地球科學(xué)導(dǎo)論 第六章 大氣

1、1 2 l學(xué)習(xí)了解大氣圈知識的必要性 l本章主要內(nèi)容概況 3 l1 大氣的組成和結(jié)構(gòu) l2 大氣的熱力狀況 l3 大氣的運動 l4 大氣中的水分 l5 天氣 l6 氣候 4 1.1 大氣的組成 （1）干潔空氣 主要成分：氮、氧、氬(99.9%)，少量CO2、 O3、各種氮氧化合物及一些惰性氣體。 分子量為28.966。 物理性質(zhì)：=1.293kg/m3(0,1013.25hPa); 臨界溫度=-140.7 ,臨界壓強(qiáng)=37.2 atm. 其組成成分對生物圈的意義： CO2、O3 5 （2）水汽 來源：下墊面的蒸發(fā)或蒸騰作用。 時空變化：變化范圍在0%4%之間； 低緯度地區(qū)高緯度地區(qū)， 沿海地區(qū)

2、內(nèi)陸地區(qū)， 低層大氣高層大氣(1.52km , 5km 1/10) Summer Autumn. （3）氣溶膠粒子 6 1.2 大氣的結(jié)構(gòu) （1）大氣的垂直分層 （2）對流層中的水平非均一現(xiàn)象 氣團(tuán)在水平方向上物理屬性（溫度、 濕度、穩(wěn)定度等）比較均勻的巨大空氣塊。 水平范圍可達(dá)幾百萬平方千米，垂直尺度 可達(dá)幾千米到十幾千米以上。 鋒面兩種不同性質(zhì)的氣團(tuán)之間有一個 過渡區(qū)，其中氣象要素值發(fā)生急劇變化。 7 8 大氣層是地球上所有生命的保護(hù)傘， 而只有跳出大氣層的航天員才能看 到它的真面目。在這張國際空間站 上的航天員拍的照片中，從下往上 我們可以看到地球的邊緣、橙色的 對流層、銀色和藍(lán)色相間的

3、云彩及 剛剛升起的月亮 9 10 1. 對流層（3/4的大氣質(zhì)量，幾乎全部水汽） 1）氣溫隨高度增加而降低；2）空氣具有 強(qiáng)烈的對流運動；3）氣象要素水平分布 不均勻。 2. 平流層（5055km） 1）氣溫隨高度的上升而升高；2）空氣以 水平運動為主；3）水汽含量極少，大多 數(shù)時間天氣晴朗。 11 3. 中間層（85km） 氣溫隨高度的增加迅速降低，氣流有強(qiáng)烈的 垂直運動；6090km高度上有只在白天出現(xiàn) 的電離層。 4. 熱層（又稱暖層，250500km） 1）氣溫隨高度增加而迅速增高；2）空氣處 于高度電離狀態(tài)（E層90130km，F(xiàn)層160- 350km). 5. 散逸層（外層） 溫度

4、高，空氣粒子運動 速度很快，可散逸至星際空間。 12 氣團(tuán)：水平方向上物理屬性（如溫度、濕 度、穩(wěn)定度）比較均勻的巨大空氣塊。 尺度范圍：水平范圍可達(dá)幾百萬平方千米以 上，垂直尺度可達(dá)幾千米到十幾千米以上。 形成條件：空氣較長時間停留在比較均勻的 下墊面上，空氣和下墊面進(jìn)行熱量和水分等 交換。如海洋面與沙漠上形成的氣團(tuán)。 13 鋒面：兩種不同性質(zhì)的氣團(tuán)之間的過渡區(qū) 稱為鋒區(qū)，因鋒區(qū)的厚度與氣團(tuán)尺度相 比要小得多，而把它視為一個面，即稱 鋒面。 鋒區(qū)：在過渡區(qū)中氣象要素值發(fā)生急劇變 化。 鋒線：鋒區(qū)與地面的交線，長幾百至幾千 千米。 14 2.1 太陽輻射、大氣輻射和地面輻射 （1）太陽輻射-短

5、波輻射 =sin-1(sinsin+coscoscos(15(t-12) 利用上式可計算一地的太陽高度角。其中： 為當(dāng)?shù)鼐暥?，為太陽赤緯，可查天文年歷，t 為當(dāng) 地時間(24h制)。 天文輻射的時空變化：赤道最多 極地最少；夏大冬小。 大氣對太陽輻射的減弱作用：吸收、散射和反射。 15 （2）地面和大氣輻射-長波輻射 地面和大氣依據(jù)自身不同的溫度向外放出 輻射，分別稱為地面輻射和大氣輻射。 地面向大氣放出的輻射75%95%為大氣所 吸收，大氣逆輻射幾乎全被地面吸收。 大氣保溫效應(yīng)。 （3）輻射差額 （待續(xù)） 指所考慮的系統(tǒng)在一定時間內(nèi)各種輻射收 入與支出的差值，一般不為0，可正可負(fù)。 16 2

6、.2 空氣溫度 （1）溫度的概念 （2）氣溫的日變化和年變化 一天與一年中最高溫、最低溫出現(xiàn)時間 （分陸地與海洋）。 （3）氣溫的地理分布 等溫線，海平面氣溫:赤道-兩極，海陸 （4）氣溫的垂直分布與大氣穩(wěn)定性 大氣穩(wěn)定性是指氣塊受任意方向的擾動后， 返回或遠(yuǎn)離平衡位置的趨勢和程度。 17 18 2.3 全球熱量帶 地球上的熱量分布與太陽輻射的分布規(guī)律基本一 致，大致與緯線相平行，由低緯度到高緯度熱 量由高到低呈現(xiàn)帶狀分布。根據(jù)天文輻射劃分： （1）赤道帶（10S-N，晝夜等長) （2）熱帶（10-25S-N，日變化大，年變化小) （3）副熱帶（25-35S-N，季節(jié)變化較前大) （4）溫帶（

7、35-55S-N，四季變化顯著) （5）副寒帶（55-60S-N，晝夜差別大，無極晝) （6）寒帶（60-75S-N，極晝與極夜) （7）極地（75-90S-N，半年極晝/夜 年變化大) 19 大氣環(huán)流大氣環(huán)流：地球上空大氣層中大規(guī)模的氣流運動。 包括多個層面的運動，是全球大氣中的熱量交換、 水分輸送和能量交換等的條件是氣候形成的主要 因素之一。 3.1 氣壓和風(fēng) （1）氣壓：從觀測高度到大氣上界的單位面積 上垂直空氣柱的重量，其單位為Pa，1Pa=1 N/m2。1atm=101325Pa=1013.25hPa. （2）氣壓在水平方向分布不是均勻的，隨時間 也有變化。氣壓變化的實質(zhì)是空氣質(zhì)量在

8、地球 上的重新分布。 20 氣壓場的幾種基本類型 21 3.2 大氣環(huán)流 （1）大氣環(huán)流的基本狀況 a.平均緯圈環(huán)流：指東西方向水平環(huán)流。 緯度范圍北半球風(fēng)向南半球風(fēng)向 6090東北風(fēng)東南風(fēng) 3060西南風(fēng)西北風(fēng) 030東北風(fēng)東南風(fēng) b.平均經(jīng)圈環(huán)流：指在南北方向的垂直 剖面上的環(huán)流。 22 23 北半球有3個經(jīng)圈環(huán)流，即低緯的熱帶環(huán)流 圈()，中緯的中緯度環(huán)流圈()和高緯 的極地環(huán)流圈()。 季風(fēng)：季風(fēng)環(huán)流的簡稱，是指在一個大范 圍地區(qū)內(nèi)，盛行風(fēng)向或氣壓系統(tǒng)有明顯 的季節(jié)變化，而且與之相應(yīng)的天氣氣候 也發(fā)生明顯的變化。海陸間熱力差異是 季風(fēng)形成的重要原因之一。 24 （2）大氣環(huán)流的形成 )

9、 太陽輻射對形成大氣環(huán)流的作用 （2.1小節(jié)已有輻射平衡方面的說明。） ）地球自轉(zhuǎn)對大氣環(huán)流形成的作用 ）海陸差異對大氣環(huán)流的影響 ）地形對大氣環(huán)流的影響 25 概述：水是地球大氣的重要成分，是一切 生物維持生命和生長發(fā)育的必要條件。 地球上淡水主要來源。影響天氣和氣候。 4.1 大氣中水的三態(tài)變化 （1）大氣中水相的變化 （2）水汽凝結(jié)物 26 4.2 大氣降水 定義：是指從云中降落到地面上的液態(tài)或 固態(tài)水。 降水強(qiáng)度：是指單位時間內(nèi)的降水量。 （1）降水的形成 （2）降水的日變化和年變化 非周期性：降水時間不規(guī)則。 周期性：日變化- 受地理條件等影響； 年變化- 緯度、環(huán)流、地形等 27

10、（3）大氣降水的空間分布 低緯度地區(qū)降水量多，高緯度地區(qū)降 水量少，但分布很不均； 中國南多北少，東多西少，山地多于 平原； 海拔高度對降水量有顯著影響。 （4）酸雨 酸雨是指pH5.6的降水。 酸雨是當(dāng)代世界面臨的重大環(huán)境問題 之一；是大氣污染的主要特征。 28 天氣是指瞬時或一定時間內(nèi)風(fēng)、云、降水、溫度、 濕度、氣壓等氣象要素的綜合狀況。 天氣系統(tǒng)是指顯示大氣中天氣變化及其分布的獨 立系統(tǒng)，其運動形式大都呈渦旋狀或波狀，如 氣旋、反氣旋、鋒、高空槽、脊等。水平尺度 從幾百米至數(shù)千千米，存在時間從幾個小時至 數(shù)日或更長不等。 29 5.1 氣團(tuán) (1)氣團(tuán)形成的條件： 一是具有大范圍性質(zhì)比較

11、均勻的下墊面， 二是具有有利于空氣停滯和緩行的大氣 環(huán)流條件。 (2)氣團(tuán)類型及特性 氣團(tuán)有地理分類和熱力分類。 冰洋（北極和南極）氣團(tuán)、極地（中緯 度）氣團(tuán)、熱帶氣團(tuán)和赤道氣團(tuán)。 暖氣團(tuán)、冷氣團(tuán)。 30 5.2 鋒 (1)鋒的類型 一是根據(jù)鋒在移動過程中冷暖氣團(tuán)所占的 主次地位不同，分暖鋒、冷鋒、靜止鋒 和錮囚鋒。 另一是分隔不同類型氣團(tuán)的鋒的地理位置 分北極鋒、極鋒和熱帶鋒。 31 (2)鋒面天氣 冷鋒冷鋒-冷氣團(tuán)起主導(dǎo)作用，推動冷氣團(tuán)向暖 氣團(tuán)方向移動的鋒稱為冷鋒。 暖鋒暖鋒-暖氣團(tuán)起主導(dǎo)作用，推動暖氣團(tuán)向冷 氣團(tuán)方向移動的鋒。 靜止鋒靜止鋒-在冷、暖氣團(tuán)勢力相當(dāng)，鋒區(qū)位置 很少移動或來

12、回擺動的鋒。 錮囚鋒錮囚鋒-是由暖氣團(tuán)、冷氣團(tuán)和更冷氣團(tuán)三 種空氣相遇而形成的鋒系。 32 5.3 氣旋 氣旋氣旋是指中心氣壓低于四周的水平空氣渦 旋，也是氣壓系統(tǒng)中的低壓。 (1)溫帶氣旋溫帶氣旋 具有鋒面結(jié)構(gòu)，直徑可達(dá) 1000-2000km，在北半球溫帶氣旋的南部 以偏南氣流為主，北部以偏北氣流為主。 (2)熱帶氣旋熱帶氣旋 中心附近平均最大風(fēng)力小于 8級者為熱帶低壓熱帶低壓；8-9級者為熱帶風(fēng)暴熱帶風(fēng)暴； 10-11級者為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴強(qiáng)熱帶風(fēng)暴；12級以上者為 臺風(fēng)臺風(fēng)（typhoon）。 33 5.4 反氣旋反氣旋 定義：是指中心氣壓比四周氣壓高的水平 空氣渦旋，也是氣壓系統(tǒng)中的高壓。

13、水 平氣流呈順時針方向向外輻散（北半 球），或呈逆時針方向向外輻散（南半 球）。反氣旋的水平尺度比氣旋更大， 但風(fēng)速較小，中心區(qū)風(fēng)力微弱。 (1)反氣旋的類型反氣旋的類型 (2)溫帶冷性反氣旋（冷高壓）與寒潮 (3)副熱帶反氣旋（副熱帶高壓）與梅雨 34 6.1 氣候概念 (1) 氣候與天氣 氣候是氣候系統(tǒng)的全部成分在任一特定時段內(nèi)的 平均統(tǒng)計特征。 天氣與氣候的比較 空間范圍相同，時間不同 (2) 氣候系統(tǒng) 包括大氣圈、水圈、巖石圈、冰 雪圈和生物圈中與氣候有關(guān)的物理的、化學(xué)的 和生物學(xué)的運動變化過程。 35 6.2 氣候形成 (1)輻射因素(2)大氣環(huán)流因素(3)下墊面因素 6.3 氣候類

14、型 (1) 低緯度氣候 (2) 中緯度氣候 (3) 高緯度氣候 6.4 氣候變化 (1) 歷史時期氣候變化 (2) 近代氣候變化 (3) 氣候變化的原因 36 1全球氣候變化 2氣旋 3反氣旋 青藏高原與中國氣候.WMV 37 進(jìn)一步閱讀書目參考P171所列： http:/ /atmosphere.htm； http:/ link /2860.php 38 39 大自然的寶藏是取之不盡、用之不竭的， 比如水資源。(小學(xué)畢業(yè)時老師語） It is seemingly inconsumable, inexhaustible supply of natural res

15、ources , for an instance, water resources, fresh water resources in the earth. 我們不應(yīng)該等待大自然的恩賜，而應(yīng)向 大自然索取。（初中畢業(yè)時英語老師語） We should not wait for the gifts from gods, but demand from the gods. 40 內(nèi)容提示： 1. 自然災(zāi)害的一般特征和分類 2. 氣象災(zāi)害 3. 地質(zhì)災(zāi)害 4. 地震、火山和海嘯災(zāi)害 5. 減災(zāi)對策 41 1、知道自然災(zāi)害的一般特征和分類； 2、掌握普遍存在且危害巨大的自然災(zāi)害類 型。 3、理解災(zāi)害的

16、預(yù)報，風(fēng)險評價，減災(zāi)政策 及防災(zāi)措施等相關(guān)問題。 SGU-ECO: 42 1.1 自然災(zāi)害及其危害 定義：是指發(fā)生在地球表層系統(tǒng)中、 能造成人們生命和財產(chǎn)損失的自然事件。 它是一種復(fù)雜的系統(tǒng)行為。它多數(shù)是地 球系統(tǒng)演化過程中的正常事件。 43 災(zāi)害災(zāi)害年份年份國家國家死亡人數(shù)死亡人數(shù)受災(zāi)人數(shù)受災(zāi)人數(shù) 疫癥疫癥19171917 全球性全球性20,000,00020,000,000無資料無資料 饑荒1932 前蘇聯(lián)5,000,000無資料 水災(zāi)水災(zāi)19311931 中國中國3,700,0003,700,00028,500,00028,500,000 疫癥疫癥19141914 塞爾維塞爾維 亞/波蘭

17、亞/波蘭 /前蘇聯(lián)/前蘇聯(lián)3,000,0003,000,000無資料無資料 旱災(zāi)旱災(zāi)19281928 中國中國3,000,0003,000,000無資料無資料 旱災(zāi)1987 印度300300,000,000 水災(zāi)水災(zāi)19981998 中國中國3,6563,656238,973,000238,973,000 水災(zāi)1991 中國1,729210,232,227 旱災(zāi)1979 印度無資料190,000,000 水災(zāi)1993 印度827128,000,000 自然災(zāi)害都是極端的事件，對人類的生命或財產(chǎn)構(gòu)成危險。 這些環(huán)境危機(jī)並不是經(jīng)常發(fā)生，往往好像突如其來的。面對 自然災(zāi)害，主要的處理有三方面：災(zāi)害後

18、的緊急行動、恢復(fù) 正常的生活秩序、以及從事長期的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和災(zāi)害預(yù)防。 “國際減災(zāi)十年” 44 1.2 自然災(zāi)害的一般特征 自然災(zāi)害具有： 潛在性和突發(fā)性 周期性和群發(fā)性 復(fù)雜性和多因性等特征。 45 1.3 自然災(zāi)害的分類 按災(zāi)害事件的延續(xù)時間進(jìn)行分類 按災(zāi)害發(fā)生的成因機(jī)制進(jìn)行分類 按災(zāi)害發(fā)生的現(xiàn)象特征進(jìn)行分類 通常將自然災(zāi)害劃分為7種類型： 干旱、洪澇、地震、地質(zhì)災(zāi)害、氣象災(zāi)害、 農(nóng)業(yè)災(zāi)害和林業(yè)災(zāi)害 46 2. 氣象災(zāi)害包括干旱、洪澇、冷凍、臺風(fēng)和風(fēng)暴 潮等，其中以干旱、洪澇和臺風(fēng)最為人們熟知， 也是危害強(qiáng)烈，發(fā)生頻繁的氣象災(zāi)害類型。 2.1 干旱與荒漠化 定義：是指特定地域長期無雨或少雨，

19、氣溫高， 濕度小，土壤水分不能滿足作物的需要，使作 物的正常生長受到抑制甚至死亡，造成減產(chǎn)或 絕收的自然現(xiàn)象。 沙塵暴沙塵暴NASANASA衛(wèi)星拍攝衛(wèi)星拍攝 47 干旱的特征： 在時間上漸進(jìn)式、效果上累加式。 在空間上廣延型。 干旱的后果：導(dǎo)致荒漠化 荒漠化的過程是一個使生物生產(chǎn)能力嚴(yán)重下降， 生態(tài)系統(tǒng)貧瘠化，從而引起植物生殖量、土地 載畜量、作物產(chǎn)量和人類健康水平下降等一系 列不良連鎖反應(yīng)的過程，直接表現(xiàn)為土地的退 化和沙漠的擴(kuò)大。是氣候和人類活動共同作用 的結(jié)果。目前有愈演愈烈之勢。 48 2.2 洪澇災(zāi)害 定義：是一種常見的自然災(zāi)害，包括洪水和雨澇 兩大類型。洪水指氣候季節(jié)性變化引起的特

20、大 地表徑流不能被河道容納而泛濫，或因山洪爆 發(fā)而使江河水位陡漲，導(dǎo)致河堤決口、水庫潰 壩、道路和橋梁被毀、城鎮(zhèn)和農(nóng)田淹沒的現(xiàn)象。 主要受氣候變遷、流域地貌特征和河流水文變遷 等因素的制約。 49 50 1.民政部通報強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”災(zāi)情 與救災(zāi)情況 2.專題：第四號強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”-中 國頻道-東方新聞-東方網(wǎng) 51 2. 3 熱帶氣旋 熱帶氣旋是形成于北太平洋西部熱帶 洋面上具有暖中心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈氣旋（也 稱臺風(fēng)）。 熱帶氣旋的形成過程： 是海-氣相互耦合并強(qiáng)烈作用的過程。 20世紀(jì)中國氣象災(zāi)難肆虐世紀(jì)中國氣象災(zāi)難肆虐記記 52 53 54 55 56 57 58 59 60 3.1

21、 滑坡和崩塌 (a) 滑坡：是斜坡上的巖土物質(zhì)沿一定的軟弱面 或軟弱帶作整體性下滑的運動，是山區(qū)常見的 一種地質(zhì)災(zāi)害?？煞譃樽匀换隆镀逻吰?、 礦山邊坡和路塹邊坡4種。 (b) 滑坡的發(fā)生要素： 滑坡體 滑動面 有效臨空面 (c) 滑坡發(fā)育的主要條件： 61 云海深處， 山泉輕淌 62 山泥傾泄 63 64 3.2 泥石流 (a)定義：是含有大量固體物質(zhì)的洪流，其 容重一般在1.22.3 t/m3之間。常具突發(fā) 性，其運動速度快，能量巨大，破壞能 力極強(qiáng)。 65 (b)泥石流發(fā)育的4個前提條件 順坡堆積的大量碎屑物質(zhì) 在瞬間集聚的超量水源 山高谷深的地貌條件 水是泥石流發(fā)育和發(fā)生的另一個主要

22、條 件 泥石流與暴雨泥石流與暴雨 66 3.3 地裂縫和地面塌陷 (a)地裂縫是累進(jìn)性發(fā)展的緩變型災(zāi)害，成因極為復(fù) 雜。分構(gòu)造地裂縫和非構(gòu)造成因地裂縫。 (b)地面塌陷 有自然因素造成和人類活動行為不 當(dāng)造成。后者約占總數(shù)的80%。 多出現(xiàn)在地震、滑坡、泥石流的危險區(qū)，溶洞、 暗河的發(fā)育區(qū)，礦山、大型建筑工地和都市城 區(qū)。危險地段：地下采空區(qū)，地面沉降。 67 4.1 地震災(zāi)害 （1）地震效應(yīng)和地震烈度 一次地震事件產(chǎn)生的直接和間接后果稱為地震效應(yīng)。 地震造成破壞的程度用地震烈度來衡量。 （2）地震災(zāi)害的發(fā)生過程 孕震階段 臨震階段 發(fā)震階段 震后調(diào)整階段 （3）地震災(zāi)害的成因類型 構(gòu)造地震 火山地震 陷落地震 誘發(fā)地震 （4）地震災(zāi)害的地理分布 68 4.2 火山災(zāi)害 定義：火山活動是地球內(nèi)部構(gòu)造-巖漿活動的一種 特殊形式。 形成過程：巖漿在高溫高壓下形成時，一般呈潛 柔狀態(tài)，與所處環(huán)境保持平衡。由于強(qiáng)烈的構(gòu) 造運動使巖石圈破裂，導(dǎo)致上覆巖石的靜壓降 低，塑性的巖漿變?yōu)橐簯B(tài)，從較深處的高壓區(qū) 向地殼淺層的低壓區(qū)運移，于構(gòu)造薄弱部位沖 出地表，形成火山爆發(fā)。 69 火山爆發(fā)的直接致災(zāi)方式： 火山泥石流 火山碎屑流 火山