大氣的受熱過(guò)程課件

大氣的受熱過(guò)程課件演講人：日期:目錄CATALOGUE02大氣對(duì)輻射的作用03地面輻射過(guò)程04大氣保溫效應(yīng)05熱量傳遞方式06實(shí)際現(xiàn)象解析01基本概念與原理01基本概念與原理PART太陽(yáng)輻射特性太陽(yáng)以電磁波的形式向外傳遞能量，稱為太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)輻射的定義太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)范圍主要集中在0.15-4微米之間，其中可見光占太陽(yáng)輻射總能量的約50%。太陽(yáng)輻射在地球表面的分布是不均勻的，受到緯度、季節(jié)、時(shí)間、海拔高度等因素的影響。太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)范圍太陽(yáng)輻射強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)垂直投射到單位面積上的太陽(yáng)輻射能量，其大小與太陽(yáng)高度角、大氣透明度等因素有關(guān)。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度01020403太陽(yáng)輻射的分布大氣組成與分層大氣組成地球大氣層由氮、氧、氬等氣體以及少量的二氧化碳、水蒸氣和其他微量氣體組成。大氣分層各層特點(diǎn)根據(jù)溫度、壓力、密度等特性，大氣層可分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和外層等五層。對(duì)流層是人類生活的主要區(qū)域，溫度隨高度升高而降低；平流層溫度隨高度升高而升高，氣流以平流運(yùn)動(dòng)為主；中間層溫度隨高度升高而降低，氣流垂直運(yùn)動(dòng)劇烈；熱層溫度極高，氣體分子處于高度電離狀態(tài)；外層是大氣層的最外層，空氣極其稀薄。123熱力學(xué)在大氣中的應(yīng)用熱力學(xué)原理在大氣科學(xué)中廣泛應(yīng)用，如解釋大氣溫度、壓力、密度等要素的垂直分布規(guī)律，以及大氣中的能量傳輸和轉(zhuǎn)換過(guò)程等。熱力學(xué)第一定律能量守恒定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用，即熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳導(dǎo)到高溫物體，而是自發(fā)地從高溫物體傳導(dǎo)到低溫物體，直到兩者溫度相等。熱力學(xué)第二定律熱量傳遞的方向性，即不可能實(shí)現(xiàn)一種循環(huán)過(guò)程，其中唯一的結(jié)果是熱量完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響。熱力學(xué)第三定律絕對(duì)零度時(shí)，所有物質(zhì)的熵（無(wú)序度）為零，這是溫度的最低可能值，約為-273.15攝氏度。熱力學(xué)基礎(chǔ)定律02大氣對(duì)輻射的作用PART吸收作用機(jī)制大氣對(duì)輻射的吸收具有選擇性，某些波段的輻射能被大氣成分強(qiáng)烈吸收，而另一些波段則能透過(guò)。吸收選擇性大氣中的吸收主要依賴于分子的振動(dòng)和電子躍遷，這些過(guò)程將輻射能轉(zhuǎn)化為分子的內(nèi)能。吸收原理大氣中的主要吸收物質(zhì)包括水汽、二氧化碳、臭氧等，它們對(duì)不同波段的輻射有不同的吸收能力。吸收物質(zhì)散射類型比較瑞利散射散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比，主要發(fā)生在短波輻射，如藍(lán)光和紫光。米散射散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的平方成反比，主要發(fā)生在長(zhǎng)波輻射，如紅光和近紅外光。散射影響散射使輻射在傳播過(guò)程中發(fā)生方向改變，并導(dǎo)致輻射能量的重新分布。地表性質(zhì)不同地表類型對(duì)輻射的反射率不同，如冰雪地表反射率高，而森林和草地反射率較低。反射率影響因素入射角度輻射的入射角度越大，反射率越高；入射角度越小，反射率越低。波長(zhǎng)依賴性地表反射率隨輻射波長(zhǎng)的變化而變化，不同波段的地表反射率存在差異。03地面輻射過(guò)程PART地面輻射能量來(lái)源太陽(yáng)輻射地表吸收太陽(yáng)短波輻射，將能量轉(zhuǎn)化為熱能。地表自身熱輻射大氣逆輻射地表以長(zhǎng)波輻射形式向外放射能量。大氣吸收地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)，又以輻射的方式向地面?zhèn)鬟f熱量。123地面長(zhǎng)波輻射特性大氣中的水汽、二氧化碳等成分吸收地面長(zhǎng)波輻射，再以大氣輻射的形式向四周傳播。大氣吸收與再輻射地面與大氣輻射交換地面與大氣之間通過(guò)長(zhǎng)波輻射進(jìn)行能量交換，維持地表能量平衡。地表長(zhǎng)波輻射主要集中在1～30微米之間，最大輻射的平均波長(zhǎng)為10微米，屬紅外區(qū)間。長(zhǎng)波輻射轉(zhuǎn)化原理地表溫度調(diào)節(jié)機(jī)制輻射平衡地表吸收的太陽(yáng)輻射與地面長(zhǎng)波輻射保持平衡，使地表溫度保持穩(wěn)定。02040301地表熱容量地表熱容量大，能夠吸收和儲(chǔ)存大量熱量，減緩地表溫度波動(dòng)。地表熱傳導(dǎo)地表通過(guò)熱傳導(dǎo)方式將熱量傳遞給大氣層，實(shí)現(xiàn)地表溫度調(diào)節(jié)。植被與地表溫度植被通過(guò)蒸騰作用消耗熱量，降低地表溫度，同時(shí)植被覆蓋也能減少地表長(zhǎng)波輻射的發(fā)射。04大氣保溫效應(yīng)PART溫室氣體的作用大氣中的溫室氣體（如水蒸氣、二氧化碳、甲烷等）能夠吸收和發(fā)射紅外輻射，從而使地球表面和大氣層下層加熱。地球表面輻射的平衡地球表面吸收太陽(yáng)輻射后，以紅外輻射的形式向外輻射能量，大部分被大氣層吸收并再輻射回地表，維持地球表面溫度。溫室效應(yīng)原理逆溫層形成條件輻射逆溫在晴朗且風(fēng)力較小的夜晚，地面輻射散失導(dǎo)致近地面氣溫迅速降低，而上層大氣降溫較慢，形成逆溫現(xiàn)象。平流逆溫在暖平流空氣流經(jīng)冷地面時(shí)，低層空氣溫度下降，而上層空氣溫度相對(duì)較高，形成逆溫層。下降逆溫在冷空氣下沉?xí)r，由于壓縮增溫作用，導(dǎo)致下沉氣流內(nèi)部溫度高于周圍空氣，形成逆溫層。能量平衡模式地球表面吸收的太陽(yáng)輻射能與地球表面和大氣輻射出的紅外輻射能相平衡。輻射平衡地球系統(tǒng)從太陽(yáng)獲得的熱量與地球系統(tǒng)輻射到太空的熱量保持平衡，維持地球溫度相對(duì)穩(wěn)定。熱量平衡通過(guò)輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)三種方式在大氣中傳輸能量，其中輻射是主要的能量傳輸方式。能量傳輸方式05熱量傳遞方式PART傳導(dǎo)作用局限性適用于固體物質(zhì)傳導(dǎo)主要發(fā)生在固體物質(zhì)中，如金屬、非金屬等。傳遞效率受限方向性明顯傳導(dǎo)的效率受到物質(zhì)導(dǎo)熱性能和溫度差的影響，傳遞速度相對(duì)較慢。熱量傳遞方向垂直于物體表面，且隨著深度增加溫度逐漸降低。123流體內(nèi)部熱量傳遞對(duì)流通過(guò)流體的整體運(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞熱量，效率較高。熱量傳遞效率高影響因素多對(duì)流受到流體速度、密度、粘度等因素的影響，傳遞過(guò)程較為復(fù)雜。對(duì)流主要發(fā)生在流體內(nèi)部，包括氣體和液體。對(duì)流運(yùn)動(dòng)特征平流傳輸過(guò)程水平傳輸平流傳輸是熱量在水平方向上的傳遞過(guò)程，如海洋表面或大氣中的熱量傳輸。穩(wěn)定性強(qiáng)平流傳輸過(guò)程中，熱量傳遞較為穩(wěn)定，不易發(fā)生劇烈的溫度變化。影響因素平流傳輸主要受到風(fēng)速、地形、氣壓等因素的影響，傳遞速度和方向可能發(fā)生變化。06實(shí)際現(xiàn)象解析PART晝夜溫差成因地表吸收太陽(yáng)輻射白天地表吸收太陽(yáng)輻射，地表溫度逐漸升高，大氣溫度也隨之升高。030201地表散發(fā)熱量夜晚地表散發(fā)熱量，地表溫度逐漸降低，大氣溫度也隨之降低。大氣逆輻射夜晚大氣逆輻射對(duì)地表的保溫作用，使地表溫度不至于迅速降低。氣溫變化氣溫的變化直接反映大氣的受熱過(guò)程，是天氣變化的重要指標(biāo)。氣壓變化氣壓的變化與氣溫的變化密切相關(guān)，是天氣變化的重要因素。風(fēng)向風(fēng)速風(fēng)向和風(fēng)速的變化反映了大氣中能量的分布和傳遞，對(duì)天氣變化有重要影響。濕度變化濕度變化與氣溫、氣壓等因素相互作用，影響云的形成和降水過(guò)程，進(jìn)而影響天氣變化。天氣變化關(guān)聯(lián)性緯度因素緯度地帶性分布是氣候帶分布的基本規(guī)律，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨緯度增加而減少，導(dǎo)致氣溫逐漸降低。地形因素地形對(duì)氣候帶的分布也有重要影響，高山地區(qū)氣溫較低，垂直氣候帶明顯；低地和平