光化学烟雾是一种带刺激性的淡蓝色烟雾。属于大气中二次污染物。造成光化学烟雾的主要原因是大量汽车尾气或某些化学工业废气。光化学烟雾对人体及农作物有很大危害。
氮氧化物(NOx)主要是指NO和NO2。NO和NO2都是对人体有害的气体。氮氧化物和碳氢化合物(HC)在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物——光化学烟雾，在这种复杂的光化学反应过程中，主要生成光化学氧化剂(主要是O3)及其他多种复杂的化合物，统称光化学烟雾。
经过研究表明，在60oN(北纬)～60oS(南纬)之间的一些大城市，都可能发生光化学烟雾。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。随着光化学反应的不断进行，反应生成物不断蓄积，光化学烟雾的浓度不断升高，约3h～4h后达到最大值。这种光化学烟雾可随气流飘移数百km，使远离城市的农村庄稼也受到损害。
（五）酸雨（Acid Rain）
酸雨又名森林艾滋病、空中死神。
主要是指硫化物、氮化物与大气中水汽发生化学反应，产生的酸性降雨。环境科学研究的酸雨是由于人类活动的影响，pH值<5.6的酸性降水。
目前，全球有三大块酸雨地区：西欧、北美和东南亚。我国长江以南也存在连片的酸雨区域。在酸雨区域内，湖泊酸化，渔业减产，森林衰退，土壤贫脊，粮菜减产，建筑物腐蚀，文物面目皆非。近年来我国政府已开始对酸雨问题进行总体控制，提出消减方案，预计在未来几十年内，酸雨在我国将成为历史。
1943年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件，此后，在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现这种烟雾。经过反复的调查研究，直到1958年才发现，这一事件是由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成的，这些汽车每天消耗约1600t汽油，向大气排放1000多吨碳氢化合物和400多吨氮氧化物，这些气体受阳光作用，酿成了危害人类的光化学烟雾事件。
1970年，美国加利福尼亚洲发生光化学烟雾事件，农作物损失达2500多万美元。
1971年，日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件，使一些学生中毒昏倒。同一天，日本的其他城市也有类似的事件发生。此后，日本一些大城市连续不断出现光化学烟雾。日本环保部门经对东京几个主要污染源排放的主要污染物进行调查后发现，汽车排放的CO、NOx、HC三种污染物约占总排放量的80%。
目前，由于我国内地汽车油耗量高，污染控制水平低，已造成汽车污染日益严重。部分大城市交通干道的NOx和CO严重超过国家标准，汽车污染已成为主要的空气污染物；一些城市臭氧浓度严重超标，已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险。据国家环境保护局《一九九六年环境质量通报》：我国大城市氮氧化物污染逐渐加重。1996年度污染较严重的城市分别为：广州、北京、上海、鞍山、武汉、郑州、沈阳、兰州、大连、杭州。从总体上看，氮氧化物污染突出表现在人口100万以上的大城市或特大城市。
第二节 大气的结构
一、大气的垂直范围 大气的物理上界
根据某些物理现象出现的最大高度来确定的大气上界称为大气的物理上界。据气象卫星探测资料推算，大气上界大约在800—1000km高度上。如极光现象出现在1200km的高度上，把1200km定为大气的物理上界。极光是在高纬度地区高空的一种辉煌闪烁的彩色光环或光幕，多见于晴夜。极光是磁层中沿磁力线沉降的高能电子或质子，通过高层大气时碰撞并激发大气原子而形成的高空彩色光象。主要出现在高纬度地带。利用人造卫星探测资料来分析，发现2000-3000km间的大气密度已接近于星际空间的气体密度，故又把大气上界定义在2000-3000km。
二、大气的垂直分层
大气的垂直分层的方法多种多样，但应用最多、最广泛的是按大气的温度结构分层，即根据大气温度的垂直分布特点对大气进行分层。描述大气温度在垂直方向上的变化，通常采用垂直温度梯度的概念。
垂直温度梯度：又称气温垂直递减率（气温直减率），指在垂直方向上，高度每变化100米，气温的变化值，并以温度随高度的升高而降低为正值。通常以r表示，即r＝-△t/△z
例题1，已知z1＝0m，t1＝12℃；z2＝200m，t2＝8.8℃，求垂直温度梯度或气温垂直递减率或气温直减率r？
r＝-△t/△z＝-(t2-t1)/(z2-z1)＝-(8.8-12)/(200-0)＝1.6℃/100m (1)r>0，表示气温随高度的升高而降低；
(2)r<0，表示气温随高度的升高而升高，该气层称为逆温层或阻挡层； (30r＝0，表示气温随高度保持不变，该气层称为等温层。 例题2，某探空站测得1500m高度上的气温为3℃，这一高度以上直至3000m高度上的气温直减率为0.6℃/100m，求3000m高度上的气温？
3-（3000-1500）×0.6/100＝3-6＝-6（℃）
根据垂直温度梯度的方向，把大气分成对流层、平流层、中间层、热成层（暖层、电离层）和外层（散逸层）等五层。
（一）对流层
1、对流层的厚度
是大气圈最低的一层。对流层的厚度比其他各层都薄，在低纬度地区平均为17-18 km，中纬度地区为10-12km，高纬度地区为8-9km。
2、对流层是气象学研究的主要对象
对流层大约集中了整个大气质量的3/4和几乎水汽，主要的大气物理现象都发生在这一层中，是天气变化最复杂的层次，也是对人类活动影响最大的一层，因此，对流层是气象学研究的主要对象。
3、对流层的特点
气温随高度增加而降低；空气具有强烈的对流运动；温度和湿度的水平分布不均。 4、对流层的划分
（1）摩擦层（friction layer）：又称行星边界层（planetary boundary layer），厚度约1km，其特点为：受地面影响大；气象要素有明显的日变化；湍流运动明显。摩擦层又可分为近地面层（5-100m的气层）和上部摩擦层。
（2）自由大气层：其特点为不明显受地面的影响；气象要素无明显的日变化；几乎没有湍流运动。
（二）平流层
自对流层顶到55km左右高度的气层为平流层。在平流层下层，气温随高度不变或微有上升，到20-30 km以上，气温升高较快，到了平流层顶，气温约升高至-3—-7℃。平流层的这种气温分布特征，是与它受地面影响很少，并且存在着大量臭氧能吸收太阳紫外线有关。气流平稳，适于飞机飞行。
（三）中间层
从平流层顶部至85km左右高度。该层的特点是气温随高度又迅速降低，顶部气温可低至-83—-113℃。由于下暖上冷，再次出现空气的铅直运动。
（四）热成层（暖层或电离层）
范围从中间层顶部至500km高度。热成层内空气稀薄，空气分子在太阳紫外线辐射的作用下变为离子和自由电子，空气处于高度电离状态，故名电离层。气温随高度的增加而升高，受太阳辐射影响大。
（五）外层（散逸层）
一般指500km以上的气层。它是大气的外层，是大气圈与星际空间的过渡地带。由于这里
温度高，空气粒子运动速度很快，又因距离地球较远，地球引力很小，因而大气质点不断向星际空间散逸。
第三节 大气的基本物理性质
一、主要的气象要素（meteorological elements）
气象要素：定性或定量描述大气物理现象和大气状态特征的物理量。它们包括太阳辐射、温度、湿度、气压、云、降水、蒸发、能见度和各种天气现象等。其中以温度、气压、湿度和风最为重要。气象要素表征着大气的宏观物理状态，是大气科学研究的基础。
（一）气压(air pressure) 1、气压的定义
气压：大气压强的简称，从观测高度到大气上界，单位面积上垂直空气柱的重量。气压常用的单位是百帕（hpa），或以水银柱高度的毫米（mm）数、厘米（cm）数表示。
一个标准大气压：国际上规定，温度为0℃，纬度为450的海平面上，760mm水银所具有的压强称为一个标准大气压。
2、气压单位的换算 p＝(s×h×ρHg×g)/s＝0.76×1.35951×104(kg/m3)×9.80665(m/s2)＝101325(N/m2)
g＝9.80665(1-0.00259cos2φ)(1+Z/R)-2 在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡（Pa）。 1帕斯卡＝1牛顿/平方米，
2
所以，1个标准大气压＝101325N/m＝101325Pa＝1013.25hpa≈1000hpa 气象学上以前曾用毫巴作为气压的单位，1mb＝1000达因/平方厘米， 因1帕斯卡＝10达因/平方厘米，所以1mb＝100帕斯卡＝1百帕（hpa），1牛顿 ＝105达因 1mb＝1hpa 一个标准大气压＝760mmHg＝1000hpa 1mmHg＝4/3hpa 可以由式mg/4лR2容易地计算出地球表面的平均气压。式中的m为大气的总质量5.13×1018Kg，g为平均重力加速度9.8m/s2，R为地球的平均半径，地球表面上的平均气压为：105pa＝1000mb＝1000hpa。
3、测定气压的仪器
气压表（动槽式、定槽式）、气压计、空盒气压表等。 （二）湿度（humidity） 1、湿度的定义
表示物体潮湿程度的物理量。表示空气潮湿程度的物理量称为空气湿度。 2、湿度的表示方法 （1）水汽压（e）
大气中水汽所产生的分压强称为水汽压。和大气压强一样，水汽压也用mmHg为单位，在国际单位制中也采用帕斯卡为单位。
（2）饱和水汽压(ew) ①饱和水汽压的定义
在一定温度下，空气中水汽达到最大含量时的水汽压称为饱和水汽压。 ②饱和水汽压的计算公式
对于纯水面上饱和水汽压与温度的关系可用马格努斯公式表示，即：ew＝ew0×10at/(b+t)
式中ew为温度t时纯水面上的饱和水汽压；ew0为0℃时纯水平面上的饱和水汽压。a，b为经验常数，对于水面a＝7.45，b＝235；对于冰面a＝9.5，b＝265；ew0为0℃时的饱和水汽压，ew0＝6.11hpa。
③影响饱和水汽压的因子 饱和水汽压除与温度有关外，还与蒸发面的物态、形状以及蒸发面的溶液浓度等因子有关。
同一温度下冰面饱和水汽压比水面小；凹面的饱和水汽压比平面小，平面又比凸面小，随着凸面曲率的增加，饱和水汽压增大；纯水面的饱和水汽压比溶液的大，随着溶液浓度增大，饱和水汽压则减小。
（3）饱和差
在某一温度下空气的饱和水汽压与空气中实际水汽压之差称为饱和差。它表示空气距离饱和的程度。即：d＝ew-e。若d<0，表示空气未饱和；若d＝0，表示空气正好处于饱和状态；若d>0，则表示空气处于过饱和状态。
（4）绝对湿度（a）
单位容积湿空气中含有的水汽质量，也就是空气中水汽的密度。空气中水汽含量愈多，绝对湿度就愈大。利用它能直接表示空气中水汽的绝对含量，但它不能直接测定。
如果a的单位取g/m3，
①e的单位为hpa，则a=217e/T ②e的单位为mm，则a=289e/T，
上式中，T均为绝对温度。在②中，当T＝289K（或t=16℃）时，a在数值上与e是相等的。故在常温下，当要求不很精确时，可以mm为单位的e值代替a，但需注意两者的单位是不同的。
（5）相对湿度（U）
空气中实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比，称为相对湿度。即：U＝e/ ew×100%.相对湿度表示空气中水汽含量距离饱和的程度。当空气饱和时，e＝ ew，U＝100%：当空气未饱和时，ew>e，U<100%：当空气过饱和时，ew
（6）比湿（q）
在一团湿空气中，水汽质量与该团湿空气总质量的比值称为比湿。即： q＝mw/(mw+md)，式中：mw为水汽质量，md为干空气质量。
（7）露点（td）
当空气中水汽含量不变，且气压一定时，使气温降低达到水汽饱和时的温度称为露点温度，简称为露点，单位为℃。
（8）温度露点差（depression of dew point）
在给定的时间和地点，气温和露点温度的差值，用t-td表示。温度露点差也表示空气距离饱和的程度。当t>td时，表示空气未饱和；当t＝td时，空气已饱和；当t 3、测定空气湿度的仪器 百叶箱中干湿球温度表配合使用、毛发湿度表、湿度计、通风干湿表等。 表5 风力等级表 风力 等级 0 1 2 海 面 状 况 名称 无风 软风 轻风 浪 高 一般 (米) 0.1 0.2 最高 (米) 0.1 0.3 静 寻常渔船 略觉摇动 渔船张帆时，每小时可随风移行2-3千米 渔船渐觉簸动， 每3 微风 0.6 1.0 小时可随风移行5-6千米 4 5 和风 清风 1.0 2.0 1.5 2.5 渔船满帆时可使船身倾于一方 渔船缩帆时(即收去海岸 渔船征象 陆地 地面物特征 静，烟直上 烟能表示风向 人面感觉有风 树枝及微枝摇动不息，旌旗展开 能吹动地面灰尘和纸张，树的小枝摇动 有叶的消暑摇摆，内范 围 0.0-0.2 0.3-1.5 1.6-3.3 相 当 风 速 米/秒 中 数 0.1 0.9 2.5 千米 小时 ?1 1-5 6-11 海里 小时 ?1 1-3 4-6 3.4-5.4 4.4 12-19 7-10 5.5-7.9 8.0-10.7 6.7 9.4 20-28 29-38 11-16 17-21
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