自然地理學(xué)-大氣圈1

2010年3月-4月我國西南地區(qū)干旱2010年3月19日至21日，一次強沙塵暴天氣過程先后影響我國21個省（區(qū)、市），沙塵一度蔓延到黃淮、江淮、江南北部等地，連我國臺灣島都受到了影響。越南菲律賓泰國東南亞多國苦戰(zhàn)洪水，泰國已經(jīng)遭持續(xù)2個月（自9月4日起被淹

）的洪水侵襲3/4國土（2011-10-05

）南太平洋小島國圖瓦盧10.03宣布國家進(jìn)入緊急狀態(tài)；降雨失常已逾6個月，據(jù)氣象專家表示，降雨不足恐將延續(xù)到12月。---干旱

？

2005年6月10日14時30分左右，黑龍江省寧安市沙蘭鎮(zhèn)中心小學(xué)被淹。造成64人死亡，其中有62名學(xué)生，遇難者多為一二年級學(xué)生。沙蘭河上游山區(qū)突降暴雨，引發(fā)泥石流，最高洪峰水位達(dá)2米左右，當(dāng)?shù)貙偾鹆甑貐^(qū)，學(xué)校位于地勢比較低的坡下。第三章大氣大氣：連續(xù)包圍地球的氣態(tài)物質(zhì)。第一節(jié)

大氣的組成與垂直分層

一、大氣的組成

多種氣體組成的混合物----干潔空氣固體雜質(zhì)液體。大氣（一）干潔空氣氮（N2）、氧（O2）、氬（Ar）、二氧化碳（CO2）、O3溫室氣體成分:二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、臭氧（O3）、氟利昂或氯氟烴類化合物（CFCs）、氫代氯氟烴類化合物（HCFCs）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。其中CO2、CH4、N2O、和O3是自然界中本來就存在的成分，CFCs、HCFCs、HFCs、PFCs和SF6則完全是人類活動的產(chǎn)物。二氧化碳(CO2)

圖1-220世紀(jì)中葉以來大氣CO2濃度變化趨勢（據(jù)KeelingandWhorf2004，MaunaLoa觀測站，有改動）圖1-142萬年以來大氣CO2濃度變化（據(jù)Petitetal1999數(shù)據(jù)繪制）

工業(yè)革命之前地球大氣CO2基本上是在大氣圈、海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)三個主要活動碳庫之間自然地進(jìn)行交換，處于動態(tài)平衡狀態(tài).甲烷(CH4)

甲烷是大氣中含量豐富的有機氣體。人為源：化石燃料有關(guān)的排放源：天然氣泄漏、石油煤礦開采及其它生產(chǎn)活動、城市垃圾處理場；生態(tài)排放源：熱帶生物質(zhì)燃燒、反芻動物、稻田等。自然源：天然沼澤、濕地、河流湖泊、海洋、熱帶森林、苔原、白蟻等。

全球甲烷排放約為5.35(4.10-6.60)億噸/年,其中自然源1.60(1.10-2.10)/年,人為源3.75(3.00-4.50)億噸/年，人為源約占70％。

氧化亞氮(N2O)

氧化亞氮(N2O)，目前在大氣中的濃度約是0.3ppmv,每年增加0.25%左右。

N2O在大氣中的唯一的匯是在平流層光解成NOx，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成硝酸或硝酸鹽而通過干、濕沉降過程被清除出大氣。由于N2O是平流層NOx的主要源，因而它對平流層O3的光化學(xué)過程極其重要。大氣N2O均來源于地面排放，但各種源的強度目前仍很不確定。根據(jù)IPCC(1994)，全球每年N2O源總量約為1470萬噸。其中自然源900萬噸，主要包括海洋以及溫帶、熱帶的草原和森林生態(tài)系統(tǒng);人為源大約570萬噸，主要包括農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、生物質(zhì)燃燒和化石燃燒、己二酸以及硝酸的生產(chǎn)過程。

根據(jù)大氣中N2O濃度的增長，可以大致確定大氣中N2O的年增加量約為390萬噸。N2O的產(chǎn)生和排放涉及多領(lǐng)域，主要包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換、土地變化和林業(yè)等。

2.臭氧O3：臭氧空洞：是指因空氣污染物質(zhì)，特別是氧化氮和鹵化代烴等氣溶膠污染物的擴散、侵蝕而造成大氣臭氧層被破壞和減少的現(xiàn)象。2006.10.201982年,首次在南極洲上空發(fā)現(xiàn)臭氧減少，繼之北極和青藏高原的上空發(fā)現(xiàn)了類似的臭氧空洞。除熱帶外，世界各地臭氧都在耗減。1987年制定的《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》臭氧空洞的成因：大氣層中的氯氟烴(CFCs)——一種含有氯、氟、碳三種元素的有機化合物(俗稱“氟里昂”)污染；氯氟碳化物(CFCs)

氟利昂(CFCs)是人造化學(xué)物質(zhì)?；瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，在大氣中滯留100年-200年。（二）水汽水汽主要來源于海洋、江河湖沼和土壤，以及潮濕物體表面的蒸發(fā)和植物的蒸騰。（三）固體雜質(zhì)懸浮在大氣中的固體雜質(zhì)主要有煙粒、塵埃、鹽粒等，多集中于低層大氣中。（四）大氣污染物由于自然或人為的原因，導(dǎo)致空氣中有害物質(zhì)的濃度超過一定限度，維持一定的時間，直接或間接地對人類正常生活、動植物正常生長，以及對氣候和各類物品、材料造成危害的現(xiàn)象，稱為大氣污染。在大氣污染物中，粉塵煙霧對人體健康危害最大。2013.12.24.，北京東三環(huán)附近的建筑籠罩在霧霾中。（新華社記者羅曉光攝）(中科院大氣物理研究所研究員張仁健課題組，對北京地區(qū)PM2.5化學(xué)組成及源解析季節(jié)變化研究發(fā)現(xiàn))北京地區(qū)PM2.5有6個重要來源，這些源的平均貢獻(xiàn)分別是土壤塵（15%）、燃煤（18%）、生物質(zhì)燃燒（12%）、汽車尾氣與垃圾焚燒（4%）、工業(yè)污染（25%）、二次無機氣溶膠（硫酸鹽、硝酸鹽等26%）。二、大氣的垂直分層大氣的下界是地面。上界：1、大氣層的物理上界：極光出現(xiàn)的最大高度1200km高度；

2、大氣上界：地球大氣密度達(dá)到星際氣體密度（1個微觀粒子/cm3）2000—3000km高度。（一）大氣的分層據(jù)氣溫和氣流運動:大氣分為5層對流層平流層中間層暖層散逸層Figure1:Spectrumofthesun.Thesunemitsmostofitsradiationinawavelengthbandbetween0.1and4.0micrometers(μm).

第二節(jié)

大氣的熱力狀況

一、地球上的輻射平衡（一）太陽輻射可見光：0.4-0.76μm，紅外線：＞0.76μm

，紫外線＜0.4μm。Spectrumofthesun.Thesunemitsmostofitsradiationinawavelengthbandbetween0.1and4.0micrometers(μm).（2）大氣圈對太陽輻射的作用：吸收、散射和反射等，太陽光譜中不同的波長將受到不同程度的削弱。3、地面的太陽輻射總量漫射散射總輻射=直接輻射+散射輻射（3）時空變化特征：地表：②在極圈之內(nèi)，一年中有一段時間太陽輻射為零，夏至日（北極）或冬至日（南極）卻高于赤道，年變幅達(dá)639卡/厘米2·日。③極圈與回歸線之間太陽輻射呈單峰式的連續(xù)變化，北半球夏至日最高，冬至日最低；南半球則相反，冬至日最高，夏至日最低。①赤道附近太陽輻射的年變化平緩，春秋分相對高些，二至日相對低些。3、輻射平衡變化①緯度變化：低緯地區(qū)輻射平衡為正，能量盈余；高緯地區(qū)輻射平衡為負(fù)，能量虧損；②時間變化：在一日內(nèi)，白天輻射平衡為正；夜晚輻射平衡為負(fù)。在一年內(nèi)，北半球夏季的輻射平衡因收入的太陽輻射增多而加大；冬季則相反，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這種年變化情況因緯度不同而不同，緯度愈高，輻射平衡保持正值的月份愈少。（2）反射率：到達(dá)地面的總輻射一部分被地面吸收，一部分被反射，反射部分的輻射量占投射的輻射量的百分比。地面性質(zhì)不同，反射率差別很大。①新雪的反射率為85％；②干黑土為14％；③潮濕黑土只有8％。④水面對直接輻射的反射率：主要取決于太陽高度。當(dāng)太陽高度角為90°時，反射率為2％；2°時，反射率達(dá)78％。（二）地面和大氣輻射1、長波輻射。地面輻射的方向是向上的,地面長波輻射幾乎全被近地面40—50米厚的大氣層所吸收。地面是大氣第二熱源。氣溫變化受到地面性質(zhì)的影響。大氣輻射方向有向上的，也有向下的。大氣逆輻射:指向地面的大氣輻射。大氣花房（溫室）效應(yīng):大氣逆輻射使地面長波輻射不容易散失到宇宙空間，使地面溫度變化不致過于劇烈。

第一，地面和大氣從太陽得到的能量與發(fā)射到外層空間的能量相等。整個地-氣系統(tǒng)的能量收支相等，輻射平衡為零。第二，地-氣系統(tǒng)內(nèi)部有著復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換和能量輸送過程。大氣圈輻射平衡為零。地面輻射平衡也為零。兩者的平均溫度都比較穩(wěn)定。地-氣系統(tǒng)輻射平衡neutrinos

中微子

astrophysics

天體物理學(xué)二、氣溫1、表示氣溫變化特點的指標(biāo)：平均溫度：極端值：絕對最高溫度、絕對最低溫度。2、氣溫的變化影響氣溫變化的因素：地理位置、海拔高度、氣塊運動、季節(jié)、時間以及地面性質(zhì)。（2）空間變化氣溫的垂直分布①氣溫垂直遞減率（氣溫直減率）γ：氣溫隨高度變化的情況，用單位高度（通常取100米）氣溫變化值來表示，即℃/100米，海拔每升高100米，氣溫降低0.6℃。（整個對流層平均狀況）②逆溫：氣溫隨高度增大而上升的現(xiàn)象。逆溫的成因類型主要有三：輻射：輻射逆溫

平流：平流逆溫空氣下沉：下沉逆溫4、氣溫的水平分布。氣溫的水平分布通常用等溫線來表示。③水體增溫慢，降溫也慢。④洋流對海面氣溫的分布有很大影響。⑤7月份最熱的地方不在赤道，而在20°—30°N一帶。全球范圍內(nèi)的氣溫水平分布的特點：①由于太陽輻射量隨緯度的變化而不同，等溫線分布的總趨勢大致與緯度平行。②冬季太陽輻射量的緯度差異比夏季大。TemperaturedifferencesinJanuary

thelowestaveragetemperatureinJanuaryisrepresentedbyskyblue.Itgoesupfromskybluetolightblue,thentoyellowandorange,andontopinkandred.ThehottestareasinChinainJulyareXinjianginthenorthwestandtheprovincesinthesouthandsoutheast.Thehighesttemperatureisrepresentedbythedarkestred,andthelowestbythelightestyellow.TemperaturedifferencesinJuly

第三節(jié)

大氣的運動一、氣壓和風(fēng)

（一）氣壓：氣壓：大氣施加于地面的壓力。氣壓的單位以毫米水銀柱高（mm）或毫巴（mb）表示。1、氣壓的垂直分布：氣壓隨高度升高而降低。（1）低氣壓（簡稱低壓）：由閉合等壓線構(gòu)成的低氣壓區(qū)，水平氣壓梯度：外圍中心，氣流向中心輻合?？諝庋啬鏁r針方向流動等壓線：某一水平面上氣壓相等的各點的連線。用等壓線圖可表示水平氣壓場的情況。2、氣壓場的基本型式：Depression/Cyclone/AreaoflowpressureAnticyclone/Areaofhighpressure（2）高氣壓（簡稱高壓）：由閉合等壓線構(gòu)成的高壓區(qū)，水平氣壓梯度：中心外圍，氣流自中心向外輻散?？諝獍错槙r針方向流動（3）低壓槽和高壓脊：低氣壓延伸出來的狹長區(qū)域，叫低壓槽，簡稱槽。高氣壓延伸出來的狹長區(qū)域，叫高壓脊，簡稱脊。槽線過境，通常會引起天氣的迅速變化；高壓脊里的天氣則通常是良好的。（4）鞍形氣壓區(qū)：兩個高氣壓和兩個低氣壓交錯相對的區(qū)域是鞍形氣壓區(qū)。區(qū)內(nèi)氣流不穩(wěn)定，天氣陰沉。（二）風(fēng)Theeffectofthismovementofairistorebalancethepressureintheatmosphere.大氣運動：垂直運動、水平運動。上升（曳）氣流或下沉（曳）氣流：以垂直運動為主的空氣運動。風(fēng)：空氣在水平方向的流動。二、自由大氣中的空氣水平運動1、風(fēng)的形成作用于空氣的力：水平氣壓梯度力

(pressuregradientforce)

由高壓低壓。地面上，氣流從冷區(qū)暖區(qū)；暖區(qū)空氣以上升運動為主。高空，氣流則由暖區(qū)上空冷區(qū)上空；冷區(qū)的空氣以下降運動為主.氣壓梯度力是空氣產(chǎn)生水平運動的直接原因和動力。。運動的空氣受到地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力和摩擦力的影響。

地轉(zhuǎn)風(fēng)(Geostrophicwind)：氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力相平衡時，空氣作等速、直線的水平運動.高空風(fēng)近似于地轉(zhuǎn)風(fēng)。地轉(zhuǎn)風(fēng)的方向與水平氣壓場的關(guān)系：等壓線平行，背風(fēng)而立，在北半球是高壓在右，低壓在左；在南半球是高壓在左，低壓在右。

梯度風(fēng)(gradientwind)：當(dāng)空氣質(zhì)點作曲線運動時，其所受的氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力達(dá)到平衡時的風(fēng)。在高壓和低壓系統(tǒng)中，其梯度風(fēng)各不相同。Depression/Cyclone/AreaoflowpressureAnticyclone/AreaofhighpressureDepression/Cyclone/AreaoflowpressureAnticyclone/Areaofhighpressure地面平衡風(fēng)白貝羅風(fēng)壓定律:在北半球背風(fēng)而立，高壓在右后方，低壓在左前方。

1摩擦層中，等壓線平直的氣壓場與風(fēng)場的關(guān)系:2摩擦層中等壓線彎曲的氣壓場與風(fēng)場的關(guān)系2、風(fēng)的描述：風(fēng)向：指示意義：風(fēng)速：風(fēng)力劃分為12級。二、大氣環(huán)流1、大氣環(huán)流：大氣圈內(nèi)空氣作不同規(guī)模運行的總稱。2、大氣環(huán)流成因類型：（1）大型的有：行星風(fēng)系（全球性氣溫和氣壓差異）、季風(fēng)（海陸差異）（2）小型的有地方性風(fēng)系：海陸風(fēng)、山谷風(fēng)（局地的水陸、地形等的差異）等。3、行星風(fēng)系全球大氣環(huán)流圖式MeanJanuaryprevailingsurfacewindsandcentersofatmosphericpressure,1959-1997.Theredlineonthisimagerepresentstheintertropicalconvergencezone(ITCZ).Centersofhighandlowpressurehavealsobeenlabeled.(SourceofOriginalModifiedImage:ClimateLabSectionoftheEnvironmentalChangeResearchGroup,DepartmentofGeography,UniversityofOregon-GlobalClimateAnimations).4、高空西風(fēng)帶的波動和急流(jet-stream)西風(fēng)帶的波動軸曲流急流(jet-stream)：是指風(fēng)速30m/s以上的狹窄強風(fēng)帶。溫帶急流/極鋒急流副熱帶急流/南支西風(fēng)急流5、季風(fēng)季風(fēng)：盛行風(fēng)向隨季節(jié)變化作有規(guī)律的轉(zhuǎn)換。（1）東亞季風(fēng)：海陸熱力差異形成。其氣候的主要特征：冬季干冷，夏季濕熱。（2）西南季風(fēng)赤道低壓帶（熱赤道）位置的季節(jié)性移動，行星風(fēng)系季節(jié)移動產(chǎn)生的。西南季風(fēng)比東亞季風(fēng)穩(wěn)定得多。特征：1）一年分為明顯的旱季和雨季；2）最高氣溫出現(xiàn)在雨季來臨之前，即4月中旬前后。6、局地環(huán)流局地環(huán)流：由于局部環(huán)境影響，如地形起伏、地表受熱不均等等引起的小范圍氣流。（1）海陸風(fēng)：（2）山谷風(fēng)：（3）焚風(fēng)：沿著背風(fēng)山坡向下吹的熱干風(fēng)。太行山東麓的石家莊（偏西氣流越山下沉）、武夷山的的西北面（東南季風(fēng)越山下沉），亞洲阿爾泰山、歐洲的阿爾卑斯山、北美的落基山東坡等。（4）龍卷：空氣中產(chǎn)生垂直軸，并伴有極大風(fēng)速的渦旋。龍卷與強烈的雷暴活動有關(guān)，它是從雷雨云中伸向地面呈漏斗狀的激烈旋轉(zhuǎn)的空氣渦旋。龍卷的水平面積很小，其直徑在海上為25—100米，在陸上為100—1000米，有時達(dá)到2000米。龍卷接近地面時，能拔樹掀屋，破壞力極大，對局部地區(qū)來說，是一種災(zāi)害性天氣。對小范圍的氣候卻有很大的影響。第四節(jié)

大氣中的水分

一、大氣濕度（一）濕度的表示方法1、水汽壓e2、絕對濕度3、相對濕度f4、飽和差d5、露點溫度td（二）濕度的變化與分布（1）雙峰型（湍流作用,夏季出現(xiàn)）（2）單波型(海洋、沿海地區(qū))二、蒸發(fā)

影響蒸發(fā)的因素：水源：熱源：蒸發(fā)速度在很大程度上決定于熱量的供給。飽和差：蒸發(fā)速度與飽和差成正比。飽和差愈大，蒸發(fā)速度也愈快。風(fēng)速和湍流擴散強度：大氣中的水汽垂直輸送和水平擴散能加快蒸發(fā)速度。大陸：土壤的結(jié)構(gòu)、濕度、植被的特性等。海洋：水中的鹽分。蒸發(fā)面的溫度起決定作用的因子。蒸發(fā)速度也有年、日變化。三、凝結(jié)水汽凝結(jié)/凝華：水汽由氣態(tài)液態(tài)/固態(tài)的過程。大氣中水汽凝結(jié)的條件1、有凝結(jié)核或凝華核；2、水汽達(dá)到飽和或過飽和。（一）地面的水汽凝結(jié)物露

輻射冷卻使近地面的水汽達(dá)到飽和，在植物或其他物體表面凝結(jié)而成露。霜和霜凍的區(qū)別霜：白色固體凝結(jié)物。霜凍：低溫，威脅農(nóng)作物。預(yù)防措施：熏煙、澆水、覆蓋等。預(yù)報霜凍：天雨新晴，北風(fēng)寒切，是夜必霜。霧淞過冷卻霧滴碰到溫度在0℃以下的物體的迎風(fēng)面上凍結(jié)而成。（廬山）雨凇冬季氣溫＜0℃，降雨過程中大量過冷雨滴降落在樹枝上凍結(jié)而成。（廬山）災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。天氣條件（二）大氣中的凝結(jié)現(xiàn)象1、霧:懸浮于近地面空氣中的大量水滴或冰晶，使水平能見度小于1km的物理現(xiàn)象。形成霧的基本條件：（1）近地面空氣中水汽充沛；（2）冷卻過程和凝結(jié)核。霧的類型：鋒面霧氣團(tuán)霧冷卻霧蒸發(fā)霧混合霧輻射霧平流霧上坡霧霧的地理分布：沿海多于內(nèi)地，高緯多于低緯。四川、重慶多霧?輻射霧霧里看花，隱隱約約，看不透;霧里看燈，虛虛幻幻，看不清.

2011年6月9日，山東煙臺市出現(xiàn)平流霧平流霧2、云高空水汽凝結(jié)的現(xiàn)象。大氣的上升運動方式：熱力對流，積狀云；動力抬升，層狀云；大氣波動，波狀云；地形抬升，地形云（積狀云、層狀云、波狀云）底部平整，云頂突起，受高空風(fēng)的影響，云頂右高左低。邊緣被風(fēng)吹碎（張家口）淡積云（晴天積云）垂直發(fā)展旺盛，頂部呈圓弧形重疊。天邊有淡積云和碎積云（拉薩）濃積云卷層云（CSH）云頂起伏不平，邊緣發(fā)毛，云層不厚。飛機拍攝（10000米）布滿全天，云體較厚，比較均勻，呈灰色。蔽光高層云（CM）雨層云（CL）布滿全天，云層很厚，低而漫無定形，呈暗灰色（?？冢?。卷積云（CH）密卷云白色細(xì)小云塊帶狀排列，密集成群。移動方向蔽光層積云（CL）布滿全天，云塊大、柔和，個體明顯，云條密集成層，呈深灰色，云層邊緣稍明亮。四、大氣降水

降水：從云中降到地面上的液態(tài)或固態(tài)水。（一）降水的形成云滴凝結(jié)（或凝華）增長云滴的沖并增長云滴的沖并增長啊過冷卻水滴水汽的擴散轉(zhuǎn)移過程冰晶增長冰水云滴共存、冷暖云滴共存或大小云滴共存的云層內(nèi)水汽的擴散轉(zhuǎn)移過程冰晶效應(yīng)

（二）降水形態(tài)：雨、雪、霰、雨夾雪、冰雹等等。（二）降水類型根據(jù)氣流上升特點，降水可分以下三個基本類型：1、對流雨（熱雷雨）以暴雨形式出現(xiàn)，并伴隨雷電現(xiàn)象。臺風(fēng)雨形成的條件：空氣濕度很高，熱力對流運動強烈。2、地形雨焚風(fēng)效應(yīng)：焚風(fēng)吹來時，氣溫迅速增高，濕度顯著減小山體背風(fēng)側(cè)降水很少，形成雨影區(qū)。3、鋒面（氣旋）雨：鋒面雨一般具有雨區(qū)廣、持續(xù)時間長的特點。溫帶地區(qū)，鋒面雨占有重要地位。（三）降水性質(zhì)：降水量、降水時間和降水強度等方面。降水強度：是單位時間內(nèi)的降水量，即毫米/時，分。200四川達(dá)州轉(zhuǎn)移被困群眾?！短旄鐖蟆穲D四川達(dá)州市達(dá)縣被洪水圍困的斌郎鄉(xiāng)新華社發(fā)2004年9月2日至5日，川東北地區(qū)的達(dá)州、南充、巴中等市普降暴雨，多數(shù)地方降雨量超過100毫米，其中，達(dá)州市渠縣累計降雨量已超過360毫米，是百年一遇的特大暴雨。持續(xù)不斷的特大暴雨，使達(dá)州市區(qū)被洪水圍困，交通中斷，成為一座“孤島”。據(jù)達(dá)州市防汛部門的統(tǒng)計，因