大气的组成和结构

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。
1 对流层
➢ 对流层集中了约75%的大气质量和90%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
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。
2020/6/15
中国民航大学 空管学院
第一章 大气的组成和结构
第一节 大气组成 第二节 大气结构 第三节 空气状态方程 第四节 标准大气
地球大气
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，围绕地球占有一定的空间，称为地球大气，简称大 气 （Atmosphere）。
大气不停地运动，不断地变化，呈现出各种各样的天气 （Weather）现象。
对流层三大重要特对征流层：的三个主要特点：
气温随着高度的增高而降低 具有强烈的对流和湍流运动 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 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 低层和空通气过由对于流从、地湍面流得等到方热式量从使地之面受吸热收上热升， 高层量气冷才象空能要气升素下温水沉，平，因分从而布而越不造接均成近匀对地。流面层的内大存气在得强 烈的到由垂的于直热各混量地合越纬作多度用，和。造地热成表带对性地流质面层的温的差度气异高温，随地垂高面直 混合度上能升空到高空很而气高降在高低水度。平，方对向流上层具顶有高不度同高物；理极属地 地度面低性从温。，而度温产低、生，压各垂、种直湿天混等气合要过作素程用水和弱平天，分气对布变流不化层均。顶匀高，
T1
北Y 东X
二、大气垂直分层结构
大气层状结构：
对流层（Troposphere） 平流层/同温层（Stratosphere） 中间层（Mesosphere） 暖层/电离层（Thermosphere） 外逸层（Exosphere）
垂直分层的高度
80 90km
1 600 km Exosphere
散逸层
50 60km
对流层顶
Tropopause
8 9km
Thermosphere
暖层
10 12km
17 18km
对流层
Troposphere
平流层
Stratosphere
中间层
Mesosphere
ATMOSPHERIC LEVELS
大气的分层
二、大气垂直分层结构
1、对流层
对流层（Troposphere）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，发生对流运动，故得名对流 层。 对流层顶高度：
（2）对天气的影响：
– 固体杂质可充当水汽的凝结核，在云、雾、降水等的形 成过程中起着重要的作用。
– 在一定的天气条件下，气溶胶粒子常聚集在一起，形成 霾、风沙浮尘等视程障碍现象，使大气透明度变差；
– 吸收、散射和反射地面和太阳辐射，影响大气温度；
第二节 大气结构
1、大气垂直分层依据 2、大气分层及各层特征
干洁大气之不同纬度臭氧浓度平均垂 直分布曲线
（a）4月
（b）10月
干洁大气之 CO2
CO2：吸收地面受热后放出的长波辐射，对地 球具有“温室效应”（Green House Effect）的 作用。对天气影响较大的成分
二氧化碳含量分布特点：
– 工业区多、农村少 – 同一地区冬季多、夏季少
2、水汽
气温垂直递减率的应用
已知某地的地面气温为T0 (ºC)， Z 天
可大致推算该地Z (m) 高度上的气温
TZ
TZ (ºC) :
TZ = T0 － γ Z
在对流层中，平均取γ = 0.65 ºC/100 m，则
Z
TZ = T0 – 0.65×
Z 100
或 TZ = T0 – 0. 0065×Z
北Y
T0
一、大气垂直分层的依据——气温垂直递减率
水汽在大气中所占的比例很小，仅0.1% ~ 3%，却是大气 中最活跃的成分。水对于地球上生命的意义。
2、水汽
水汽的分布：
大气中的水汽含量随高度的增加而逐渐减少。
水平地理分布不均。
约50%的水汽集中在约2km以下，约大于90% 的水汽集中在5km以下；99%的水汽集中在对流层。
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。
大气的状态用气温、气压、湿度、风、云、降水、能见 度等气象要素 （Meteorological Element）表示。
第一节 大气组成
1、干洁空气（Dry Air） 除水汽、气溶胶以外的整个混合气体
2、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， 来源于地面，含量变化。容积计约占0~5%。
气温垂直递减率的应用
已知某地的Z1 (ft)高度上气温为 T1 (ºC)，可大致推算该地Z2 (ft) 高度 上的气温T2 (ºC) :
T2 = T1－γ (Z2 － Z1)
在对流层中，平均取γ = 2 ºC/1, 000 ft，则
T2
=
T1
–
2×
Z2 － Z1 1, 000
Z天
Z2
T2
Z2-Z1
Z1
3、气溶胶粒子（大气杂质）（Aerosols） 水汽凝结物水滴和冰晶 悬浮的固体微粒烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电 离子等。
1、干洁空气
N2占大气质量的78%，O2占大气质量的21%. O3：主要分布于10~50km高度的平流层大气中，极大值在 20~35km之间。
O3可以强烈吸收太阳紫外线辐射而增温，改变大气温 度的垂直分布，同时也使地球生物免受了过多紫外线 （Ultraviolet）的照射。对天气影响较大的成分
水汽水对汽天气之的对影天响气： 的影响：
– 水汽相变产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等 天气现象。
– 相变过程中放出或吸收热量，影响地面和空气 的温度。
– 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。
3、大气气溶胶
（13）、定大义 气气溶胶
气溶胶 (Aerosols) 质粒：指悬浮在大气中的固体微粒 和水汽凝结物。
一、大气垂直分层的依据——气温垂直递减率
气ห้องสมุดไป่ตู้垂直递减率的定义：
T
Z
∆ T 为温度变化量 ∆ Z 为高度变化量
Z天
T+∆T
Z+∆Z
∆Z
T
Z
北Y 东X
一、大气垂直分层的依据——气温垂直递减率
Z
Z
Z
普 遍 分 布
等 温 层
逆 温 层
γ >０
T
γ ＝０ T
γ <０ T
气温垂直递减率
一、大气垂直分层的依据——气温垂直递减率