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大气物理第一章综述_图文

Ch1 大气概貌 1.1 1.2 1.3 1.4 地球大气的演化 现代大气的组成 空气状态方程 物理量的垂直分布 The Three Atmospheres of Earth ? First atmosphere: Composed of gases from the generating nebula ? principally H2, He ? Second atmosphere: First atmosphere ? ? ? minus gases 'boiled away' to space plus gases emitted from volcanoes plus gases arriving from comets etc. ? Modern atmosphere: Resulting from the effects of life and the addition of oxygen Setting the Composition of the 2nd Atmosphere - Volcanoes ? ? CO2 (~10%) CO SO2 H2S (a few percent) Cl2 Gases were expelled from the interior (same as today) ? ? ? ? ? N2 (a few percent) H2O (~85%) H2 NH3 ? CH4 No oxygen! 1.1 地球大气的演化 1、原始大气 地球形成初期的原始大气是以宇宙中最丰 富的轻物质H2,He为主。 后来原始大气逐渐逃逸。估计在45亿年前 或晚些时候,地球上无大气。 2、次生大气 火山喷发形成次生大气,主要由水汽、 CO2、 氮和硫或硫化物。没有氧气。 大量水汽造成长时间降雨,持续了几千年 (推测),形成原始海洋,生命就在原始海洋 的汤液中形成。 3、氧化大气 生命的光合作用使大气圈中出现了氧气。 从火山喷发出来的氮,由于其化学惰 性及其在水中的低溶解度,大部分仍留在 大气中,成为现代大气中的主要气体成分; 大气中的氩,是地球固体部分放射性物质 40K衰变时的副产品。 Ch1 大气概貌 1.1 地球大气的演化 1.2 现代大气的组成 1.3 空气状态方程 1.4 物理量的垂直分布 ? 1.2 现代大气组成 地球大气是由多种气体以及漂浮于其中 的固态、液态等颗粒物质(大气气溶胶 粒子)组成的。 相变特征:在地球大气温、压条件下, 水汽是唯一能发生相变的气体成分。 水汽的相变不但造成云雾降水,而且在 地球的生态系统中起着重要作用。 有关概念 (1)干洁大气:不含水汽和悬浮颗粒物的 大气称为干洁大气 (2)浓度:表示浓度有绝对量和相对量。绝对量 如体积质量mg/m3,μg/m3等。相对量如ppm (10-6),ppb(10-9)和ppt(10-12)等, 可分别 加尾缀m或v表示质量和体积,例如ppmm和ppmv。 (3)平均停留时间: 即该种成分的所有分子更新一次 F R 所需要的时间,亦即“平均寿命”。在准平衡条件下, 一种大 M M 气成分的分子在大气中的平均滞留时间定义为 τ ? ? 其中M为这种成分的总质量, F是向大气的输入速率(包括源和 化学转化), R是消失速率(因沉降、化学转化和逃逸)。 一、干洁大气的组成 这里主要关注100km以下的均匀混合层, 特别是对流层内空气的成分 Table 1.1 U.S. Standard Atmosphere. Content (% by volume) 78.084 20.948 0.934 0.333 18.18× 10-4 5.24× 10-4 1.5× 10-4 1.14× 10-4 0.5× 10-4 0.27× 10-4 0.19× 10-4 0-12× 10-4 0.089× 10-4 0.004× 10-4 0.001× 10-4 0.001× 10-4 0-0.04× 10-4 0.0005× 10-4 0.00005× 10-4 Traces Constituent gas Nitrogen (N2) Oxygen (O2) Argon (Ar) Carbon dioxide (CO2) Neon (Ne) Helium (He) Methane (CH4) Krypton (Kr) Hydrogen (H2) Nitrous oxideb (N2O) Carbon monoxideb (CO) Ozone (O3) Xenon (Xe) Ammoniab (NH3) Sulfur dioxideb (SO2) Nitrogen dioxideb (NO2) Water vaporb (H2O) Nitric Oxideb (NO) Hydrogen Sulfideb (H2S) Nitric acid vapor b Concentration near the earth's surface. 1、按浓度(单位为体积混合比) 来分,分为: 主要气体:浓度≥300ppmv,包括N2、 O2、Ar、CO2 微量气体:1ppmv—20ppmv,如CH4等 痕量气体:< 1ppmv,重要的有O3、 H2、 氮氧化物、 硫化物等 Table 1.1 U.S. Standard Atmosphere. Content (% by volume) 78.084 20.948 0.934 0.333 18.18× 10-4 5.24× 10-4 1.5× 10-4 1.14× 10-4 0.5× 10-4 0.27× 10-4 0.19× 10-4 0-12× 10-4 0.089× 10-4 0.004× 10-4 0.001× 10-4 0.001× 10-4 0-0.04× 10-4 0.0005× 10-4 0.

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