四、发展概况
17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是 直觉的、经验性的。
17～18世纪，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入
了可以定量分析的阶段。 1820年，H.W.布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开 创了近代天气分析和天气预报法。 1835年科里奥利力的概念和1857年风和气压的关系，成
6亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一，即第一关
键浓度。高空臭氧浓度明显增加，使生命能到达水面。 4亿年前，达到十分之一，高空大气形成的臭氧层 。 大量植物缓慢由海洋向陆地推进。
愈来愈少的 紫外辐射
接受愈来愈多 的可见光
最终光合作用和
愈来愈多氧 愈来愈丰富 植物生命 光合作用
动植物的呼吸及 死亡达到平衡
大气科学概论
§1.2 地球大气的演变
问题：传统的太阳系“九大行星”概念为何如今要 被
太阳系家谱
行星：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体
呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员
包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王
星。 矮行星：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清 除其轨道附近其他物体的天体。 成员包括冥王星和谷神星等。 太阳系小天体：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的 物体。
§1 .1 地球系统
§1 .1 地球系统
1、岩石圈：地壳和上地幔顶部 2、水圈：海洋、河流、湖泊、沼
泽、冰川、积雪、地下水和大
气圈中的水
3、生物圈：植物、动物、人类及
有生物存在的部分 4、大气圈：包围地球表面，厚度 为1000公里的大气层
大气与地表及其与宇宙空
间的能量交换形成多姿多
彩的天气和气候的变化
大气科学概论
1、大气的组成分类：
（1）大气成分浓度表示法
a、绝对量法—体积质量，单位为mg/m3，μg/m3等，表示大
气物理现象进行数值试验；把大气作为一个整体进行研
究；气候学领域的科学革命。
大气科学概论
五、大气科学的分支
传统上分为气象学、气候学和高层大气物理学3个领域。 近年主要分支学科：大气探测、气候学、天气学、动力气象 学、大气物理学、大气化学、人工影响天气、应用气象学 等。
天气学，大气动力学，边界层物理学
大气科学概论
一、什么是大气科学？
春雨贵如油
“泰坦尼克号”海难
大气科学概论
一、什么是大气科学？
大气科学：研究地球大气结构、组成、物理现象、化学 反应、运动规律及其他问题的科学。
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二、研究对象及研究基本内容
研究对象：主要是大气圈，包括部分岩石圈、水圈、生物 圈。
研究基本内容：
（1）地球大气的一般特征； （2）大气现象发生、发展的能量来源，性质及其转化； （3）解释大气现象，研究其发生、发展规律； （4）如何利用这些现象预测、控制和改造自然。
问题：为什么地球成分例外？
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2、地球大气演化
必须把大气看成是地球组合系统的一部分
(1) 地球大气演化的三个阶段：
原始大气：地球形成初期，以H2，He和CO为主
次生大气：45~20亿年前，以CO2，CH4，NH3和H2O等 为主 现代大气：以N2和O2为主
(2) 地球大气O2的来源？
a、水汽被太阳紫外辐射的光致离解，能产生千分之一 的氧 b、植物的光合作用
大气辐射学 云雨物理化学
物理化学
边界层物理学 云雨物理化学
生物地球化学，微生物学
生态学
大气科学概论
第一章 大气概述
§1 地球系统 §2 地球大气的成分
§3 大气的重要性
§4 主要气象要素
§5 空气状态方程
§6 大气垂Βιβλιοθήκη 结构§7 ＊气压场分布特征
大气科学概论
§1 地球系统
一、何为地球系统？ 二、地球大气是如何 演变的？
（3）地球大气N2的来源？
还有待进一步研究！
（4）生命的出现和地球大气的演化之间的关系
生命的出现与适当的日地距离（液态水的存在）有关。
生命的出现反过来又进一步改变了地球大气的成分。
大气科学概论
第一章 大气概述
§1 地球系统 §2 地球大气的成分
§3 大气的重要性
§4 主要气象要素
§5 空气状态方程
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1、行星大气特征
形成初期都应以轻元素为主，后来由于各自的条件（距 太阳远近、行星尺度及公转和自转周期等）不同，经几 十亿年演化，形成了现在各自不同的大气。
内行星：水星无大气，
金星、火星以CO2为主（地球例外） 外行星：仍以H、He、CH4等原始大气成分为主。（木、 土、天、海、冥）
大气科学概论
三、研究特点
1、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑；
各圈层相互作用
大气圈 生物圈 岩石圈 水圈
大气科学概论
三、研究特点
1、大气科学研究不能仅限于大气圈，需四圈同时考虑； 2、大自然是大气科学研究的实验基地，需实测与理论相结
合；
3、国际合作是推动大气科学发展的必要途径。
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§6 大气垂直结构
§7 ＊气压场分布特征
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§2 地球大气的成分
§2.1 干洁大气
§2.2 水汽
§2.3 气溶胶
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§2.1 干洁大气
干洁大气：指不含水汽和悬浮颗粒物的大气，其平均分 子量为28.964kg/kmol。
1、大气的组成分类
2、O2的作用 3、N2的作用 4、CO2的来源及作用 5、O3的来源及作用
为地球大气动力学和天气分析的基石。
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四、发展概况
1920 年前后，锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预 报1～2天以后的天气变化奠定了理论基础。
1783 年，法国 J.A.C. 查理制成了携带探测气象要素仪器
的氢气气球。 20 世纪 30 年代无线电探空仪开始普遍使用， 真正三度空间的大气科学研究从此开始。 1939年气象学家C.-G.罗斯比提出了长波动力学，并由此 引出了位势涡度理论，使天气预报期限延伸到 3 ～ 4 天，
为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道
路。
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四、发展概况
1946年 “播云”试验，探明了在过冷云中播撒固体二氧 化碳或碘化银,可以使云中的过冷水滴冰晶化，增加云中
的冰晶数目，促进降水，从此进入了人工影响天气的试
验阶段。 现代科学技术在气象学中的应用，其研究范畴日益扩展。 广泛运用高速电子计算机和气象卫星，是这个时期最重 要的标志。主要特点表现为：大规模的观测实验；对大