第三章大气
本章导航：
第一节大气的组成和分层
第二节气温
第三节风
第四节降水
第五节天气与气候
概述
1.大气的一般概念
大气是指包围在地球海陆表面上部的具有一定厚度的气态物质。由于它与地球海陆表面连续分布，构成一个大气圈层，所以，地球的大气亦称为大气圈，两者的概念是同等的。
大气的物质组成比较复杂，它是一种含有多种气体成分在内的混合气体，并含有少量的固体杂质。
大气之所以存在于地球海陆表面上空，是由于地球具有一定的吸引力，避免了大气质点向太空逸散。而地球对大气质点的吸引力大小随高度升高而减少，那么，近地面大气密度较大，高原大气密度较小，并逐渐向宇宙空间过渡。这样一来，大气与宇宙空间之间的界限就比较模糊。那么，怎样确定大气的上界呢？目前有两种确定方法：
一是根据极光出现的最大高度来确定大气上界高度。极光是一种大气物理现象，是高纬地区晴朗夜空出现的一种辉煌闪烁的光弧或光幕。形如：
关于极光的成因目前还没有真正搞清楚，但它的出现是大气气体质点的光物理现象（与地磁也有一定关系），所以极光出现的高度表明该高度尚有一定数的大气质点。据测定极光出现的最大高度为1200Km，这说明海陆表面以上1200Km高度上方大气质点已稀薄到微不足道的程度，所以可以将海陆表面上方1200Km高度作为大气圈的上界。
二是根据卫星探测资料，将大气密度接近于星际气体密度的高度作为大气圈的上界，此处大气密度为大气质点/厘米3，其高度在2000-3000公里之间，不同时期不同地点该大气上界有一定的变化。
2.大气与自然地理环境的关系
①大气圈下部是自然地理环境的组成部分之一
这同生物圈、水圈和沉积岩石圈共同构成了自然地理环境。它们之间彼此联系，相互影响，不可分割。
②大气中发生的多种物理过程和物理现象是影响自然地理环境形成和演化的最活跃的因素。
大气中的物理过程包括气温的上升和下降，水分的蒸发与凝结等，大气中的物理现象包括风、云、雨、雾、雪、霜、雷、电等。
这些大气物理过程和现象是制约自然地理环境形成与演化的主要动力。比如，气温的高低直接影响着生物的生长发育、岩石的风化、土壤的形成等。风、雨等对地表形态具有强大的塑造作用，它还决定了地表水文状况等等。
所以大气状况是影响自然地理过程方向和强度的因素。
分析研究自然地理环境的形成和发展必须深入揭示大气的物理过程和物理现象及其地理分布规律。
3.大气对人类生产和生活的影响
例如农业生产要求一定的气温和降水，不同的大气状况其农业生产方向是不一致的，如我国高温多雨的南方可一年二熟或三熟，喜温作物可以顺利生长发育，宜布局水稻等作物；而东北地区，冬季寒冷，夏季短促，作物只能一年一熟或二年三熟；西北干旱地区的农业生产更是另外一种情况。
大气状况对工业、交通运输等都有一定影响。
大气中的O2是人类呼吸不可缺乏的物质，大气对紫外线的阻挡作用可以减轻对人类的伤害。
4.本章讨论的主要内容
①大气的组成和分层（介绍大气图的一般知识）
②各个气候要素的成因、变化（包括气温、降水、风）
（主要介绍的是大气物理过程和物理现象）
③天气和气候
④气候资源的开发利用
第一节大气的组成和分层
一、大气的组成
大气主要由多种气体混合而成，是一种混合气体，此外，还包含有一些水汽和固体杂质。
（一）干洁空气
1.含义指大气中除固体杂质和水汽之外的整个混合气体。
2.干洁空气的成分及其性质
3-1
气体种类空气中的容积含量（％）空气中的质量含量（％）
N2 78.09 75.52
O2 20.95 23.15
Ar（氩）0.93 1.28
CO2 0.03 0.05
O3 0.000001 —
其它稀有气体
（氖、氦气）——
干洁空气100.00 100.00
上表是海陆表面以上25Km以下的干洁空气组成情况，是比较稳定的。近年的观测资料表明，在地面以上90Km范围内空气的主要成分比例也是比较固定的。但再往上，氧和氮气都有不同程度的离解，越向上，离解的就越多，以原子状态存在的就越多。
从表3-1可以看出，大气干洁空气中的主要成分是N2和O2，两者占总体积的99.04％，总质量的98.67％，若加上氩，三者就占干洁空气总体积的99.97％，占总质量的99.95％，其他气体成分含量很少，仅占总体积的0.03%，占总质量的0.05%。
下边分别介绍一下各组分的一些基本性质和作用：
（1）N2：N2的化学性质不活泼，由于它的含量占绝对优势，冲淡了O2，使O2含量不致过浓，使得自然界中的氧化作用不至于过分强烈，为生物生长提供了条件。
N素是植物营养三要素之一，它是构成生命有机体的基本元素。因为N素是合成蛋白质的基本物质，没有蛋白质是不可能出现生物的。但是空气中的气态氮很少能被植物吸收利用，只能在雷雨闪电时，形成氧化氮，溶于水形成硝酸盐，随雨水进入土壤后方能被植物吸收利用。此外，固N细菌（根瘤菌）和一些藻类可以直接吸收固定大气中的N2，转化的硝酸盐供其他植物生长需要。
（2）O2：O2是地球上一切生物进行呼吸作用所不可缺少的物质。没有O2生物就要窒息死亡。这是因为O2的不断供应使生物体内的糖类不断被氧化，释放能量，维持其机体的正常活动。没有O2自然界就不会出现燃烧现象，没有O2自然界的有机残体就不可能被氧化，物质的循环就会停止，土壤就会变得愈来愈贫瘠。
（3）Ar：是自然界的一个惰性气体，在自然界物质能量转化中所起的作用不大。
（4）CO2：大气中的CO2的含量较少，25Km以下平均含量为0.03％，再向上显著减少。CO2的来源主要是生物呼吸作用、燃料燃烧、有机质分解及火山喷发作用等。由于这些作用有明显的时空变化，所以，大气CO2含量也有明显的时空变化。一般来说，城市人口密集、工业发达，CO2高达0.05-0.07％；而农村、海洋上空或人烟稀少的地区，CO2则低于0.03％。
显然大气CO2浓度不高，但它对人类生产和生活则是非常重要的，主要表现在两个方面：第一，CO2是植物进行光合作用的重要原料。CO2含量高，光合作用就强，作物产量就高，反之则低。所以最近有人提出CO2施肥的理论与实践。
第二，CO2对保持地面正常温度有重要作用。
这是因为CO2能吸收地面放出的长波辐射，同时又向周围和地面放射长波辐射，不致使地面热量散失过多，提高地面气温。CO2对地面气温的增强作用称为CO2“温室效应”或“花房效应”。这些年来，由于工业生产的迅速发展，燃烧大量燃料，使大气CO2浓度不断增高，由此产生的温室效应，使全球气温有上升趋势，引起了世界各国的重视。因为气温上升会带来一系列与现在不同的环境问题，如两极冰川消融必然导致海平面上升，淹没沿海平原。（5）O3：大气中的O3主要集中分布在地面以上20-30Km之间，其最高含量可达10ppm，20Km以下和30Km以上O3浓度明显降低，所以，通常将地面以上20-30Km的大气层称臭氧层。
臭氧由3个氧原子构成，是一种无色但有特殊臭味的气体，故名臭氧。它还具有强烈吸收紫外线的特性。强烈的紫外线照射能破坏生物的细胞，尤其是波长在0.22-0.32之间的紫外线对生物的危害作用最强，由于臭氧层的存在，O3吸收了大量的紫外线，对地面生物的正常生长发育起到了一定的保护作用。另外，少量的紫外线具有消毒灭菌作用，对人类和其他动植物则是有益的。近些年来，大气臭氧不断遭到破坏，也引起了世界各国政府的重视。
为什么地面以上20-30Km高度范围内臭氧含量最高呢？这与紫外线的程度有关。我们知道，O3是由一个O2分子和一个氧原子结合而成的，O3的形成需要有一定的O2和氧原子。氧原子的来源是氧分子与紫外线作用下分解形成的。在臭氧层以上，由于紫外线太强，O2几乎被全部分解为氧原子，O2数量较少，这样氧分子和氧原子相遇的机会就少，不利于臭氧的形成。而在臭氧层之下，由于上层臭氧大量地吸收了紫外线，氧分子被分解成氧原子的数量较少，几乎都以氧分子的状态存在，所以也不易形成臭氧，故其含量较低。然而低层大气中仍有一定数量的O3，它主要是在雷电作用下使氧分子分解成氧原子，形成O3的。（二）水汽
大气中的水汽主要来自海洋、江河、湖泊和湿地的蒸发以及植物的蒸滕，它借助于空气
的垂直交换向上空输送。
1.含量与分布特点：
大气中的水汽含量比较少，而且不固定，按容积计，约为0-4％。
在垂直方向上，水汽主要集中分布在大气底部，向上减少的速度很快，99％的水汽分布在地面以上10Km范围内，5Km高度处仅为地面大气的1/10左右。
在水平方向上，海洋上空的水汽含量多于陆地，沿海地区的水汽含量多于内陆地区，乡村上空的水汽含量多于城市。
总之，大气中的水汽含量在垂直和水平方向都呈不均匀分布。
2.作用特点：
①在大气温度变化范围内，可造成云、雾、霜、雪等一系列天气现象，水汽含量虽然不多，但它却在天气变化过程中扮演着重要角色。因为在大气温度变化范围内，水具有相变的特点，它可以凝结为液滴，液滴可以冻结为冰晶，从而造成云、雾、霜、雪等一系列天气现象。
②水汽三相转化过程中，伴随着吸热和放热，影响气温。
水在蒸发和蒸腾时，即由液态变为气态时，要吸收热量、降低气温；在水气凝结或冻结时，即由气态变为液态和固态时，要放出热量，可以升高气温。
③水汽质点能吸收长波和放射长波辐射，阻滞地面热量散失，对大气和地表有一定的保温作用。
其保温机理同CO2基本相同。
（三）固体杂质
1.种类成分及分布特点
包括烟粒、尘埃和盐粒等。它们的粒径很小，可悬浮在空中。烟粒来源于地面有机物质的燃烧；尘埃来源于地表松散微小的尘土，被风卷起带入空中以及火山喷发产生的火山灰、流星燃烧的灰烬等；盐粒来源于海洋中的浪花浅起的水滴在空中蒸发留下的盐分固体。
从时间上看，固体杂质冬季多于夏季，白天多于夜晚，这是因为冬季天气比较干燥，尘埃等易进入空中，白天人类活动强于晚上的缘故。
从空间上看，固体杂质含量陆地多于海洋、城市多于农村、下部多于上部，这主要同人类活动强度的差异有关。
2.作用特点：
（1）充当水汽凝结核，对云、雨等的形成起重要作用。
（2）能吸收部分太阳辐射和阻挡地面放热，对空气和地面的温度有一定影响。
（3）含量高时，可使空气能见度减低。
所谓大气能见度即指在大气中能够看到目标物的最大距离。距离越大能见度越高，反之则越差。
过渡：以上讨论的是在天然状态下，大气的三种组成物质，其中以干洁空气为主体。在人类社会比较发达的现代，由于人类活动频繁，尤其是现代工业和交通运输业的迅速发展，向大气排放出一些废弃的气体物质，即在天然状态下不存在的气体物质，另外，也向大气排放一些大气本身就有的组成物质，从而增加大气中的某些物质的含量。这样，由于人类活动影响，在某种程度上改变了原始大气的成分与含量，其中人工排放的大气的物质很多，对人和其它生物具有毒害作用。一旦某些有害大气成分积累到对人类和其它生物产生明显毒害作用时，就称为大气污染。
（四）大气污染及其防治
1.大气污染的含义：
由于人为和自然原因，导致大气中有害物质浓度超过一定限度，并维持一段时间，对人
类、其他生物、气候和其他物品产生有害影响的现象称为大气污染。
由该定义可以看出：
①大气污染的原因有人为的和自然的，但在大多数情况下，大气污染是由于人类活动引起的。如工业生产燃烧放出的烟尘、机器排出的废气、化工厂排放出的废气、汽车排放出的废气，居民生活燃料燃烧也产生烟尘与废气等都可使大气遭到污染。
自然原因也可使大气中某些有害成分增加导致大气污染，如火山喷发产生一些有害气体、灰尘等，森林自然火灾产生的烟尘，CO等气体等。但是自然原因引起的大气污染不具有普遍性。
②有害物质浓度到达一定程度并保持一段时间后方能导致传染。
③大气污染的标志是多方面的。包括对人类的危害、对动植物的危害，使正常气候发生异常导致气象灾害发生，对建筑物、名胜古迹的危害等。
需要说明的是，对于不同大气污染危害方面，它要求的有害成分含量及维持时间是不同的。在人类近代历史上大气污染事件有很多，现举一例说明之：
1952年12月5日至9日，英国伦敦发生一起灾难性大气污染事件。在这几天内死亡人数多达4000多人。死亡者之中约有84％患过肺病和心脏病，以60-70岁之间的人死亡率为最高。这次事件之后，几个月内还有大量的肺炎、慢性支气管炎及感冒患者。这次事件的原因是硫氧化物烟雾造成的，硫氧化物对人的呼吸道有严重刺激作用，可诱发多种呼吸道疾病。伦敦大气污染事件是人类历史最严重的事件之一。
2.大气污染物及危害
能导致大气污染的物质的种类有很多，目前人们已经认识的就有100种左右。但影响范围广，对人类环境威胁比较严重的主要有以下几种：
烟和粉尘、SO2、CO、NO2（氮氧化物）、HC（碳氢化合物）、NH3等
烟和粉尘是一些飘浮在大气中的一些微粒物质，大部分是固体的微粒，也有液滴。细小的粉尘可以进入呼吸道深部或淀积肺泡内，引起病变，如矽肺就是长期工作在粉尘多的环境中的劳动者易患的一种职业病。
SO2有大气污染元凶之称。它主要来自煤、油和天然气的燃烧。它的刺激性很强，当空中SO2含量0.3ppm时人就能感觉到，在0.5ppm时，即可对人类产生危害。SO2溶于水则形成亚硫酸；SO2被氧化为SO3，再溶于水则形成硫酸，它们的危害比SO2的危害更大（约10倍）。SO2亚硫酸或硫酸化可以在大气中完成，形成酸性降水，这就是通常所说的“酸雨”。 NO2、CO和HC混合在一起在阳光下可形成光化学烟雾等。光化学烟雾是一种浅蓝色的烟雾，有腐蚀性和强烈的刺激性，它的危害比NO2、CO和HC的毒害更大。我们知道，CO 可破坏血红蛋白的载氧性能，引起机体缺氧而窒息死亡。这就是所谓“煤毒”。
另外，还值得一提的是，人为排放到大气中的一些物质，如氟氯烷烃，又称氟利昂，其分子式为CF2Cl2可破坏大气臭氧层。氟利昂是一种制冷剂，是电冰箱的主要制冷物质，也可作为喷雾挥发剂。当氟利昂进入大气后并不马上分解，而是缓慢上升到臭氧层，在那里吸收紫外线，分解为Cl原子，Cl原子与O3有极大的亲和性，一个Cl原子可破坏10万个臭氧分子。所以氟利昂被称为“臭氧的杀手”。臭氧层被破坏之后，地表紫外线照射程度就会增强，强烈的紫外线照射会对人类和动植物产生危害，如增加皮肤癌的发病率，海洋表层浮游生物被杀死等。近些年来，由于家用冰箱的大量使用，氟利昂向大气排放越来越多，臭氧不断遭到破坏，引起了许多科学家和多国政府的重视，呼吁工业限制氟利昂的使用，寻找氟利昂的代用品。1990年我国上海生物化学研究所已研究出一种氟利昂代用品，并投入成批生产，受到国际的好评。
据1985年英国气象学家报道，自1957年以来，南极大陆上空的臭氧层每到十月份就会出现一个臭氧稀薄的区域，称为臭氧空洞，其面积有美国国土面积那么大，其臭氧浓度下降
约40％。每年延续一个月，在11月份结束。关于南极上空臭氧空洞的形成尚没有被揭示，但许多科学家视其为不祥之兆。
3.大气污染防治的一般途径
（1）对大气污染源进行监测，掌握大气污染状况
（2）改进生产工艺过程，增设除尘和回收设备，提高资源利用率，减少大气污染的排放量。（3）调整有污染的工厂布局。例如将有废气排放的工厂建设在定向风的下风向，或大气扩散比较通畅的地方。以减轻大气污染的程度，一般不要放在地形闭塞的地方。
（4）大搞植树造林，利用植物能吸附大气有害物质的能力，净化空气，减轻大气污染程度。
过渡：以上讨论的大气物质组成及含量是指近地面空气的一般状况，再往高处，大气的组成将发生改变。在垂直方向上大气的密度变化也非常明显，近地面密度大，向上逐渐减少。不仅如此，不同高度的大气其温度状况也是不同的，大气的物理性能变化也非常明显。例如，在垂直方向上，大气圈可分为若干个组成、性质不同的层次。下边我们就来介绍大气的垂直分层。
二、大气的垂直分层
根据大气的温度、成分、电荷以及气流运动等状况可以将大气圈自下而上分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层五个层次。下边分别介绍这五个层次的情况。
（一）对流层
1.对流层的范围
对流层的下界是海陆表面，对流层的上界随季节和纬度有明显的变化。就全球而言，其上界变化在离地面8-18Km之间。
对流层上界的季节变化：夏季高于冬季。如南京对流层厚度夏季为17Km，冬季为11Km。这是因为夏季大气膨胀，对流旺盛所致。
对流层上界的纬度变化：低纬地区平均为17-18Km
中纬地区平均为10-12Km
高纬地区平均为8-9Km
虽然对流层厚度不超过20Km，但它都集中了大气质量和几乎全部的水分，云、雾、雨、雪等主要大气现象都出现在该层，它又是距离地面最近的一个层次，与人类生产和生活的关系最为密切。同时对流层是自然地理环境的一个组成部分，所以本章研究的内容主要是对流层的物理过程和现象。
2.对流层的基本特征
（1）气温随高度增加而降低
平均每升高100米，气温降低约0.6℃。
为什么对流层气温随高度增加而降低呢？
这是因为对流层和地面相接触，它的热量主要来自地面的长波辐射。所以愈近地面空气受热愈多，温度则愈高；离地面越远，受热愈少，温度则愈低，从而出现随高度增加而降低的特点，平均状况是每升高100米气温降低0.6℃。在这里大家要特别注意，对流层并不是主要靠直接吸收太阳辐射而增温的，太阳辐射可以穿越对流层到达地面，而使地面增温，增温的地面放出长波辐射，使近地面空气增温。关于这一点我们在第二节中还要详细介绍。
例如珠穆朗玛峰纬度并不高，＜30o，但其6000米以上却很冷，出现终年积雪和冰川，其原因就是海拔较高，气温降低的缘故。
（2）空气对流运动显著
在对流层中，空气有明显的上下相对运动，这种垂直方向上的空气相对运动就称为对流运动。对流层的名称就是由此而来的。
对流层空气对流运动显著的原因有两方面：
第一，对流层温度下暖上冷，下层空气膨胀上升，上层空气冷却下沉。
第二，在水平方向上，温度分布不均，冷的地方空气流向较暖的地方。
这两种作用综合影响的结果，就会出现对流环，如下图
对流层中的空气对流运动，有利于近地面的热量，水汽和其它杂质向高空输送，能导致一系列天气现象的出现。
（3）天气现象复杂多变
在对流层中，风、云、雨、雪等天气现象复杂多变。其主要原因是对流层中含有几乎全部的水汽和杂质。水汽在空气对流运动过程中不断向上输送，由于上层气温低，水汽即可以杂质作为凝结核发生凝结或冻结，形成云、雾、雨、雪等天气现象。所以，对流对与人类生产和生活影响很大。
由以上讨论可知，在对流层三个基本特征中，第一个特征是最基本的特征。因为上冷下暖的温度分布特点决定了对流运动的产生，即决定了对流层中第二个特征的出现。第二个特征又使水汽和杂质向高空输送，再加上第一个特征的影响，水汽到达一定高度便会凝结或冻结，出现第三个特征。
还需要指出的是，在对流层向上一个层次过渡的地方有一个厚度约为几百米到1-2公里的过渡层，该层称对流层顶。对流层顶的主要特征是气温随高度增加降低得很慢，或者几乎为等温。这种温度分布特征对空气垂直对流有很大的阻滞作用，上升的气流所携带的水汽、杂质在这里积累，使其能见度变坏。对流层顶的气温，在低纬地区平均为-83℃，高纬地区约为-53℃。
2.平流层
（1）范围
从对流层向上到55Km左右的范围为平流层，从全球来看，其平均厚度约为38Km。（2）基本特征
①温度随高度的增加起初不变或微有升高，到25-30Km以上时，气温随高度升高而迅速上升，到平流层顶可升高到-3℃以上（-3－17℃）。平流层的这种温度分布的原因有两点：一是这里受地区影响已很小，依靠地面增温已微不足道，气温不再随高度增加而降低。二是这里臭氧含量较高，臭氧层就位于平流层内，臭氧能吸收紫外线，使周围空气增温。虽然30Km以上，臭氧含量已逐渐减少，但这里紫外线照射逐渐增强，致使平流层随着高度的增高而逐渐升高。
②气流运动平稳且以水平运动为主
这是由于平流层上暖下冷，大气比较稳定，不易产生对流运动。而在水平方向仍然存在着温度的冷暖不均。其原因可能是O3含量水平分布不均所致，所以平流层的空气就会从冷处缓慢流向暖处，出现平缓的空气水平流动。平流层的名称就是由此而来的。
③水汽含量极少，天气晴朗单一，能见度好
由于平流层下部有对流层顶的阻挡，水汽上不去，所以水汽含量极少。水汽含量少再加上平流层没有对流运动，所以水汽也没有三相变化，天气晴朗单一。不仅水汽少而且固体杂
质也很少，所以平流层的能见度很好。利于飞机飞行，超音速飞机能在平流层里飞行。
3.中间层（高空对流层）
（1）范围：
自平流层顶（55Km）向上到离地面80-85Km左右的范围是中间层。由于该层位于大气垂直五个层次的中间，故名。
（2）基本特点：
①温度随高度增加而迅速下降，到85Km附近，气温＜-83℃。其原因还没有真正搞清楚，可能与该层臭氧含量逐渐减少有关。
②垂直对流运动强烈
其原因是气温下高上低，大气不稳定，出现空气对流运动现象，由于该层出现在高空，因此又称中间层为高空对流层。
4.暖层（电离层）
（1）范围，从中间层顶（85Km）向上到800Km的范围为暖层。
（2）基本特点：
①温度随高度增加而迅速升高
其原因是因为氧原子强烈地吸收了＜0.175um的太阳紫外线（比臭氧吸收的波长短一些）使气温升高，而且愈是向上，氧原子直接吸收的紫外线就愈多，所以随高度增加气温迅速上升，在500Km处温度达1201℃。
②空气处于高度电离状态
这里空气密度很小，据观测在300Km的高度上，空气密度仅为地面空气密度的4亿分之一。这里紫外线和宇宙射线非常强烈，稀薄的空气分子被分解为原子，并进一步发生电离，呈阳离子和自由电子状态存在。所以暖层又称电离层，但该层电离不均匀，可分为三个次级电离层，100-120Km为E层，200-400Km为F层，80Km处为D层。
电离层能反射无线电波，在远距离无线电通讯方面有重要意义。它们好象一面反射无线电波的镜子，使得电波在地面和电离层之间多次反射而能够将其传播到很远的地方。D层电离层主要反射无线电波中的长波部分，而对短波部分有吸收作用。D电离层只在白天出现，所以有些无线电短波因白天被D吸收一部分，而不容易收到，晚上因D电离层消失则可收到。E、F电离层主要反射无线电波中的短波部分。
电离层受太阳活动影响很大，太阳活动剧烈时，电离加强，正常的电离层受到干扰出现反常现象，可导致地面无线电通讯受阻甚至短时间中断。
5.散逸层（外层）
（1）范围：该层是大气圈与星际空间的过渡层。其范围是暖层顶（800Km）以上的大气层部分（1200Km或更高）。由于它位于大气圈的最外层，故名外层。
（2）特点：①该层离地面遥远，气体质点受地球引力场的束缚很弱，其活动性很强，所以经常逸散到星际空间，故名散逸层。
②温度随高度增加而上升。
其原因同电离层。
纵观大气垂直分层的情况，可用图3-1和3-2表示。
第二节气温
引言
在上一节我们叙及，本章我们着重研究发生在大气中的一些物理过程和物理现象。如发生在大气中的冷、热、干、湿、风、云、雨、雪、霜、雾、雷、电、光等，这些大气物理过程和现象统称为气象。其中，气温、降水、风等称为气象要素。某一地区某一时刻或某一短时段的多种气象要求的综合即为该地区的天气状况。某一地区天气的多年平均状况即称为气候。
即：
研究某一地区的自然地理特征，了解该地区的气候状况是非常重要的。也就是说，自然地理学重要研究某一地区的天气多年平均状况——气候，而不是研究具体的天气状况，更不是研究某一气象要素。所以，气候是自然地理要素之一。但是，要想全面了解气候的形成与
变化还必须比较深入研究天气和气候要素。
所以，从今天开始，以后三节我们将讨论气温、风和降水这三个气象要素。
一、关于气温的一些概念
（一）气温：是表示空气冷热程度的物理量，它是空气温度的简称。
通过上次讨论，我们已经知道，大气层的不同高度气温是不同的。通常所说的气温，即气象台、站测定的气温是指离地面1.5米高度的空气温度。
气温是用温度计测定的，但是测定温度的仪器，必须放在既能防止热辐射的影响，即不能直接将其放在阳光下，又能防止雨淋雪盖，还能使空气自由流通的保护装置里。在现阶段，气象观测台、站将温度计安放在百叶箱内。百叶箱的四壁由能够使空气自由流通的众多木板组成，箱顶由两块木组成，其间的空气也能自由流通。为了减少百叶箱对太阳辐射的吸收而增温，常将其涂为白色，以增强其对阳光的反射，将太阳辐射的影响降低到最低限度。
气温的高低国际上规定用摄氏温标来表示，符号记作“℃”。所谓摄氏温标是用玻璃水银标度的温标。这种温标的0度代表冰的熔点，100度为水的沸点。
然而目前有些国家如美国除使用摄氏温标以外，还存在华氏温标，记作“oF”。华氏温标采用了三个固定的温度点，即冰和盐混合物的温度、水的凝固点以及正常的人体温度，它们分别被取为0度、32度和96度。摄氏和华氏温标之间的换算关系为：
OF=32+1.8℃
从目前发展趋势来看，华氏温标有被淘汰的危险。
另外，在热力学计算中，常用热力学温度，即开氏温标，记作k，是摄氏温标的关系为： k＝oC+273.16
（二）平均气温
指某一段时间内，各次观测的气温值的算术平均值。根据计算时间长短不同，可有某日平均气温、某月平均气温和某年平均气温等。
Δ某日平均气温：某一天的最高气温和最低气温的平均值。
Δ某月平均气温：某一月的多日平均气温的平均值。
Δ某年平均气温：将今年的多日平均气温（或多月平均气温）的平均值。
（三）极端气温
极端气温也叫绝对气温。它是指历年中给定时段（如某日、月、年）内所出现的气温极端值。可分为极端最低气温和极端最高气温。
1.极端最低气温，也叫绝对最低气温。
指历年中给定时段（如某日、月、年）内所出现的最低气温中的最低值。根据给定时段不同，可有某日、某月和某年极端最低气温。如：
某月极端最低气温是从全月各日最低气温中挑出的极植。
某年极端最低气温是从全年各日最低气温中挑出的极值。
某日极端最低气温是从全天多次观测的最低气温值。
如果考虑多年状况，也有多年某日、多年某月及多年年极端最低气温。
如，多年某日极端最低气温是从历年某日最低气温中挑出的极值。
多年某月极端最低气温是从历年某月最低气温中挑出的极值。
多年年极端最低气温是从历年最低气温中挑出的极值。
2.极端最高气温，也叫绝对最高气温
指历年中给定时段（如某日、月、年）内所出现的最高气温中的最高值。同极端最低气温相似，也可分为某日、某月和某年极端最高气温以及多年某日、多年某月和多年年极端最高气温。
（四）界限温度（临界温度）
指对农业生产有指示意义或界限（临界）意义的气温。
界限温度主要有：
1.日平均气温0℃
春季日平均气温0℃表示土壤解冻，积雪融化，田间耕作开始的气温。秋季日平均气温0℃表示土壤开始冻结，田间耕作开始结束的气温。
2.日平均气温5℃
春季与秋季日平均气温5℃表示冬作物和大多数林木恢复与停止生长的温度。日平均气温5℃以上的时期为植物生长期。
3.日平均气温10℃
表示喜凉作物和某些多年生植物进入活跃生长以及喜温作物开始播种与生长的温度。 4.日平均气温15℃
表示喜温作物适宜生长的温度。
5.日平均气温20℃
表示水稻安全齐穗所要求的温度，或大秋作物灌浆开始的温度。
（五）积温
指日平均气温高出某一界限温度期间的气温累积总和。它是衡量气候热量资源状况的一个指标，与农业生产的关系很密切。
积温有两种主要类型：
1.活动积温
指植物某一发育期或安全生育期内活动温度的总和。
所谓活动温度指大于或等于某一界限温度的温度。
如以日平均温度10℃为准，假如三天的日平均气温分别为11℃、10℃和13℃，那么，这三天的气温均是10℃界限温度的活动温度
≥10℃的活动积温＝11+10+13＝34℃
同理可分别计算≥0℃、≥5℃、≥15℃和≥20℃的活动积温。
2.有效积温
指植物某一发育期或安全生育期内有效温度的总和。
所谓有效温度是指每天的活动温度减去界限温度的差值。
例如界限温度10℃为准，假如有三天的日平均气温分别为11、10和13℃。那么，这三天均是≥10℃的活动温度，其有效温度分别为1、0和3℃。
因此这三天的≥10℃的有效积温＝1+0+3＝4℃
同理可分别计算≥0℃、≥5℃、≥15℃和≥20℃的有效积温。
为什么要计算有效积温呢？这是因为活动积温中包括了低于某一界限温度的温度，而这部分温度对处于这一植物生长发育期的植物来说是无效的。因此，活动积温对植物生长发育来说是偏大的。为了扣除这种影响计算有效积温是非常必要的，它与农业生产的关系最为密切。
过渡：大家都有这样的经验：同一时刻不同纬度地带的气温是不同的，即使同一地带地面性质或高度不同，其气温也会出现差异。那么造成气温时空分布不均一性的原因是什么呢？下边就来讨论这个问题。
二、影响气温的因素
影响气温的因素是非常复杂的，但概括起来说，主要有三方面：
（一）辐射因素
1.关于辐射的一般概念
①辐射的定义——物体以电磁波传递能量的方式。物体通过辐射所放出的能量称为辐射能或简称辐射。
所以，从字面上来理解，辐射具有两种含义，一是以电磁波传递能量的方式，二是以电磁波传递的能量。
辐射是以电磁波的形式向外传递的能量，电磁波既然是一种波，那么它就具有一定的波长。电磁波的波长范围很广，从10-14um的宇宙射线到几公里长的无线电波都为电滋波。本章涉及的辐射主要是太阳辐射，地面辐射和大气辐射，其波长范围在0.1-120微米之间，包括紫外线、可见光和红外线三部分。
②物理辐射的特点
ⅰ具有一定温度的物体都在不停地向周围辐射能量，同时也吸收周围物体辐射的能量。
这里所说的温度是指物体的温度大于绝对零度，即-273.16℃，或0K。我们在中学物理中曾经学过，处于-273.16℃的物体是不存在的，所以，地球上的所有物体都在不停地向四周辐射能量。
任何物体在向四周辐射能量的同时，也吸收周围物体辐射出的能量，吸收的多少常用吸收率来表示。
辐射吸收率＝
所以，辐射吸收率就是吸收辐射与投射辐射量之比。
若某一物体能全部吸收投射在其上的辐射，这种物体就叫做黑体即黑体的辐射吸收率为1。
ⅱ物体温度越高，其辐射能力越强；最大辐射能力所对应的波长越短.如黑体的辐射能力与其本身的绝对温度的四次方成正比。
即：B＝δT4（斯蒂芬——波尔兹曼定律）
式中的B为黑体的辐射能力；δ为辐射系数，黑体为0.817×10-10；T为黑体的绝对温度。温度越高，B值越大。
而黑体最大辐射能力所对应的波长与其绝对温度成反比。
即：λm?T＝b（维恩位移定律）
式入λm为辐射波长，T为黑体的绝对温度，b为常数，为2884。
如图
任何物体在一定温度下，能放射一定波长范围的辐射，但总有某一波长辐射能力最强，此处的辐射能力即称为最大辐射能力。
ⅲ 辐射能力强的物体对辐射能的吸收能力也强，反之亦然。
例如，黑体是吸收能力最强的物体，所以它也是辐射能力最强的物体。
过渡：如上所述，自然界中的物体既不断向外放出辐射能（支出），同时也在不断地吸收辐射能（收入）。在没有其它热量交换的条件下，一定时期内，如果物体收入的辐射大于支出的辐射，则其温度升高；反之温度则下降；如果收入等于支出，温度则不变。
空气温度（气温）的变化也与它吸收的辐射能与其支出的辐射能相对对比关系有关。
那么，空气吸收的辐射能来自哪里呢？主要有以下三种来源：一是太阳辐射，二是其它（除太阳之外的）恒星的辐射，三是地球辐射。其中最重要的是太阳辐射。据报道：来自地球内部辐射的能量仅占太阳辐射的四千分之一，可以忽略不计。
下边我们就来比较详细地介绍太阳辐射。
2.太阳辐射
太阳表面温度高达6000K，其内部温度则更高。根据辐射的特征可知，太阳的辐射能力极强，它是地球上能量收入的最主要的能源。但是太阳辐射绝大部分没有传给地球，达到地球上空的太阳辐射仅相当于太阳辐射的很小的一部分，约为其20亿分之一。
1）太阳辐射光谱
太阳辐射能按其波长长短排列顺序叫太阳辐射光谱。
太阳辐射的波长范围较宽，可分为紫外线，可见光和红外线三部分。
尽管太阳辐射的波长较广，但99％的辐射能集中在波长0.15-4u之间，其中可见光部分和红外线部分为最高，而紫外线部分较少。可见太阳辐射的波长较短，故通常将太阳辐射称为短波辐射。
太阳辐射的最大辐射能力的对应波长为0.475u，相当于青光部分。
2）太阳常数
指在日地平均距离处，地球大气上界垂直于太阳光线的一平方厘米面积上在一分钟内所接受的太阳辐射能。
So＝1.94卡/厘米2分
法定单位即为So＝1.94×4.186＝8.12焦耳/厘米2分。据研究太阳常数是不断变化的，变动幅度为1～2％，造成太阳常数变化的原因与太阳活动有关，特别与太阳黑子数量多少有关。
黑子是太阳光球上温度较低的区域，其温度比周围区域低约1000-1500℃，故与明亮的光球相比，相对显的黑了。关于太阳黑子的成因，目前还不甚清楚。太阳黑子的出现直接影响着太阳辐射能力的强弱，所以太阳常数往往与太阳黑子数量的多少有关。据研究，太阳黑子的出现具有11年的周期，因此，太阳常数也有11年的周期的变化。
太阳常数反映的是太阳辐射在大气上界的辐射能大小。这些太阳辐射能并不能全部达到地球表面。因为地球大气层的存在，当太阳辐射穿越大气层中，大气中的气体或尘埃以及其它物质对太阳辐射具有吸收、反射和散射等作用。下边就来讨论大气对太阳辐射的削弱作用。 3）大气对太阳辐射的削弱作用
（1）吸收作用
大气中的某些成分对太阳辐射具有选择性吸收作用，吸收之后转变成热能。大气中吸收太阳辐射的成分主要有臭氧、氧、水汽、液滴、CO2等。
A.臭氧和氧
臭氧太阳辐射的吸收主要有两个波段：
一是0.22-032um该波段主要位于紫外区，所以臭氧主要吸收的是紫外线；
二是位于可见光区的0.6um附近，这一区域正处于太阳辐射最强的波段。
所以臭氧对太阳辐射的吸收是非常强的，它可使太阳辐射减少2％左右。氧气的吸收较弱，主要有两个吸收带，一是＜0.2um的紫外线，二是0.7um附近的波段。
B.水汽和液滴
水汽：在可见光区，红外区中有不少吸收带，但吸收最强的是在红外区的0.93-2.85um 间存有几个吸收带。
据研究，因水气吸收可减少太阳辐射的4-15％。
1——大气上界太阳辐射光谱
2——臭氧层下太阳辐射光谱（有两吸收区、即图中红色区）
3——分子散射后的太阳投射光谱
4——粗粒散射后的太阳辐射光谱
5——水汽吸收后的太阳辐射光谱（主要集中在红外区）
液滴对红外线吸收也是很强的，但大气中的液态水极少，对太阳辐射的削弱作用不重要。
C.CO2
对太阳辐射吸收总的来说是比较弱的，仅对红外区4.3um附近的辐射吸收较强，但这区域的太阳辐射很弱，对太阳总辐射削弱影响不大。
此外，固体杂质也能够吸收一部分，但因其含量较少，所以对太阳辐射的吸收影响不大。从以上可以看出：
ⅰ大气中的主要吸收物质是臭氧和水汽。
ⅱ因为大气中主要吸收带处于太阳辐射光谱的两端（即紫外区和红外区），而两端是太阳辐射能量较小的区域，所以大气的吸收作用对太阳辐射的减弱作用不大。
ⅲ大气靠直接吸收太阳辐射来增温的作用并不大，对流层中太阳短波辐射不是空气热量的主要来源。
据研究，对流层大气由直接吸收太阳辐射而增加的温度每天不到1℃。
（2）散射作用
指太阳辐射通过大气遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，部分太阳辐射传播方向发生多方向改变的现象。
大气质点对太阳辐射的散射，使一部分太阳辐射改变了传播方向，而不能达到地面，因而减少了到达地面的太阳辐射。
但是，不同大小的质点的散射特点不同。
A．质点直径比光波波长小的空气分子对太阳辐射的散射具有选择性，波长越短，散射作用越强。
因此，在晴天天空呈蔚蓝色就是晴天时，空气的水汽，尘埃物质较少，空气气体分子主要散射波长较短的兰、青光造成的。
B.直径比波长长的焦点（尘埃、烟粒、水滴等），对太阳辐射的散射不具有选择性。即它们对多种波长的光均能散射。
所以，在大气中尘埃、雾粒多时，天空呈灰白色。这是多种不同波长的光都被散射，相互混杂在一起呈灰白的缘故。
（3）反射作用
是大气中较大的尘埃颗粒和云层对太阳辐射沿着一定方向单向折回的现象。
反射没有选择性，即较大的质点对多种波长的光均有反射作用。
其中以云的反射率最高，平均达50-55％。云的反射能力随云的厚度和形状而异：连续成片而低厚的云层其反射率较高，可达90％；稀薄不连续的云层反射率较低，只有10-20％。所以在有云层时，地面比较暗淡。
在大气以上三种对太阳辐射的削弱作用中，以反射作用最为显著，散射次之，吸收作用最小。
太阳辐射经过大气的削弱作用后，才达到地面，这是地面温度的主要能量来源。
3.到达地面的太阳辐射
到达地面的太阳辐射包括两部分，一是太阳辐射穿越大气层后，没有被削弱而直接到达地面的那部分太阳辐射，即直接辐射；二是太阳辐射在大气中被空气质点散射后达到地面的部分，即散射辐射。二者之和，合称总辐射。
（1）太阳总辐射
①太阳总辐射的含义
到达地面的太阳直接辐射和散射辐射之和称太阳总辐射。直接辐射是指从太阳直接发射并以平行光线到达地面的副射。散射辐射指太阳辐射经大气散射后，自天空投射到地面的太阳辐射。
②影响太阳辐射的主要因素
A.太阳高度角
高度角小，总辐射少；高度角大，总辐射多。
其原因有两方面：
一是高度角越小，等量的太阳辐射散布的面积越大，单位面积上所接收的太阳辐射量就少。
二是高度角越小，太阳辐射穿过大气层就愈厚，被大气削弱得就越多，直接到达地面的太阳辐射就越少。
需要指出的是，太阳高度角与纬度和时间变化有关：纬度越高太阳高度角就越小；太阳总辐射就越少；相反，总辐射就越多。夏季太阳高度角大于冬季，故夏季太阳总辐射也大于冬季；一天之内，早晚太阳高度角小于中午，故中午太阳总辐射多于早上和傍晚。
这就是低纬度气温高于高纬，夏季高于冬季，中午高于早上和晚上的重要原因之一。
B.大气透明度
大气透明度指大气透过光线的程度，它与大气质点多少呈负相关。大气尘埃物质多，大气透明度就差。
大气透明度高，太阳辐射在大气中传播时削弱的就少，到达地面的太阳辐射就多。相反则就少。需要注意的是，大气透明度低，显然增强大气散射，使到达地面的散射辐射增多，但比较直接辐射的减少值就差多了。总的来看大气透明度低，太阳总辐射减少。
C.海拔高度
海拔高度对太阳总辐射的影响，主要是通过影响光线在大气中传播路径的长短及大气透明度而起作用的。海拔高度越高，大气透明度就越高，光线在大气中的传播路程就越短，故太阳总辐射就越多。如西藏是我国太阳总辐射最高的地区，为670-995千焦/厘米2年，而青海、新疆和黄河流域为502-670千焦/厘米2年，长江流域，华南为377-502千焦/厘米2年。四川最低为337千焦/厘米2年。
③总辐射的时空分布
A.时间分布：一年内：太阳总辐射夏季最大，冬季最小；
一天内：正午太阳总辐射最大，夜间为零，日出后渐增。
B.空间分布：纬度越高，太阳总辐射越小，反之则越大。值得注意的是，太阳总辐射的最大值并不位于赤道上，而位于南北纬20o左右，这主要是由于赤道上空云层较厚较多历时较长，对太阳辐射的削弱作用较显著造成的；而南北纬20o左右是以晴朗天气为主（其原因以后再介绍），故太阳总辐射最多。南北纬20o左右的纬度带在气候上常称为“热赤道”。
如下表：
北半球太阳总辐射纬度分布单位（千焦/厘米2年）
纬度0o 20o 30o 40o 50o 60o
总辐射82 100 91 74 54 41
343 419 381 310 226 172
（2）地面对太阳辐射的反射
达到地面的太阳总辐射不会全部被地面吸收，而是要以不同的地面物质特性反射掉一部分，被地面反射掉的太阳辐射很少被大气吸收，而大部分返回宇宙空间。
地面性质不同，对太阳总辐射的反射能力不同，如：
新雪面的反射率为85％，干黑土为14％，潮湿黑土8％，绿草地26％，干草地29％，水面的反射率主要取决于太阳高度角，当太阳高度角为90o时，其反射率为2％，较低；但当高度角为2o时，其反射率高达78％。
由上述可见，到达地面的总辐射减去地面对太阳总辐射的反射才是地面实际能够吸收的太阳辐射能。即使太阳总辐射强度一样，但因地面性质不同，地面得到的实际辐射能仍然可以相差很大，这是地表温度分布不均的重要原因之一。
综上所述，大气上界的太阳辐射经过大气的削弱作用，达到地面的太阳辐射为总辐射，它减去地面反射才是地面实际吸收的太阳辐射。其数量关系如图：
由上图可知，进入大气上界的太阳辐射，达到地面并被地面吸收的只有50％，有一半没有达到地面。其中最主要的有两种途径，一是云反射占21％，二是被气体分子和尘埃吸收，约占15％。
过渡：地面吸收的太阳辐射不能长期储存在地表物质体系中，若如此，长期太阳辐射积累，地面温度则会上升得很高，高得难以想象，人类就不可能存在。那么为什么太阳辐射不断地输入，而地面温度长期保持相对稳定呢？就是由于地面接收太阳辐射后，增加了它的温度，它又不断地向外进行辐射，从长期看，地面接收的太阳辐射能和其放出的辐射能是相当的，故其温度不变。另一方面地面辐射又使近地面大气增温。下边我们来讨论这个问题。 4.地面辐射与大气增温
（1）地面辐射的概念
指地面依其本身的性质向大气发射的长波辐射。
地面物质的性质不同指对太阳总辐射的吸收性能及反射性能。不同地面物质实际得到的太阳辐射不同，当辐射能转变为热能后，使其温度升高的幅度也不同，故不同地面物质具有不同的温度。
前已述及，任何物体只要其温度是绝对零度以上，就会不断向四周辐射电磁波、损失能量、降低温度。温度越高的物体辐射能力则愈强。所以地面物质接收太阳辐射后，又会依其本身的温度高低向外辐射能量。这种辐射的方向主要指向大气，向地下辐射的量很少并且变化较大，夏季向下辐射相对较多，冬季基本上不向下辐射，所以从总体上看，地面辐射的方向是指向大气的。
地面温度平均为300K（约27℃）。这种温度比太阳表面温度（6000K）低很多，所以地面辐射的电磁波波长比太阳辐射长，其波长范围是3-120um，属于红外辐射，但其分布最集中的是10um左右。习惯上将太阳辐射称为短波辐射，将地面辐射称为一种长波辐射。
地面辐射的强弱主要与地面温度有关，而地面温度又与地面接受的太阳辐射有关，并且具有时空分布不均一性，这一点我们已经讲过，所以，地面辐射也具有一定时空分布规律：低纬强、高纬弱，夏季强、冬季弱，白天强、夜晚弱。
（2）地面辐射对大气增温的作用
大气温度的高低依赖于大气成分吸收的辐射能多少，而低层大气中的主要吸收辐射的物质水汽、水滴和CO2主要吸收的红外区的辐射，即长波辐射。所以，低层大气成分靠吸收太阳短波辐射的增温作用是比较弱的。其热量的直接来源是地面长波辐射。
据测定，地面辐射在近地面40-50米厚度的大气中几乎全部被吸收，约占75-95％。大气吸收地面辐射后，温度上升，并通过大气的再次辐射或对流等方式向上一层一层传递。所以，地面就象一个热源，在对流层中气温随高度增加而逐渐降低。
过渡：低层大气吸收地面长波辐射后，温度增高，它又可以依其本身的性质向四周进行辐射，这种辐射结果又可使大气温度降低，所以下边我们就来讨论第4个问题：大气辐射与大气降温。
5.大气辐射与大气降温
（1）大气辐射的概念
大气辐射是指大气依其基本的性质向四周进行的辐射。
低层大气的温度比地面要低一些，平均约为250K，所以大气辐射的波长比地面辐射的波长更长一些，其范围也在3-120um之间，但主要集中分布在11um左右。
大气辐射的方向既有向下的，即指向地面；也有向上的，即指向宇宙空间。向下的那一部分大气辐射称大气逆辐射。大气逆辐射到达地表，又可被地面吸收，增加地表温度。所以大气逆辐射的存在使地面因长波辐射所损失的能量得到了一定的补偿。减少了地面的热量损失，对地面起到了一定的保温作用。有人计算，如果没有大气存在，近地面平均气温要比现在低38℃。大气逆辐射的强弱主要与大气温度，湿度和云量有关，在其他条件不变的情况下，大气温度越高，湿度越大，云量越多，大气逆辐射就越强，反之则越弱。所以，多云的夜晚较晴朗的夜晚暖一些，有“月夜苦寒”之说。在农业上，为了防止冬季低温的危害，常用人造烟雾加大大气逆辐射，减少地面热量的散失。
地面辐射和地面所吸收的大气逆辐射之差即为地面有效辐射。
即：Fo＝E地-E气
式中Fo为地面有效辐射，E地为地面辐射，E气为大气逆辐射。Fo表示了地面实际损失的热量多少。如果Fo＞0，地面温度降低；Fo＜0，地面温度升高；Fo＝0，地面温度不变。（2）大气辐射对大气降温的作用
低层大气吸收地面辐射而增温，如果没有大气辐射，大气温度也会比现在高得多。事实上，大气辐射的存在，使大气温度降低。当大气吸收的地面辐射与放出的辐射达到动态平衡时，大气温度就相对稳定下来，即现在的大气温度。
小结与引申
由以上讨论可知，大气的热量（指低层大气）的根本来源是太阳辐射，但直接来源是地面长波辐射，进入到大气层的太阳辐射，经过大气系统内部一系列转换之后，最后还要重新进入太空，从全球范围来看，辐射是平衡的。物体在某一段时间内的辐射收支差值叫辐射平衡或辐射差额或净辐射。全球辐射平衡可用下式表示：
Rs=(Q+q)(1-Q)+q’-F
式中Rs为全球辐射平衡值，（Q+q）是到达地面的总辐射（Q为太阳直接辐射，q为散射与辐射），（1-α）为地面吸收率（其中α为地面平均反射率），q为大气吸收的辐射，F 为地面和大气向宇宙放出的长波辐射，透过大气的地面辐射和大气本身向宇宙空间放射的长波辐
射。
就全球范围来看，Rs为零，即进入大气中的太阳辐射与大气和地面向宇宙放出的辐射是相等的。但就不同的地区来说，辐射差额不等于零。总的规律是：辐射差额随纬度的增高而由正值变为负值，即南北纬35o之间的地带为正值，南北纬35o-90o之间的地带为负值。它们之间通过其他一些途径，如大气环流、洋流等由低纬向高纬传递热量，维持地表和低层大气温度的恒定，而不是纸纬气温越来越高，而高纬的气温越来越低。
（二）下垫面
下垫面是大气圈与地球海陆表面的交界面，因其位于大气圈的下部，故名。下垫面的物质组成和性质复杂多样，尤其是热学性质不同，致使其辐射性能不同，直接影响着区域气温的高低及变化。下垫面物质组成和性质具有明显的区域性和层次性。如最大的下垫面差异是海洋和陆地，陆地上又可分为森林、草原、荒漠、城市、农田等不同性质的下垫面。其中海洋水具有流动性，故其区域差异性没有陆地明显。下边着重介绍海陆差异、森林、城市对区域气温的影响。
1.海陆热学性质的主要差异及对其气温的影响
（1）比热不同
物质比热也叫重量热容量，是指单位重量的物质温度上升或降低1℃所吸收或放出的热量，单位是“焦耳/克?度”。它是物质重要的热学性质之一。
纯水的比热为4.186焦耳/克?度，而岩石的平均比热为0.837焦耳/克?度，可见岩石的比热明显低于纯水的比热。在接受同等热量的条件下，能使水增温1℃的热量即可使岩石增温5℃。
尽管海洋中含有较多的卤化物，是一种溶液，不是纯水，但它的比热仍然比岩石高得多，尽管陆地表面并非全部由岩石构成，但它的比热仍然比海洋低得多。
因此，在地面受热期间，海洋增温迟缓，而陆地增温很快，那么，陆地的辐射能力就比海洋强。其结果，陆地上层的空气吸收的地面辐射就多，增温较快，而海洋的上空吸收的地面辐射就少，致使陆地气温高于海洋气温。
在地面冷却期间，海洋降温比较缓慢，而陆地降温比较剧烈。海洋温度就会高于陆地，两者向大气辐射能力也会出现差异，即海洋大于陆地，结果使海洋上空的气温就高于陆地上空的气温。
大气环境及其保护历年真题 一、填空题 1、微波对生物体造成的伤害和生理影响，主要是所谓的加热作用的结果。（00，一，2） 2、影响空气污染的气象因素有：阳光、风、湿度和温度。（02，一，4） 3、大气的人为污染源可概括为燃料燃烧、工业生产过程排放、交通运输过程中排放、农业活动排放等四个方面。（九八，二，3） 二、名词解释 1、酸沉降（99，一，3）酸雨正式的名称是为酸性沉降，它可分为“湿沉降”与“干沉降”两大类，前者指的是所有气状污染物或粒状污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面者，后者则是指在不下雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质而言。 2、垂直绝热降温律（99，一，5）干空气块或未饱和的是空气块在绝热条件下每升高单位高度所造成温度下降数值。 3、辐射逆温（99，一，7）（07，一，6）在晴空无云的夜间，当风速较小时，地面因强烈的有效的辐射而很快冷却，近地面气层冷却最为强烈，较高气层冷却较慢，因而形成了自地面开始逐渐向上发展的逆温层。 4、大气逆温（00，二，1）在某些天气条件下，地面上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象。 5、空气二次污染物（02，二，3）二次污染物（九八，一，1）指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。 6、气溶胶（04，一，5）（08，一，4）（11，一，4）气体介质和悬浮在其中的分散粒子所组成的系统。 7、光化学烟雾（01，一，5）（05，一，2）（09，一，8）（12，一，2）含有氮氧化物和烃类的大气在阳光中的紫外线照射下发生反应所产生的产物及反映无聊的混合物。 8、城市热岛效应（08，一，2）热岛效应（99，一，8）指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。 9、TSP(九八，一，2)用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1——1.7m3/min）在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称总悬浮颗粒。 三、简答题 1、是写出有风情况下气载污染物高架连续点源高斯扩散模型（不考虑混合层反射），说明其中各参数意义和模型实用条件。（98，二，4） 2、比较伦敦型烟雾和洛杉矶烟雾的区别。（99，二，1）（00，三，2）（03，二，1）试比较伦敦型烟雾和洛杉矶烟雾事件的异同（污染源及污染物转化过程、气象条件、危害性）（06，一，2）（08，二，1） 答： 项目还原（煤炭）氧化（汽车尾气）主要污染源工厂、家庭燃烧煤炭排放汽车尾气为主 反应类型热反应光化学反应、热反应 污染物质SO2、CO2、硫酸雾、硫酸盐类气 溶 碳氢化合物、NOx、O3 PAN、醛、 酮 气象条件—1~4℃、湿度85%以上，辐射 性逆温、静风 24—32℃、湿度70%以下，沉降 性逆、22m/s以下
《大气环境化学》重点习题及参考答案 1．大气中有哪些重要污染物？说明其主要来源和消除途径。 环境中的大气污染物种类很多，若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类；若按形成过程则可分为一次污染物和二次污染物。按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。主要按照化学组成讨论大气中的气态污染物主要来源和消除途径如下： （1）含硫化合物 大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、二甲基硫（CH3）2S、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、硫酸 （H2SO4）、亚硫酸盐（MSO3）和硫酸盐（MSO4）等。大气中的SO2 （就大城市及其周围地区来说）主要来源于含硫燃料的燃烧。大气中的SO2约有50%会转化形成H2SO4 或SO42-，另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消除。H2S主要来自动植物机体的腐烂，即主要由植物机体中的硫酸盐经微生物的厌氧活动还原产生。大气中H2S主要的去除反应为：HO + H2S - H2O + SH。 （2）含氮化合物 大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。主要讨论一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）, 用通式NO x表示。NO和NO2是大气中主要的含氮污染物，它们的人为来源主要是燃料的燃烧。大气中的NO x最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。其中湿沉降是最主要的消除方式。 （3）含碳化合物 大气中含碳化合物主要包括：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）以及有机的碳氢化合物（HC）和含氧烃类，如醛、酮、酸等。 CO的天然来源主要包括甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧，其中以甲烷的转化最为重要。CO的人为来源主要 是在燃料不完全燃烧时产生的。大气中的CO可由以下两种途径去除：土壤吸收（土壤中生活的细菌能将CO代谢为CO2和CH4）;与HO自由基反应被氧化为CO2。 CO2的人为来源主要是来自于矿物燃料的燃烧过程。天然来源主要包括海洋脱气、
第三章：天气和气候 第一节：多变的天气 知识导学： 短时间、经常变化 天气及其影响天气的特点同一时间不同地方差别大 天气对人类的影响：交通、生活、生产、战争等 意义 天气预报生产过程 内容：阴晴、风、气温、降水等 明天的天气怎么样卫星云图 天气符号识别简单天气预报图 污染指数 我们需要洁净的空气：空气质量影响因素自然因素 人类活动 本节的重点是以熟练识别卫星云图中的基本色彩和常用天气符号的含义为基础，达到看懂简单天气预报图的目的。学习时，可以先从对比、区分不同颜色和符号的意义（形状）出发，结合制作天气符号卡片、识别天气符号竞赛、天气预报接力赛、收听收看广播电视中的天气预报节目等活动，加强对它们的掌握。理解天气与人类活动之间的相互影响是本节的又一重点。学习时，要注意结合自己的生活体验，用实例和亲身感受说明天气对人类生产活动的影响、人类活动对天气造成的负面影响以及保护大气环境的重要性。 综合能力训练： 一、填空： 1、天气反映一个地方里的大气状况，它是经常的。同一时刻，不同地方的天
气可能差别很大。 2、天气预报要说明一日内、风、和降水的情况。 3、降水概率表示降水的大小。温度是大气的程度。 4、风向是风的。风力是风的。 5、卫星云图中，绿色表示，蓝色表示海洋，白色表示。 6、空气质量的高低，与空气中所含的的数量有关，可以用来表示。 一、单项选择： 1、降水概率为100%表示；降水概率为0表示。 A、可能有雨，肯定无雨 B、肯定有雨，可能无雨 C、可能有雨，可能无雨 D、肯定有雨，肯定无雨 2、当天空布满云时，为；当天空无云或云很少时，为。 A、阴天、多云 B、多云、晴 C、阴天、晴 D、多云、阴天 3、清新的空气，污染指数，对人体健康；污浊的空气，污染指数，对人体健康。 A、大，有利；小，有害 B、大，有害；小，有利 C、小，有利；大，有害 D、小，有害；大，有利 4、下列天气符号中，表示“六级西风”的是。（图1） A、B、C、D、 5、下列天气符号中，表示“霜冻”的是。（图2） A、B、C、D、 6、下列天气符号中，表示“多云”的是。（图3） A、B、C、D、 7、下列天气符号，分别表示。（图4） A、小雪，中雨，暴雨，雨加雪 B、小雨，中雨，大雨，霜冻 C、中雨，大雨，暴雨，雾 D、小雨，大雨，暴雨，冰雹 8、下列词语中描述天气的是。 A、四季如春 B、长冬无夏 C、终年炎热 D、电闪雷鸣 二、综合题： 1、读城市天气预报图：（图5）
关于大气污染和保护 姓名：牛子禄 指导教师：姜洋 班级：自动化16-2（四） 2017年12月30日
工业革命以来，特别是20世纪以来，许多国家相继走上了以工业化为主的发展道路。在人类创造前所未有的物质财富的同时，环境问题也一直呈现着地域上扩张和程度上恶化的趋势。环境问题已逐渐成为全球性的问题。而对中国——一个发展中国家而言，回首二十世纪，我国经济获得了长足的发展，生产力水平大大提高。但是，传统模式下的生产力的提高在驱动经济增长和伟企业带来利润的同时，却使我们的地球家园变得千疮百孔，不堪重负。 关键词：大气污染污染源治理途径
一、引言 二、正文 （一）我国大气污染现状 （二）大气污染物及来源 （三）产生大气污染的原因（四）大气污染的综合防治 三、结语 四、致谢
所谓大气污染是指人类生产、生活活动或自然界向大气排出各种污染物,其含量超过环境承载能力,使大气质量发生恶化,使人们的工作、生活、健康、设备财产以及生态环境等遭受恶劣影响和破坏。 污染源可分为天然污染源和人为污染源。 天然污染源是指自然界向大气排放污染物的地点或地区,如排放灰尘、二氧化硫、硫化氢等污染物的活火山、自然逸出的瓦斯气,以及发生森林火灾、地震等自然灾害的地方。 人为污染源则又可按不同的方法分类:按污染源空间分布方式可分为点污染源、面污染源、区域性污染源;按人们的社会活动功能可分为生活污染源、工业污染源、交通污染源等;按污染源存在的形式可分为固定污染源和移动污染源。
关于大气污染和保护 一、我国大气污染现状 人类需要呼吸新鲜空气来维持生命，每天空气都会成千上万次地有规则地通过我们的鼻腔进出我们的肺。而洁净的空气对于生命来说比任何物质都重要，人在5周内不吃饭，5天内不饮水尚能生存，而空气仅断绝5分钟就会死亡。可见空气是人类和其他一切生命有机体一刻也不可缺少的生存条件。然而现在的我们却对空气多了一份恐惧，那污染严重的“毒气”时不时的让我们担忧：是否会有可怕的化学物质通过呼吸进入我们的体内，日积月累，给我们带来难以预料的后果。 也许你会说这是杞人忧天，但数据明确地向我们指明了现实。《2000年中国环境状况公报》指出：中国城市空气状况与前几年相比有所好转，但整体的污染水平仍较严重。在受到监测的338个城市中，大气环境质量符合国家一级标准的城市不到3%，空气污染指数高于三级的城市占到了63.5%，其中有112个城市的平均污染指数达到了四级，属重度污染。目前严重影响中国城市空气质量的污染物为悬浮颗粒物（TSP）或称为可吸入颗粒物（PM10，即直径在10微米以内的悬浮颗粒物）。由于可吸入颗粒物上常常附着有害的重金属、酸性氧化物、有机污染物、细菌和病毒等，它们被人尤其是儿童吸入后，对健康的危害很大。而在全球的大气监测中，参与的北京、上海、西安、沈阳、广州五个城市，在全球污染最严重的城市中，名列前10
第五章 大气环境保护概述5.1大气环境基础知识5.1.1大气污染 1、大气的成分 地球表面附近的大气是包括颗粒尘埃在内的混合气体，其组成包括恒定的和不定的两种。 在近地层大气中有氮、氧、氩、氖、氪、氙、氢等成分，其中氮、氧、氩占大气总量的99.96％，这三种成分的含量几乎不变。大气中的不定成份主要是自然过程和人为活动的排入大气污染物质，如物质燃烧的灰份，火山爆发的尘埃，风起的灰尘以及工业、交通排出的废气等。 2、大气污染 大气污染也称空气污染，是指大气中的污染物质，当其数量、浓度、毒性以及大气中持续时间等因素的综合作用结果，可能会使某些地区的生物体的生命和人类的健康、或生产活动受到影响。 （1）大气污染源 通常把能产生大气污染物的场所、设备、装置等称为大气污染源。大气污染源总的来说有两类：一类是自然污染，如大风刮起的地面沙尘，森林火灾产生的CO2、NO2等。另一类是人类活动产生的污染物，如工矿企业、交通运输排出的废气、毒气、烟尘和放射性元素；燃料燃烧排出的碳氢化合物、CO、SO2和烟尘；另外还有散播的农药、核武器和化学武器的试验残余物等。 （2）大气污染物 大气污染物的种类和成份十分复杂。从污染物的物理性质来看，大气污染物可分为颗粒物质和气体污染物。烟尘、粉尘是固体颗粒物质，这些颗粒物质悬浮于大气中常称为气溶胶。直径大于10微米的颗粒物质叫“降尘”，它可以在离污染源较短的距离之内落到地面。直径小于10微米的叫“飘尘”，它们可以在大气中停留数小时甚至几年。 上述污染物是由污染源直接排出的，称为一次污染物。有的一次污染物不稳定，在大气中经化学反应或光化学反应，形成新的污染物，称为二次污染物。 3、大气污染对人类的危害和影响 大气污染物危害人体主要通过表面接触、呼吸、食入等途径。其对健康的危害主要表现为引起呼吸道疾病。在突然的高浓度污染物作用下可造成急性中毒。这里针对几种主要交通污染物对健康等方面的影响作简单介绍。 （1）粉尘 道路施工时会产生粉尘也叫尘埃，尘埃中粒径大于10微米的颗粒物，大多可被鼻腔和咽喉所捕集，不会进入肺泡。但粒径小于10微米的飘尘，即PM10长时间在空中飘浮，易被吸入呼吸系统。其中较小的微粒侵入到没有粘液层和纤毛层的肺的深部组织中并沉积下来。这些物质如果被溶解，就会直接侵入血液，可能造成中毒。未被溶解的物质可能被吞噬细胞所吸收，它们如果是有毒的，就会杀死该细胞，造成细胞破坏。未被吞噬细胞吸收的物质，则侵入肺组织或淋巴结，有可能造成尘肺和其它感染。 （2）氮氧化物（NOx）和光化学烟雾 一氧化氮(NO)无色、无刺激，化学性质不活泼。二氧化氮(NO2)为刺激性 气体。空气中两者可以互相氧化还原，对呼吸系统都有毒性，但NO2的毒性比NO大5倍。NO能与血红蛋白结合，从而使血液的输氧功能下降，它还会使中枢神经受损，使人痉挛或麻痹。NO急性中毒会导致肺水肿或窒息而死亡。NO2对眼、鼻有强烈刺激。污染环境中肺功能明显受损，经常接触可形成慢性肺气肿或肺纤维化，NO2对心脏、肝脏、造血器官等脏器也有损害作用。 空气中的NO，在阳光的作用下，还能与CO、CnHm等作用，生成光化学烟雾。这种烟雾对眼睛的刺激作用特别强，浓度大于0.1ppm时，短时间接触就能使泪流不止，甚至头痛、呼吸障碍：浓度增加到50ppm，人有死亡的危险。
环境学概论 1.环境科学的基本任务 揭示人类-环境系统的实质，研究人类-环境系统之间的关系，掌握它的发展规律，调控人类与环境之间的物质和能量交换过程，以改善环境质量，造福人民，不进人类与环境之间的协调发展。 环境科学的主要任务 ①探索全球围环境演化的规律，了解人类环境变化的过程、环境的基本特性、环境结构和演化机理等，以便应用这些认识使环境质量向有利于人类的方向发展，避免对人类不利的变化。 ②揭示人类活动同自然环境之间的关系，以便协调社会经济发展与其环境保护的关系？使人类社会和环境协调发展。 ③探索环境变化对人类生存的影响，发挥环境科学的社会功能，探索污染物对人体健康危害的机理及环境毒理学的研究，为人类正常、健康的生活服务。 ④研究区域环境污染综合防治的技术措施和管理措施。 2.八大公害事件 马斯河谷烟雾事件1930年12月多诺拉烟雾事件1948年10月 伦敦烟雾事件1952年12月洛杉矶光化学烟雾事件每年5-11月 水俣事件1953年开始发现富山事件（骨痛病）1931年发现直至1972年3月 四月事件1970年米糠油事件1968年 3.大气结构 ①对流层特点：一是气温随高度增加而递减，垂直方向上有强烈的对流，二是密度大，大气总质量的3/4以上集中在此层 ②平流层温度随高度降低变化小，气温趋于稳定。在平流层中空气没有对流运动，平流运动占优势。 ③中间层有强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降 ④热成层由于太阳和宇宙射线的作用，该层大气部分空气分子发生电离，使其具有较高密度的带电
粒子，故称电离层 ⑤散逸层空气受地心引力小 4.大气污染是指大气中一些物质的含量达到有害的程度，以至破坏人和生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象。 5.一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等。二次污染物是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧、光化学氧化剂O x 6.大气污染的化学转化：从污染源排放进入大气中的污染物，在扩散、运输过程中，由于自身的物理、化学性质的影响和其他条件（如、温度、湿度等）的影响，在污染物之间，以及它们与空气原有组分之间进行化学反应，形成新的二次污染源。这一反应过程称为大气污染的化学转化。 7.光化学反应：大气中存在着吸光物质，可在大气中引起化学反应。这时。一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子所引发的反应，称为光化学反应。 8.光化学烟雾的特征是烟雾呈蓝色，具有强氧化性，刺激人们眼睛，伤害植物叶子，能使橡胶开裂，并使大气能见度降低 9.光化学烟雾形成的简化机制 光化学烟雾的形成过程是由一系列复杂的链式反应组成的，是以NO2光解生成O的反应引发，导致了臭氧的生成。由于碳氢化合物的存在，促使NO向NO2的快速转化，在此转化中自由基（特别是HO.基）起了重要作用。致使不需要消耗臭氧而能使大气中的NO转化成NO2，NO2又能继续光解产生臭氧。同时转化过程中产生的自由基又继续与碳氢化合物反应生成更多的自由基，如此继续不断地进行链式反应，直到NO或碳氢化合物消失为止。所产生的醛类、O3、PAN等二次污染物最终产物。 10.气温垂直递减率：在对流层，气温垂直变化的总趋势是，随着
第三章 天气与气候 一、多变的天气 1、天气及其影响 ⑴含义：是一个地方短时间里 、 、 等大气状况。 ⑵特点： 、 。 ⑶影响：天气对 、 、 、 等人类活动有着深刻的影响。 2、明天的天气怎么样？ （1）天气预报的内容： 卫星云图： 表示海洋、 表示陆地、白色表示 。 不同地区地区，云层厚度是不同的。云的颜色越 ，表示云层越厚。云层厚的地方一般是 。 ⑸常用的天气符号（P46中的图3.6） 3、我们需要洁净的空气 评价空气质量的方式：空气质量的高低，与空气中所含污染物的数量有关，用污染指数来表示。污染指数小，对人体健康有利；污染指数大，对人体健康有害。 二、气温和气温的分布 1、气温与生活 ⑴气温：空气的温度，常用℃表示。 日平均气温＝一日内气温观测值之和÷观测次数 月平均气温＝一月内日平均气温之和÷当月天数 年平均气温＝一年内月平均气温之和÷月数（12） ⑵对人类活动的影响：气温影响人们的穿衣、饮食、住房、农业和交通等。 2、气温的变化 ⑴日变化（P51中的图3.12） ①概念：以一天为周期的气温变化。 ②变化特点：一天当中最高气温出现在午后2点（14时）左右，最低气温出现在日出前后。 ③气温日较差＝最高气温－最低气温 ⑵年变化（P51中的图3.13） ①概念：以一年为周期的气温变化。 ②变化特点：南北半球气温的变化正好相反。 陆地上：北半球气温7月最高，1月最低； 海洋上：北半球气温8月最高，2月最低。 ③气温年较差=最高月平均气温—最低月平均气温 ⑶通常用气温的变化曲线图来表示一个地方一年内的气温变化情况。 ⑷气温年变化曲线图的绘制方法：一横月、二纵温、三定点、四连线 3、气温的分布 ⑴等温线：气温相同的点的连线。 ⑵表示：世界各地冷热不同，通常用等温线图来表示。 ⑶影响因素：纬度位置、海陆位置和地形 ⑷分布规律： ①纬度差异：一般低纬度气温高，高纬度气温低。（P53中的图3.17） ②海陆差异：同纬度地带夏季陆地气温高，海洋气温低；冬季相反。 ③垂直变化：随海拔升高气温降低，大致海拔每升高100米，气温约下降0.6℃。 空气质量级别 空气污染指数 空气质量状况 一级 1~50 优 二级 51~100 良 三级 100~200 轻度污染 四级 200~300 中度污染 五级 >300 重度污染
第三节大气环境 第二课时 【教学目标】 一、知识与技能 1.理解热力环流形成的原理 2.理解不同受力条件下大气的水平运动 二、过程与方法 1．运用各种示意图，说明大气运动状况 2．能运用所学的原理，解释发生在身边大气环境中的一些实际问题 三、情感态度与价值观 通过对自然现象的科学理解，形成唯物主义的世界观，增强大气环境保护意识。【重点难点】 1．热力环流的形成原理 2．大气水平运动的受力分析 【教学设计】 知识回顾 1.什么是气压？气压是指大气的压强。 2.如何确定某点的气压？ 某点的气压就是该点至大气上界的单位面积上 空气柱的重量。 思考：右图中A、B两点谁的气压高？ 答案：B点的气压高 规律总结： 同一地区，近地面气压总是比高空高。 探究一：热力环流形成的原理 总结： 1．受热的地方，空气受热膨胀上升，近地面形成低气压，相应的高空则形成高气压； 冷却的地方，空气收缩下沉，近地面形成高气压，相应的高空则形成低气压。2．在水平方向上，空气总是从高压区流向低压区。 3．无论是高空还是近地面，同一水平面上，总是高压处等压面向上弯曲，低压处等压面向下弯曲。
学法指导：等压面弯曲的规律可速记为空气受热膨胀的地方，等压面也膨胀。 总结：热力环流形成的原理 课堂达标一 右图是等高面与等压面关 系示意图，回答下列问题： (1)图中①至⑤点，气压最 高的是④， 气压最低的是⑤。 (2)A、B两地受热的是 B 地， 空气膨胀上升； 冷却的是 A 地， 空气冷却下沉。 (3)用“→”画出图中的热力 环流。（略） 活动： 沿海一农民说：一般白天感到空气潮湿，夜晚感到比较干燥，你知道什么原因吗？ 实例1：海陆风实例2：城市热岛效应 探究二：大气的水平运动—风 （风向是指风的来向） 1．水平气压梯度力 风向：垂直于等压线，由高压指向低压。 2.地转偏向力 风向：与等压线平行 3.地面摩擦力 风向：斜穿等压线
大气环境化学重点习题及参考答案《大气环境化学》重点习题及参考答案 1(大气中有哪些重要污染物,说明其主要来源和消除途径。 环境中的大气污染物种类很多，若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类;若按形成过程则可分为一次污染物和二次污染物。按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。主要按照化学组成讨论大气中的气态污染物主要来源和消除途径如下: (1)含硫化合物 大气中的含硫化合物主要包括:氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS)、二甲2基硫(CH)S、硫化氢(HS)、二氧化硫(SO)、三氧化硫(SO)、硫酸(HSO)、3222324亚硫酸盐(MSO)和硫酸盐(MSO)等。大气中的SO(就大城市及其周围地342 区来说)主要来源于含硫燃料的燃烧。大气中的SO约有50%会转化形成HSO224 2-或SO，另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消除。HS主要来自动植物机 42 体的腐烂，即主要由植物机体中的硫酸盐经微生物的厌氧活动还原产生。大气中HS主要的去除反应为:HO + HS ? HO + SH。 222 (2)含氮化合物 大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮(NO)、一氧化2氮(NO)和二氧化氮(NO)。主要讨论一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO)，22用通式NO表示。NO和NO是大气中主要的含氮污染物，它们的人为来源主要x2 是燃料的燃烧。大气中的NO最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉x 降从大气中去除。其中湿沉降是最主要的消除方式。 (3)含碳化合物
大气中含碳化合物主要包括:一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO)以及有机2的碳氢 化合物(HC)和含氧烃类，如醛、酮、酸等。 CO的天然来源主要包括甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放以及森林 火灾和农业废弃物焚烧，其中以甲烷的转化最为重要。CO的人为来源主要是在燃 料不完全燃烧时产生的。大气中的CO可由以下两种途径去除:土壤吸收(土壤中生活的细菌能将CO代谢为 CO 和 CH);与HO自由基反应被氧化24 为CO。 2 CO的人为来源主要是来自于矿物燃料的燃烧过程。天然来源主要包括海洋2 脱气、甲烷转化、动植物呼吸和腐败作用以及燃烧作用等。 甲烷既可以由天然源产生，也可以由人为源产生。除了燃烧过程和原油以及天然气的泄漏之外，产生甲烷的机制都是厌氧细菌的发酵过程。反刍动物以及蚂蚁等的呼吸过程也可产生甲烷。甲烷在大气中主要是通过与HO自由基反应被消除:CH + HO?CH + HO。 432 (4)含卤素化合物 大气中的含卤素化合物主要是指有机的卤代烃和无机的氯化物和氟化物。 大气中常见的卤代烃以甲烷的衍生物，如甲基氯(CHCl)、甲基溴(CHBr)33和甲基碘(CHI)。它们主要由天然过程产生，主要来自于海洋。CHCl和CHBr333在对流层大气中，可以和HO自由基反应。而CHI在对流层大气中，主要是在3 太阳光作用下发生光解，产生原子碘(I)。许多卤代烃是重要的化学溶剂，也 是有机合成工业的重要原料和中间体，如三氯甲烷(CHCl)、三氯乙烷(CHCCl)、333四氯化碳(CCl)和氯乙烯(CHCl)等均可通过生产和使用过程挥发进入大气，423 成为大气中常见的污染物。它们主要是来自于人为源。在对流层中，三氯甲烷和氯乙烯等可通过与HO自由基反应，转化为HCl，然后经降水而被去除。
大气环境污染与保护 知识讲座发言稿 人类赖以生存的环境由自然环境和社会环境组成。自然环境是人类生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总和，即阳关、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。而社会环境是人类在自然环境的基础上，为不断提高物质和精神生活水平，通过长期有计划、有目的地发展，逐步创造和建立起来的一种人工环境。社会环境是人类物质文明和精神文明发展的标志，它随着经济和科学技术的发展而不断地变化。社会环境的质量对人类的生活和工作，对社会的进步都有极大的影响。 地球表面覆盖着多种气体组成的大气，称为大气层。一般是将随地球旋转的大气层称为大气圈。由于大气圈中空气质量的分布不均匀，通常将从地球表面到1000-1400千米的气层称为大气圈的厚度。 大气在垂直方向上的温度、组成与物理性质也是不均匀的。根据大气温度垂直分布的特点，在结构上可将大气圈分为五个气层：（一）对流层：对流层是大气中最接近地面的一层，它具有气温随高度增加而降低和空气具有强烈的对流运动两个特点；（二）平流层：对流层层顶之上的大气为平流层，其上界伸展到约55千米处。（三）中间层：由平流层顶至85千米高处范围内的大气称为中间层。（四）暖层：暖层位于85-800千米的高度之间。（五）散逸层：暖层层顶以上的大气，统称为散逸层。如果按空气组成成分划分大气圈层结构，又可将大气层分为均质层及非均质层。 大气是由多种成分组成的混合气体，这些混合气体的组成通常包括以下几部分：（一）干洁空气：它的主要成分为氮、氧、氩，它们在空气中的总容积约占99.96%。此外还有少量其他成分，如二氧化碳、氖、氦、臭氧等。干洁空气是大气中的不变组成。（二）水汽：大气中的水汽含量比较低，但它在大气中的含量随时间、地域、气象条件的不同而变化很大，在干旱地区可低到0.02%，而在温湿地带可达6%。水汽对天气起着重要的作用。（三）悬浮微粒：悬浮微粒是指由于自然因素而生成的颗粒物，如岩石的风化、火山爆发、宇宙落物以及海水溅沫等。无论是它的含量、种类，还是化学成分都是变化的。大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适，健康和福利或危害了环境环境的现象。按污染的范围，大气污染可分为：局部地区大气污染，区域性大气污染，广域性大气污染和全球性大气污染。燃料的燃烧是造成大气污染的主要原因；石油工业和化工工业大规模的发展也增加了空气中污染物的种类和数量；在农业方面，由于各种农药的喷洒而造成的大气污染也是不可忽视的问题。主要公认的综合性大气污染现象有：（一）汽车尾气：汽车是近代重要的交通运输工具，随着汽车数量的增加，汽车尾气造成的环境污染也日益严重。汽车尾气中的有害成分主要有CO,NO,HC,颗粒物和臭氧等。CO存在于所有燃烧器的尾气之中，它极易与血红蛋白结合。CO浓度低时会使人慢性中毒，浓度高时则会导致窒息死亡。（二）光化学烟雾：大气中的大气中的HC和NO等为一次污染物,他在太阳光中紫外线的照射下能发生化学反应,衍生出二次污染物.由一次污染物和二次污染物混合所形成的烟雾污染现象称为光化学烟雾.NOX是这种烟雾的主要成分.(三)酸雨:酸雨
环境卫生学习题 第三章大气卫生 1.关于对流层，下列哪项正确的B A.气温随高度的增加而升高 B.气温随高度的增加而降低 C.气温不随高度变化 D.能反射无线电波 E.能使地球生物免受射线损害 2.下列哪项不是紫外线的作用E A.色素沉着作用 B.杀菌作用 C.红斑作用 D.抗佝偻病作用 E.镇静作用 3.关于大气中的空气离子，下列说法正确的是B A.新鲜的清洁空气中轻离子浓度低 B.污染的空气中轻离子浓度低 C.空气阳离子对机体有镇静、催眠和降压作用 D.空气阴离子可引起失眠、烦躁和血压升高 E.空气阳离子与阴离子对机体的作用相同 4.有利于形成煤烟型烟雾的条件不包括D A.地势低凹 B.逆温 C.空气潮湿 D.气温高（适于光化学污染） E.大气S02污染严重 5.下列哪个是大气中的二次污染物D A. S02 B. H2S C. CO2 D. 03 E. NO 6.影响大气污染物浓度的气象因素包括C A.气温、气流、气压、光照 B.气温、空气离子、气压、雷电 C.气温、气流、气压、气湿 D.气温、气流、气湿、雷电 E.气温、气流、光照、空气离子 7.关于大气污染物的有组织排放，不正确的是D A.排出高度是指污染物通过烟囱等排放时烟囱的有效排出高度 B.污染源下风侧的污染物最高浓度与烟波的有效排出高度的平方成反比 C.有害气体的烟波着陆点是烟囱有效高度的10-20倍 D.与污染源的距离是决定大气污染程度的最基本的因素 E.近地面的大气中污染物的浓度以烟波着陆点处最大 8.大气发生逆温时C A.气温随高度的增加先降低，后又升高 B.气温随高度的增加再降低 C.γ<0 D.γ>0 E.γ=0 9.下列哪项不是大气化学性污染物的自净方式B A.扩散 B.微生物分解 C.氧化 D.植物吸收 E.沉降 10.下列关于大气二次污染物的说法不正确的是E A.光化学烟雾是二次污染物 B.一次污染物经化学或光化学作用生成 C.与一次污染物的化学性质不同的，新的污染物 D.二次污染物的毒性往往更大
第二章大气环境化学 本章重点：1 污染物在大气中迁移过程 2 光化学烟雾和硫酸型烟雾的形成过程和机理 第一节大气中污染物的转移 大气层简介 一、大气温度层结 对流层(troposphere) ：（0km-17km）空气具有强烈的对流（垂直），集中了大气中90.9%天气现象，污染物排放直接进入对流层 平流层（stratosphere）：17-55km气体状态稳定，垂直对流很小，大气透明度高 中间层（mesosphere）：55-85Km气温下降达-92℃，垂直运动剧烈，发生光化学反应。 热层（thermsphere）：800Km空气密度很小，温度升高到1000k，电离层 逸散层：>800Km 气体分子受地球引力极小,因而大气质点会不断向星际空间逃逸。 出示大图： 图1 大气温度的垂直分布 图2 大气密度的垂直分布 大气垂直递减率 二、辐射逆温层 三、绝热过程与干绝热过程 四、大气稳定度的判定 五、影响大气污染物迁移的因素 1、风和大气湍流的影响 风—使污染物向下风向扩散 湍流—使污染物向各风向扩散 浓度梯度—使污染物发生质量扩散 2、天气形势和地理地势的影响
第二节大气中污染物的转化 一、光化学反应基础 1、光化学反应过程 什么是光化学反应？ 分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应称光化学反应，大气光化学反应分为两个过程。 初级过程： A + hνA* 次级过程 举例： HCl + hνH + Cl H + HCl H2 + Cl Cl + Cl Cl2 2、量子产率（不做介绍） 3、大气中重要吸光物质的光离解 （1）氧分子和氮分子的光离解 O2 + hνO + O N2 + hνN + N （2）臭氧的光离解 O3 + hνO + O2 （3）NO2的光离解 NO2 + hν N O + O （4）亚硝酸和硝酸的光离解 HNO2 + hνHO + NO HNO2 + hνH + NO2
《大气环境化学》重点习题 1．大气中有哪些重要污染物？说明其主要来源和消除途径。 环境中的大气污染物种类很多，若按物理状态可分为气态污染物和颗粒物两大类；若按形成过程则可分为一次污染物和二次污染物。按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物。主要按照化学组成讨论大气中的气态污染物主要来源和消除途径如下： （1）含硫化合物 大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、二甲基硫（CH3）2S、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、硫酸（H2SO4）、亚硫酸盐（MSO3）和硫酸盐（MSO4）等。大气中的SO2（就大城市及其周围地区来说）主要来源于含硫燃料的燃烧。大气中的SO2约有50%会转化形成H2SO4或SO42-，另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消除。H2S主要来自动植物机体的腐烂，即主要由植物机体中的硫酸盐经微生物的厌氧活动还原产生。大气中H2S主要的去除反应为：HO + H2S → H2O + SH。 （2）含氮化合物 大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。主要讨论一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），用通式NO x表示。NO和NO2是大气中主要的含氮污染物，它们的人为来源主要是燃料的燃烧。大气中的NO x最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除。其中湿沉降是最主要的消除方式。 （3）含碳化合物 大气中含碳化合物主要包括：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）以及有机的碳氢化合物（HC）和含氧烃类，如醛、酮、酸等。 CO的天然来源主要包括甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放以及森林火灾和农业废弃物焚烧，其中以甲烷的转化最为重要。CO的人为来源主要是在燃料不完全燃烧时产生的。大气中的CO可由以下两种途径去除：土壤吸收（土壤中生活的细菌能将CO代谢为CO2和CH4）；与HO自由基反应被氧化为CO2。
第三章 大气环境影响评价技术导则与相关大气环境标准 第一节 环境影响评价技术导则——大气环境 一、概述 《环境影响评价技术导则——大气环境》（20082.2—HJ ）规定了大气环境影响评价的内容、工作程序、方法和要求； 该导则于2008年12月31日发布，2009年4月1日实施。自实施之日起，《环境影响评价技术导则——大气环境》（932.2—T HJ ）废止； 二、术语和定义 （一）环境空气敏感区 1、规范文件——《环境空气质量标准》（19963095—GB ） 2、分类 ? ??集中的保护目标居民区、文化区、人群二类功能区区、特殊保护地区自然保护区、风景名胜一类功能区 （二）常规污染物 二氧化硫（2SO ）、颗粒物（10PM TSP 、）、二氧化氮（2NO ）、一氧化碳（CO ） （三）特征污染物 主要是指项目实施后可能导致潜在污染或对周边环境空气保护目标产生影响的特有污染物 （四）大气污染源分类 ? ??? ? ????体、屋顶天窗等）气排放的源（如焦炉炉污染物呈一定体积向大物的空气动力学作用使—由源本身或附近建筑—体源车排放源） 动放的源（城市道路的机者由移动源构成线状排—污染物呈线状排放或 —线源存堆、渣场等排放源）程中的无组织排放、储污染物的源（如工艺过面或近地面的高度排放以低矮密集的方式自地—在一定区域范围内，—面源囱、集气筒等）放的固定点状源（如烟—通过某种装置集中排 —点源 （五）大气污染物分类 ???m 15μ—粒径＜—气态污染物颗粒物污染物 按存在形态 （六）排气筒 排气筒指通过有组织形式排放大气污染物的各种类型的装置，包括烟囱、集气筒等 （七）简单地形 距污染源中心点km 5内的地形高度（不含建筑物）低于排气筒高度时，定义为简单地形（见P34图3-1 略） 在此范围内地形高度不超过排气筒基底高度时，可认为地形高度为m 0 （八）复杂地形 距污染源中心点km 5内的地形高度（不含建筑物）等于或超过排气筒高度时，定义为复杂地形（见P35图3-2 略） 对于存在多源情况下的建设项目，简单地形与复杂地形的判断可用该项目几何高度最高污染源的高度作为判别标准 （九）推荐模式 推荐模式原则上采取互联网形式发布，发布内容包括：使用说明、执行文件、用户手册、技术文档、应用案例等
关于大气污染和保护 姓名：牛子禄指导教师：姜洋（四）16-2班级：自动化12年201730月日 摘要 工业革命以来，特别是20世纪以来，许多国家相继走上了以工业化为主的发展道路。在人类创造前所未有的物质财富的同时，环境问题也一直呈现着地域上扩
张和程度上恶化的趋势。环境问题已逐渐成为全球性的问题。而对中国——一个发展中国家而言，回首二十世纪，我国经济获得了长足的发展，生产力水平大大提高。但是，传统模式下的生产力的提高在驱动经济增长和伟企业带来利润的同时，却使我们的地球家园变得千疮百孔，不堪重负。 关键词：治理途径污染源大气污染
目录 一、引言 二、正文 （一）我国大气污染现状（二）大气污染物及来源（三）产生大气污染的原因（四）大气污染的综合防治 三、结语 四、致谢
引言 所谓大气污染是指人类生产、生活活动或自然界向大气排出各种污染物,其含量超过环境承载能力,使大气质量发生恶化,使人们的工作、 生活、健康、设备财产以及生态环境等遭受恶劣影响和破坏。 污染源可分为天然污染源和人为污染源。 天然污染源是指自然界向大气排放污染物的地点或地区,如排放灰尘、二氧化硫、硫化氢等污染物的活火山、自然逸出的瓦斯气,以及发生 森林火灾、地震等自然灾害的地方。 人为污染源则又可按不同的方法分类:按污染源空间分布方式可分为 点污染源、面污染源、区域性污染源;按人们的社会活动功能可分为 生活污染源、工业污染源、交通污染源等;按污染源存在的形式可分 为固定污染源和移动污染源。
关于大气污染和保护 一、我国大气污染现状 人类需要呼吸新鲜空气来维持生命，每天空气都会成千上万次地有规则地通过我们的鼻腔进出我们的肺。而洁净的空气对于生命来说比任何物质都重要，人在5周内不吃饭，5天内不饮水尚能生存，而空气仅断绝5分钟就会死亡。可见空气是人类和其他一切生命有机体一刻也不可缺少的生存条件。然而现在的我们却对空气多了一份恐惧，那
第一章绪论 1.环境科学：研究社会经济发展过程中出现的环境质量变化的科学。 2.环境科学研究对象：研究环境质量变化的原因、过程和后果，并找出解决环境问题的途径和技术措施。 3.环境产生发展三阶段：⑴早期破坏，从人类出现到18c60s,以刀耕火种和狩猎为主，主要问题是生态退化。 ⑵近代城市问题，工业革命开始至20c80s南极上空臭氧层空洞，工业发展，环境问题严重。 ⑶当代环境问题，臭氧层空洞开始，主要表现在臭氧层空洞，酸雨，全球环境变暖。 第二章全球环境问题 1.气候变化：定义1指气候平均状态统计学，经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候变化。定义2经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。 2.气候变化危害：⑴全球变暖导致喜马拉雅冰川消融，人类的水源告急⑵极端气候，暴雪，暴雨，洪水，干旱，冰雹，雷电台风等⑶粮食减产，因为变暖所导致的干旱、缺水等都会对粮食生产带来影响⑷海平面上升，引发海洋灾害⑸物种灭绝（6）威胁人类健康 3.臭氧层破坏的危害：对人类健康的影响，对植物的影响，对水生系统的影响 4.生物多样性：是地球上所有的生物，植物，动物和微生物及其所构成的综合体。这种多样性包括动物，植物，微生物的物种多样性，物种的遗传与变异的多样性及生态系统的多样性。 5.酸雨：指ph值小于5.6的雨雪霜雾或其它形式的大气降水。 6.酸雨形成因素：酸性污染物的排放so2，大气中的氨，天气，酸性颗粒物及其缓冲能力 7.酸雨的危害：⑴酸雨对人体的危害，支气管炎，肺病，呼吸道疾病，⑵对水域生物的危害，水域酸化可导致鱼类血液与组织失去营养盐分，水域酸化导致水生植物死亡⑶对陆生植物的危害，叶生植物枯萎死亡破坏土壤结构，间接影响树木生长⑷对土壤危害，破坏土壤营养结构，土壤微量重金属可能被溶解⑸对建筑物的危害，容易受腐蚀 8.持久性有机物污染（POPs）：指人类合成的能持久存在于环境中、通过生物食物链（网）累积、并对人类健康造成有害影响的化学物质。 9.POPs特点：持久性，生物蓄积性，放大性，半发挥性和长距离迁移性，高毒性 10.POPs危害：⑴内分泌干扰⑵免疫毒性⑶对动物生殖和发育的影响⑷致癌性⑸其它毒性 第三章资源与环境 1.自然资源：指自然界中能被人类用于生产和生活的物质和能量的总称，它是自然环境的重要组成部分。包括土地资源，水资源，气候资源，生物资源和矿产资源。 2.自然资源特征：⑴多用性。可提供多种用途⑵有限性。⑶区域性。资源空间分布的不均和严格的区域性⑷整体性
《环境卫生学》本科课程质量标准 课程编号：11020202 课程名称：环境卫生学 英文名称：Environmental Health 总学时：90学时（理论授课：50学时；实验课：40学时） 学分：5学分 适用对象：预防医学专业。 课程考核：终结性考核，占总成绩70% 形成性考核，占总成绩30%。其中包括实验考核（10%）、 学习态度和平时表现（10%）和课程网络阶段考核/ 期中考核（10%）。 《环境卫生学》课程是预防医学专业高等教育的专业必修课程。环境卫生学是研究自然环境和生活居住环境与人群健康关系，阐明环境对人群健康影响的发生和发展规律，为制订环境卫生标准提供卫生学依据，并研究利用有利环境因素和控制不利环境因素的对策，预防疾病、保障人群健康的科学。通过本门课程的学习： （一）使学生在全面了解我国环境卫生学发展历史、现状与发展趋势的基础上，系统掌握环境卫生工作的理论、方法、技术，具备在防止环境污染、预防疾病等环境卫生实践工作的技能，从而适应当前社会发展的需要，以高度责任感和事业心开展环境卫生工作。 （二）学习者应掌握环境与健康关系的基本理论，基本知识，了解环境因素在时间、空间上的数量变化和人体的负荷，掌握自然环境（水、大气和土壤等）与人类健康的和谐统一，和与人类可持续性发展辩证关系。 （三）能够灵活地运用所学知识，学会开展环境卫生工作的基本方法和技能，为将来从事环境卫生工作打下良好的基础。
在教学过程中，贯彻理论讲授与实验技术操作训练相结合的原则。使学生掌握环境卫生学的基本理论、基本知识和基本技能，学习开展环境卫生工作的基本方法。教师应根据教学大纲讲授，但可适当补充本领域的前沿研究热点及最新研究成果。 教学方法力求启发式，鼓励学生独立思考和创新，广泛阅读相关书籍，并通过课间实习与生产实习培养学生分析问题和解决问题的能力以及基本科研能力。充分调动和发挥学生的主动性和开创性。在教学过程中，开展启发式教学，教学已理论讲授、多媒体课件为主，并辅以案例讨论和自主学习。为增加学生的主动学习能力和适应新形势下高校和社会的需要，所有章节包含重要专业英文和介绍相关的专业阅读材料。 第一章绪论 目的要求： 一、掌握： 1. 环境卫生学的定义。环境卫生学的含义及其与其它学科的关系。 2. 环境介质、环境因素及相关内容的重要概念。 3. 环境卫生学的研究内容。 二、熟悉： 1. 环境卫生学的研究对象及人类环境的组成。 2. 阐述机体（基因）-环境的相互作用对推动今后环境卫生学发展的作用。 三、了解： 1. 全球著名的环境污染事件及当前存在的环境问题。 2. 我国环境卫生学的发展简史及我国环境卫生学的主要成就。 学时安排：理论授课：4 学时。 教学内容： 一、基本概念或关键词：环境卫生学；自然环境和生活环境；原生环境和次生环境；全球性环境问题。 二、主要教学内容： 1. 环境卫生学的定义：是研究自然环境和生活环境与人群健康关系的学科。它既是预防医学的一个重要分支学科，又是环境科学的重要组成部分。 2. 研究对象：环境卫生学以人类及其周围的环境卫研究对象。