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(dòng)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(gè)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(dòng)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。空氣中氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)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(gè)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(gè)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(shí)間變化

1.降水強(qiáng)度：單位時(shí)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(dòng)和天氣系統(tǒng)一、大氣的水平運(yùn)動(dòng)

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(dòng)而使在地球上運(yùn)動(dòng)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(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的由運(yùn)動(dòng)軌跡的曲率中心沿曲率半徑向外作用的力。與空氣運(yùn)動(dòng)方向垂直。

C=ν2/r

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

地轉(zhuǎn)風(fēng)：自由大氣中空氣作等速、直線的水平運(yùn)動(dòng)。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(shí)的一種定常運(yùn)動(dòng)。②梯度風(fēng)：自由大氣中空氣作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力相平衡時(shí)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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(gè)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(shí)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(shí)比暖鋒更長。3.鋒面天氣—錮囚鋒天氣由于錮囚鋒是由兩個(gè)移動(dòng)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(dòng)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(shí)短。移動(dòng)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(shí)針，南半球?yàn)榉磿r(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)期氣候變化

歷史時(shí)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