大气概况

懒猴航海

一、大气的组成：（Composition）

1、干洁空气（又称干纯空气）（dry air）

干洁空气是组成大气的主要成分。

‚干洁空气的组成：观测证明，在离地面100KM以内的大气中，各主要气体的组成比例几乎不变，其百分比如下：

氮气N2－－－－－－78％

氧气O2－－－－－－21％


氩气－－－－－－－0.9％

CO2－－－－－－－0.03％


臭氧O3及其它－－－0.07%


ƒ CO2的含量分布及其对气候的影响：

来源：有机物的燃烧、腐化；动植物的呼吸。

含量分布：人烟稠密的工业区含量较多，可占大气容积的0.05%海洋上和农村等人烟稀少的地方含量大为减少。

一般而言，空气中的CO2含量：夏季多于冬季；室内多于室外。垂直方向可扩散到20KM的高度上。CO2对太阳的短波辐射吸收很少，而能强烈地吸收和放射长波辐射。可使地面和CO2层之间保持一定的温度，称为“温室效应”。

„ 臭氧O3的分布及其对气候的影响：

形成：在太阳紫外线辐射作用下，部分氧分子离解为氧原子,而后，氧原子再与氧分子化合而形成。

含量分布：O 3的含量随高度变化很大，在通常情况下，低层含量很少，而且不固定，主要在上层大气中含量较大，O 3主要存在于大约20－25km高度处。

作用：O3是大气中能够强烈地直接吸收太阳紫外线辐射的唯一成分，由于这种作用O3层高度上的大气温度显著增高。同时，层也使地面生物圈免受过多紫外线辐射伤害的一种特别重要的保护层。

2、水汽：（vapour）

来源：从地球表面蒸发进入大气，其中大部分来自广阔的海洋面上，其次时潮湿的陆面及植物的蒸腾。

含量：随时间、地点和气象条件（如湿度、风、云等）的不同而有较大的差异。其变化范围在0～4％。在热带雨林地区，空气中的水汽含量可高大4％，而在沙漠地区却可少至0.01％以下。

分布：随高度的增加而迅速减少。

对天气的影响：水汽是唯一能够发生相变引起各种天气变化的大气成分。

3、微尘（dust）：

来源：海洋上主要是浪花飞溅在空中蒸发留下的微小盐粒。陆地主要是灰尘和火山灰等。

含量分布：主要集中在大气的下层，随时间地点和气象条件的变化很大。

对天气的作用以及对航海的影响：

大量凝结核的存在，对于成云致雾和降水等天气现象的形成起着重要作用。

‚大气中的微尘还有削弱太阳辐射阻挡地面辐射从而保持地面温度的作用。

ƒ但是，当大量浮游在大气中的杂质聚集在一起时，就会形成烟、雾或沙暴等坏天气，使能见度变得恶劣，直接影响了船舶的安全航行。
二、大气的垂直分层：

通常人们以只是在大气中
才有的“极光”现象出现的最大高度作为大气的上界。其数值约为1000KM。

大气在垂直方向上的分布很不均匀，不同气层中的性质差异很大。世界气象组织（WMO）建议。根据大气的运动状态和温度的垂直变化特点，将大气在垂直方向自下而上依次分为以下五层：
一)、对流层：（troposphere）


1、厚度：随纬度的增高而减小。赤道17～18KM；中纬10～12KM；高纬6～8KM。随季节的不同而不同。夏季比冬季厚些。


2、对流层的三个主要特点：

气温随高度的升高而降低。平均每上升100米，气温降低0.65℃。

（解释：高山终年积雪和高空的云多为冰晶组成都证明了这一点。这是因为在对流层中，空气的热量来源主长波辐射而并非太阳的短波辐射。因而，愈接近地面大气获得的热能就越多，气温也就越高；越远离地面，气温越低。)

‚具有强烈的对流和乱流运动。（上述温度垂直分布的特征和地面热力性质的非均匀性，都有利于形成大规模的强烈的对流运动以及无规则的乱流运动。空气垂直混合的同时，上下层的热量和水汽得以交换。上升气流中的水汽，由于温度降低而凝结或凝华，形成云、雨、雾、雪等天气现象。)

ƒ 气象要素（气温和湿度）在水平方向上分布不均匀。
3、对流层的分层及其特点：


根据对流层中大气运动的不同特征，将对流层分为以下三层：

下层（又称摩擦层friction layer）：厚度约1～2KM

摩擦作用的产生：地面摩擦和空气之间的粘滞作用。

a、摩擦作用随高度的增加,因与地面的距离增大和空气的密度减小而减小。

b、风随高度的增加而增大。

c、气温有明显的日变化。

‚中层（又称自由大气free atmosphere）

a、由于不受摩擦作用的干扰，大气的运动规律显得较简单清楚，基本表示整个对流层空气的运动趋势。

b、大气中主要天气现象如云和降水主要发生在这一层，是考虑天气预报的重要对象.

ƒ下层（又称对流层顶）:对流层和平流层之间厚度约1～2KM的过渡层。

a、气温垂直递减率突然变小或几乎不变（等温）甚至出现逆温。
b、逆温层的作用：能够有效地抑制对流的发展，从而使绝大部分水汽和微尘保持在对
流层中而不易向高处散逸。
二)、平流层（stratosphere）：



1、范围：从对流层顶向上到大约50KM的高度。

2、特点：

平流层的下层为同温层，温度随高度变化很小或几乎不变。

‚20KM以上出现逆温层，到平流层顶可能超过0℃，比对流层顶温度高出60～70℃之多。这是由于臭氧层的存在而造成的。

ƒ平流层中气流比较平稳，没有强烈的对流运动。

„平流层中水汽和微尘含量很小，天气晴朗，能见度很好。

…在中纬度，平流层的下部盛行西风，上部则盛行东风。
三)、中间层（mesosphere）：



1、范围：50KM～80KM的高度之间。

2、特点：
温度随高度的上升而迅速下降,其顶部温度降至－83℃～－113℃。

这里没有臭氧层吸收太阳紫外线辐射，另外，氮气和氧气所能直接吸收的短波太阳辐射被更上层大气吸收了。

‚再次出现明显的空气对流和湍流现象，故又称高空对流层。

ƒ大约60KM高度上存在一个只有在白天出现的电离层，称为D层。
四)、暖层（thermosphere又称热层或电离层）：


1、范围：80KM～800KM高度之间。

2、特点：
温度随高度的增加而迅速升高。
据卫星探测，300KM以上可达1000℃以上。原因是因为所有波长小于0.175um的太阳紫外线辐射都被该层气体所吸收。
‚空气处于高度电离状态。
由于该层大气受太阳紫外线辐射和宇宙射线的作用而形成的。各高度的被电离程度不同，其中以100～120KM的E层和200～400KM的F层最为显著。它们都能反射短波无线电波，对实现远距离无线电通讯具有重要的意义。劳兰C等无线电导航仪就是靠电离层的反射作用来实现定位目的的。
五)、散逸层（又称外层exosphere）：


1、范围：800KM以上的大气层。

2、特点：

温度随高度的增高而迅速增高，可达数千度。

‚空气相当稀薄，空气的运动速度可达第一宇宙速度（12KM/S）。
    一些高速运动的大气质点可以挣脱地球的引力束缚，克服周围其它大气质点的阻，逃逸到宇宙空间中去，散逸层由此而得名。