第四单元 大气环境
第一节
大气的组成与垂直分层
大气的组成
大气成分指组成大气的各种气体和微粒。包括干洁空气、水汽和固体尘埃。
干洁空气是指大气中的干空气。其中氮气占干空气的体积比最大,约为78%。其次是氧气,约占干空气体积的21%。剩下的1%由其他各种气体构成,如惰性气体、水蒸气、二氧化碳、甲烷等。
干洁空气的组成及其按体积所占百分比
氮是地球上生物体的基本成分,氧气是维持人类和生物生命活动所必须,二氧化碳是绿色植物进行化合作用的必要原料。
大气垂直分层
对流层
对流层位于大气的最低层,集中了约75%的大气的质量和90%以上的水汽质量,与人类的关系最为密切。其下界与地面相接,上界高度随地理纬度和季节而变化。在低纬度地区平均高度为17~18千米,在中纬度地区平均高度为10~12千米,在极地地区平均高度为8~9千米,并且夏季高于冬季。
对流层有三个主要特点:
(1)气温随高度的增加而递减。这主要是因为对流层大气的热量绝大部分直接来自地面。因此,离地面愈高,大气受热愈少,气温愈低。平均每上升100米,气温降低0.6摄氏度。
(2)空气对流运动显著。对流层上部冷下部热,有利于空气的对流运动。低纬度地区受热多,对流旺盛,对流层所达高度就高;高纬度地区受热少,对流层高度就低。
(3)天气现象复杂多变。近地面的水汽和杂质通过对流运动向上空输送,在升过程中随着气温的降低,容易成云致雨。云、雨、雪等天气现象都发生在这一层。
平流层
平流层亦称同温层,位于对流层的上方和高层大气的下方。
平流层的特点:
(1)气温的的垂直分布除下层随高度变化很小外,在30千米以上,气温随高度增加迅速上升。这是因为平流层中的臭氧大量吸收太阳紫外线而使气温升高。
(2)大气以水平运动为主。平流层上部热下部冷,大气稳定,不易形成对流。
(3)水汽、杂质含量极少,云、雨现象近于绝迹,大气平稳天气晴朗,对高空飞行有利。
臭氧层
臭氧是大气中的微量气体之一,其主要浓集在平流层中20~25千米的高空,即大气的臭氧层。
紫外辐射在高空被臭氧吸收,对大气有增温作用,同时保护了地球上的生物免受远紫外辐射的伤害,透过的少量紫外辐射,有杀菌作用,对生物大有裨益。
然而,由于在平流层内运行的飞行器日益增多,人类活动产生的一些痕量气体如NO和氯氟烃等进入平流层,使臭氧层遭到破坏,以至于在南极上空出现了“臭氧空洞”。
经研究,大气中的臭氧每减少1%,照射到地面的紫外线就增加2%,人的皮肤癌就增加3%,还受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击。若臭氧层全部遭到破坏,太阳紫外线就会杀死所有陆地生命,人类也遭到“灭顶之灾”,地球将会成为无任何生命的不毛之地。
数据显示,最近南极洲上空臭氧层空洞出现恢复迹象。由于氟利昂使用量的减少以及不断变化的气候模式,自2000年峰值以来,臭氧层空洞已经缩小了400万平方公里。按照目前趋势,臭氧层空洞有望在2050年完全恢复。
电离层
距地面60~800千米高度范围的大气,因受太阳紫外线和宇宙射线的作用,大气中的氧和氮分子被分解为离子,大气处于电离状态,所以叫做电离层。
电离层能反射无线电波,我们能听到很远地方电台的广播,就是电离层的作用。
逆温
一般情况下,对流层温度上冷下暖。但在一定条件下,对流层的某一高度有时也会出现气温随高度增加而升高的现象,这种气温逆转的现象我们称之为“逆温”。出现逆温现象的大气层称为逆温层。
逆温有如下几种类型及成因:
(1)辐射逆温
经常发生在晴朗无云的夜间,由于地面辐射强烈冷却,近地面层气温迅速下降,而高处气层降温较少,从而出现上暖下冷的逆温现象。这种逆温在黎明前最强,日出后自下而上消失。辐射逆温的形成过程如下图。
辐射逆温示意图
(2)锋面逆温
锋面逆温是由于锋面上下冷暖空气的温度差异而形成的逆温。
锋面逆温示意
(3)地形逆温
受地形影响形成,主要在盆地和谷地中。由于夜间山坡上的空气冷却很快,于是冷空气顺坡下沉到谷底,谷底原来的较暖空气被冷空气抬挤上升,出现上暖下冷的逆温现象。
逆温的影响
(1)利:
①可以抑制沙尘暴的发生,因为沙尘暴发生的条件是大风、沙尘、强对流运动。
②逆温出现在高空,对飞机的飞行极为有利。因为飞机在飞行中不会有大的颠簸,飞行平稳。同时,万里晴空提高了能见度,使飞行更加安全。
③在一些山坡或河谷地区,逆温带能有效地提高了谷地在冬季的温度水平。
(2)弊:逆温阻碍了空气的垂直对流运动,大气处于稳定状态,妨碍烟尘、污染物、水汽凝结物的扩散,有利于雾的形成并使能见度变差,使大气污染更为严重,危害人体健康。
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