中山大地球科學概論課件第1章 宇宙中的地球

《地球科學概論》課程目的與教學基本要求人類創(chuàng)造了前所未有的生產力，為了滿足日益增長的物質需求，需要向地球作更多的索取。然而，人類如稍有處置不當，便會招致大自然的嚴厲的懲罰。人類必須重新審視作為自己生存環(huán)境的地球表層系統的組成、結構和功能，從而為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定，構筑堅實的科學基礎。只有地球上的居民都認識了地球，理解了地球，才能和它友善相處，和諧協調，從而有利于人類社會的持續(xù)發(fā)展。課程目的與教學基本要求地球科學概論在闡述地球科學一般基礎理論的同時，強調在大氣圈，巖石圈，水圈，冰凍圈、生物圈之間的動態(tài)的相互關系，強調地球表層系統的整體性。地球科學概論是一門激發(fā)學生對地球的認識和理解的課程，是大氣科學類本科學生在學習其他專業(yè)必修課的先行課程。講課內容想方設法地讓學生理解地球的動態(tài)、全球環(huán)境以及地球是一個復雜的系統。強調整體性。主要參考書目教材：《地球科學概論》，繆啟龍，林文實編，氣象出版社，2007年（第三版）。參考書：劉本培，蔡運龍主編，地球科學導論，高等教育出版社，2000年。陳效逑編著，自然地理學，北京大學出版社，2001年。潘樹榮等，自然地理學，高等教育出版社，1985（第二版）。

第一章宇宙中的地球宇宙，銀河系，太陽系，太陽，太陽活動，月球，潮汐；天球與天球坐標，地平坐標系，時角坐標系，太陽高度角及其公式；地球的自轉，公轉；正午太陽高度，晝夜長短，季節(jié)，五帶，二十四節(jié)氣；時間，世界時，北京時，歷法，格里歷。第二章地球構造地球的內部構造，地殼，地幔，地核；地殼運動；地殼的演變（人類生存環(huán)境的形成），地質年代表，地球的誕生，陸地環(huán)境的形成，大氣環(huán)境的形成，水環(huán)境的形成，氣候環(huán)境的形成和變遷，生物環(huán)境的形成，人的進化；大陸漂移說，海底擴張說，板塊構造說；第三章大氣圈大氣的組成，大氣的結構，對流層，平流層，中間層，熱層，外逸層；氣壓，氣壓梯度，大氣運動，科里奧利力，大氣環(huán)流，季風，局地環(huán)流；太陽短波輻射，地面長波輻射，溫度；大氣水分，相對濕度，蒸發(fā)和凝結，各種形態(tài)的降水；天氣，氣團，鋒，天氣系統；氣候，影響氣候的因素，氣候變化，全球變暖。

第四章水圈水的分布，水循環(huán)；河流，河流水情要素，湖泊，沼澤，地下水；海洋，海洋的構成，鹽度；海水的運動，洋流，北太平洋洋流，黑潮，灣流；海洋溫度，暖池，厄爾尼諾；水資源。

第五章冰雪圈南極冰蓋，格陵蘭冰蓋，北極海冰；雪線，冰川的形成，積雪；大陸冰川，冰川作用，凍土，凍土作用；冰期，間冰期，地質年代的冰期。

第六章地球表面形態(tài)地形形成的動力，內營力，外營力；風化作用，風化殼；流水作用，河谷剖面，河流三角洲及其形成；巖溶作用；冰川作用，凍土作用；干燥區(qū)，風蝕作用與風積作用，黃土，沙丘移動及沙漠成因，沙塵暴，荒漠類型，荒漠化。土壤，土壤肥力，土壤的構成，土壤的剖面結構，土壤的形成因素，土壤的分類，土壤的水分輸送及熱傳導性，土壤的電導率。地圖投影，極地投影，墨卡托投影，蘭勃托投影，比例尺。

第七章生物圈地球上的生物，生物環(huán)境；種群，生物群落，植被；生態(tài)系統，生態(tài)系統的結構，生態(tài)系統的功能，生物地球化學循環(huán)，碳循環(huán)；

第八章全球變化概述當前全球重大環(huán)境問題；地球表層系統，圈層相互作用，地球系統科學；*人類生存環(huán)境系統的控制因素（地核，太陽，人），幾千年到幾百萬年時間尺度的全球變化，幾十年到幾百年時間尺度的全球變化，物理氣候系統與生物地球化學循環(huán)總課時為36學時，安排如下：第一章宇宙中的地球

7學時第二章地球構造2學時第三章大氣圈4學時第四章水圈4學時第五章冰凍圈3學時第六章地球表面形態(tài)4學時第七章生物圈3學時第八章

全球變化概述3學時

復習，考試4學時第一章宇宙中的地球在廣漠無邊的宇宙空間，物質以各種各樣的形式存在著。太陽系中的物質，99.86%集中于太陽。在太陽系還存在著行星、衛(wèi)星、彗星和流星體，以及行星際，天體等，它們都是太陽系的成員。太陽是銀河系極普通的成員。除太陽以外，銀河系中還有大量的星，星團和星云，以及星際物質。星際物質包括星體和星際塵埃；星云實際上是由星際總體和塵埃的。在銀河系以外，還有在量的類似于銀河系的星系河外星系。宇宙間所有這些物質，通稱天體。近年來發(fā)生外源、射電源、射線源，也是天體。在天空的人造衛(wèi)星、宇宙火箭、行星際飛船和空間實驗室等，總稱人造天體。第一章宇宙中的地球

一、宇宙1宇宙古語：“四方上下曰宇，古往今來曰宙”宇宙就是天地萬物，就是物質世界，也就是廣漠的空間和存在于其中的天體和彌漫物質。宇宙在空間上是無邊無際的。宇宙在時間上是無始無終的。“我們的宇宙”實質上是觀測到的總星系，它在時間上有起源，在空間上有邊界。宇宙的年齡大有一百至二百億年（以哈勃常數來反推）

宇宙學的主要觀點認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。期間，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹。使物質從密到稀演化。這一從熱到冷從密到稀的過程如同一次規(guī)模巨大的爆炸。大爆炸宇宙學說1929年哈勃“紅移”1965年宇宙輻射1989年2.735K背景黑體輻射2恒星恒星：恒星是由熾熱氣體組成的，能夠自身發(fā)光的球狀或類球狀天體。人的肉眼能夠看到的恒星約有6500多顆，借助天文望遠鏡，可看到幾十萬乃至幾百契顆以上的恒星?，F有的儀器能看到約1022個恒星。恒星似乎是固定不變的，因為它們太遙遠，實際上，恒星都在不停地運動和變化著。測量恒星距離有三個單位：1天文單位=149597870公里（日地平均距離）1光年=63240天文單位=94605億公里太陽光到達地球約8分鐘半人馬座的比鄰星距地球4.28光年1秒差距=3.2616光年=206265天文單位恒星的亮度用星等表示視星等：分六等最亮的為1等星，肉眼勉強可郵的為6等星，恒星越亮星等越小，目前，最好的觀測工具可觀測到23等星。恒星的質量大多數在0.1-10個太陽質量之間，溫度在3000k至40000k之間，化學成分以氫、氮為主，光譜是帶有吸收線的連續(xù)光譜。恒星的演化過程恒星從形成到衰亡經過引力收縮階段主序星階段紅巨星階段白矮星、中子星、黑洞階段3星系星系：星系是包括大量恒星的天體體系目前觀測工具所能察覺的星系約有10億個。4銀河系銀河系是一個普通的星系。銀河系以外的星系稱河外星系。在沒有云層和月光的夜晚，人們可以在天空中看到一銀灰色的光帶。在沒有望遠鏡的年代，人們把這一光帶看成天上的河流。因此，古人把它形象地稱為銀河聚集在銀河中的恒星所構成的天體體系，叫做銀河系銀河系象鐵餅一樣研究人員表示，銀河系是太陽系所在的恒星系統，包括約2000億顆恒星和大量的星團、星云，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。在銀河系里大多數的恒星集中在一個扁球狀的空間范圍內，扁球的形狀好像鐵餅。銀河系是一個旋渦星系，具有旋渦結構，即有一個銀心和兩個旋臂，旋臂相距4500光年。其各部分的旋轉速度和周期，因距銀心的遠近而不同。太陽距銀心約2.3萬光年，以250千米/秒的速度繞銀心運轉，運轉的周期約為2.5億年。銀盤中的物質主要以恒星形式存在，占銀河系總質量不到10%的星際物質，絕大部分也散布在銀盤內?？茖W家最新測定銀河系質量為太陽1萬億倍（2008年5月29日消息）從遠處觀看我們的銀河會是什么模樣呢？由于我們局限在銀河內部，而且不透明的塵埃在可見光波段還阻擋了我們的視線，所以沒有人確實知道銀河系的真正模樣。上圖所繪是一個基于不同形式觀測結果和研究所得出的最佳猜測。銀河系的中心是一個非常明亮的區(qū)域，中間可能還存在一個大型黑洞。銀河系的明年核心是一個成員星相對較老而偏紅色的不對稱棒狀結構。外圍區(qū)域則是旋臂所在的地方，主要由年輕、明亮而藍色的疏散星團、紅色的發(fā)射星云、以及黑暗的塵埃所構成。銀河系的最外圍還有一個沒有被畫出來的巨大暗物質包暈，包含了銀河系的大部分質量。新紅外線圖像顯示銀河系只有2條主要的“臂膀”先前的銀河系有始于銀河系中心的4條主要臂膀5彗星彗星主要是由冰塊、塵埃組成，當它接近太陽時，彗星的冰雪、塵埃體被蒸發(fā)、升華而形成彗頭和彗發(fā)。彗頭的中央有一明亮密集的部分叫彗核，外面包圍著彗頭的云霧狀的物質叫彗發(fā)。當彗星靠近太陽時，彗發(fā)越來越長，越來越亮，被太陽風和光壓推向后方，形成一條或多條光帶，形成彗尾。彗星的質量很小，估計在1012—1019千克之間，最大也不過地球的萬分之一，所以彗發(fā)、彗尾的物質極為稀薄，彗尾比人類制造的高真空還要空。哈雷彗星周期彗星：橢圓軌道非周期彗星：拋物線軌道或雙曲線軌道著名的哈雷彗星是第一顆被確定軌道并預言回歸的彗星。其回歸周期為76年，它最近一次回歸是在1986年，它的下一次回歸要等到2061年前后。6流星、隕星流星是分布在星際空間的細小物體和塵粒，叫做流星體。它們飛入地球大氣層，跟大氣摩擦發(fā)熱、發(fā)光，這種現象叫流星。通常所說的流星指這種短時間發(fā)光的流星體,因為它的速度非?？欤覀円卜Q它為賊星

隕星隕星分為石隕星、鐵隕星、石鐵隕星流星體殘余部到達地面。由硅酸鹽、鐵鎳金屬或大致相等的硅酸鹽和鐵鎳、金屬組成特大的流星體降落時，其前端空氣受壓縮，溫度陡升到幾千度甚至上萬度，分地球大點的分子激烈碰撞而發(fā)光，形成耀眼的火球，稱為火流星。1976年吉林石隕星1770公斤鐵隕星60噸在非洲納米比亞大氣對流星的阻力使流星體本身煉化或氣化二、太陽系太陽太陽系是太陽和以太陽為中心，受它的引力支配而環(huán)繞它運動的天體所構成的系統在太陽系的總質量中，太陽約點99.8%。太陽是太陽系唯一能夠自身發(fā)光的天體。按照同太陽距離的由近而遠的順序，依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。它們的總質量只有太陽的1/750冥王星已經不算是一顆行星八大行星，分為地內行星和地外行星，或類地行星、類木行星類地行星的質量，體積都比較小，平均密度較高，自轉速度慢，化學組成以生物質為主，有固體表面，巖石，金屬等重元素居多，表面溫度高，衛(wèi)星數少；類木行星的質量，體積都比較大，平均密度較小，化學組成以輕物質為主，沒有固體表面，含氦、氖、碳、氧等輕元素，表面溫度低2006年8月24日國際天文學聯合會大會投票決定，放棄將冥王星之外的太陽系八大行星稱為“經典行星”的說法，從而確認太陽系只有8顆行星，冥王星遭到“降級”。位居太陽系九大行星末席70多年的冥王星，自發(fā)現之日起地位就備受爭議。經過天文學界多年的爭論以及本屆國際天文學聯合會大會上數天的爭吵，冥王星終于“慘遭降級”，被驅逐出了行星家族。從此之后，這個游走在太陽系邊緣的天體將只能與其他一些差不多大的“兄弟姐妹”一道被稱為“矮行星”根據國際天文學聯合會大會24日通過的新定義，“行星”指的是圍繞太陽運轉、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、并且能夠清除其軌道附近其他物體的天體。按照新的定義，太陽系行星將包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，它們都是在1900年以前被發(fā)現的。根據新定義，同樣具有足夠質量、呈圓球形，但不能清除其軌道附近其他物體的天體被稱為“矮行星”。冥王星是一顆矮行星。其他圍繞太陽運轉但不符合上述條件的物體被統稱為“太陽系小天體”。

太陽的結構（內部）內部為稠密的氣體處于高溫高壓下，是我的無法看到的；可見的是稀薄的太陽外層氣體。內部：從太陽中心到邊緣可分為核反應區(qū)、輻射區(qū)、對流區(qū)外部：太陽大氣大致可以分為光球、色球、日冕三個層次，各層的物理性質具有顯著差別。太陽的結構（內部）核反應區(qū)

從太陽中心至大約0.25太陽半徑的區(qū)域。體積大約只占總體積的1/64，但集中了太陽質量的一半，太陽能量的99﹪是在這里產生的。核反應區(qū)的溫度高達1.5×107K，壓強高達2.5×1011個大氣壓。在這里高溫、高壓的環(huán)境下，4個氫原子核經過一連串的核反應，變成1個氦原子核。在核聚變反應過程中，釋放出大量的能量。太陽每秒鐘由于核聚變而損耗的質量大約為400萬噸。按照這種消耗速度，太陽在50億年的漫長時間中，只消耗了0.03%的質量

太陽的結構（內部）輻射區(qū)

在核反應區(qū)的外面大約0.25～0.86太陽半徑的區(qū)域。其密度和溫度都很快向外減少，核反應區(qū)產生的能量經此區(qū)以輻射轉移的方式向外傳播。

太陽的結構（內部）對流區(qū)

在輻射區(qū)的上面至太陽表面附近的區(qū)域（也叫對流層）。在這里，密度和溫度進一步向外減少，主要以對流方式向外傳播能量。由于外層氫的電離造成此層內氣體比熱增加，破壞了輻射平衡要求的溫度梯度，從而使物質難以平衡，產生流動，進而發(fā)展為湍流。

太陽的結構（外部）光球層

在太陽大氣的最下層。厚度約500千米，相對于太陽半徑，光球層很薄，有時就被稱為太陽的表面。光球層的底層溫度較高，約為5800K，上層的溫度較低，約為4400K，所有的太陽輻射都是從這一層產生的。光球中布滿米粒組織，存在三五分鐘，溫度比光球高300-400K，它們實際上是對流層里上升的熱氣團沖擊太陽表面形成的。在光球的活動區(qū)，有太陽黑子、光斑等。

太陽的稀薄外層氣體又叫太陽大氣。太陽大氣大致可以分為光球、色球、日冕三個層次，各層的物理性質具有顯著差別：太陽的結構（外部）色球層

光球層外面是色球層，平均厚度約為2500千米。由于光球層太亮了，只有在日全食時，觀測者才能用肉眼看到太陽視圓面周圍的這一層玫瑰色的光輝，平時只能用專門儀器(色球望遠鏡)才能看到。色球層的物質很稀薄，大約只有10-9千克/米3，并且隨高度增加，密度急劇下降。在色球層內，溫度從光球頂部的4600K增加到色球頂部的幾萬度。由于磁場的不穩(wěn)定性，色球層經常產生激烈的耀斑爆發(fā)以及與耀斑共生的日珥等。

太陽的結構（外部）日冕

日冕是太陽大氣的最外層，也是最厚的一層。在日全食時，在色球層之外可以看到廣延的白色微弱光輝，這就是“日冕”，日冕主要由高度電離的離子和高速的自由電子組成。日冕物質以很高的速度向外膨脹，形成所謂的“太陽風”。在地球附近，太陽風的速度約為450千米/秒。日冕的溫度最高可達200萬K，其中氣體的平均密度為每立方米1011個氣體原子，接近真空。日冕的形狀非常不規(guī)則，隨太陽活動的強弱而變，當太陽活動劇烈時，日冕接近于圓形，當太陽活動較弱時，形狀較扁。太陽的結構太陽活動太陽活動是指太陽局部的激烈運動，最明顯的標志是太陽黑子、耀斑以及日冕物質的拋射等，這些現象密切相關，并集中在一定區(qū)域里，常稱這一區(qū)域為太陽活動區(qū)。

太陽黑子在太陽光球層上，經常有一些小黑點，這就是太陽黑子。一般由較暗的核（本影）和圍繞它的較亮部分（半影）組成，這里是光球層較暗、溫度較低（4000—5000K）的強磁場區(qū)域。太陽黑子的大小由1000千米到20萬千米不等，壽命也從幾小時到幾個月，有的長達一年以上。太陽活動的程度，通常用太陽黑子的多少和大小來表示。黑子數目多時表示太陽活動較強，黑子數目少時表示太陽活動較弱。日面上黑子數的年平均值大致作周期性變化，但變化周期不固定，最長的達17年，短的只有7.3年，平均約為11年光斑光斑是與黑子相反的一種光球現象。當用白光觀測日面時，在日面邊緣部分，可以見到大塊微弱的明亮區(qū)域，這就是光斑。光斑是光球上層的活動現象，比光球的溫度高100K，亮度比光球背景亮11％左右。光斑具有各種不同形式的纖維結構。有些光斑和黑子聯系密切，常常相互伴隨。它比黑子先出現，壽命比黑子一般多幾十分鐘到幾小時。耀斑耀斑是太陽活動區(qū)中最劇烈的活動現象。當用太陽單色光儀觀測太陽的色球時，有時會看到一個亮斑點突然出現，幾分鐘或幾秒鐘內面積和亮度增加到極至，然后比較緩慢地減弱，最后消失，這種亮斑點叫做“耀斑”，這種現象常叫“色球爆發(fā)”。耀斑出現的概率與黑子也有很大關系。在黑子數目最多的地方和時期，也是耀斑活動最為強烈的地方和時期。耀斑的壽命很短，平均約4—10分鐘。然而就在這短促的時間內，耀斑爆發(fā)突然釋放的能量可達1025焦耳的量級，相當于100億顆百萬噸級氫彈的威力，它拋射出的粒子流速度可達1000千米/秒，到達地面時，常引起磁暴和極光。耀斑發(fā)出的強紫外輻射和X射線，對地球影響很大。日珥

用色球望遠鏡單色光觀測日面時，常常在其邊緣看到明亮的突出物。它們具有不同的形狀，統稱為日珥。日珥的大小不等，最高可達幾十萬千米，其壽命通常維持幾十天到幾個月，溫度為5000—8000K。日珥主要存在于日冕中，下部常與色球相連。日珥的密度比日冕大100倍，溫度還不到日冕溫度的1/100，所以，通常認為日珥是由色球噴發(fā)出來的物質組成的。太陽黑子帶內的日珥也具有11年的周期變化，但在兩極地區(qū)日珥的周期變化不明顯。太陽活動與地球現在，人們已經發(fā)現太陽活動在以下幾方面對地球有顯著的影響：

電離層突然騷擾太陽活動中的耀斑和黑子對地球的電離層、磁場和極區(qū)有顯著的地球物理效應。使地面的無線電短波通訊受到影響，甚至出現短暫的中斷，這被稱為“電離層突然騷擾”。這些反映幾乎與大耀斑的爆發(fā)同時出現。

“磁暴”現象整個地球是一個大磁場，地球的周圍充滿了磁力線。當耀斑出現時，其附近向外發(fā)射高能粒子，帶電的粒子運動時產生磁場，當它到達地球時，便擾亂原來的磁場，引起地磁的變動，一般產生在耀斑爆發(fā)后20—40小時。發(fā)生磁暴時，磁場強度變化很大，對人類活動特別是與地磁有關的工作會有很大影響。

極光現象地球的極區(qū)，在晚上甚至在白天，常?？梢钥匆娞炜罩虚W耀著淡綠色或紅色、粉紅色的光帶或光弧，叫做極光。這是因為來自太陽活動的帶電高能粒子流到達地球時，在磁場的作用下奔向極區(qū)，使極區(qū)高層大氣分子或原子激發(fā)或電離而產生光。極光通常產生在南北緯60—90度的兩極地區(qū)。

影響地球大氣太陽的遠紫外線和太陽風會影響大氣的密度，大氣密度的變化周期為11年，顯然與太陽活動有關。太陽活動還可能影響到大氣溫度和臭氧層，進而影響到農作物的產量和自然生態(tài)系統的平衡。

由于太陽活動對人類有影響，特別是對航天、無線電通訊、氣象等方面影響顯著，因此，研究太陽活動，特別是太陽耀斑發(fā)生的規(guī)律，并設法進行預報，具有重要的應用價值。三、地球衛(wèi)星月球月球俗稱月亮，也稱太陰。在太陽系中是地球中唯一的天然衛(wèi)星月球和地球的平均距離384401公里。月球與太陽的視半徑相差無幾。月球本身不發(fā)光，因反射太陽光才被我們看到月球的線直徑只有3476.4公里月球表面積大約是地球表面面積的1/14月球質量7.35×1025克，平均密度為3.34克每立方米三、地球衛(wèi)星月球月面上自由落體的重力加速度為1.62米/秒2，為地球表面重力加速度的1/6由于重力很小，在月球上運動，幾乎是跌跤是緩慢的，而爬起來是方便的月球表面有環(huán)形山、山系、海（是寬廣的存在著）月球上幾乎真空，月球上沒有大氣。白晝和夜晚都是突然來臨不能傳抪聲音。四周一片寂靜。月面上也不會有水（水迅速蒸發(fā)）白天下午，月面溫度達127℃，夜間-183℃月面的平均反照率只有7%月球的運動月球繞地球的轉動：月球是對地球和月球的共同質心繞轉，但環(huán)繞質心與環(huán)繞地心的橢圓軌道相差不大，一般可說是月球繞地球運轉。月球繞地球旋轉的軌道是一個橢圓，它在天球上的投影叫做白道月球繞地球的周期，也即月球盈虧的周期，稱為朔望月，為29.5306日月球的運動月球的自轉運動：（1）月球有自轉（2）自轉的方向和它的公轉方向相同（3）自轉周期和公轉周期相等，而都是一個恒星月。因此，月球總以同一面向著地球。所以，地球上看到的月面大體上是相同的半個月面。月相——月球圓缺的各種形狀月、地、日三者的相對位置不斷變化（月球繞地球運動，隨地球一起太陽運動）在地球上的觀測者看到的月球被照亮的部分也在不斷地變化在由新月變成滿月的過程中，月球明暗各半，叫上弦月在由滿月變成新月的過程中，月球明暗各半，叫下弦月朔望月的周期29日12時44分3秒即29.5306日朔望是月球兩次合朔所經的時間恒星月是月球中心連續(xù)兩次由西向東回到同一恒星方向上的時間，長度是27日7時11.4秒，即27.32166日。日食

月亮擋在太陽和地球中間，就是日食。

日食必發(fā)生在朔（農歷初一）月食

月亮躲在地球背后的影子里，就是月食。

月食必發(fā)生在望

(農歷十五或十六)沙羅周期所謂沙羅周期是指223個朔望月，即6,585.3天,合18年零11天（這段時間內若有五個閏年則為18年零10天）。例如1981年7月17日發(fā)生月食,18年零11天以后，即1999年7月28日也要發(fā)生月食。223個朔望月并不是整天數，尚有余數0.3天,也不恰好等于19個交點年，還有0.5天的差，所以，經過一個沙羅周期后,月食時刻大概要遲7～8個小時。潮汐潮汐是由于月球和太陽對地球各處引力所引起的水位、地殼、大氣的周期性升降對于地殼有固體潮，對于海洋有海洋潮，對于大氣有氣潮。其中以海洋潮汐最引人注目海面的上升稱為漲潮，海面的下降稱為落潮。潮汐的平均周期一般為12時25分。海水白天漲落叫做潮，夜間漲落叫做汐，合稱潮汐高潮和低潮的水位差稱潮差。潮差最大時的海面升降稱為大潮，潮差最小時的升降稱為小潮。從大潮到大潮或從小潮到小潮的周期是半朔望月，即14.77日，因每月有兩次大潮和兩次小潮。大潮出現在朔和望，小潮出現在上弦和下弦。潮水類型在一個潮汐周期（約24小時50分鐘）里，各地潮水漲落的次數、時刻、持續(xù)時間也均不相同。潮汐現象盡管很復雜，但大致說來不外三種基本類型。

半日潮型：一個太陰日內出現兩次高潮和兩次低潮，前一次高潮和低潮的潮差與后一次高潮和低潮的潮差大致相同，漲潮過程和落潮過程的時間也幾乎相等（6小時12.5分）。我國渤海、東海、黃海的多數地點為半日潮型，如大沽、青島、廈門等。全日潮型：一個太陰日內只有一次高潮和一次低潮。如南海汕頭、渤海秦皇島等。南海的北部灣是世界上典型的全日潮海區(qū)。

混合潮型：一月內有些日子出現兩次高潮和兩次低潮，但兩次高潮和低潮的潮差相差較大，漲潮過程和落潮過程的時間也不等；而另一些日子則出現一次高潮和一次低潮。我國南海多數地點屬混合潮型。如榆林港，十五天出現全日潮，其余日子為不規(guī)則的半日潮，潮差較大。月球引力和地球離心力是兩種對立的力，兩者結合起來產生的合力（矢量和），就是月球使海水發(fā)生潮汐現象的力量，稱為“月球引潮力”。太陽的引潮力和月球的引潮力之比為1:2.18，它所引起的潮汐現象雖不易被單獨觀測到，但卻影響著月潮的大小。實際上地球表面并不是全部被海洋覆蓋著，海序阻礙潮汐的傳播，海底和港灣的地形復雜，海水有粘滯性，種種因素使?jié)q潮的高度，時刻持續(xù)時間非常復雜，各處不同。因此每日高潮到來并不和月球中天同時，要遲1小時至數小時，每月大潮并不正好發(fā)生在朔和望，總要落后二、三天。錢塘江；江口喇叭狀地球大氣的潮汐，不如海洋潮汐，但引潮力造成地球氣壓場和大氣環(huán)流的擾動，有觀測事實證實。日月引潮力對氣候的影響已被肯定，有人認為引潮力可作為氣候的第四類自然因子，近年，也有人用引潮力因子進行定量預報臺風暴雨中心強度的探索。人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星是人們用火箭發(fā)射到宇宙空間，按照預定的軌道環(huán)繞地球公轉的人造天體第一宇宙速度是7.8千米/秒,可以繞地球軌道飛行.第二宇宙速度是11.2千米/秒,可以沖出地球.第三宇宙速度是16.7千米/秒,可以飛出太陽系.人造地球衛(wèi)星嫦蛾一號首先以大于第一宇宙速度,小于第二宇宙速度(約7.9千米/秒)速度飛離地球.繞地球數周,速度幾經調整,奔向月球,到達近月球處,放慢速度,使月球捕獲到嫦蛾一號,使之繞月球飛行.要使月球探測衛(wèi)星進入月球軌道，其速度應該達到多少呢？實際上介于第一、第二宇宙速度之間，只要使初始速度大于10.6公里/秒，月球探測衛(wèi)星就可以飛向月球。這是由于月球本身處在地球引力范圍內，當月球探測衛(wèi)星奔月飛行的軌道在離月球6.6萬千米之外時，衛(wèi)星主要受地球引力作用，衛(wèi)星的軌道是相對于地球的橢圓型軌道；在離月球6.6萬千米之內以后，衛(wèi)星主要受月球引力作用，是相對于月球的雙曲線軌道這個速度最為關鍵,如速度過快,我們的嫦蛾將會與月球失之交臂,消失在茫茫宇宙中;如速度過慢,便會擊中月球.嫦娥一號衛(wèi)星四、地理和地理坐標地球不停地繞自轉軸自西向東地旋轉，自轉軸同地球表面相交于兩點。這兩點稱為地極，即北極，南極平分自轉軸的中心稱作地心。通過地心作的垂直于自轉軸的大圓，稱赤道。赤道將地球分為北半球和南半球。四、地理和地理坐標凡與赤道平等的圓圈，稱為緯度圓或和為緯線一切通過地軸的平面同地面相割而成的圓圈稱作地理經圈或子午圈。所有地理經圈都相交于地球兩極，且被兩極點將其分成兩個180°的半圓弦。這樣的半圓弧稱為經線或子午線。四、地理和地理坐標1884年，有關國際會議通過：通過倫敦格林威治天文臺的地理子午線稱本初子午線以地球的北極、南極、赤道和本初子午線等作為基本要素，即可構成地球橢球面的地理坐標系統四、地理和地理坐標球面坐標得出地面坐標稱為地理坐標，地面任一點可用地理經度和地理緯度確定記：地理經度的量度是本初子午線向東或向西量度。分別稱為東經和西經。如北京的地理經度是東經116°20′赤道向北計量稱為北緯。赤道向南計量稱南緯。南京位于赤道以北32°03′書寫地理坐標的方法、規(guī)定緯度在前，經度在后。如北京：39°57′N,116°19′E，武昌：30°38′N,114°17′E五、天球和天球坐標(1)天球（CelestialSphere

）：為研究天體的位置和運動而引進的一個假想的圓球，稱為天球。宇宙空間中的各個天體同地球上的觀測者的距離都不相同，由于天體和觀測者間的距離與觀測者隨地球在空間中移動的距離相比要大的多，所以看上去天體似乎都離我們一樣遠,仿佛散布在以觀測者為中心的一個圓球的球面上，我們所看到的是天體在這個巨大的圓球的球面上的投影位置，這個圓球就稱為天球。(2)北天極和南天極（northandsouthcelestialpole)

地球自轉軸向北和向南的延長線分別與天球的交點。五、天球和天球坐標(3)天頂和天底觀測者處的天文垂線向上和向下的延長線分別與天球的交點。(4)天赤道（celestialequator）地球赤道平面向外延伸與天球相交所確定的大圓。(5)時角h：沿天赤道從子午圈的垂足向西測量到通過天體的時圈的垂足的角度，即在天赤道上，觀測站與天體的時差。(6)地平（horizontal）在觀測者的位置上，垂直于觀測點天文垂線的平面與天球相交的大圓。(7)子午圈（meridian）垂直于地平面并通過天頂及北天極的大圓2.地平坐標系（HorizontalCoordinate

）

地平坐標系是以天文地平為參考圈，以北點為基本點的天球坐標系。天體在天球上的位置以天頂角Z和方位角來描述。其中方位角是以北點為起點沿順時針方向計量的。O天體北天極天頂北西東南天底天子午圈天文地平

赤道坐標系是以天赤道為參考圈，以春分點為基本點的天球坐標系。

赤緯：沿通過天體S的時圈測出的從天赤道到天體的角度；

>0：自天赤道向北

<0：自天赤道向南赤經：沿天赤道測出的從春分點向東到通過天體的時圈的垂足的角度；3.赤道坐標系（EquatorialCoordinate

）時角坐標系太陽高度h太陽高度是決定地球表面獲得太陽熱能數量的一個很重要因素，是地形上的四季和五帶形成的因素之一，在大氣科學上討論和求算太陽輻射量時是必須考慮的重要因素。當時當地的太陽高度，由三個因素決定：太陽緯所在地的緯度，太陽時角t，邊的余弦定律根據球面三角形和余弦定律，可得到關于太陽高度h的球面三角公式太陽高度h為地理緯度，北緯為0°至+90°

，南緯為-90°至0°為太陽赤緯，春分日，3月21日，為0°

夏至日，6月22日，為23°27′

秋分日，9月23日，為0°

冬至日，12月22日，為-23°27′為時角，正午為0°，上午為正，早6時為90°，下午為負，晚6時為-90°六、地球的自轉及其影響地球不停地繞著自轉軸作旋轉運動，稱為地球的自轉運動。地球的旋轉稱自轉，自轉有一定的軸心，自轉方向在北半球看是逆時針方向。太陽之所以從東方升起，是因為地球是向東自轉。恒星日如果把地球中心和一個遙遠的恒星連一直線，那么，在地球自轉一周的過程中，這直線要先后同地球上每一經線相割。這直線與某給定經線兩次相割的一段時間，稱做恒星日。只有恒星日是地球自轉的真正周期。一般生產和生活上，用24時0分表示太陽日，這時，恒星日為23時56分，太陽日為24時日常生活中，一天24小時。

地球自轉的速度自轉的平均角速度為7.292×10-5弧度／秒赤道海面上的自轉線速度為465米/秒緯度的地點，自轉線速度為465cos米/秒自轉線速度還有高度變化，高度越大，線速度越大地球自轉速度的變化20世紀初以后，天文學的一項重要發(fā)現是，確認地球自轉速度是不均勻的。人們已經發(fā)現的地球自轉速度有以下3種變化：①長期減慢。這種變化使日的長度在一個世紀內大約增長1～2毫秒，使以地球自轉周期為基準所計量的時間，2000萬年來累計慢了2個多小時。引起地球自轉長期減慢的原因主要是潮汐摩擦。科學家發(fā)現在三億七千萬年以前的泥盆紀中期地球上大約一年400天左右。②周期性變化。20世紀50年代從天文測時的分析發(fā)現，地球自轉速度有季節(jié)性的周期變化，春天變慢，秋天變快，此外還有半年周期的變化。周年變化的振幅約為20～25毫秒，主要是由地球上水和大氣的的季節(jié)性遷移引起的。③不規(guī)則變化。地球自轉還存在著時快時慢的不規(guī)則變化。其原因可能是由于地幔與地核之間的角動量變換，或海平面和冰川的變化引起的，或由于風的作用引起。

極移地球瞬時自轉軸在地球本體內的運動，叫做極移。極移不超過17米。極移研究與氣象學、海洋學、地球物理學、地質學等學科有密切關系。極移有近于十四個月的周期，周年周期和一個月、半個月、及一天的周期。極移在海洋和大氣里的響應十分明顯。極移直接對大氣壓力場產生影響，又通過海洋的影響來影響大氣，進而影響天氣氣候，目前有利用極移規(guī)律去探索預報長期，超長期天氣的。歲差地軸的長期運動稱為歲差

歲差就是地軸繞著一條通過地球中心而又垂直于黃道面的軸線的緩慢圓錐運動，繞行一周約需26000年，圓錐面的半徑約為23.5°。這種由太陽和月球引起的地軸的長期運動稱為日月歲差。章動地球自轉軸的空間指向除長期的緩慢移動（歲差）外，還疊加上各種周期的幅度較小的振動，這稱為章動。其中最主要的一個周期為18.6年。天極在一個運動著的平均位置附近作短周期的微小擺動，稱為章動。月球軌道面（白道面）位置的變化是引起章動的主要原因。章動目前天文學家已經分析得到章動周期共有263項之多，其中章動的主周期項，即18.6年章動項是振幅最大的項，它主要是由于白道的運動引起白道的升交點沿黃道向西運動，約18.6年繞行一周所致。因而，月球對地球的引力作用也有相同周期變化，在天球上它表現為天極在繞黃極作歲差運動的同時，還圍繞其平均位置作周期為18.6年的運動。同樣，太陽對地球的引力作用也具有周期性變化，并引起相應周期的章動。此外，由于日、月引力和大氣，海洋的作用，以及地球內部物質分布不均勻和地球形狀的不規(guī)則，引起地球瞬時自轉軸在地球本體內的運動稱自由章動。地轉偏向力亦稱科氏力(科里奧利力)，因為地球自轉而產生的以地球經緯網為參照系的力。假設有一顆炮彈從北極點發(fā)射出去，如果地球不會自轉，那麼炮彈的飛行軌跡，從空中鳥瞰，應該是一直線。但是，事實上地球會自轉，因此，隨著地球的自轉，炮彈在空中飛行的軌跡，如果站在北極點看過去，是不斷偏右的。這就是科氏力的原理。地轉偏向力地球上水平運動的物體，無論朝著哪個方向運動，都發(fā)生偏向，在北半球向右偏，在南半球向左偏。這些現象都是地球自轉的結果，也是地球自轉的有力證據。由于地球的自轉，大氣中的氣流、大洋中的洋流都產生偏向地轉偏向力非赤道地區(qū)對于地面擁有水平運動方向速度分量的物體方向垂直于物體速度的水平分量方向北半球向右南半球向左

大小

f=2mvωsinφ

m為物體質量

f為地轉偏向力的大小

v為物體的水平運動速度分量

ω為地球自轉的角速度

sin是正弦函數

φ為物體所處的緯度在北半球向右偏，在南半球向左偏赤道七、地球的公轉地球繞太陽的運動稱為地球的公轉公轉的方面是自西向東的回轉方向，與自轉方向相同公轉的軌道是橢圓地球軌道的半長軸是149597870公里1月3日經過近日點約147100000公里7月3日經過遠日點約152100000公里七、地球的公轉七、地球的公轉公轉周期為一年恒星年為365.256354平太陽日回歸年為365.242198平太陽日回歸年與恒星年相差20分35秒公轉線速度為每秒29.79公里七、地球的公轉地球在其公轉軌道上的每一點都在相同的平面上，這個平面就是地球軌道面。

地球軌道面擴大與天球相交的大圈稱為黃道，地球軌道面在天球上表現為黃道面地球的自轉和公轉是同時進行的，在天球上，自轉表現為天軸和天赤道，公轉表現為黃軸和黃道。七、地球的公轉天赤道在一個平面上，黃道在另外一個平面上，這兩個同心的大圓所在的平面構成一個23°26′的夾角，這個夾角叫做黃赤交角。黃道與天赤道的兩個交點為春分點與秋分點。八、季節(jié)與晝夜如果地球沒有自轉而僅有公轉，那么地球上也會有晝夜交替現象，只是周期很長等于它的公轉周期；如果地球自轉的周期等于它的公轉周期，那么，地球將永以一面向著太陽而不會有晝夜交替現象。(月球繞地球轉)因此，地球上晝夜更替現象是地球自轉和公轉的聯合結果。地球一面不停地繞地軸自轉，一面環(huán)繞太陽公轉，在地球上產生晝夜交替、季節(jié)更遞和自然地帶性差異現象。八、季節(jié)與晝夜

（1）正午太陽高度為地理緯度，北緯為0°至+90°

，南緯為-90°至0°為太陽赤緯，春分日，3月21日，為0°

夏至日，6月22日，為23°26′

秋分日，9月23日，為0°

冬至日，12月22日，為-23°26′為時角，正午為0°，上午為正，早6時為90°，下午為負，晚6時為-90°太陽高度h八、季節(jié)與晝夜

（1）正午太陽高度太陽高度角公式正午，時角t為0，以H表示正午的太陽高度角，則也即也就是八、季節(jié)與晝夜

（2）日出與日沒日出或日沒時，太陽高度角h為零：為日出時角，日出時刻為為日沒時角，日沒時刻為為晝長為夜長以度為單位這時以小時為單位八、季節(jié)與晝夜

（2）日出與日沒北半球（）從春分到秋分期間（）為負，，日出時刻在早上6時以前北半球（）從秋分到春分期間（）為正，，日出時刻在早上6時以后春分日和秋分日舉例：計算廣州在1月15日的正午太陽高度和晝長

正午太陽高度即5時22分晝長2t0為10小時44分日出時刻：12-t0=12時-5時22分=6時38分日沒時刻：12+t0=12時+5時22分=17時22分（3）季節(jié)與五帶季節(jié)形成的天文原因：地球繞日公轉和地軸與黃道面成66°34′的傾角，同時地軸傾斜方向在空間始終不變（3）季節(jié)與五帶天文季節(jié)中國古代多以立春、立夏、立秋、立冬為四季的開始在北半球的溫帶地區(qū)，一般3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季，12月至次年2月為冬季氣候季節(jié)中國的氣候季節(jié)最早是由張寶汗(1934)研究的。他在《中國四季之分配》一文中，提出以候（五天）平均氣溫低于10℃為冬季，高于22℃為夏季，10～22℃之間為春秋過渡季，并劃出各地四季的長短。印度的四季當地氣象臺卻是這樣劃分的：干冷季（12月至次年2月）干熱季（3月至5月）西南雨季（6月至9月）東北雨季（10月至11月）。（3）季節(jié)與五帶南北回歸線極晝極夜地球天文五帶劃分的依據是有無太陽直射，有無極晝、極夜現象。五帶：熱帶、北溫帶、北寒帶、南溫帶、南寒帶。有太陽直射的地區(qū)屬熱帶，有極晝夜現象的地區(qū)屬于寒帶，溫帶即無太陽直射，也無極晝夜現象。（3）季節(jié)與五帶（3）季節(jié)與五帶九、時間原子時以物質的原子內部發(fā)射的電磁振蕩頻率為基準的時間計量系統。原子時的初始歷元規(guī)定為1958年1月1日世界時0時，秒長定義為銫-133原子基態(tài)的兩個超精細能級間在零磁場下躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時間。九、時間太陽日：地球同一經線相臨兩次面向太陽所用的時間，為24小時對于地面上不同地理經圈的地方，它們的子午圈是不同的，時間也就不同。因此，以地方子午圈為基準所決定的時間，叫做地方時。在同一計量系統內，同一瞬間測得地球上任意兩點的地方時刻之差，在數值上等于著兩點的地理經度差。九、時間區(qū)時，一種按全球統一的時區(qū)系統計量的時間。將全世界經度每相隔15度劃一個區(qū)域，這樣一共有24個區(qū)域。在每個區(qū)域內都采用統一的時間標準，稱為“區(qū)時’。而相鄰區(qū)域的區(qū)時則相差1個小時。時區(qū)的計算方法：由此地的經度除以15，余數大于或等于7.5，商加一，在東經即為東幾區(qū)，在西經即