自然地理學(xué)課件

自然地理學(xué)

第一章地球

第一節(jié)地球在宇宙中的位置第二節(jié)地球的形狀和大小第三節(jié)地球的運(yùn)動(dòng)第四節(jié)地理坐標(biāo)第五節(jié)地球的圈層結(jié)構(gòu)第六節(jié)地球表面的基本形態(tài)和特征第一節(jié)地球在宇宙中的位置一宇宙和天體宇宙中的天體可分為：恒星行星衛(wèi)星流星彗星星云等光年：光在一年中傳播的距離獵戶星云獵

戶

星

云二太陽和太陽系太陽系包括9大行星，50個(gè)衛(wèi)星和至少50萬個(gè)小行星，還有少數(shù)彗星。（一）彗星彗星是在萬有引力作用下繞太陽運(yùn)動(dòng)的一類質(zhì)量很小的天體。彗星大多由慧核，慧發(fā)，慧云和慧尾組成。太陽系太

陽

系太

陽

家

族地

球

火

星土

星彗星的結(jié)構(gòu)彗星（二）小行星（三）月球月球是地球的唯一衛(wèi)星，半徑1738.2Km，相當(dāng)于地球半徑的27.28%；質(zhì)量為7.35×1022t,相當(dāng)于地球質(zhì)量的1.23%；平均密度為3.24g/cm3,只有地球密度的0.6。月球沿著一個(gè)橢圓形的軌道圍繞地球自西向東運(yùn)動(dòng)。月球?qū)Φ乩憝h(huán)境最重要的影響在于使地球形成潮汐，尤其使海洋潮汐。

潮

汐

示

意

圖潮

汐

發(fā)

電三地球在天體中的位置地球并不是孤立地存在于宇宙之中的，它與其它天體或者宇宙空間之間通過能量和物質(zhì)交換保持著密切的聯(lián)系并相互影響。

從

衛(wèi)

星

上

看

地

球第二節(jié)地球的形狀和大小一地球的形狀及其地理意義

1.通常所說的地球形狀就是大地水準(zhǔn)面的形狀。大地水準(zhǔn)面：大地測量中所謂的地球形狀，是指一種以平均海平面表示的平滑封閉曲面，即大地水準(zhǔn)面。2.赤道的地球直徑比通過兩極的直徑長42.5Km。地球的扁率：地球兩極扁平的程度。a=b-c/bb:地球赤道半徑c：地球兩極半徑

地球橢球體地球的半長軸與半短軸地球的形狀地

球北

極

俯

瞰

圖

3.地球的形狀的地理意義（1）日地平均距離為14960×104km，這樣，就可以將投射到地面的太陽光線視為平行光線。當(dāng)平行光線射到地球表面時(shí)，不同緯度地區(qū)的正午太陽高度角將各不相同。（2）造成地球上熱量的帶狀分布和與地表熱狀況相關(guān)的自然現(xiàn)象的地帶性分布。

二地球的大小及其地理意義（一）地球的大小地球赤道半徑約為6378140m，極半徑約為6356755m，總面積5.1×108km2，總體積約為10820×108km3，總質(zhì)量為5.98×1027g。（二）地球大小的重要意義1.地球的巨大質(zhì)量，使它能夠吸著周圍的氣體，保持一個(gè)具有一定質(zhì)量和厚度的大氣圈。2.沒有現(xiàn)在這樣的大氣圈，就沒有海洋和河湖，沒有風(fēng)，沒有生物。第三節(jié)地球的運(yùn)動(dòng)一地球的自轉(zhuǎn)（一）基本概念1.恒星日：以春分點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，春分點(diǎn)連續(xù)兩次通過同一子午面的時(shí)間。2.太陽日：以太陽為標(biāo)準(zhǔn)，地球上同一點(diǎn)連續(xù)兩次通過地心與日心連線所需時(shí)間。一個(gè)太陽日比一個(gè)恒星日長3分55.909秒。（二）地球自轉(zhuǎn)的重要意義1.地球自轉(zhuǎn)決定晝夜更替，并使地表各種過程具有晝夜節(jié)奏。

2.地球自轉(zhuǎn)使所有在北半球作水平運(yùn)動(dòng)的物體都發(fā)生向右偏轉(zhuǎn)，在南半球則向左偏?？评飱W利力：地球自轉(zhuǎn)情況下運(yùn)動(dòng)物體的偏轉(zhuǎn)力。D＝2vwsinAv為運(yùn)動(dòng)物體的速度；w為地球自轉(zhuǎn)角速度；A為運(yùn)動(dòng)物體所在緯度。3.地球自轉(zhuǎn)造成同一時(shí)刻，不同經(jīng)線上具有不同的地方時(shí)間。4.月球和太陽的引力使地球體發(fā)生彈性變形，在洋面上則表現(xiàn)為潮汐。5.地球的整體自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同它的局部運(yùn)動(dòng)，例如地殼運(yùn)動(dòng)，海水運(yùn)動(dòng)，大氣運(yùn)動(dòng)等都有密切關(guān)系。

二地球的公轉(zhuǎn)1.恒星年和回歸年：地球連續(xù)兩次通過太陽和另一恒星連線與地球軌道的交點(diǎn)所需時(shí)間365天6時(shí)9分9.5秒，稱為一個(gè)恒星年。而連續(xù)兩次通過春分點(diǎn)的平均時(shí)間為365天5時(shí)48分46秒，則稱為一個(gè)回歸年。2.近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)：大致1月3日，地球最接近太陽，此位置稱近日點(diǎn)；大致7月4日，地球最遠(yuǎn)離太陽，此位置稱遠(yuǎn)日點(diǎn)。3.地球，月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)方向,如下圖所示：地球，月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)方向

地球公轉(zhuǎn)軌道

4.黃赤交角：太陽視運(yùn)動(dòng)的路線叫做黃道，黃道所在的黃道面和地球軌道面是重合的。黃道面與赤道面的交角即為黃赤交角，為23o27`。赤道和黃道面的兩個(gè)交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。地軸的傾斜方向固定不變，因此，太陽光只能直射地球上南緯23o27`和北緯23o27`之間的地方。地球繞太陽公轉(zhuǎn)的結(jié)果，使太陽光線直射范圍在23o27`N和23o27`S之間作周期性變動(dòng)，從而形成了四季的更替。5.太陽高度角：太陽光線與地平面間的夾角。如下圖所示地軸的傾斜陽光與地軸冬至與夏至三歲差，章動(dòng)和極移1.歲差：當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)軸旋進(jìn)時(shí)，春分點(diǎn)西移，故地球自轉(zhuǎn)不到一周即可兩次經(jīng)過春分點(diǎn)，這就是歲差。如下圖所示－－地軸的旋進(jìn)

2.章動(dòng)：月球，太陽與地球的相對(duì)位置是不斷變動(dòng)的，因而引力方向也不斷變化。太陽每年兩次，月球則每月兩次通過地球赤道面，這就在地軸旋進(jìn)的平均位置上附加了一個(gè)短周期擺動(dòng)，使地球自轉(zhuǎn)軸在空間掃過的軌跡成為荷葉邊形的錐面，而非一般的圓錐面。附加在圓上的這種短周期擺動(dòng)叫做章動(dòng)。3.極移：由于地球質(zhì)量分布不均，真正的極點(diǎn)位置經(jīng)常發(fā)生變化，自轉(zhuǎn)軸又將圍繞新極點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象就是極移。極移實(shí)際上就是地球的自由章動(dòng)。

第四節(jié)

地理坐標(biāo)一

緯線與緯度

緯線：所有與地軸垂直的面和地表相交而成的圓，就是緯線。所有緯線都相互平行，赤道是最大的緯圈。

緯度：一地的緯度就是該地鉛垂線對(duì)赤道面的夾角。二

經(jīng)線與經(jīng)度

經(jīng)線圈：所有經(jīng)過地軸的平面，和地球表面相交而成的圓，就是經(jīng)線圈。每個(gè)經(jīng)線圈都包含兩條相差180o的經(jīng)線，一條經(jīng)線則只是一個(gè)半圓弧。

第五節(jié)

地球的圈層構(gòu)造一

地球的圈層分化二地球的內(nèi)部構(gòu)造根據(jù)對(duì)地震波在地下不同深度傳播速度的差異變化，地球固體表面以內(nèi)的構(gòu)造可以分為三層：地殼，地幔和地核。（一）地殼地殼是知地表至莫霍洛維奇面之間厚度極不一致的巖石圈的一部分。大陸地殼的平均厚度為35km，但各地的差異較大。大陸地殼由外向內(nèi)依次為：風(fēng)化殼，沉積巖層，硅鋁層和硅鎂層。地殼體積是地球總體積的1％，質(zhì)量的0.4％

（二）莫霍面以下，深度為35～2900km的圈層，就是地幔。地幔分上下兩層。上地幔深35～1000km，主要由橄欖巖質(zhì)的超基性巖石構(gòu)成，巖漿侵入，火山噴發(fā)，地震，板塊構(gòu)造等一系列影響地球表層地理環(huán)境的過程都由此發(fā)生。下地幔深1000～2900km，其下界為古登堡面。

（三）地核：2900km以下至地心為地核。

地

球

內(nèi)

部

圈

層

結(jié)

構(gòu)

三地球的外部構(gòu)造地球的外部構(gòu)造包括大氣圈，水圈和生物圈三個(gè)圈層。（一）大氣圈（二）水圈（三）生物圈：是指地球生物及其分布范圍所構(gòu)成的一個(gè)及其特殊又及其重要的圈層。在地理環(huán)境中，生物圈并不獨(dú)占任何空間，而是分別滲透于水圈，大氣圈下層和地殼即巖石圈表層。上述地球構(gòu)造中的同心圈層，在分布上有一個(gè)顯著的特點(diǎn)：在高空和地球內(nèi)部，它們基本上是上下平行分布的，但在地球表面附近，各圈層卻是相互滲透相互重疊的。第六節(jié)

地球表面的基本形態(tài)和特征一

海陸分布

在5.1×108km2的地表面積中，海洋面積3.6×108km2，約占71％；

陸地面積1.49×108km2，約占29％。

從

天

空

看

海

陸世

界

海

陸

分

布

及

各

大

洲各大陸面積及其占全球陸地面積和全球面積的百分比海

陸

隨

緯

度

分

布

示

意

圖大

陸

星二

海陸起伏曲線

三島嶼同樣被海洋所環(huán)繞，但面積比大陸小的小塊陸地，稱為島嶼。海洋中的島嶼可分為：

1.大陸島：位于大陸附近并在地質(zhì)構(gòu)造上與相鄰大陸有密切聯(lián)系。例如馬達(dá)加斯加島，我國的臺(tái)灣島，海南島等。

2.海洋島：面積比大陸島小，與大陸在地質(zhì)構(gòu)造上沒有直接聯(lián)系，也不是大陸的一部分。按其成因可分為火山島和珊瑚島兩類。四地球表面的基本特征

1.太陽輻射集中分布于地表，太陽能的轉(zhuǎn)化亦主要在地表進(jìn)行。

2.固態(tài)，液態(tài)，氣態(tài)物質(zhì)同時(shí)并存于地表，使海洋表面成為液－氣界面，海底成為液－固界面，陸地表面成為氣－固界面，而沿岸地帶成為三相界面。

3.地球表面具有其特有的，由其本身發(fā)展形成的物質(zhì)和現(xiàn)象，如生物，風(fēng)化殼，土壤層等。

4.相互滲透的地表各圈層之間，進(jìn)行著復(fù)雜的物質(zhì)，能量交換和循環(huán)，如水循環(huán)，地質(zhì)循環(huán)等，并且在交換和循環(huán)中伴隨著信息的傳輸。

5.地球表面存在著復(fù)雜的內(nèi)部分異。

6.地球表面是人類社會(huì)發(fā)生，發(fā)展的環(huán)境，盡管隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類已有可能潛入深?；蛏仙劣钪婵臻g，但地表仍然是人類活動(dòng)的基本場所。（第一章完）第二章地殼第一節(jié)地殼的組成物質(zhì)第二節(jié)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)構(gòu)造第三節(jié)大地構(gòu)造學(xué)說第四節(jié)火山與地震第五節(jié)地殼的演變第一節(jié)地殼的組成物質(zhì)化學(xué)成分與礦物巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖

（一）化學(xué)成分

在108種已知化學(xué)元素中，自然界存在92種，并有300余種同位素1924年克拉克據(jù)來自世界各地的5195個(gè)巖石樣

首次測定了16km厚度內(nèi)地殼中63種化學(xué)元素的平均重量百分比（即元素豐度）所獲數(shù)值后來被命名為克拉克值。

地殼中主要元素的克拉克值

（二）

礦物礦物是單個(gè)元素或若干元素在一定地質(zhì)條件下形成的具有特定理化性質(zhì)的化合物，是構(gòu)成巖石的基本單元。礦物的形態(tài)

：

氣態(tài)：

天燃?xì)?/p>

液態(tài)

：

石油，汞

大部分礦物呈固態(tài)（三）主要造巖礦物與常見礦物主要造巖礦物：

包括

石英

、

鉀長石、

斜長石

、

云母

、角閃石、

輝石和橄欖石石英

（SiO2):發(fā)育單晶并形成晶簇，或?yàn)橹旅軌K狀

粒狀集合體

無節(jié)理

晶面具玻璃光澤。

石英

白云母

K2[ALSi3O10](OH,F)2單晶體為短柱狀或板狀、

集合體為鱗片狀，具平行片狀極完全解理

、薄片無色透明

珍珠光澤。

黑云母

K(Mg,Fe)3[AlSiO3](OH,F)2

特點(diǎn)與白云母相近，惟顏色隨含鐵量增加而變暗，多呈褐棕色或黑色。

白云母黑云母長石正長石微斜長石斜長石輝石橄欖石玄武角閃石二巖漿巖造巖礦物按一定結(jié)構(gòu)集合而成的地質(zhì)體稱為巖石，依據(jù)其成因可分為巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖三大類。巖漿石來自上地幔熔融狀物質(zhì)，主要成分為硅酸鹽金屬硫化物氧化物和部分揮發(fā)物。（一）巖漿巖的礦物組成依據(jù)礦物組成的差別，巖漿巖可分為四類1超基性巖二氧化硅含量小于45％，多鐵鎂而少鉀鈉，主要礦物為橄欖石和輝石，代表巖石為橄欖石。2基性巖二氧化硅含量為45％～52％，主要礦物為輝石鈣斜長石，亦有少量橄欖石和角閃石，代表性巖石為輝長石玄武巖。

3中性巖二氧化硅含量52％～65％主要礦物為角閃石和長石，兼有少量石英輝石黑云母，代表性巖石為閃長石安山巖正長石與粗面巖。

4酸性巖二氧化硅含量65％以上，多鉀鈉而少鐵鎂，主要礦物為長石石英和云母，代表性巖石為花崗巖與流紋巖。（二）巖漿巖的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造巖漿巖的形成過程（三）

巖漿巖的主要類型

侵入巖體與噴出巖體產(chǎn)狀示意圖

三

沉積巖沉積巖是由成層堆積于陸地或海洋中的碎屑

膠體和有機(jī)物質(zhì)等疏松沉積固結(jié)而成的巖石。

(一)沉積巖的基本特性

沉積巖具有層理，

富含

次生有機(jī)

質(zhì)，并有生物化石。

沉積巖具有碎屑結(jié)構(gòu)與非碎屑結(jié)構(gòu)之分。通常情況下沉積巖由巖石碎屑礦物碎屑火山碎屑及生物碎屑等構(gòu)成，其中包括礫（粒徑>2mm）砂（粒徑2～0.05mm）粉砂（粒徑0.05～0.005mm）和泥（粒徑<0.005mm.)等不同粒徑的物質(zhì)。沉積巖層面呈波狀起伏，或殘留波痕雨痕干裂槽模溝模等印模，或?qū)觾?nèi)出現(xiàn)鋸齒狀縫合線或結(jié)核，均屬沉積巖的原生構(gòu)造特征。

（二）沉積巖的主要類型：1碎屑巖類主要指母巖風(fēng)化碎屑經(jīng)搬運(yùn)再堆積后經(jīng)膠結(jié)而成的巖石，包括

a：礫巖與角礫巖具粒狀結(jié)構(gòu)。礫巖經(jīng)長途搬運(yùn)礫石圓度為圓形或次圓形；角礫巖未經(jīng)搬運(yùn)或搬運(yùn)很短，礫石圓度為次棱或棱形。

b：砂巖。具砂狀結(jié)構(gòu)。顏色多，按砂礫礫徑可分為粗砂巖（2～0.5mm）中粒砂巖（0.5～0.25mm）細(xì)砂巖（0.25～0.05mm）。2粘土巖類具泥狀結(jié)構(gòu)，由粘土礦物及其它細(xì)粒物質(zhì)組成，硬度低。固結(jié)好而無層理的為泥巖，固結(jié)較好并有良好層理的為頁巖，固結(jié)差的為粘土。

3生物化學(xué)巖類多由化學(xué)和生物化學(xué)形成物組成并主要見于海相或湖相沉積物，具顯晶或隱晶結(jié)構(gòu)、鮞狀或豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)、生物結(jié)構(gòu)，成分單一而種類繁多，且常見為單礦巖，如鋁質(zhì)巖、鐵質(zhì)巖、錳質(zhì)巖、硅制巖、巖鹽。

四

變質(zhì)巖（一

）

變質(zhì)作用與變質(zhì)巖

固態(tài)原巖因溫度、壓力及化學(xué)活動(dòng)性流體的作用而導(dǎo)致礦物成分、化學(xué)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造結(jié)構(gòu)的變化，統(tǒng)稱變質(zhì)作用，其形成的巖石即為變質(zhì)巖。變質(zhì)作用基本上是在固態(tài)巖石中進(jìn)行的，因而本質(zhì)上有別于

巖漿作用。變質(zhì)巖既繼承了原巖的些特點(diǎn)，

也具有自己的特點(diǎn)，如含有變質(zhì)礦物。具有變成構(gòu)造與變余構(gòu)造。（二）變質(zhì)作用類型與常見變質(zhì)巖1·

動(dòng)力變質(zhì)作用構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的定向壓力使原巖碎裂、變形及一定程度的重結(jié)晶，稱為動(dòng)力變質(zhì)，主要發(fā)生于斷裂帶2·

接觸熱變質(zhì)作用發(fā)生于侵入體與圍巖接觸帶，圍巖受熱后礦物發(fā)生重結(jié)晶、脫水、脫碳形成變晶結(jié)構(gòu)與新礦物。

3·

接觸交代變質(zhì)作用也發(fā)生在侵入體于圍巖接觸帶，其實(shí)質(zhì)是高溫下巖漿分泌的揮發(fā)性物質(zhì)與熱液通過與圍巖的交代作用使后者化學(xué)成分發(fā)生變化，形成新礦物。4·

區(qū)域變質(zhì)作用區(qū)域性構(gòu)造導(dǎo)致的深廣范圍的變質(zhì)作用，代表巖石有板巖、千枚巖、片巖、片麻巖5·

混合巖化作用或超變質(zhì)作用是區(qū)域變質(zhì)與巖漿作用間的一種過渡性地質(zhì)作用。第二節(jié)

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)構(gòu)造一

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)與基本方式

二

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與巖相、建造和地層接觸關(guān)系

三

地質(zhì)構(gòu)造一

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)與基本方式（一）

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一般特點(diǎn)

：

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要是地球內(nèi)動(dòng)力引起的地殼機(jī)械運(yùn)動(dòng)，但經(jīng)常涉及更深構(gòu)造圈。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地殼發(fā)生變位與變形，形成各種地質(zhì)構(gòu)造，促進(jìn)巖漿活動(dòng)與變質(zhì)作用。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有普遍性、永恒性、方向性、非均速性、幅度與規(guī)模差異性等一般特點(diǎn)。

(二）構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的基本方式:1水平構(gòu)造

2垂直構(gòu)造二

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與巖相、建造和地層接觸關(guān)系（一）

巖相

沉積巖的巖相通常分為海相、陸相、和過渡相三大類。地殼上升時(shí)巖相從海相向陸相轉(zhuǎn)變，沉積物粒級(jí)增大，厚度變小，形成海退層序。反之，地殼下沉則形成海侵層序。升降頻繁，沉積物類型復(fù)雜多變；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，沉積物類型也相應(yīng)簡單化。（二）

沉積構(gòu)造彼此有共生關(guān)系的地層或巖相的組合，或巖相大致相同的沉積物組合，就是沉積構(gòu)造。一個(gè)建造相當(dāng)于大地構(gòu)造旋回的一定階段?；窘ㄔ祛愋陀?1·地槽型建造

主要由海相地層組成、厚度很大，無沉積間斷或僅有極短間斷、產(chǎn)生于強(qiáng)烈構(gòu)造下降區(qū)的建造

2·

地臺(tái)型建造以陸相碎屑沉積為主，厚度不大，未受強(qiáng)烈構(gòu)造變動(dòng)，地殼升降幅度均較小的地臺(tái)上的建造。巖漿巖分布也較少。3·

過渡性建造兼有地槽型與地臺(tái)型建造的特征但以碎屑巖占優(yōu)勢(shì)，陸相沉積物與瀉湖相沉積分布廣泛，海相沉積只見于剖面下部。(三)地層的接觸關(guān)系1·

整合指相鄰新老地層產(chǎn)狀一致且相互平行，時(shí)代連續(xù)，沒有沉積間斷，表明兩種地層是在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)持續(xù)下降或上升而未中斷沉積的情況下形成的。2·

假整合又稱平行不整合，指兩相鄰地層產(chǎn)狀平行但時(shí)代不連續(xù)。表明曾發(fā)生上升運(yùn)動(dòng)致使沉積作用一度中斷，而后下沉堆積了上覆新地層。3·

不整合又稱角度不整合指上下兩地層產(chǎn)狀既不一致，時(shí)代也不連續(xù)，其間有地層缺失。表明老地層沉積后曾發(fā)生褶皺與隆升，沉積一度中斷而后再下沉接受新沉積。三

地質(zhì)構(gòu)造（一）水平構(gòu)造

水平巖層雖經(jīng)垂直運(yùn)動(dòng)而未發(fā)生褶皺，仍保持水平或近似水平產(chǎn)狀者，稱為水平構(gòu)造。在未受切割情況下，同一巖層形成高原面或平原面，受切割面頂部巖層較堅(jiān)硬時(shí)，則形成桌狀臺(tái)地、平頂山或方山。軟硬巖層相間時(shí)形成層狀山丘或構(gòu)造階地。我國第三系紅色砂巖產(chǎn)狀平緩，遭受侵蝕后常形成頂平、陡坡形狀奇特而多樣化的丹霞地貌。丹霞山（二）

傾斜構(gòu)造：

巖層經(jīng)構(gòu)造變動(dòng)后層面與水平面形成夾角時(shí)，即為傾斜構(gòu)造。褶曲、斷層或不均勻升降運(yùn)動(dòng)都可成巖層的傾斜。其產(chǎn)狀以走向、傾向和傾角三要素確定。傾斜構(gòu)造可形成單面山、豬背嶺等典型地貌。

單面山（三）

褶皺構(gòu)造

巖層在側(cè)向壓應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲的現(xiàn)象稱為褶皺，其中單個(gè)彎曲叫褶曲。褶皺能只管反映構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和特征。褶曲有兩種基本類型，即上凸的背斜和下凹的向斜兩者共用一翼。（四）

斷裂構(gòu)造

巖石因所應(yīng)力強(qiáng)度超過自身強(qiáng)度而發(fā)生破裂，使巖層連續(xù)性遭到破壞的現(xiàn)象稱為斷裂，雖破裂而破裂面兩側(cè)巖塊未發(fā)生明顯滑動(dòng)者叫節(jié)理,破裂而發(fā)生明顯位移的則叫斷層。第三節(jié)

大地構(gòu)造學(xué)說一

板塊構(gòu)造學(xué)說

(一)大陸漂移說

板塊構(gòu)造學(xué)說是在大陸漂移說和海底擴(kuò)張學(xué)說基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此先探討大陸漂移說。

奧地利學(xué)者魏格納根據(jù)大西洋兩岸陸地輪廓具有相似性，某些動(dòng)物種屬相同，非洲與南美洲發(fā)現(xiàn)同一種古生物化石，非洲南部與南美布宜諾斯艾利斯出現(xiàn)同樣二疊系地層，挪威——蘇格蘭間的一條加里東褶皺帶沒入大西洋后重現(xiàn)于加拿大與美國，印度、澳大利亞、非洲、南美洲與南極洲等氣候差異極大的地區(qū)均發(fā)現(xiàn)石炭二疊紀(jì)冰川遺跡等理由于1915年提出，中生代地球表面存在一個(gè)統(tǒng)一的大陸即聯(lián)合古陸。侏羅紀(jì)后聯(lián)合古陸開始分裂并各自漂移，逐漸形成今天的海陸格局。大陸漂移過程示意圖大陸漂移學(xué)說的古生物學(xué)證據(jù)大西洋兩岸輪廓相似性大陸飄移學(xué)說地質(zhì)學(xué)證據(jù)由于當(dāng)時(shí)對(duì)洋底地殼認(rèn)識(shí)的局限性，魏格納雖然指出了地球自轉(zhuǎn)離心力與日月引潮力對(duì)古陸分離的可能影響及花崗巖在玄武巖殼上漂移的假說，但沒有對(duì)大陸漂移的原因和驅(qū)動(dòng)力等作出令人滿意的解釋。因此提出后即遭到反對(duì)。到20世紀(jì)50年代海洋物理學(xué)發(fā)展，尤其是古地磁方面的發(fā)展使大陸漂移學(xué)說重現(xiàn)生機(jī)。各大陸巖石現(xiàn)代磁緯度、地磁極同古磁緯、古地磁的巨大差異表明大陸發(fā)生了顯著的位移。古地磁移動(dòng)軌道是復(fù)原古陸的證據(jù)，迪茨與霍登據(jù)此繪制了新的大陸漂移圖大陸漂移簡圖（二）海底擴(kuò)張學(xué)說

20世紀(jì)30年代末尤其是二戰(zhàn)結(jié)束以來的海底考察發(fā)現(xiàn)海洋雖然歷史悠久，海底卻很年輕，幾乎不存在時(shí)代早于侏羅紀(jì)的地層，海底沉積物很薄，火山也較少。這表明海底年齡只有數(shù)億年。迪茨和赫斯據(jù)此各自提出了海底擴(kuò)張假說。據(jù)傅承義（1974年）概括，其要點(diǎn)為：1·

年速度為1㎝至數(shù)厘米的地幔物質(zhì)對(duì)流是地殼運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿Α?·

對(duì)流運(yùn)動(dòng)發(fā)生在巖石圈下厚達(dá)數(shù)千米，強(qiáng)度很小的軟流圈內(nèi)。

3·

海底為對(duì)流循環(huán)頂端。對(duì)流由發(fā)散區(qū)向外擴(kuò)張，并在數(shù)千千米外匯聚流入地下。海嶺熱流較高，為對(duì)流上升區(qū)，海溝為下降區(qū)。4·

海底及其沉積物在對(duì)流匯聚區(qū)下沉，一部分受擠壓，變質(zhì)而與大陸熔接，另一部分則沉入軟流層。5·

海底年齡僅有2～3億年，整個(gè)海底3～4億年即可更新一次。愈來愈多的證據(jù)證明海底確實(shí)在擴(kuò)張。例如，古地磁測定結(jié)果表明洋底地磁正反向磁極異常帶在大洋中脊兩側(cè)呈對(duì)稱分布。（三）

板塊構(gòu)造說

板塊學(xué)說的立論依據(jù)在于，地表巖石并非渾然一體，而是由被諸如大洋中脊、島弧、海溝、深大斷裂等構(gòu)造活動(dòng)帶所割裂的幾個(gè)不連續(xù)的獨(dú)立單元，即板塊構(gòu)成的。

板塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)制：對(duì)流帶動(dòng)

板塊由大洋中脊或海嶺向兩側(cè)擴(kuò)

張，在島弧地區(qū)或活動(dòng)的大陸邊

緣沉入地下，通過軟流層完成對(duì)

流的循環(huán)

全球板塊分布圖全球板塊的劃分第四節(jié)

火山與地震

火山

（一）火山的類型與分布

火山噴出地表是地球內(nèi)部物質(zhì)與能量的一種快速猛烈的釋放形式，稱為火山噴發(fā)?；鹕絿姵鑫锛扔袣怏w、液體，也有固體。氣體以水蒸汽為主，并有氫、氯化氫、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、氟化氫等。液體即巖熔。固體則指熔巖與圍巖的碎屑，如火山灰、火山渣、火山豆等。

火山噴發(fā)形式有兩類：1·

裂隙式噴發(fā)，多見于大洋中脊的裂谷中，是海底擴(kuò)張的原因之一，陸上只見于冰島拉基火山等地方。2·

中心式或管狀噴發(fā)?；鹕綆缀鯚o例外的分布于大小板塊邊界上。匯聚型板塊邊界上火山活動(dòng)強(qiáng)烈而頻繁，但火山并不分布于海溝附近，而是在與海溝有一定距離的島弧的一側(cè)世界主要火山帶的分布

紅色為火山帶（二）

火山地貌

1·灰渣火山錐。主要由火山碎屑物在噴口周圍堆積成的錐形體，如菲律賓的馬榮火山。

2·富硅質(zhì)熔巖穹丘。流動(dòng)性小、富含硅質(zhì)的熔巖形成穹丘。如騰沖火山中的覆鍋山。

火山碎屑沿馬榮火山下落

C.G.Wenell攝于1984年9月23日3.基性熔巖盾流動(dòng)性大的基性熔巖流反復(fù)噴出堆積而成，形如盾狀。如夏威夷火山。

4.次生火山錐古火山錐因后來的再噴發(fā)使錐頂破壞和擴(kuò)大成環(huán)形凹地，并在其中再產(chǎn)生新的火山錐。如維蘇威火山、我國東北沙禿火山群中的個(gè)別火山。夏威夷火山維蘇威火山

5.復(fù)合火山錐

多次噴發(fā)的火山碎屑和熔巖呈層狀混合堆成的火山錐，或稱層狀火山。有的復(fù)合火山錐上還生長著許多小火山錐，稱寄生火山。如意大利的埃特納火山，在高達(dá)3700米的大火山錐上還分布有300多個(gè)小型的巖渣火山錐。

6.破火山口

有些爆炸式噴發(fā)的火山，噴發(fā)時(shí)堆積物很少卻形成一個(gè)大的爆破口

7.火山塞

填塞在火山噴管中的大塊凝固熔巖，在火山錐被剝蝕后露出地表，形如瓶塞。如美國懷俄明州的“鬼塔”（Devil’sTower）。

8.火山口湖

火山口積水可形成湖泊。如白頭山的天池。

二地震地震是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式，即大地的快速震動(dòng)。當(dāng)?shù)厍蚣鄣膽?yīng)力超過巖層或巖體所能承受的限度時(shí)，地殼發(fā)生斷裂、錯(cuò)動(dòng)，急劇地釋放積聚的能量，并以彈性波的形式向四周傳播，引起地表的震動(dòng)。地震只發(fā)生于地球表面至70km深度以內(nèi)的脆性圈層中。地震時(shí)，地下巖石最先開始破裂的部位叫震源。按其深度可分為淺源地震（深約70km以內(nèi)）、中源地震（70～300km）和深源地震（300～700km）。震源在地面的投影

位置叫震中，從震源發(fā)出的地震波在地球內(nèi)部傳播稱為體波，體波可分為橫波和縱波。地震時(shí)，縱波較快傳播到地面。沿地面?zhèn)鞑サ姆Q為面波，實(shí)際上是一種特殊的橫波，對(duì)地面破壞較大。地震釋放能量的大小用震級(jí)表示。通常采用美國克特（cfrichter）提出的標(biāo)準(zhǔn)來劃分。地震對(duì)地面的影響和破壞程度稱為烈度，通常分為12級(jí)。烈度的大小于震源、震中、震級(jí)、構(gòu)造和地面建筑物等綜合特性有關(guān)。

世界上主要的地震帶包括：1·

環(huán)太平洋地震活動(dòng)帶。它與環(huán)太平洋火山帶密切相關(guān)，但“火環(huán)”與“震環(huán)”并不重合。地震多分布于靠大洋一側(cè)的海溝中，火山則多分布于靠陸一側(cè)的島弧上。2·

地中?！柴R拉雅帶，大致沿地中海經(jīng)高加索、喜馬拉雅山脈，至印尼和環(huán)太平洋帶相接。這個(gè)帶以淺源地震為主多位于大陸部分。3·

大洋中脊地震活動(dòng)性較弱，釋放能量很小，均為淺源地震。4·

東非裂谷帶世界地震代分布圖第五節(jié)

地殼的演變一

地質(zhì)年代

在內(nèi)外動(dòng)力作用下，地殼的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及外部特征不免發(fā)生變化。一系列變化構(gòu)成的連續(xù)事件可以清晰的反映地殼演化的歷史。通常以地質(zhì)年代表示這種演化的時(shí)間與順序，地質(zhì)年代有相對(duì)年齡和絕對(duì)年齡之分。

（一）相對(duì)年代法或古生物地層法

依據(jù)地層下老上新的沉積順序，地層剖面中的整合不整合關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)古生物化石與生物群體進(jìn)行比較，確定某個(gè)地層或事件的相對(duì)年代的方法，稱為相對(duì)年代法或古生物地層法。（二）絕對(duì)年代法通過礦物或巖石的放射性同位素的測定，依據(jù)放射性元素衰變規(guī)律計(jì)算其年齡，即距今天的年數(shù)。（三）與地球演變有關(guān)的幾種地質(zhì)年齡與地殼早期演化有關(guān)的幾種年齡如下：地球物質(zhì)，尤其是重化學(xué)元素的年齡早于地球的年齡；地球形成的年齡約為50×108年；地殼形成年齡約為46×108年；現(xiàn)有最古老的巖石年齡為30×108～40×108年；已知最古老的生物化石的年齡超過30×108年二地殼演化簡史

原始生命體

海水里出現(xiàn)藻類、海綿等原始生命體

無脊椎（三葉蟲珊瑚）

脊椎（魚）

兩棲類

爬行動(dòng)物（恐龍）

哺乳動(dòng)物，靈長類

人類出現(xiàn)

蕨類植物

裸子植物

被子植物

地質(zhì)年代生物演化礦產(chǎn)形成地殼運(yùn)動(dòng)新生代

形成石油的時(shí)期發(fā)生規(guī)模巨大的造山運(yùn)動(dòng)—喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)形成許多高山中生代形成豐富金屬礦產(chǎn)；重要的造煤和成油時(shí)期環(huán)太平洋地帶地殼運(yùn)動(dòng)劇烈，形成高大山系，我國大陸輪廓已基本形成古生代重要的造煤時(shí)期地殼劇烈變動(dòng)的時(shí)期，亞歐大陸和北美大陸雛形形成；我國東北、華北抬升成陸元古代

地殼運(yùn)動(dòng)劇烈，海洋占優(yōu)勢(shì)、現(xiàn)在的陸地在那時(shí)仍大部分被海洋所占據(jù)太古代形成鐵礦的重要時(shí)期深淺多變的廣闊海洋，巖漿活動(dòng)劇烈，火山噴發(fā)頻繁（第二章完）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

第三章大氣和氣候

地球大氣是多種物質(zhì)的混合物，由干潔空氣、水汽、懸浮塵?；螂s質(zhì)組成。在距地表85km以下的各種氣體成分中，一般可分為兩類。一類稱為訂常成分；另一類稱可變成分。（一）干潔空氣通常把除水汽、液體和固體雜質(zhì)外的整個(gè)混合氣體稱為干潔空氣。簡稱干空氣。它是地球大氣得主體，主要成分是氮、氧、氬、二氧化碳等，此外還有少量氫、氖、氪、氙、臭氧等稀有氣體。

一

大氣的成分第一節(jié)

大氣的組成和熱能干潔空氣成分及其性質(zhì)

1·氮和氧

N2約占大氣容積的78％。常溫下，N2的化學(xué)性質(zhì)不活潑，不能被植物直接利用只能通過植物的根瘤菌，部分固定于土壤中。N2對(duì)太陽輻射遠(yuǎn)紫外區(qū)0.03～0.13具有選擇性吸收。02占地球大氣質(zhì)量的23％，按體積比占21％。除了游離態(tài)外，氧還以硅酸鹽、氧化物、水等化合物形式存在。

2·二氧化碳（co2）

只占大氣容積的0.03％，多集中在20km高度以下，主要由有機(jī)物燃燒、腐爛和生物呼吸過程產(chǎn)生。二氧化碳對(duì)太陽短波吸收很少，但能強(qiáng)烈吸收地表長波輻射，致使從地表輻射的熱量不易散失到太空。

對(duì)地球有保溫作用，但近年來隨著工業(yè)的發(fā)展和人口的增長，全球二氧化碳含量逐年增加，改變了大氣熱平衡，導(dǎo)致地面和低層大氣平均溫度升高，引起嚴(yán)重的氣候問題。3·

臭氧主要分布在10～40km的高度處，極大值在20～25km附近，稱為臭氧層。臭氧雖在大氣中的含量很少，但具有強(qiáng)烈吸收紫外線的能力。研究表明，人們大量使用氮肥以及作冷凍劑和除臭劑使用的碳氟化合物（氟利昂）所造成的污染是平流層的臭氧遭到破壞。臭氧層的破壞能引起一系列不利于人類的氣候生物效應(yīng)，因而受到廣泛關(guān)注。（二）水汽

大氣中的水蒸氣降水陸面或洋面水汽的蒸發(fā)水汽的來源和去向（三）固、液體雜質(zhì)大氣懸浮固體雜質(zhì)和液體微粒，也可稱為氣溶膠粒子。除由水汽變成的水滴和冰晶外，主要是大氣塵埃和其他雜質(zhì)大的水溶性氣溶膠粒子最易使水氣凝結(jié)，是成云致雨的重要條件。氣溶膠粒子能吸收部分太陽輻射并散射輻射，從而改變大氣透明度。它對(duì)太陽輻射的影響和增大散射輻射、大氣長波逆輻射，都有可能破壞地球的輻射平衡。二大氣的結(jié)構(gòu)（一）大氣質(zhì)量

1·

大氣上界大氣按其物理性質(zhì)來說是不均勻的，特別是在鉛直方向變化急劇。在很高的高度上空氣十分稀薄，氣體分子之間的距離很大。在理論上，當(dāng)壓力為零或接近于零的高度為大氣頂層，但這種高度不可能出現(xiàn)。因?yàn)樵诤芨叩母叨葷u漸到達(dá)星際空間，不存在完全沒有空氣分子的地方。

氣象學(xué)家認(rèn)為，只要發(fā)生在最大高度上的某種現(xiàn)象與地面氣候有關(guān)，便可定義這個(gè)高度為大氣上界。因此，過去曾把極光出現(xiàn)的最大高度（1200km）定為大氣上界。物理學(xué)家、化學(xué)家則從大氣物理、化學(xué)特征出發(fā)，認(rèn)為大氣上界至少高于1200km，但不超過3200km，因?yàn)樵谶@個(gè)高度上離心力已超過重力，大氣密度接近星際氣體密度。所以在高層大氣物理學(xué)中，常把大氣上界定在3000km。2·

大氣質(zhì)量大氣高度雖然不易確定，大氣質(zhì)量卻可以從理論上求得。假定大氣是均質(zhì)的，則大氣高度約為8000m，整個(gè)大氣柱的質(zhì)量為

m0＝p0H

＝1.125×10－3×8×105

＝1013.3g/cm2p0為標(biāo)準(zhǔn)情況下（T＝00，氣壓為1013.25hPa）大氣密度。（二）大氣壓力1·

氣壓定義從觀測高度到大氣上界上單位面積上（橫截面積1cm2）鉛直空氣柱的重量為大氣壓強(qiáng)，簡稱氣壓。地面的氣壓值在980～1040hPa之間變動(dòng)，平均為1013hPa。氣壓有日變化和年變化，還有非周期變化。氣壓非周期變化常與大氣環(huán)流和和天氣系統(tǒng)有關(guān)，且變化幅度大。

氣壓日變化，一晝夜有兩個(gè)最高值（9~10時(shí)，21~22時(shí)）和兩個(gè)最低值（3~4時(shí)，15~16時(shí)）。熱帶的日變化比溫帶明顯。赤道地區(qū)氣壓年變化不大，高緯地區(qū)較大；大陸和海洋也有顯著差別，大陸冬季氣壓高，夏季最低，而海洋相反。

2·氣壓的垂直分布?xì)鈮捍笮∪Q于所在水平面的大氣質(zhì)量，隨高度的上升，大氣柱質(zhì)量減少，所以氣壓隨高度升高而降低。其一般情況如圖所示：

氣壓隨高度的實(shí)際變化與氣溫和氣壓條件有關(guān)。如表所示

再氣壓相同條件下，氣柱溫度愈高，單位氣壓高度差愈大，氣壓垂直梯度愈??；在相同氣溫下，氣壓愈高單位氣壓高度差愈大，氣壓垂直梯度愈大。（三）大氣分層按照分子組成，大氣可分為兩個(gè)大大層次，即均質(zhì)層和非均質(zhì)層。均質(zhì)層為從地表至85km高度的大氣層，除水汽有較大變動(dòng)外，其組成較均一。85km高度

以上為非均質(zhì)層，其中又可分為氮層（85~200km）、原子氧層（200～1100km）、氦層（1100～3200km）和氫層（3200～9600km）按大氣化學(xué)核物理性質(zhì)，非均質(zhì)層可分為光化層和離子層。光化層具有分子、原子和自由基組成的化學(xué)物質(zhì)，其中包括約在20km高度處03濃度最大處的臭氧層。離子層包含大量離子。又反射無線電波能力。從下而上，又分為D、E、F1、F2和G層。在氣象學(xué)中按照溫度和運(yùn)動(dòng)情況，將大氣圈分為五層

以上為非均質(zhì)層，其中又可分為氮層（85~200km）、原子氧層（200～1100km）、氦層（1100～3200km）和氫層（3200～9600km）按大氣化學(xué)核物理性質(zhì)，非均質(zhì)層可分為光化層和離子層。光化層具有分子、原子和自由基組成的化學(xué)物質(zhì)，其中包括約在20km高度處03濃度最大處的臭氧層。離子層包含大量離子。又反射無線電波能力。從下而上，又分為D、E、F1、F2和G層。在氣象學(xué)中按照溫度和運(yùn)動(dòng)情況，將大氣圈分為五層

大氣的垂直分層對(duì)流層氣溫變化（四）標(biāo)準(zhǔn)大氣人們根據(jù)高空探測數(shù)據(jù)和理論，規(guī)定了一種特性隨高度平均分布的大氣模式，稱為“標(biāo)準(zhǔn)大氣”或“參考大氣”。標(biāo)準(zhǔn)大氣模式假定空氣是干燥的，在86km以下是均勻混合物，平均摩爾質(zhì)量28.964kg/mol，且處于靜力學(xué)平衡和水平成層分布。在給定溫度，高度廓線及邊界條件后，通過對(duì)靜力學(xué)方程和狀態(tài)方程求積分，就得到壓力和密度值。三、大氣的熱能地球氣候系統(tǒng)的能源主要是太陽輻射，它從根本決定地球、大氣的熱狀況，從而支配其他的能量傳輸過程。地球氣候系統(tǒng)內(nèi)部也進(jìn)行著輻射能量交換。因此，需要研究太陽、地球及大氣的輻射能量交換和其他地－氣系統(tǒng)的輻射平衡。（一）太陽輻射太陽是離地球最近的一個(gè)恒星，其表面溫度約為6000K，內(nèi)部溫度更高，所以太陽不停地向外輻射巨大的能量。太陽輻射能主要是波長在0.4～0.76m的可見光，約為總能量的50％；其次是波長大于0.76m的紅外輻射，約占總輻射能的43％；波長小于0.4m的紫外輻射約占7％。相對(duì)于地球來說，太陽輻射的波長較短，故稱太陽輻射為短波輻射。表示太陽輻射能強(qiáng)弱的物理量，即單位時(shí)間內(nèi)垂直投射在單位面積上的太陽輻射能，稱為太陽輻射強(qiáng)度。在日地平均距離（1.496×108）上，大氣頂界垂直于太陽光線的單位面積上每分鐘接受的太陽輻射，稱為太陽常數(shù)。

大氣上界太陽輻射能量曲線及到達(dá)地表的典型能量曲線

經(jīng)大氣削弱后到達(dá)地面的太陽輻射有兩部分：一是直接輻射；二是經(jīng)大氣散射后到達(dá)地面的部分，稱為散射輻射。二者之和就是太陽輻射總量，稱為總輻射，總輻射的緯度分布，一般是緯度愈高，總輻射愈??；緯度愈低，總輻射愈大。因?yàn)槌嗟栏浇嘣?，總輻射最大值并不出現(xiàn)在赤道，而是出現(xiàn)在200N附近。到達(dá)地面的總輻射一部分被地面吸收轉(zhuǎn)變成熱能，一部分被反射。反射部分占輻射量的百分比，稱為反射率。反射率隨地面性質(zhì)和狀態(tài)不同二有很大差別。

不同性質(zhì)地面對(duì)太陽的反射率（二）大氣能量及其保溫效應(yīng)大氣本身對(duì)太陽輻射直接吸收很少，而水、陸植被等下墊面卻能吸收太陽輻射，并經(jīng)潛熱和感熱轉(zhuǎn)化供給大氣。大氣獲得能量的具體結(jié)構(gòu)為：1·對(duì)太陽輻射的直接吸收大氣中吸收太陽輻射的物質(zhì)主要是臭氧、水汽和液態(tài)水。地球大氣對(duì)太陽輻射的吸收

2·

對(duì)地面輻射的吸收地表吸收了到達(dá)大氣上界太陽輻射能的50％，變成熱能，溫度升高，而后以大于3m的長波（紅外）向外輻射。這種輻射能量的75％～95％被大氣吸收，只有少部分波長為8.5～12m的輻射能通過“大氣窗”逸回宇宙空間。

3·

潛熱輸送海面和陸面的水分蒸發(fā)使地面熱量得以輸送到大氣層中。一方面水汽凝結(jié)成雨滴或雪時(shí)，放出潛熱給空氣；另一方面雨滴或雪降到地面不久又被蒸發(fā)，這個(gè)過程交替進(jìn)行。全球表面年平均潛熱輸送約為2760MJ/m2,占輻射平衡的84％，可見，地－氣間能量交換主要是通過潛熱輸送完成的。

4·

感熱輸送

大氣獲得熱能后依據(jù)本身溫度向外輻射，稱為大氣輻射。其中一部分外逸到宇宙空間，一部分向下投向地面，即為大氣逆輻射。大氣逆輻射的存在使地面實(shí)際損失略少于長波輻射放出的能量，地面得以保持一定的溫暖程度。這種保溫作用，通常稱為“溫室效應(yīng)”據(jù)計(jì)算，如果沒有大氣，地面平均溫度將是－18oC，而不是現(xiàn)在的150C。（三）地－氣系統(tǒng)的輻射平衡全球輻射平衡圖解

輻射平衡有年變化和日變化。在一日內(nèi)白天收入的太陽輻射超過支出的長波輻射，輻射平衡為正值，夜間為負(fù)值。正轉(zhuǎn)負(fù)和負(fù)轉(zhuǎn)正的時(shí)刻分別在日沒前與日出后1小時(shí)。在一年內(nèi)，北半球夏季輻射平衡因太陽輻射增多而加大；冬季則相反，甚至出現(xiàn)負(fù)值。緯度愈高，輻射平衡保持正值的月份愈少。不同緯度輻射差額的變化第二節(jié)

大氣水分和降水

一、大氣濕度（一）濕度的概念和表示方法大氣從海洋、湖泊、河流以及潮濕土壤的蒸發(fā)或植物的蒸騰作用中獲得水分。水分進(jìn)入大氣后，通過分子擴(kuò)散和氣流的的傳遞而散布于大氣中，使之具有不同的潮濕度。常用多個(gè)濕度參量表示水氣含量。

1·水汽壓和飽和水汽壓大氣壓力是大氣中各中氣體壓力的總和。大氣中水汽所產(chǎn)生的那部分壓力叫水汽壓（e）地面的水汽壓隨緯度的升高而減小。赤道平均26hPa，350N約為13hPa，650N約為4hPa。極地附近約為2hPa。

第二節(jié)

大氣水分和降水

一、大氣濕度（一）濕度的概念和表示方法大氣從海洋、湖泊、河流以及潮濕土壤的蒸發(fā)或植物的蒸騰作用中獲得水分。水分進(jìn)入大氣后，通過分子擴(kuò)散和氣流的的傳遞而散布于大氣中，使之具有不同的潮濕度。常用多個(gè)濕度參量表示水氣含量。

1·水汽壓和飽和水汽壓大氣壓力是大氣中各中氣體壓力的總和。大氣中水汽所產(chǎn)生的那部分壓力叫水汽壓（e）地面的水汽壓隨緯度的升高而減小。赤道平均26hPa，350N約為13hPa，650N約為4hPa。極地附近約為2hPa。

水汽壓隨高度的變化而變化水汽壓隨高度變化經(jīng)驗(yàn)公式:ez=e0×10–bz

式中，ez為高度z（m）的水汽壓；e0為地面的水汽壓；b為水汽壓隨高度變化的常數(shù)?？諝庵兴颗c溫度關(guān)系密切。溫度一定時(shí)，單位體積空氣容納的水汽量有一定的限度，達(dá)到這個(gè)限度，空氣呈飽和狀態(tài)，稱為飽和空氣。飽和空氣的水汽壓，稱為飽和水汽壓（E），飽和水汽壓隨溫度升高而增大。不同溫度條件下水面上的飽和水汽壓/hPa

2·

絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度單位容積空氣所含的水氣質(zhì)量通常以g/cm3表示，稱為絕對(duì)濕度（a）或水汽密度。絕對(duì)濕度不能直接測定，但可間接算出。它與水汽壓有關(guān)系：

a＝289e/T(g/m3)

式中，e為水汽壓（mm）；T為絕對(duì)溫度。大氣的實(shí)際水汽壓e與同溫度飽和水汽壓E之比，稱為相對(duì)濕度（f），用百分?jǐn)?shù)表示。

f＝e/T×100％由于E隨溫度而變，所以相對(duì)濕度取決于e和T，其中T往往起主導(dǎo)作用。當(dāng)e一定時(shí)，溫度降低則相對(duì)濕度增大；溫度升高相對(duì)濕度減小。夜間多云、霧、霜、露，天氣轉(zhuǎn)冷時(shí)容易產(chǎn)生云等都是相對(duì)濕度增大的結(jié)果

3·露點(diǎn)溫度一定質(zhì)量的濕空氣，若氣壓保持不變，而令其冷卻，則飽和水汽壓E隨溫度降低而減小。當(dāng)E＝e時(shí)，空氣達(dá)到飽和。濕空氣等壓降溫達(dá)到飽和時(shí)的溫度就是露點(diǎn)溫度Td，簡稱露點(diǎn)。（二）濕度的變化與分布相對(duì)濕度能夠直接反映空氣距飽和的程度，在氣候資料分析中應(yīng)用廣泛。相對(duì)濕度日變化通常與氣溫日變化相反。

相對(duì)濕度分布隨距海遠(yuǎn)近與緯度高低而有不同。例如，我國東南沿海相對(duì)濕度年平均為80％，內(nèi)蒙古西部只有40％。各緯度上水汽壓與相對(duì)濕度的平均值

二蒸發(fā)與凝結(jié)蒸發(fā)面上出現(xiàn)蒸發(fā)還是凝結(jié)取決于實(shí)際水汽壓于飽和水汽壓的關(guān)系。當(dāng)e>E，出現(xiàn)蒸發(fā)；e<E，則出現(xiàn)凝結(jié)。（一）蒸發(fā)及其影響因素

1·

影響蒸發(fā)的因素其影響因素主要包括蒸發(fā)面的溫度、性質(zhì)、性狀、空氣濕度、風(fēng)等。

2·

蒸發(fā)量實(shí)際工作中，一般以水層厚度（mm）表示蒸發(fā)速度，稱為蒸發(fā)量。蒸發(fā)量的變化與氣溫變化一致，一日內(nèi)，午后蒸發(fā)量最大；日出前蒸發(fā)量最小。一年內(nèi)，夏季蒸發(fā)量大，冬季小。蒸發(fā)量的空間變化受氣溫、海陸分布、降水量等因素的影響。

北半球大陸各緯度平均蒸發(fā)量

（二）凝結(jié)和凝結(jié)條件凝結(jié)是發(fā)生在f≥100％（e≥E）過飽和情況下的與蒸發(fā)相反的過程。凝結(jié)現(xiàn)象在地面和大氣中都能發(fā)生

大氣中的水汽發(fā)生凝結(jié)，需具備一定的條件，既要使水汽達(dá)到飽和或過飽和，還需有凝結(jié)核。三水汽的凝結(jié)現(xiàn)象（一）地表面的凝結(jié)現(xiàn)象

1·

霜與露日沒后，地面及近地面層空氣冷卻，溫度降低。當(dāng)氣溫降到露點(diǎn)一下時(shí)，水汽即凝附于地面或地面物體上。如溫度在00C以上，水汽凝結(jié)為液態(tài)，稱為露；溫度在00C以下，水汽凝結(jié)為固態(tài)，稱為霜。霜常見于冬季，露見于其他季節(jié)，以夏季為最多。2·

霧淞和雨淞霧淞是一種白色固體凝結(jié)物，由過冷霧滴附著于地面物體或樹枝迅速凍結(jié)而成，俗稱“樹掛”。多出現(xiàn)于寒冷而濕度高的天氣條件下。

地球大氣是多種物質(zhì)的混合物，由干潔空氣、水汽、懸浮塵粒或雜質(zhì)組成。在距地表85km以下的各種氣體成分中，一般可分為兩類。一類稱為定常成分；另一類稱可變成分。（一）干潔空氣通常把除水汽、液體和固體雜質(zhì)外的整個(gè)混合氣體稱為干潔空氣。簡稱干空氣。它是地球大氣的主體，主要成分是氮、氧、氬、二氧化碳等，此外還有少量氫、氖、氪、氙、臭氧等稀有氣體。

一

大氣的成分第一節(jié)

大氣的組成和熱能干潔空氣成分及其性質(zhì)

1·氮和氧

N2約占大氣容積的78％。常溫下，N2的化學(xué)性質(zhì)不活潑，不能被植物直接利用只能通過植物的根瘤菌，部分固定于土壤中。N2對(duì)太陽輻射遠(yuǎn)紫外區(qū)0.03～0.13um具有選擇性吸收。02占地球大氣質(zhì)量的23％，按體積比占21％。除了游離態(tài)外，氧還以硅酸鹽、氧化物、水等化合物形式存在。

2·二氧化碳（co2）

只占大氣容積的0.03％，多集中在20km高度以下，主要由有機(jī)物燃燒、腐爛和生物呼吸過程產(chǎn)生。二氧化碳對(duì)太陽短波吸收很少，但能強(qiáng)烈吸收地表長波輻射，致使從地表輻射的熱量不易散失到太空。

對(duì)地球有保溫作用，但近年來隨著工業(yè)的發(fā)展和人口的增長，全球二氧化碳含量逐年增加，改變了大氣熱平衡，導(dǎo)致地面和低層大氣平均溫度升高，引起嚴(yán)重的氣候問題。3·

臭氧主要分布在10～40km的高度處，極大值在20～25km附近，稱為臭氧層。臭氧雖在大氣中的含量很少，但具有強(qiáng)烈吸收紫外線的能力。研究表明，人們大量使用氮肥以及作冷凍劑和除臭劑使用的碳氟化合物（氟利昂）所造成的污染是平流層的臭氧遭到破壞。臭氧層的破壞能引起一系列不利于人類的氣候生物效應(yīng)，因而受到廣泛關(guān)注。（二）水汽

大氣中的水蒸氣降水陸面或洋面水汽的蒸發(fā)水汽的來源和去向（三）固、液體雜質(zhì)大氣懸浮固體雜質(zhì)和液體微粒，也可稱為氣溶膠粒子。除由水汽變成的水滴和冰晶外，主要是大氣塵埃和其他雜質(zhì)大的水溶性氣溶膠粒子最易使水氣凝結(jié)，是成云致雨的重要條件。氣溶膠粒子能吸收部分太陽輻射并散射輻射，從而改變大氣透明度。它對(duì)太陽輻射的影響和增大散射輻射、大氣長波逆輻射，都有可能破壞地球的輻射平衡。二大氣的結(jié)構(gòu)（一）大氣質(zhì)量

1·

大氣上界大氣按其物理性質(zhì)來說是不均勻的，特別是在鉛直方向變化急劇。在很高的高度上空氣十分稀薄，氣體分子之間的距離很大。在理論上，當(dāng)壓力為零或接近于零的高度為大氣頂層，但這種高度不可能出現(xiàn)。因?yàn)樵诤芨叩母叨葷u漸到達(dá)星際空間，不存在完全沒有空氣分子的地方。

氣象學(xué)家認(rèn)為，只要發(fā)生在最大高度上的某種現(xiàn)象與地面氣候有關(guān)，便可定義這個(gè)高度為大氣上界。因此，過去曾把極光出現(xiàn)的最大高度（1200km）定為大氣上界。物理學(xué)家、化學(xué)家則從大氣物理、化學(xué)特征出發(fā)，認(rèn)為大氣上界至少高于1200km，但不超過3200km，因?yàn)樵谶@個(gè)高度上離心力已超過重力，大氣密度接近星際氣體密度。所以在高層大氣物理學(xué)中，常把大氣上界定在3000km。2·

大氣質(zhì)量大氣高度雖然不易確定，大氣質(zhì)量卻可以從理論上求得。假定大氣是均質(zhì)的，則大氣高度約為8000m，整個(gè)大氣柱的質(zhì)量為

m0＝p0H

＝1.125×10－3×8×105

＝1013.3g/cm2p0為標(biāo)準(zhǔn)情況下（T＝00，氣壓為1013.25hPa）大氣密度。（二）大氣壓力1·

氣壓定義從觀測高度到大氣上界上單位面積上（橫截面積1cm2）鉛直空氣柱的重量為大氣壓強(qiáng)，簡稱氣壓。地面的氣壓值在980～1040hPa之間變動(dòng)，平均為1013hPa。氣壓有日變化和年變化，還有非周期變化。氣壓非周期變化常與大氣環(huán)流和和天氣系統(tǒng)有關(guān)，且變化幅度大。

氣壓日變化，一晝夜有兩個(gè)最高值（9~10時(shí)，21~22時(shí)）和兩個(gè)最低值（3~4時(shí)，15~16時(shí)）。熱帶的日變化比溫帶明顯。赤道地區(qū)氣壓年變化不大，高緯地區(qū)較大；大陸和海洋也有顯著差別，大陸冬季氣壓高，夏季最低，而海洋相反。

2·氣壓的垂直分布

氣壓大小取決于所在水平面的大氣質(zhì)量，隨高度的上升，大氣柱質(zhì)量減少，所以氣壓隨高度升高而降低。其一般情況如圖所示：

氣壓隨高度的實(shí)際變化與氣溫和氣壓條件有關(guān)。

如表所示

在氣壓相同條件下，氣柱溫度愈高，單位氣壓高度差

愈大，氣壓垂直梯度愈??；在相同氣溫下，氣壓愈高單

位氣壓高度差愈小，氣壓垂直梯度愈大。（三）

大氣分層

按照分子組成，大氣可分為兩個(gè)大大層次，即均質(zhì)層和非均質(zhì)層。均質(zhì)層為從地表至85km高度的大氣層，除水汽有較大變動(dòng)外，其組成較均一。85km高度

以上為非均質(zhì)層，其中又可分為氮層（85~200km）、原子氧層（200～1100km）、氦層（1100～3200km）和氫層（3200～9600km）按大氣化學(xué)核物理性質(zhì)，非均質(zhì)層可分為光化層和離子層。光化層具有分子、原子和自由基組成的化學(xué)物質(zhì)，其中包括約在20km高度處03濃度最大處的臭氧層。離子層包含大量離子。又反射無線電波能力。從下而上，又分為D、E、F1、F2和G層。在氣象學(xué)中按照溫度和運(yùn)動(dòng)情況，將大氣圈分為五層

大氣的垂直分層對(duì)流層氣溫變化（四）標(biāo)準(zhǔn)大氣人們根據(jù)高空探測數(shù)據(jù)和理論，規(guī)定了一種特性隨高度平均分布的大氣模式，稱為“標(biāo)準(zhǔn)大氣”或“參考大氣”。標(biāo)準(zhǔn)大氣模式假定空氣是干燥的，在86km以下是均勻混合物，平均摩爾質(zhì)量28.964kg/mol，且處于靜力學(xué)平衡和水平成層分布。在給定溫度，高度廓線及邊界條件后，通過對(duì)靜力學(xué)方程和狀態(tài)方程求積分，就得到壓力和密度值。三、大氣的熱能地球氣候系統(tǒng)的能源主要是太陽輻射，它從根本決定地球、大氣的熱狀況，從而支配其他的能量傳輸過程。地球氣候系統(tǒng)內(nèi)部也進(jìn)行著輻射能量交換。因此，需要研究太陽、地球及大氣的輻射能量交換和地－氣系統(tǒng)的輻射平衡。（一）太陽輻射太陽是離地球最近的一個(gè)恒星，其表面溫度約為6000K，內(nèi)部溫度更高，所以太陽不停地向外輻射巨大的能量。太陽輻射能主要是波長在0.4～0.76m的可見光，約為總能量的50％；其次是波長大于0.76m的紅外輻射，約占總輻射能的43％；波長小于0.4m的紫外輻射約占7％。相對(duì)于地球來說，太陽輻射的波長較短，故稱太陽輻射為短波輻射。表示太陽輻射能強(qiáng)弱的物理量，即單位時(shí)間內(nèi)垂直投射在單位面積上的太陽輻射能，稱為太陽輻射強(qiáng)度。在日地平均距離（1.496×108km）上，大氣頂界垂直于太陽光線的單位面積上每分鐘接受的太陽輻射，稱為太陽常數(shù)。

大氣上界太陽輻射能量曲線及到達(dá)地表的典型能量曲線

經(jīng)大氣削弱后到達(dá)地面的太陽輻射有兩部分：一是直接輻射；二是經(jīng)大氣散射后到達(dá)地面的部分，稱為散射輻射。二者之和就是太陽輻射總量，稱為總輻射，總輻射的緯度分布，一般是緯度愈高，總輻射愈??；緯度愈低，總輻射愈大。因?yàn)槌嗟栏浇嘣?，總輻射最大值并不出現(xiàn)在赤道，而是出現(xiàn)在200N附近。

到達(dá)地面的總輻射一部分被地面吸收轉(zhuǎn)變成熱能，一部分被反射。反射部分占輻射量的百分比，稱為反射率。反射率隨地面性質(zhì)和狀態(tài)不同二有很大差別。

不同性質(zhì)地面對(duì)太陽的反射率（二）

大氣能量及其保溫效應(yīng)

大氣本身對(duì)太陽輻射直接吸收很少，而水、陸植被等下墊面卻能吸收太陽輻射，并經(jīng)潛熱和感熱轉(zhuǎn)化供給大氣。大氣獲得能量的具體結(jié)構(gòu)為：

1·對(duì)太陽輻射的直接吸收

大氣中吸收太陽輻射的物質(zhì)主要是臭氧、水汽和液態(tài)水。地球大氣對(duì)太陽輻射的吸收

2·

對(duì)地面輻射的吸收地表吸收了到達(dá)大氣上界太陽輻射能的50％，變成熱能，溫度升高，而后以大于3um的長波（紅外）向外輻射。這種輻射能量的75％～95％被大氣吸收，只有少部分波長為8.5～12um的輻射能通過“大氣窗”逸回宇宙空間。

3·

潛熱輸送海面和陸面的水分蒸發(fā)使地面熱量得以輸送到大氣層中。一方面水汽凝結(jié)成雨滴或雪時(shí)，放出潛熱給空氣；另一方面雨滴或雪降到地面不久又被蒸發(fā)，這個(gè)過程交替進(jìn)行。全球表面年平均潛熱輸送約為2760MJ/m2,占輻射平衡的84％，可見，地－氣間能量交換主要是通過潛熱輸送完成的。

4·

感熱輸送

大氣獲得熱能后依據(jù)本身溫度向外輻射，稱為大氣輻射。其中一部分外逸到宇宙空間，一部分向下投向地面，即為大氣逆輻射。大氣逆輻射的存在使地面實(shí)際損失略少于長波輻射放出的能量，地面得以保持一定的溫暖程度。這種保溫作用，通常稱為“溫室效應(yīng)”據(jù)計(jì)算，如果沒有大氣，地面平均溫度將是－18oC，而不是現(xiàn)在的150C。（三）地－氣系統(tǒng)的輻射平衡全球輻射平衡圖解

輻射平衡有年變化和日變化。在一日內(nèi)白天收入的太陽輻射超過支出的長波輻射，輻射平衡為正值，夜間為負(fù)值。正轉(zhuǎn)負(fù)和負(fù)轉(zhuǎn)正的時(shí)刻分別在日沒前與日出后1小時(shí)。在一年內(nèi)，北半球夏季輻射平衡因太陽輻射增多而加大；冬季則相反，甚至出現(xiàn)負(fù)值。緯度愈高，輻射平衡保持正值的月份愈少。不同緯度輻射差額的變化第二節(jié)

大氣水分和降水

一、大氣濕度

（一）

濕度的概念和表示方法

大氣從海洋、湖泊、河流以及潮濕土壤的蒸發(fā)或植物的蒸騰作用中獲得水分。水分進(jìn)入大氣后，通過分子擴(kuò)散和氣流的的傳遞而散布于大氣中，使之具有不同的潮濕度。常用多個(gè)濕度參量表示水氣含量。

1·水汽壓和飽和水汽壓

大氣壓力是大氣中各種氣體壓力的總和。大氣中水汽所產(chǎn)生的那部分壓力叫水汽壓（e）地面的水汽壓隨緯度的升高而減小。赤道平均26hPa，350N約為13hPa，650N約為4hPa。極地附近約為2hPa。

水汽壓隨高度的變化而變化水汽壓隨高度變化經(jīng)驗(yàn)公式:ez=e0×10–bz

式中，ez為高度z（m）的水汽壓；e0為地面的水汽壓；b為水汽壓隨高度變化的常數(shù)?？諝庵兴颗c溫度關(guān)系密切。溫度一定時(shí)，單位體積空氣容納的水汽量有一定的限度，達(dá)到這個(gè)限度，空氣呈飽和狀態(tài)，稱為飽和空氣。飽和空氣的水汽壓，稱為飽和水汽壓（E），飽和水汽壓隨溫度升高而增大。不同溫度條件下水面上的飽和水汽壓/hPa

2·

絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度單位容積空氣所含的水氣質(zhì)量通常以g/cm3表示，稱為絕對(duì)濕度（a）或水汽密度。絕對(duì)濕度不能直接測定，但可間接算出。它與水汽壓有關(guān)系：

a＝289e/T(g/m3)

式中，e為水汽壓（mm）；T為絕對(duì)溫度。大氣的實(shí)際水汽壓e與同溫度飽和水汽壓E之比，稱為相對(duì)濕度（f），用百分?jǐn)?shù)表示。

f＝e/T×100％由于E隨溫度而變，所以相對(duì)濕度取決于e和T，其中T往往起主導(dǎo)作用。當(dāng)e一定時(shí)，溫度降低則相對(duì)濕度增大；溫度升高相對(duì)濕度減小。夜間多云、霧、霜、露，天氣轉(zhuǎn)冷時(shí)容易產(chǎn)生云等都是相對(duì)濕度增大的結(jié)果

3·露點(diǎn)溫度

一定質(zhì)量的濕空氣，若氣壓保持不變，而令其冷卻，則飽和水汽壓E隨溫度降低而減小。當(dāng)

E＝e時(shí)，空氣達(dá)到飽和。濕空氣等壓降溫達(dá)到飽和時(shí)的溫度就是露點(diǎn)溫度Td，簡稱露點(diǎn)。（二）

濕度的變化與分布

相對(duì)濕度能夠直接反映空氣距飽和的程度，在氣候資料分析中應(yīng)用廣泛。

相對(duì)濕度日變化通常與氣溫日變化相反。

相對(duì)濕度分布隨距海遠(yuǎn)近與緯度高低而有不同。例如，我國東南沿海相對(duì)濕度年平均為80％，內(nèi)蒙古西部只有40％。各緯度上水汽壓與相對(duì)濕度的平均值

二蒸發(fā)與凝結(jié)蒸發(fā)面上出現(xiàn)蒸發(fā)還是凝結(jié)取決于實(shí)際水汽壓于飽和水汽壓的關(guān)系。當(dāng)e>E，出現(xiàn)蒸發(fā)；e<E，則出現(xiàn)凝結(jié)。（