件
干洁空气组成图
（体积分数）
氧
氮
20.94%
50千 米以 上
升—臭 平流 12-50 氧吸收 运动 千米 紫外线 为主
对 12千米降—地 对流
流 以下 面是热 运动
层
源 为主
天气 与人类 状况 的关系
天气 晴朗
天气 复杂 多变
电离层 反射无 线电波
臭氧保 护生物, 利于高 空飞行
最为 密切
二、 大气的 受热过程
地球上能量源泉——太阳辐射
1、大气对太阳辐射的吸收作用
应用实例
• （1）多云的夜晚，气温较高。（大气逆辐射强） • （2）在晚秋或寒冬，霜冻多出现在晴朗的夜晚。
（大气逆辐射弱） • （3）人造烟幕能起到防御霜冻的作用。（增强
大气逆辐射） • （4）月球的昼夜温差很大。（因为没大气层，
大气的组成和垂直分层
《蒙特利尔议定书》
１９８７年，由４６个国家签署此议定书。 1995年，有150多个国家的代表参加的维 也纳保护臭氧层国际会议规定，将发达国 家停止使用氟氯烃的期限提前到2000年， 发展中国家则在2016年停止使用，2040年 淘汰。
使水维持液态
从太空看地球和月球
地球
月坑
小 行 星
太空中飘浮的小行星
“爱神”小行 星
坑深５km
陨石坠入地球大气层
碰撞的瞬间
美国亚利桑那陨石坑
加拿大曼尼古根的陨石坑
大气对太阳辐射的作用
吸收
反射
散射
削 弱 作 用
能够到达地面的太阳辐射只剩下47%
大气的保温作用
太阳辐射
19% 34%
47%
作业
练习册 专题八
四、解读臭氧
•臭氧是一种具有刺激性气味，略带淡蓝 色的气体。 •在平流层中含有臭氧的比例约为90％。
•臭氧是地球表面生物免遭紫外线伤害的
保护者，可吸收约99％的紫外线。
1、臭氧洞的分布范围
南极、北极、我国青藏高原上空。
２０００年，南极上空的臭氧洞面积
创纪录达２８００万平方公里，相当 于４个澳大利亚。
大气逆 辐射
地面辐射
影响太阳辐射的主要因素 ①太阳高度角（纬度）
②大气层的厚度（海拔）和透明度（气候）
127℃
-183℃
28℃
24℃
没有大气的月球
有大气的地球
火星上的河床
火星上的溪谷
教学小结： Nhomakorabea1 ．这节课要知道组成大气的主要成分及其作 用；大气圈对地球生命的保护，以及太阳辐射 的影响因素； 2 ．理解大气的垂直分层结构，各层的主要特 征及其与人类的关系。 3.学会用气温的垂直分布图，说明大气垂直分 层结构，气温垂直变化，以及对流层、平流层 的主要特点； 4.能运用本节课相关知识解释一些地理现象。
大气的组成与垂直分层ppt课件
大气的组成与垂直分层
一、大气的组成
1 大气的组成成分及作用
【思考】 1．低层大气的主要组成成分？ 2．什么是干洁空气？ 3．干洁空气的成分及其与生活的关系？ 4．水汽和杂质的时空分布规律？
一、大气的组成
1 大气的组成成分及作用
组成成分
作用
氮气 生物体的基本成分
干 洁
氧气
维持生命活动必需的物质； 参与有机物的燃烧、腐败和分解过程
探究三 乘机注意事项，认识高层大气
作为中国机长，请结合“大气垂直 分层示意图”及电影情节③，探究飞机 在起飞、巡航、下降过程中需注意的事 项，并分析原因？
电影情节③
课堂小结
大气 的组 成与 垂直 分层
大气的 组成
大气的 垂直分层
干洁空气 水汽 杂质
高层大气 平流层 对流层
作用
温度变化 特 运动状况 点 天气现象
空间分布：陆地>海上 城市>乡村
时间分布：冬季>夏季
水汽和杂质因时因地而异
一、大气的组成
2 人类活动对大气组成成分的影响
材料一：2016年4月20日，新华社在人民网发表了题为 《青藏高原冰川持续融化消退》的文章。文章说在过 去约30年间，青藏高原及其相邻地区的冰川面积由5.3 万平方千米缩减至4.5万平方千米，退缩了15%。
高
[问题驱动1]为什么在飞机起飞前，空乘人员要提醒
层 大
乘客关闭信号设备？
气
[问题驱动2]飞机和手机接收的信号来自哪个大气层？ 50-55km
[问题驱动3]高层大气在哪里？
0
[问题驱动4]高层大气的温度是怎么变化的？
[问题驱动5]高层大气中有哪些景观？
大气分层和削弱教案
大气分层和削弱教案第一章：大气分层简介1.1 大气层的基本概念定义：大气层是地球表面上空包围地球的气体层。
作用：保护地球生物免受宇宙射线和太阳辐射的伤害，维持地球气候和生态平衡。
1.2 大气层的结构对流层：距离地球表面最近的大气层，高度约为10-15公里，大气运动强烈，云雨现象发生。
平流层：位于对流层上方，高度约为50公里，大气运动平稳，臭氧层位于此层，能吸收紫外线。
中间层：位于平流层上方，高度约为80-500公里，温度随高度降低。
第二章：大气削弱作用2.1 太阳辐射的传播太阳辐射经过大气层时，会受到大气分子的散射和吸收作用。
散射：短波辐射（如紫外线）在大气中受到气体分子的散射，使得天空呈现蓝色。
吸收：长波辐射（如可见光）被大气中的水蒸气、二氧化碳等气体吸收，形成温室效应。
2.2 大气对太阳辐射的削弱作用大气中的气溶胶（如尘埃、硫酸盐等）能吸收和散射太阳辐射，减少到达地面的辐射量。
云层对太阳辐射的削弱作用更为显著，云层越厚，削弱作用越强。
2.3 大气对地面辐射的削弱作用地面辐射主要由地表温度决定，夜间地表温度较低，向大气发出长波辐射。
大气中的水蒸气、二氧化碳等气体能吸收地面辐射，使大气温度升高，形成逆辐射。
逆辐射对地面起到一定的保温作用，减少地面辐射损失。
第三章：大气层对气候变化的影响3.1 大气层中的水循环太阳辐射加热地表，地表水分蒸发形成水汽。
水汽进入大气层，通过凝结形成云，最终以降水形式返回地面。
降水过程中，大气层中的水汽不断循环，影响地表气候。
3.2 大气层中的能量平衡太阳辐射经过大气层时，部分被反射、散射、吸收和透过。
地表吸收太阳辐射后，向大气发出长波辐射。
大气层中的温室气体（如水蒸气、二氧化碳等）能吸收长波辐射，使大气温度升高。
大气层中的能量平衡调节着地球气候。
3.3 大气层对气候变化的反馈机制气候变化可能导致大气层中温室气体浓度变化，影响地球气候。
例如，全球变暖导致冰川融化，海平面上升，影响沿海地区气候。