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1、农业气象学第一章 地球大气第1页，本讲稿共20页氧气氧气氮气氮气臭氧臭氧二氧化碳二氧化碳 水汽水汽 杂质杂质大大气气的的组组成成干洁大气干洁大气 稀有气体稀有气体 第一节第一节 大气的组成与垂直结构大气的组成与垂直结构一、大气的组成第2页，本讲稿共20页 氮氮 大气中的氮，植物不能直接吸收，但豆科植物的大气中的氮，植物不能直接吸收，但豆科植物的根瘤菌具有固氮作用，能够固定和利用大气中的氮，另外根瘤菌具有固氮作用，能够固定和利用大气中的氮，另外大气中氮的氧化物也可随降水进入土壤大气中氮的氧化物也可随降水进入土壤,供给植物的需要。供给植物的需要。氧氧 维持生命活动的重要气体。土壤中，植物根部维持生
2、命活动的重要气体。土壤中，植物根部的呼吸，细菌和真菌的活动都要消耗氧气。土壤水分过的呼吸，细菌和真菌的活动都要消耗氧气。土壤水分过多和土壤板结情况下，可能会出现缺氧中毒的现象。多和土壤板结情况下，可能会出现缺氧中毒的现象。第3页，本讲稿共20页臭氧（臭氧（O3）n近地面气层臭氧含量很少，从近地面气层臭氧含量很少，从10千米高度开始增加，千米高度开始增加，在在20-25千米高度处达到最大值，再向上，臭氧含量千米高度处达到最大值，再向上，臭氧含量逐渐减少逐渐减少.n太阳紫外辐射中的全部紫外太阳紫外辐射中的全部紫外C和绝大部分紫外和绝大部分紫外B都可都可以被臭氧层吸收，不能到达地球表面；但波长大于以
3、被臭氧层吸收，不能到达地球表面；但波长大于0.32微米的紫外微米的紫外A却可以穿过臭氧层到达地面。却可以穿过臭氧层到达地面。第4页，本讲稿共20页第5页，本讲稿共20页二氧化碳（二氧化碳（CO2）来源于地球矿物燃料的燃烧、有机物质的腐败分来源于地球矿物燃料的燃烧、有机物质的腐败分解以及生物的呼吸作用。解以及生物的呼吸作用。大气中大气中CO2含量很少，其平均含量约占大气容积含量很少，其平均含量约占大气容积的的0.03，并且多集中于，并且多集中于20千米以下的气层里，千米以下的气层里，在在20千米以上，千米以上，CO2 的含量显著减少。的含量显著减少。CO2是绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。光
4、是绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。光合作用产物构成植物体合作用产物构成植物体95的组成成分。的组成成分。第6页，本讲稿共20页水汽水汽四分之三的水汽集中在四分之三的水汽集中在4公里以下，公里以下，10-12公公里高度以下的水汽约占全部水汽总量的里高度以下的水汽约占全部水汽总量的99。在大气温度变化的范围内，水汽是唯一能在大气温度变化的范围内，水汽是唯一能进行气、液进行气、液、固态三相变化的大气成分。、固态三相变化的大气成分。水汽在相变过程中都要吸收或放出潜热；水汽在相变过程中都要吸收或放出潜热；水汽能强烈吸收和放射长波辐射。水汽不水汽能强烈吸收和放射长波辐射。水汽不仅影响大气湿度状况，还影
5、响地面和空气仅影响大气湿度状况，还影响地面和空气温度的变化。温度的变化。第7页，本讲稿共20页大气中的杂质大气中的杂质 大气中悬浮的各种固态和液态微粒，统称大气中悬浮的各种固态和液态微粒，统称杂质杂质。它们主。它们主要集中在要集中在3千米以下的低层大气中。千米以下的低层大气中。杂质对大气中物理过程和现象的作用杂质对大气中物理过程和现象的作用：（1）吸收太阳辐射，使空气温度增高，但削弱了到达地）吸收太阳辐射，使空气温度增高，但削弱了到达地面的太阳辐射。面的太阳辐射。（2）阻挡地面辐射，减缓地面的辐射冷却。）阻挡地面辐射，减缓地面的辐射冷却。（3）降低大气的透明度，影响能见度。）降低大气的透明度，
6、影响能见度。（4）充当水汽的凝结核，对成云致雨有重要意义。）充当水汽的凝结核，对成云致雨有重要意义。第8页，本讲稿共20页二、大气结构和垂直分层二、大气结构和垂直分层（一）大气上界（一）大气上界 大气上界的界定大气上界的界定:1、极光出现的最大高度是极光出现的最大高度是1200千米来估计大气上千米来估计大气上界，因此，将此数字定为大气的物理上界。界，因此，将此数字定为大气的物理上界。2、大气密度接近于星际气体密度的高度来估计大气上、大气密度接近于星际气体密度的高度来估计大气上界。大气上界为界。大气上界为20003000千米。千米。第9页，本讲稿共20页（二）大气的垂直分层（二）大气的垂直分层
7、1、对流层、对流层 低纬地区平均为低纬地区平均为1718千米，在中纬地区平均千米，在中纬地区平均1012千千米，在高纬地区平均为米，在高纬地区平均为8-9千米。一般夏季对流层厚度比冬季千米。一般夏季对流层厚度比冬季厚。厚。2千米以下大气层称为摩擦层；千米以下大气层称为摩擦层；2米以下大气层称为贴米以下大气层称为贴地气层。地气层。对流层特点：对流层特点：（1）集中了整个大气四分之三的质量和几乎全部的集中了整个大气四分之三的质量和几乎全部的水汽。水汽。大气中的各种天气现象如风、云、雨、雪等都大气中的各种天气现象如风、云、雨、雪等都发生在这一层里，对天气分析和预报具有重要意义。发生在这一层里，对天气
8、分析和预报具有重要意义。第10页，本讲稿共20页 （2）气温随着海拔高度的增高而降低。）气温随着海拔高度的增高而降低。平均来说，每上升平均来说，每上升100米，气温约下降米，气温约下降0.65，称气温，称气温递减率，也叫气温铅直梯度，通常以递减率，也叫气温铅直梯度，通常以r r表示表示：r=ZT -(3)对流层空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱对流层空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动流运动。结果使高层和低层之间的冷暖空气进行了交换，结果使高层和低层之间的冷暖空气进行了交换，使近地面的热量、水汽，杂质等向上输送。这对成云致使近地面的热量、水汽，杂质等向上输送。这对成云致雨有重要作用。雨有重
9、要作用。（3）气象要素水平方向上分布不均匀。）气象要素水平方向上分布不均匀。第11页，本讲稿共20页2、平流层（臭氧层）、平流层（臭氧层）自对流层顶到自对流层顶到55千米高度。千米高度。特点：特点：(1)气温随高度增加而升高气温随高度增加而升高 (2)在平流层中空气的垂直运动明显减弱，主要是在平流层中空气的垂直运动明显减弱，主要是水平运动。水平运动。(3)在平流层中、水汽和尘埃含量极少。晴朗少云，在平流层中、水汽和尘埃含量极少。晴朗少云，大气透明度好，气流比较平稳，适于飞机飞行。大气透明度好，气流比较平稳，适于飞机飞行。（4）地球大气中臭氧集中地地方，尤其是在）地球大气中臭氧集中地地方，尤其是
10、在20-25km高度上臭氧浓度最大。高度上臭氧浓度最大。第12页，本讲稿共20页3、中间层、中间层 自平流层顶到自平流层顶到85千米高的气层千米高的气层 气温随高度增高而迅速下降，其顶部气温可降至气温随高度增高而迅速下降，其顶部气温可降至-83以下，气流有强烈的垂直运动，故又称为高空对流层。以下，气流有强烈的垂直运动，故又称为高空对流层。4、暖层（热层）、暖层（热层）中间层顶至中间层顶至800千米高度。千米高度。温度随高度的升高迅速增高。暖层的空气处于游离状温度随高度的升高迅速增高。暖层的空气处于游离状态。这是由于该层空气在强烈的太阳紫外线和宇宙射线的态。这是由于该层空气在强烈的太阳紫外线和宇
11、宙射线的作用下呈电离状态。由于这一特点，暖层又称为电离层。作用下呈电离状态。由于这一特点，暖层又称为电离层。5、散逸层（外层）、散逸层（外层）800千米高度以上的大气层千米高度以上的大气层第13页，本讲稿共20页第14页，本讲稿共20页第二节第二节第二节第二节 大气污染大气污染大气污染大气污染一、大气污染源与污染物一、大气污染源与污染物 主要来源：主要来源：主要来源：主要来源：一是一是自然过程形成自然过程形成的，如火山爆发、沙尘暴和的，如火山爆发、沙尘暴和雷击森林失火等产生的；二是雷击森林失火等产生的；二是人为过程造成人为过程造成，如工业污染物、，如工业污染物、交通污染物、农业生产和人类生活污
12、染物。交通污染物、农业生产和人类生活污染物。主要的污染物：主要的污染物：主要的污染物：主要的污染物：含硫化合物（含硫化合物（SO2、SO3、H2S)、含氮化合物、含氮化合物（NH3、N2O、NO、NO2)、碳氧化合物、碳氧化合物(CO、CO2)、碳氢、碳氢化合物（化合物（CH4、C20H12)等。等。由于人类活动或自然过程，使排放到大气中的物质的浓度及持续时间足以对人类及动植物的健康、设施或环境产生不利影响，破坏生态系统和人类及动植物的生活生存条件的现象。第15页，本讲稿共20页二、大气污染的影响二、大气污染的影响1 1、对农业生产的危害、对农业生产的危害 大气污染物浓度超过了农业的允许水平，
13、对农业生产将造大气污染物浓度超过了农业的允许水平，对农业生产将造成不良影响。如农作物减产，产品品质下降，价值降低。成不良影响。如农作物减产，产品品质下降，价值降低。大气污染物对植物的危害除了与污染物的浓度和接触时间大气污染物对植物的危害除了与污染物的浓度和接触时间有关外，还与植物本身对污染物的抗性有关。有关外，还与植物本身对污染物的抗性有关。某种污染物的指标作物。某种污染物的指标作物。SO2-紫苜蓿、氟化物紫苜蓿、氟化物-唐菖蒲、唐菖蒲、臭氧臭氧-烟草。烟草。第16页，本讲稿共20页2 2、对全球气候的影响、对全球气候的影响 （1 1）酸雨）酸雨 酸雨是指酸雨是指PH5.6PH5.6时的降水。
14、酸雨主要是由于大量的二时的降水。酸雨主要是由于大量的二氧化硫，在潮湿而污浊的空气中，与水膜接触后形成亚硫酸水溶氧化硫，在潮湿而污浊的空气中，与水膜接触后形成亚硫酸水溶液，进一步被大气中的金属离子催化氧化成硫酸而形成酸雨。其液，进一步被大气中的金属离子催化氧化成硫酸而形成酸雨。其危害程度比危害程度比SOSO2 2和氮氧化物大好多倍。和氮氧化物大好多倍。（2 2）温室效应）温室效应 指大气吸收地面长波辐射之后，也同时向宇宙和地指大气吸收地面长波辐射之后，也同时向宇宙和地面发射辐射，对地面起保暖增温作用。主要的温室气体有面发射辐射，对地面起保暖增温作用。主要的温室气体有COCO2 2、CHCH4 4
15、、O O3 3、COCO、氟里昂和水汽等。其中水汽决定于温度，人类不能、氟里昂和水汽等。其中水汽决定于温度，人类不能控制。其他气体中，数量最大、对地球大气温室效应作用也最大控制。其他气体中，数量最大、对地球大气温室效应作用也最大的是二氧化碳。的是二氧化碳。如果按目前如果按目前COCO2 2的增长量，大约到的增长量，大约到20502050年，全球大气中年，全球大气中COCO2 2高达高达560ppm560ppm，届时全球平均气温将上升，届时全球平均气温将上升1-3.51-3.5。由于地球升温。由于地球升温主要在高纬地区，因而将造成极地冰层融化，再加上海水升主要在高纬地区，因而将造成极地冰层融化，
16、再加上海水升温后体积膨胀，全球海平面将会提高温后体积膨胀，全球海平面将会提高15-95cm15-95cm。第17页，本讲稿共20页（3 3）城市热岛效应）城市热岛效应 世界上很多城市，无论它的纬度位置、地形和自世界上很多城市，无论它的纬度位置、地形和自然环境有何不同，城市的气温都比四周郊区要高，特然环境有何不同，城市的气温都比四周郊区要高，特别是在天气晴朗无风的夜晚，有时相差别是在天气晴朗无风的夜晚，有时相差4-5。这种现。这种现象被称为象被称为“城市热岛城市热岛”。产生的主要原因：城市中排放出大量的热量，产生的主要原因：城市中排放出大量的热量，而且工业、交通越发达，人口越多，热岛效应越而且工
17、业、交通越发达，人口越多，热岛效应越显著。城市热岛效应的强度，一天中夜间最强，显著。城市热岛效应的强度，一天中夜间最强，一年中冬季最强，因为夜间和冬季人为增加的热一年中冬季最强，因为夜间和冬季人为增加的热量较多。量较多。（4 4）破坏臭氧层）破坏臭氧层第18页，本讲稿共20页第三节第三节 大气（大气（COCO2 2)与农业与农业一、一、COCO2 2浓度变化对农作物的影响浓度变化对农作物的影响1 1、COCO2 2浓度增高对不同类型植物的影响浓度增高对不同类型植物的影响 增加增加COCO2 2浓度，浓度，C3C3类植物无论在弱光还是强光下，光合作用均类植物无论在弱光还是强光下，光合作用均能得到
18、促进，因此对密植作物而言增加单位面积空间的能得到促进，因此对密植作物而言增加单位面积空间的COCO2 2浓度，浓度，有利于增产。有利于增产。2 2、COCO2 2浓度增高对植物光合速率与生产力的影响浓度增高对植物光合速率与生产力的影响 增加浓度，可以延迟叶片衰老，使叶片有较长的时间维持活跃增加浓度，可以延迟叶片衰老，使叶片有较长的时间维持活跃的光合作用，对增产有利。的光合作用，对增产有利。3 3、COCO2 2浓度增高对植物水分利用的影响浓度增高对植物水分利用的影响 增加增加COCO2 2浓度将大大增加单位用水所产生的生物量，故在缺水浓度将大大增加单位用水所产生的生物量，故在缺水的地区，增加的地区，增加COCO2 2浓度将起到增产效果。浓度将起到增产效果。第19页，本讲稿共20页二、二、COCO2 2增加后对农业计划与措施的调整增加后对农业计划与措施的调整 主要从作物类型、作物育种、耕作措施以及主要从作物类型、作物育种、耕作措施以及作物的分布区域这四个方面来进行合理的调整，作物的分布区域这四个方面来进行合理的调整，最大限度地发挥最大限度地发挥COCO2 2浓度增加后对作物生产的最浓度增加后对作物生产的最大效益。大效益。第20页，本讲稿共20页