地球科學導論第六章大氣

地球科學導論

IntroductiontotheEarthSciences1第六章大氣圈（6學時）

學習了解大氣圈知識的必要性本章主要內(nèi)容概況

2本章主要內(nèi)容

1大氣的組成和結構2大氣的熱力狀況

3大氣的運動4大氣中的水分5天氣6氣候3§1大氣的組成和結構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：ρ=1.293kg/m3(0℃,1013.25hPa);

臨界溫度=-140.7℃,臨界壓強=37.2atm.其組成成分對生物圈的意義：CO2、O34§1大氣的組成和結構（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)＞內(nèi)陸地區(qū)，低層大氣＞高層大氣(1.5~2km?,5km1/10)Summer＞Autumn.

（3）氣溶膠粒子51.2大氣的結構（1）大氣的垂直分層（2）對流層中的水平非均一現(xiàn)象

氣團——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。水平范圍可達幾百萬平方千米，垂直尺度可達幾千米到十幾千米以上。

鋒面——兩種不同性質的氣團之間有一個過渡區(qū)，其中氣象要素值發(fā)生急劇變化。6神六著陸經(jīng)過大氣層7“不識廬山真面目，只緣身在此山中”大氣層是地球上所有生命的保護傘，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、銀色和藍色相間的云彩及剛剛升起的月亮89各層主要特征（1）1.對流層（3/4的大氣質量，幾乎全部水汽）1）氣溫隨高度增加而降低；2）空氣具有強烈的對流運動；3）氣象要素水平分布不均勻。2.平流層（50~55km）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。10各層主要特征（2）3.中間層（85km）氣溫隨高度的增加迅速降低，氣流有強烈的垂直運動；60~90km高度上有只在白天出現(xiàn)的電離層。4.熱層（又稱暖層，250~500km）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90~130km，F(xiàn)層160-350km).5.散逸層（外層）溫度高，空氣粒子運動速度很快，可散逸至星際空間。11（2）對流層中的水平非均一現(xiàn)象—氣團和鋒氣團：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：水平范圍可達幾百萬平方千米以上，垂直尺度可達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，空氣和下墊面進行熱量和水分等交換。如海洋面與沙漠上形成的氣團。12鋒鋒面：兩種不同性質的氣團之間的過渡區(qū)稱為鋒區(qū)，因鋒區(qū)的厚度與氣團尺度相比要小得多，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。13§2大氣的熱力狀況2.1太陽輻射、大氣輻射和地面輻射（1）太陽輻射-短波輻射

Θ=sin-1(sinφsinδ+cosφcosδcos(15°(t-12)))

利用上式可計算一地的太陽高度角。其中：φ為當?shù)鼐暥龋臑樘柍嗑?，可查天文年歷，t為當?shù)貢r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。14（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。（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。152.2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，返回或遠離平衡位置的趨勢和程度。16大氣穩(wěn)定度的判斷172.3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（10°S-N，晝夜等長)（2）熱帶（10-25°S-N，日變化大，年變化小)（3）副熱帶（25-35°S-N，季節(jié)變化較前大)（4）溫帶（35-55°S-N，四季變化顯著)（5）副寒帶（55-60°S-N，晝夜差別大，無極晝)（6）寒帶（60-75°S-N，極晝與極夜)（7）極地（75-90°S-N，半年極晝/夜年變化大)18§3大氣的運動大氣環(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（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=1N/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。氣壓變化的實質是空氣質量在地球上的重新分布。19氣壓場的幾種基本類型203.2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。緯度范圍北半球風向南半球風向60°~90°東北風東南風30°~60°西南風西北風

0°~30°東北風東南風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。2122北半球有3個經(jīng)圈環(huán)流，即低緯的熱帶環(huán)流圈(Ⅰ)，中緯的中緯度環(huán)流圈(Ⅱ)和高緯的極地環(huán)流圈(Ⅲ)。季風：季風環(huán)流的簡稱，是指在一個大范圍地區(qū)內(nèi)，盛行風向或氣壓系統(tǒng)有明顯的季節(jié)變化，而且與之相應的天氣氣候也發(fā)生明顯的變化。海陸間熱力差異是季風形成的重要原因之一。23（2）大氣環(huán)流的形成Ⅰ)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。）Ⅱ）地球自轉對大氣環(huán)流形成的作用Ⅲ）海陸差異對大氣環(huán)流的影響Ⅳ）地形對大氣環(huán)流的影響24§4大氣中的水分概述：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）水汽凝結物254.2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26（3）大氣降水的空間分布⑴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；⑵中國南多北少，東多西少，山地多于平原；⑶海拔高度對降水量有顯著影響。（4）酸雨

酸雨是指pH<5.6的降水。酸雨是當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。27§5天氣天氣是指瞬時或一定時間內(nèi)風、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。285.1氣團(1)氣團形成的條件：一是具有大范圍性質比較均勻的下墊面，二是具有有利于空氣停滯和緩行的大氣環(huán)流條件。(2)氣團類型及特性氣團有地理分類和熱力分類。冰洋（北極和南極）氣團、極地（中緯度）氣團、熱帶氣團和赤道氣團。暖氣團、冷氣團。295.2鋒(1)鋒的類型{一是根據(jù)鋒在移動過程中冷暖氣團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的鋒的地理位置分北極鋒、極鋒和熱帶鋒。}30(2)鋒面天氣冷鋒-冷氣團起主導作用，推動冷氣團向暖氣團方向移動的鋒稱為冷鋒。暖鋒-暖氣團起主導作用，推動暖氣團向冷氣團方向移動的鋒。靜止鋒-在冷、暖氣團勢力相當，鋒區(qū)位置很少移動或來回擺動的鋒。錮囚鋒-是由暖氣團、冷氣團和更冷氣團三種空氣相遇而形成的鋒系。315.3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)溫帶氣旋具有鋒面結構，直徑可達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)熱帶氣旋中心附近平均最大風力小于8級者為熱帶低壓；8-9級者為熱帶風暴；10-11級者為強熱帶風暴；12級以上者為臺風（typhoon）。325.4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。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，但風速較小，中心區(qū)風力微弱。(1)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33§6氣候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的物理的、化學的和生物學的運動變化過程。346.2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35多媒體觀看1全球氣候變化2氣旋3反氣旋青藏高原與中國氣候.WMV36參考資料進一步閱讀書目參考P171所列：/~hm1203/atmosphere/atmosphere.htm；/climatechange2

link/2860.php37全球氣候變化對策網(wǎng)38大自然的寶藏是取之不盡、用之不竭的，比如水資源。(小學畢業(yè)時老師語）Itisseeminglyinconsumable,inexhaustiblesupplyofnaturalresources,foraninstance,waterresources,freshwaterresourcesintheearth.我們不應該等待大自然的恩賜，而應向大自然索取。（初中畢業(yè)時英語老師語）Weshouldnotwaitforthegiftsfromgods,butdemandfromthegods.人與自然的關系39第十三章自然災害與減災對策內(nèi)容提示：1.自然災害的一般特征和分類2.氣象災害3.地質災害4.地震、火山和海嘯災害5.減災對策40本章學習目的與要求1、知道自然災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害類型。3、理解災害的預報，風險評價，減災政策及防災措施等相關問題。SGU-ECO:41第1節(jié)自然災害的一般特征和分類1.1自然災害及其危害☆☆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。42自然災害都是極端的事件，對人類的生命或財產(chǎn)構成危險。這些環(huán)境危機並不是經(jīng)常發(fā)生，往往好像突如其來的。面對自然災害，主要的處理有三方面：災害後的緊急行動、恢復正常的生活秩序、以及從事長期的經(jīng)濟建設和災害預防。“國際減災十年”431.自然災害的一般特征和分類1.2自然災害的一般特征自然災害具有：①潛在性和突發(fā)性②周期性和群發(fā)性③復雜性和多因性等特征。441.自然災害的一般特征和分類1.3自然災害的分類⑴按災害事件的延續(xù)時間進行分類⑵按災害發(fā)生的成因機制進行分類⑶按災害發(fā)生的現(xiàn)象特征進行分類通常將自然災害劃分為7種類型：干旱、洪澇、地震、地質災害、氣象災害、農(nóng)業(yè)災害和林業(yè)災害45第2節(jié)氣象災害2.氣象災害包括干旱、洪澇、冷凍、臺風和風暴潮等，其中以干旱、洪澇和臺風最為人們熟知，也是危害強烈，發(fā)生頻繁的氣象災害類型。2.1干旱與荒漠化定義：是指特定地域長期無雨或少雨，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－－NASA衛(wèi)星拍攝46第2節(jié)氣象災害（2）干旱的特征：①在時間上漸進式、效果上累加式。②在空間上廣延型。干旱的后果：導致荒漠化荒漠化的過程是一個使生物生產(chǎn)能力嚴重下降，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的過程，直接表現(xiàn)為土地的退化和沙漠的擴大。是氣候和人類活動共同作用的結果。目前有愈演愈烈之勢。47第2節(jié)氣象災害（3）2.2洪澇災害定義：是一種常見的自然災害，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。48圖片說明：七月十五日，一輛貨車正在積滿水的道路上前進，受強熱帶風暴“碧利斯”外圍環(huán)流影響，廈門市普降暴雨，許多低洼地帶積水成災。中新社發(fā)王東明攝49相關鏈接1.民政部通報強熱帶風暴“碧利斯”災情與救災情況2.專題：第四號強熱帶風暴“碧利斯”-中國頻道-東方新聞-東方網(wǎng)50第2節(jié)氣象災害（4）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構的強烈氣旋（也稱臺風）。熱帶氣旋的形成過程：是海-氣相互耦合并強烈作用的過程。。。20世紀中國氣象災難肆虐記51？52？？53？？？54？？？？55？？？？？56？？？？？？57？5859第3節(jié)地質災害3.1滑坡和崩塌(a)滑坡：是斜坡上的巖土物質沿一定的軟弱面或軟弱帶作整體性下滑的運動，是山區(qū)常見的一種地質災害。可分為自然滑坡、岸坡邊坡、礦山邊坡和路塹邊坡4種。(b)滑坡的發(fā)生要素：①滑坡體②滑動面③有效臨空面④(c)滑坡發(fā)育的主要條件：60？云海深處，山泉輕淌61?山泥傾泄6263第3節(jié)地質災害(1)3.2泥石流(a)定義：是含有大量固體物質的洪流，其容重一般在1.2~2.3t/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。64(b)泥石流發(fā)育的4個前提條件①順坡堆積的大量碎屑物質②在瞬間集聚的超量水源③山高谷深的地貌條件④水是泥石流發(fā)育和發(fā)生的另一個主要條件泥石流與暴雨

65第3節(jié)地質災害(2)3.3地裂縫和地面塌陷(a)地裂縫是累進性發(fā)展的緩變型災害，成因極為復雜。分構造地裂縫和非構造成因地裂縫。(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。66第4節(jié)地震、火山和海嘯災害4.1地震災害（1）地震效應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。地震造成破壞的程度用地震烈度來衡量。（2）地震災害的發(fā)生過程①孕震階段②臨震階段③發(fā)震階段④震后調整階段（3）地震災害的成因類型①構造地震②火山地震③陷落地震④誘發(fā)地震（4）地震災害的地理分布67第4節(jié)地震、火山和海嘯災害(1)4.2火山災害定義：火山活動是地球內(nèi)部構造-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。由于強烈的構造運動使巖石圈破裂，導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，于構造薄弱部位沖出地表，形成火山爆發(fā)。68第4節(jié)地震、火山和海嘯災害(2)火山爆發(fā)的直接致災方式：①火山泥石流②火山碎屑