石大自然地理學(xué)課件03大氣和氣候

第三章

大氣和氣候

AtmosphereandClimate第一節(jié)大氣的組成和熱能第二節(jié)大氣水分和降水第三節(jié)大氣運(yùn)動和天氣系統(tǒng)第四節(jié)氣候的形成第五節(jié)氣候變化第一節(jié)

大氣的組成和熱能一、大氣的成分(AtmosphericComposition)干潔空氣：N2(78.09%),O2(20.95%),Ar(0.93%),CO2(0.03%),O3水汽：整個大氣包含的水汽平均為1.24X107kg，相當(dāng)于24mm厚

的水層。而大氣總降水量為780mm，大氣中的水汽每年

更替約32次，即11天更替一次。懸浮塵粒及雜質(zhì)：

Compositionofthehomosphere二、大氣的結(jié)構(gòu)

(Atmosphericstructure)㈠大氣質(zhì)量

1.大氣的高度

大氣的上界，通常有以下兩種分法：

一是著眼于大氣的某些物理現(xiàn)象，把極光出現(xiàn)的高度1200㎞作為大氣上界，稱為大氣的物理上界；二是根據(jù)大氣的密度，用接近星際的氣體的密度估計(jì)大氣的上界，為2000-3000㎞。2.大氣質(zhì)量假定大氣質(zhì)量均一，高度為8000米，則大氣柱質(zhì)量為：m0=p0H=1.225×10-3×8×105=1013.3g/cm2p0為標(biāo)準(zhǔn)情況下(T=0℃,氣壓1.01×105Pa)的大氣密度。實(shí)際大氣密度隨高度呈指數(shù)增長，因而大氣質(zhì)量減少也按指數(shù)增長。㈡

大氣壓力定義：從觀測高度到大氣上界單位面積上垂直空氣柱的質(zhì)量，稱為大氣壓強(qiáng)，即氣壓。

P=F/S單位：mmHg；mb；hpa

氣象學(xué)采用：hpa㈢

大氣分層

分層主要依據(jù)：物質(zhì)組成大氣溫度的變化大氣運(yùn)動三、大氣熱能㈠

太陽輻射(SolarRadiation)：

太陽常數(shù)：日地平均距離下，太陽光垂直照射并排除大氣影響的條件下，地面上單位面積(cm2)每分鐘所接受的太陽熱量為8.16J/cm2·min可見光λ=0.4-0.76μm，約占總能量的50%；紅外輻射λ＞0.76μm，約占能量43%；紫外輻射λ＜0.4μm，約占總能量7%。㈡

大氣能量及保溫效應(yīng)1.大氣對太陽輻射的直接吸收作用很小，只占太陽輻射能的18%左右，主要吸收物質(zhì)是水汽、臭氧。2.地面吸收太陽輻射的50%，再以λ＞3μm的長波輻射向外輻射，其中75-95%被大氣吸收.3.潛熱輸送海面、陸面以水分蒸發(fā)的形式使地面熱量輸入大氣中，地-氣之間的交換主要是通過潛熱輸送來完成的，占輻射平衡的84%；4.感熱輸送亦稱顯熱輸送，占輻射平衡的16%；大氣輻射：大氣獲得熱能后依靠本身溫度向外輻射。

㈢

地氣系統(tǒng)的輻射平衡

四、氣溫(Temperature)

氣溫是大氣熱力狀況的數(shù)量度量?？諝庵袣怏w分子運(yùn)動的平均動能與絕對溫度成正比。

(一)氣溫的周期性變化

(與緯度、季節(jié)、地表性質(zhì)、天氣狀況有關(guān))1.氣溫的日變化

2.

氣溫的年變化(二)氣溫的水平分布1.

等溫線分布的總趨勢大致與緯圈平行。2.

同緯度夏季海面氣溫低于陸面，冬季海面氣溫高于陸面，等溫線發(fā)生彎曲。3.

洋流對海面氣溫的分布有很大影響。4.

近赤道地區(qū)有一個高溫帶，月平均溫度高于24℃，稱為熱赤道。5.

南半球無論冬、夏，最低氣溫均出現(xiàn)在南極；北半球最低氣溫冬季出現(xiàn)在高緯度大陸，夏季出現(xiàn)在北極地區(qū)。(三)氣溫的垂直分布對流層內(nèi)，氣溫隨海拔升高而降低。平均為0.65℃/100m。氣溫隨高度的變化，稱為氣溫垂直遞減率，簡稱氣溫直減率r.

一般而言，夏季和白天氣溫直減率大，冬季和夜晚氣溫直減率小。但在特殊情況下，某些氣層的溫度隨高度而增加，即r=-T/Z<0，稱為逆溫層。有輻射逆溫，平流逆溫，鋒面逆溫和下沉逆溫。第二節(jié)大氣水分和降水一、大氣濕度

(一)濕度概念極其表示方法

1.

水汽壓和飽和水汽壓2.

絕對濕度和相對濕度3.

露點(diǎn)溫度(二)濕度的變化與分布1.相對濕度日變化常與氣溫日變化相反；2.相對濕度分布隨距海遠(yuǎn)近與緯度高低而不同。二、蒸發(fā)和凝結(jié)（一）蒸發(fā)極其影響因素影響蒸發(fā)的因素(蒸發(fā)面的溫度、性質(zhì)、空氣濕度、風(fēng)等)蒸發(fā)量(水層厚度表示蒸發(fā)速度)（二）凝結(jié)和凝結(jié)條件空氣中的水汽達(dá)到飽和和過飽和(絕熱冷卻；輻射冷卻；平流冷卻；混合冷卻)凝結(jié)核(作用：對水汽的吸附；使形成的滴粒遠(yuǎn)大于單純由水分子聚集而成的滴粒，有利于水汽繼續(xù)凝結(jié)。)三、水汽的凝結(jié)現(xiàn)象（一）地表面的凝結(jié)現(xiàn)象

露與霜(dew,frost)(與天氣狀況、地形相關(guān))霧凇和雨?。ǘ┐髿庵械哪Y(jié)現(xiàn)象

霧(fog)(漂浮在近地面層的乳白色微小水滴或冰晶)云(clouds)(高空水汽凝結(jié)現(xiàn)象)霧（fog）AdvectionfogEvaporationfogValleyfogRadiationfogPrincipalclouds高積云卷云卷層云積云雨層云層狀云高層云積云四、大氣降水(precipitation)（一）降水的形成1.兩個條件(雨滴下降速度超過上升氣流速度；雨滴從云中降落到地面前不致完全被蒸發(fā)。)2.過程：(云滴凝結(jié)增長；云滴的沖并增長)Raindropformation（二）降水類型

(對流雨、地形雨、鋒面雨、臺風(fēng)雨)（三）降水時間變化

1.降水強(qiáng)度：單位時間內(nèi)的降水量。2.降水量：降落在地面的雨、雪、雹等，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透流失而積聚在水平面上的水層厚度。（四）降水量的地理分布赤道多雨帶南北緯15-30少雨帶中緯多雨帶高緯少雨帶第三節(jié)大氣運(yùn)動和天氣系統(tǒng)一、大氣的水平運(yùn)動

1.作用于空氣的力：水平氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力、地面摩擦力

①水平氣壓梯度力：由于氣壓分布不均而產(chǎn)生；

近地面垂直氣壓梯度約：100hpa/km，而水平氣壓梯度則為1hpa/100km②地轉(zhuǎn)偏向力

由于地球的運(yùn)動而使在地球上運(yùn)動的物體發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)的力，稱為地轉(zhuǎn)偏向力。

A=2νωsinφ③慣性離心力

物體在做曲線運(yùn)動時所產(chǎn)生的由運(yùn)動軌跡的曲率中心沿曲率半徑向外作用的力。與空氣運(yùn)動方向垂直。

C=ν2/r

④摩擦力運(yùn)動狀態(tài)不同的氣層之間、空氣和地面之間都會相互作用，產(chǎn)生阻礙氣流運(yùn)動的力，稱為摩擦力。摩擦力總是和運(yùn)動方向相反。2.自由大氣中的空氣運(yùn)動①

地轉(zhuǎn)風(fēng)：自由大氣中空氣作等速、直線的水平運(yùn)動。地轉(zhuǎn)風(fēng)是空氣在氣壓梯度和地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)到平衡時的一種定常運(yùn)動。②梯度風(fēng)：自由大氣中空氣作曲線運(yùn)動時，氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力相平衡時的風(fēng)。3.風(fēng)隨高度的變化1)地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的變化

水平溫度分布不均將導(dǎo)致氣壓梯度隨高度變化，進(jìn)而影響風(fēng)隨高度發(fā)生相應(yīng)變化，這種由水平溫度梯度引起的上下層風(fēng)的向量差，稱熱成風(fēng)。3.風(fēng)隨高度的變化2)摩擦層中風(fēng)隨高度的變化氣壓梯度力不隨高度變化情況下，離地愈遠(yuǎn)，風(fēng)速愈大，風(fēng)向與等壓線交角愈小。把北半球摩擦層中不同高度上風(fēng)的向量投影到同一水平面上，可得到一條風(fēng)向風(fēng)速隨高度變化的螺旋曲線，稱為?？寺菥€。二、大氣環(huán)流指大范圍內(nèi)具一定穩(wěn)定性的各種氣流。是形成各種天氣和氣候的主要因素。由于緯度高低、海陸分布及地表狀態(tài)所受太陽熱量不均和地球轉(zhuǎn)動的不同影響，形成各種類型環(huán)流。全球性氣溫和氣壓差異形成行星風(fēng)系；巨大海陸差異是季風(fēng)環(huán)流重要成因；局地水路、地形等差異形成各種地方性風(fēng)系。㈠全球環(huán)流1.全球氣壓帶全球大氣環(huán)流圖2．行星風(fēng)系

不考慮海陸、地形因素的影響，全球區(qū)域近地面盛行風(fēng)的總稱。主要包括：信風(fēng)帶；西風(fēng)帶；極地東風(fēng)帶。㈡季風(fēng)環(huán)流季風(fēng)：由于海陸間熱力差異或行星風(fēng)帶的季節(jié)位移所形成的大范圍的盛行風(fēng)向隨季節(jié)而發(fā)生變化的風(fēng)系，稱為季風(fēng)。㈢局地環(huán)流

由局部環(huán)境變化，如地形起伏、地表受熱不均等引起的小范圍氣流，稱為局地環(huán)流。如海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、焚風(fēng)等。

1.海陸風(fēng)（Land-seabreezes）濱海地區(qū)，白天風(fēng)從海上吹向陸地；夜間風(fēng)從陸地吹向海洋。

海陸風(fēng)白天

風(fēng)從海上吹向陸地夜間

風(fēng)從陸地吹向海洋2.山谷風(fēng)

當(dāng)大范圍水平水平氣壓場較弱時，山區(qū)白天地面風(fēng)從谷地吹向山坡，晚間地面風(fēng)從山坡吹向谷地。山谷風(fēng)晚間地面風(fēng)從山坡吹向谷地

白天地面風(fēng)從谷地吹向山坡3.

焚風(fēng)

氣流受山地阻擋被迫抬升，迎風(fēng)坡空氣上升冷卻，起初按干絕熱直減率降溫(1℃/100m),當(dāng)空氣溫度達(dá)到飽和狀態(tài)時，水氣凝結(jié)，氣溫按濕絕熱直減率降低(0.5-0.6℃/100m)，大部分水分在迎風(fēng)坡降落，氣流翻越山地后下沉?xí)r，按干絕熱直減率增溫，從而導(dǎo)致背風(fēng)坡氣溫較同高度迎風(fēng)坡高。焚風(fēng)（foehn;chinookwinds）三、主要天氣系統(tǒng)㈠氣團(tuán)和鋒

1氣團(tuán)：是指在廣大區(qū)域內(nèi)水平方向上溫度、濕度、垂直穩(wěn)定度等物理性狀較均勻的大塊空氣。

冰洋大陸氣團(tuán)（Ac）；冰洋海洋氣團(tuán)(Am)；極地海洋氣團(tuán)(Pm)；極地大陸氣團(tuán)(Pc)

熱帶大陸（Tc）；海洋氣團(tuán)(Tm)；赤道氣團(tuán)(E)2.鋒及分類

溫度或密度很大的兩個氣團(tuán)相遇形成的狹窄過渡區(qū)域。鋒面兩側(cè)氣溫水平梯度達(dá)5-10℃/100km.分類：冷鋒(Coldfront)

暖鋒(WarmFront)

準(zhǔn)靜止鋒(StationaryFront)

錮囚鋒(Occluded)暖鋒雨區(qū)也在鋒前，多連續(xù)性降水，強(qiáng)度較小，歷時較長，雨區(qū)范圍較廣。若暖氣團(tuán)溫度高，水汽含量很少，則暖鋒上可能出現(xiàn)高云，甚至無云的好天氣。

暖鋒天氣卷云卷層云高層云雨層云3.鋒面天氣—暖鋒天氣3.鋒面天氣—準(zhǔn)靜止鋒天氣準(zhǔn)靜止鋒的云區(qū)，降水區(qū)比暖鋒更廣，降水強(qiáng)度比暖鋒更小，降水歷時比暖鋒更長。3.鋒面天氣—錮囚鋒天氣由于錮囚鋒是由兩個移動鋒面相遇形成的，其云系具有兩種鋒面的特征，鋒面兩側(cè)都有降水區(qū)，且降水強(qiáng)度往往很大。3.鋒面天氣—冷鋒天氣緩行冷鋒（Ⅰ型冷鋒）：鋒后降水急行冷鋒（Ⅱ型冷鋒）：鋒前降水第一型冷鋒云系與暖鋒類似，但冷鋒坡度比暖鋒大，云區(qū)和降水區(qū)均比暖鋒窄，降水區(qū)寬度、降水強(qiáng)度也較暖鋒大。第二型冷鋒移動速度快，鋒線附近有強(qiáng)烈的對流過程，伴隨狂風(fēng)驟雨。它的降水區(qū)很窄，歷時短。移動速度冷鋒與暖鋒㈡氣旋和反氣旋

氣旋：中心氣壓低于四周的水平空氣旋渦；反氣旋：中心氣壓高于四周的大型空氣旋渦；反氣旋方向在北半球?yàn)轫槙r針，南半球?yàn)榉磿r針。氣旋與反氣旋第四節(jié)氣候的形成一、氣候和氣候系統(tǒng)

（一）概念(某一地區(qū)多年間大氣的一般狀態(tài)及其變化特征)（二）氣候系統(tǒng)完整的氣候系統(tǒng)由五部分組成：1.大氣圈；2.海洋；3.冰雪圈4.陸面（巖石圈）；5.生物圈

二、氣候的形成（一）氣候形成的輻射因子太陽輻射強(qiáng)度、日地距離、地球表面反射率，決定地球具有較為適宜的有效溫度。是大氣上界吸收太陽輻射與行星地球長波輻射處于平衡時所具有的溫度。（二）氣候形成的環(huán)流因子

1.大氣環(huán)流與熱量輸送和水分循環(huán)

2.大氣環(huán)流與海溫異常(厄爾尼諾ElNino)二、氣候的形成（三）氣候形成的地理因子

1.海陸分布對氣候的影響

2.洋流對氣候的影響

洋流的熱量輸送對大陸東西岸的氣溫差異起很大作用；冷暖洋流對所經(jīng)之地的降水有較大影響。

3.地形對氣候的影響厄爾尼諾厄爾尼諾為西班牙文，意為“圣嬰”，秘魯漁民用以稱呼圣誕節(jié)前后南美沿岸海溫上升現(xiàn)象。氣象學(xué)家與海洋學(xué)家則用以專指赤道東太平洋海面水溫異常增暖現(xiàn)象。

南方濤動指熱帶太平洋與熱帶印度洋之間氣壓變化成反相關(guān)的振蕩現(xiàn)象。與厄爾尼諾有強(qiáng)相關(guān)性。

三、氣候帶和氣候型低緯度氣候(赤道多雨氣候、熱帶海洋性氣候、熱帶干濕季氣候、熱帶季風(fēng)氣候、熱帶干旱與半干旱氣候)

中緯度氣候(副熱帶干旱與半干旱氣候、副熱帶夏干氣候或稱地中海氣候、溫帶海洋性氣候等)

三、氣候帶和氣候型

高緯度氣候(副極地大陸性氣候、苔原氣候、極地冰原氣候)

高地氣候第五節(jié)氣候變化一、氣候變化簡史（一）地質(zhì)時期氣候變化三次大冰期：震旦紀(jì)大冰期石炭二迭紀(jì)大冰期第四紀(jì)大冰期（二）歷史時期氣候變化

歷史時期曾發(fā)生過四次寒冷期和三次溫暖期。第一冷期—第一新冰期：8000aBP-9000aBP,

主冷期公元前6300a前后。第二冷期—第二新冰期：公元前5000a-1500a,

主冷