第三章大气环境保护第一节大气层结构与气象要素大气的组成大气层结构分层（课件）《环境学基础》教学同步（化学工业出版社）

第三章　大气环境保护 第一节　大气层结构与气象要素 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。 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。 地球大气 Page 5 大气上界     探测结果表明，地球大气圈的顶部并没有明显的分界线，而是逐渐过渡到星际空间的。高层大气稀薄的程度虽说比人造的真空还要“空”，但是在那里确实还有气体的微粒存在，而且比星际空间的物质密度要大得多，然而，它们已不属于气体分子了，而是原子及原子再分裂而产生的粒子。以80-100公里的高度为界，在这个界限以下的大气，尽管有稠密稀薄的不同，但它们的成分大体是一致的，都是以氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而在这个界限以上，到1000公里上下，就变得以氧为主了；再往上到2400公里上下，就以氦为主；再往上，则主要是氢；在3000公里以上，便稀薄得和星际空间的物质密度差不多了。 自地球表面向上，大气层延伸得很高，可到几千公里的高空。根据人造卫星探测资料的推算，在2000-3000公里的高空，地球大气密度便达到每立方厘米一个微观粒子这一数值，和星际空间的密度非常相近，这样2000-3000公里的高空可以大致看作是地球大气的上界。 按大气物理现象分，大气上界1200千米 按大气密度分，大气上界2000－3000千米（星际上界） 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%。 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。 大气的组成 1、干洁空气 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 N2占大气质量的78%，O2占大气质量的21%. Page 7 (1) 氧气：氧气占大气质量的21％，它是动植物生存、繁殖的必要条件。氧的主要来源是植物的光合作用。有机物的呼吸和腐烂，矿物燃料的燃烧需要消耗氧而放出二氧化碳。 　　(2)氮气：氮气占大气质量的78％，它的性质很稳定，只有极少量的氮能被微生物固定在土壤和海洋里变成有机化合物。闪电能把大气中的氮氧化（变成二氧化氮），被雨水吸收落入土壤，成为植物所需的肥料。 (3) 二氧化碳：二氧化碳含量随地点、时间而异。人烟稠密的工业区占大气质量的万分之五，农村大为减少。同一地区冬季多夏季少，夜间多白天少，阴天多晴天少。这是因为植物的光合作用需要消耗二碳。 大气中的二氧化碳含量受植物光合作用、动物的呼吸作用、含碳物质的燃烧以及海水对二氧化碳的吸收作用影响，在工业发展、化石燃料(如煤、石油、天然气)燃量增加、森林覆盖面积减少的情况下，已观测到二氧化碳含量与年俱增。大气中本来没有或极少存在的甲烷、一氧化二氮等气体，受人类活动的影响，近年来含量迅速增加。这些温室气体含量变化对大气温度的重要影响，已成为研究现代气候变化的一个前沿课题。 　　温室效应(greenhouse effect)：大气中存在二氧化碳、甲烷等多种温室气体。这些气体能够透过太阳对地球的短波辐射，吸收地表放射出的长波辐射，从而使得地球辐射收入大于支出，而产生增温效果。这种作用与温室十分相似，故称作“温室效应”。据研究，如果大气中没有这些温室气体，地表平均温度要比现在低33℃。故这些温室气体的存在，对于在地表形成今天这样适宜生物生活的温度是十分重要的。 (4) 臭氧：臭氧是分子氧吸收短于0.24微米的紫外线辐射后重新结合的产物。臭氧 的产生必需有足够的气体分子密度，同时有紫外辐射，因此臭氧密度在22—35公里处为 最大。臭氧对太阳紫外辐射有强烈的吸收作用，加热了所在高度（平流层）的大气，对平流层温度场和流场起着决定作用，同时臭氧层阻挡了强紫外幅射，保护了地球上的生命。 （a）4月 （b）10月 干洁大气之不同纬度臭氧浓度平均垂直分布曲线 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 夜间多、白天少 阴天多、晴天少 干洁大气之 CO2 水汽在大气中所占的比例很小，仅0.