自然地理学课件：第三章气候第一节.ppt

1、 CO CO2 2离地表离地表20km20km以下，以下，COCO2 2平均含量约为平均含量约为0.030.03，向高空显著减少。向高空显著减少。 COCO2 2能强烈吸收和放射长波辐射，对大气和地能强烈吸收和放射长波辐射，对大气和地表温度有明显的影响，起着表温度有明显的影响，起着“温室温室”作用。作用。 能强烈地吸收太阳紫外线，对大气有增温作能强烈地吸收太阳紫外线，对大气有增温作用，并在高空形成一个暖区。大量紫外线在高空被用，并在高空形成一个暖区。大量紫外线在高空被吸收，使地面上的生物免受危害。穿透大气层到达吸收，使地面上的生物免受危害。穿透大气层到达地表的少量紫外线，对人类和大部分生物则是

2、有益地表的少量紫外线，对人类和大部分生物则是有益的。的。 O O3 3层的破坏可能引起一系列的不利于人类的气层的破坏可能引起一系列的不利于人类的气候生物效应。候生物效应。 臭氧的浓度随高度的分布，具臭氧的浓度随高度的分布，具有不连续或突变现象。大气中有不连续或突变现象。大气中O O3 3主要主要存在于存在于101050 km50 km的大气层中，绝大的大气层中，绝大部分集中在平流层，对流层只占了部分集中在平流层，对流层只占了10%10%左右。近地面层臭氧含量少，从左右。近地面层臭氧含量少，从10 km10 km高度开始增加，到高度开始增加，到202030 km30 km高度浓度达到最大值，称为

3、高度浓度达到最大值，称为“臭氧臭氧层层”，再往上逐渐减少，到，再往上逐渐减少，到50Km50Km以以上就极少了。这是由于不同高度上上就极少了。这是由于不同高度上O O3 3的形成条件不同造成的。的形成条件不同造成的。 据观测，大气中据观测，大气中CHCH4 4的增加将引的增加将引起对流层起对流层O O2 2的增加，而的增加，而N N2 2O O和和CFCsCFCs的的增加将引起平流层增加将引起平流层O O3 3的减少。的减少。 水汽含量虽然不多，但它在大气温度变化范围内可以发生汽态、液态和固态三相转化，人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象，都是水汽相变的表现。此外，水汽还善于吸收和放射长波辐射，

4、显著影响大气和地表的温度。 悬浮在大气中的固体杂质主要有烟粒、尘埃、盐粒等，它们的半径一般为10-210-8cm，多集中于低层大气中。又称为气溶胶。 大气由于地球引力作用而具有的重量，对地面施加压力。在与大气接触的表面上,由于空气分子的碰撞在单位面积上所受的力称为大气压力,其大小因接触面的方向而不同.因为大气是有重量的， 气压测量单位是帕（斯米），符号Pa，1“百帕”等于1毫巴。 气压变化，实质上是该地上空空气柱重量的增加或减少的反映。 气压随时间的变化有周期性变化和非周期性变化。气压的周期性变化有日变化和年变化。 地面气压的日变化有单峰、双峰和三峰等形式。其中以双峰型最为普遍，其特点是一天中

5、有一个最高值和一个次高值，分别出现在9-10时，21-22时；一个最低值和一个次低值，分别出现在15-16时，3-4时。 气压日变化幅度随纬度、季节、地形等不同而差异。热带日变化比温带明显，日振幅3-5 hPa；温带地区，1-3hPa，高纬地区不到1hPa。 气压年变化受纬度、季节、海陆和海拔等地理因素的影响，有大陆型和海洋型。大陆上冬冷夏热，气压最高值出现在冬季，最低值出现在夏季，年振幅较大，并由低纬向高纬逐渐增大；海洋上冬暖夏凉，气压最高值出现在夏季，最低值出现在冬季，年振幅小于同纬度的陆地，高山区气压年变化具有海洋性特征，但成因不同，它们是空气受热或冷却，气柱膨胀上升或收缩下沉引起高山气

6、柱质量变化所致。 气压的非周期性变化，是指气压变化没有固定周期，是由于气压系统移动和演变造成的。 大气压总是随海拔高度升高而降低的，因为空气密度和空气柱厚度都随高度升高而减小，所以空气柱重量减少，气压也就降低。 0102030km5001000气压随高度的分布气压随高度的分布 气压的分布形势通常是用等压线与等压面来表示的。某一水平面上的气压相等各点的连线，称为等压线。根据等压线排列形状和疏密程度，就可以看出水平面上的气压分布状况。所谓海平面气压图，就是将各气象台站同一时刻测得的本站气压，订正到海平面气压值，然后填在图上，再把气压相同的点用平滑的曲线连接起来，得海平面等压线图，表示海平面的气压分

7、布。若绘制的是某一高度的等压线，则得某高空的气压水平分布图。 空间气压场用等压面表示。空间气压相等各点所组成的面，称等压面。等压面是一个起伏不平的曲平。因气压随高度增加而降低，故高值等压面在下，低值等压面在上。对某一水平面来说，气压高的地方等压面向上突，气压低的地方等压面向下凹。因此在此等压面上绘制等高线，表示气压的高低分布。 气压场的型式、气压场的型式、变化和移动情况，变化和移动情况，是预报天气趋势是预报天气趋势的前提的前提 （3） 地球及大气的热状况是天气变化的基本因素。辐射交换是决定热状况的能量交换方式之一，也是地球气候系统与宇宙空间交换能量的唯一方式。地球气候系统的能源主要是太阳辐射，

8、它从根本上决定地球、大气的热状况，从而支配其他能量的传输过程。地球气候系统内部也进行着辐射能量交换。因此，需要研究太阳、地球及大气的辐射能量的交换和地气系统的辐射平衡。 太阳表面温度6000k，能不断地向外辐射能量。太阳每时每刻都在向外发射能量，称为太阳辐射，它包括微粒流辐射和电磁波辐射两种。太阳输送给地球能量的最主要方式是电磁能，它的传播速度等于光速。 辐射能的电磁波谱由不同波长的射线组成，大部分影响地表系统的太阳辐射位于紫外、可见光和近红外范围内，其中，7%在紫外范围（0.4m），50%在可见光范围（0.40.76m）。 一、到达大气上界的太阳辐射二、太阳辐射在大气中的衰减三、到达地面的太

9、阳辐射四、地表对太阳辐射的反射 在日地平均距离上，大气顶界垂直于太阳光在日地平均距离上，大气顶界垂直于太阳光线的单位面积上每分钟所接受的太阳辐射，称为太线的单位面积上每分钟所接受的太阳辐射，称为太阳常数（用阳常数（用S S0 0表示）。国际气象组织（表示）。国际气象组织（WMOWMO）在）在19811981年推荐太阳常数的最佳值为年推荐太阳常数的最佳值为1367W/m1367W/m2 2。三种方式中，反射作用最主要，散射次之，三种方式中，反射作用最主要，散射次之，吸收损失最小。到达地面的只有大气上界吸收损失最小。到达地面的只有大气上界太阳辐射约一半。太阳辐射约一半。 太阳辐射穿过大气层后才到达

10、地面。大气对太阳辐射有吸收、散射和反射作用、使到达地面的辐射通量密度减小，而且光谱组成也发生变化。 （1）太阳高度角（2）大气透明度（3）云量（1）太阳高度角（2）大气透明度 四、地表对太阳辐射的反射大气本身对太阳辐射直接吸收很少，而水、陆、植被等下垫面却能大量吸收太阳辐射，并经前热和感热转化供给。大气获得能量的具体结构为：1、对太阳辐射的直接吸收2、对地面辐射的吸收3、潜热输送4、感热输送大气中吸收太阳辐射的物质主要是臭氧、水汽和液态水（云），仅占太阳辐射的18%左右。据估计对流层大气由于直接吸收太阳辐射而增温，每天不足1。因此，对于大气对流层而言，太阳辐射不是主要的直接热源。地表吸收了到达

11、大气上界太阳辐射能的50%，变成热能，温度升高，而后再以大于3m 的长波（红外）向外辐射。可见，地面辐射是大气的第二热源。地面长波辐射几乎全被近地面4050m厚的大气层所吸收。如果没有这些能量，近地面平均气温将降低40，致使绝大多数生命不能存在。海面和陆面的水分蒸发使地面热量得以输送到大气中。一方面水汽凝结成雨滴或雪时，放出潜热给空气；另一方面雨滴和雪降到地面不久又被蒸发，这个过程交替进行。潜热输送年总量，大陆表面平均为1130MJ/m2，大洋表面约为3430MJ/m2，即洋面是陆面的3倍。全球表面平均潜热输送约为2760 MJ/m2，占辐射平衡的84%，可见，地气间的能量交换主要是通过潜热输

12、送完成的。换言之，大气靠水汽凝结释放潜热而得到的能量最多。陆面、水面温度与低层大气温度并不相等，因此地表和大气间便由感热交换而产生能量输送。在地球表面能量转换过程中，当地表温度高于低层大气时，将出现指向大气的感热输送。反之，感热输送方向将指向地面。就全球平均而言，无论是陆面还是洋面，感热交换的结果总是由地表向大气输送能量，年平均感热输送540MJ/m2，约占全球辐射平衡的16%。大气中的水气和二氧化碳等，可以透过太阳辐射，又能强烈的吸大气中的水气和二氧化碳等，可以透过太阳辐射，又能强烈的吸收地面辐射，使绝大部分地面辐射的能量保存在大气中并通过大收地面辐射，使绝大部分地面辐射的能量保存在大气中并

13、通过大气辐射向上传递。大气辐射向下指向地面的部分，方向与地面辐气辐射向上传递。大气辐射向下指向地面的部分，方向与地面辐射相反，称大气逆辐射。大气逆辐射也几乎全部被地面所吸收，射相反，称大气逆辐射。大气逆辐射也几乎全部被地面所吸收，这就使得地面因辐射所耗损的能量得到一定的补偿，因而大气对这就使得地面因辐射所耗损的能量得到一定的补偿，因而大气对地面有保温作用。地面有保温作用。 地面辐射与地面吸收的大气逆辐射地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，称地面有效辐射。由于大气温度之差，称地面有效辐射。由于大气温度通常低于地面温度，因而地面辐射要比通常低于地面温度，因而地面辐射要比大气逆辐射强，表示通过地面和

14、大气之大气逆辐射强，表示通过地面和大气之间的长波辐射交换，地面是净失热量。间的长波辐射交换，地面是净失热量。在一定时期内，地面吸收太阳总辐射与地面有效辐射之差值，称地面辐射差额，又称地面净辐射或地面辐射平衡。地面净辐射为正，表示净得热量，地面增温；反之，地面降温。地面净辐射的大小和时空变化，由短波辐射收入和长波辐射支出两部分决定，因而也有日变化和年变化。白天，净辐射随太阳高度的增加而增加。地面净得热量；夜间净辐射为负值，地面净失热量。年变化随纬度而异，纬度越低，净辐射保持正值的时间越长，甚至全年为正，净得热量也越多；纬度越高，净辐射保持正值的时间越短，净得热量也越少。 Ra=qa+F0-F把地

15、面和对流层大气视为一个统一体，称地气系统。其在一定的时间内辐射能收入与支出的差，称地气系统净辐射（辐射差额或辐射平衡）辐射平衡图解 地气系统净辐射随纬度而变化，低纬净辐射值为正，热量剩余。随纬度增高，净辐射值由正转负，热量由盈余转亏损，高纬净辐射值为负。年平均值符号转换发生在纬度30附近。净辐射的这种分布，引起高低纬之间气温差异，产生气压梯度力，从而推动大气环流和洋流，使得高低纬之间进行热量和水分的水平输送，影响各地气温和降水。 辐射平衡有明显的日变化和年变化。在一日内白天收入的太阳辐射超过支出的长波辐射，辐射平衡为正值，夜间辐射平衡为负值。正负转换分别出现在日没前与日出后1小时。自阿姨年内，

16、北半球夏季辐射平衡因太阳辐射增多而加大；冬季则相反，甚至出现负值。纬度越高，辐射平衡保持正值的月份愈少。例如，中国宜昌全年辐射平衡均为正值，而俄罗斯的圣彼得堡有五个月为正值，极圈范围内则大部分时间出现负值。 气温是大气的温度，是大气热力状况的数量度量。 气温的变化特点通常使用平均温度和极端值绝对最高温度、绝对最低温度来表示。 太阳东升西落，气温也相应变化，通常一天之内有一个最高值和一个最低值。最高值不出现在正午太阳高度角最大时，而是在午后2时前后，这是因为空气主要吸收地面辐射而增温，热量由地面传给大气还要经历一个过程。气温最低值不在午夜，而在日出前后，这是因为地面储存的热量因太阳辐射减弱而减少

17、，气温随之逐步下降，到第二天日出之前，地温达最低值，随后气温也达到最低值。日出之后，太阳辐射加强，地面储存热量又开始增加，气温也相应逐渐回升。 一天之内，气温的最高值与最低值之差，称为气温日较差。1.1.气温的日变化气温的日变化影响气温的日变化的因素影响气温的日变化的因素 太阳辐射强度的季节变化使气温发生相应的变化。 一年中月平均气温的最高值与最低值之差，称为气温年较差。 2.2.气温的年变化气温的年变化 气温年较差大小与地理纬度、地表性质、地形等因素有关。 由于太阳辐射的年变化高纬比低纬大，所以，纬度越高，年较差越大。影响气温的年变化的因素影响气温的年变化的因素 与同纬度相比，由于海陆的热学

18、性质不同，大陆上的年较差要比海洋大得多。此外，气温的年较差还随下垫面的性质、地形、气流运动、海拔高度而不同。沿海地区的气温年较差小于内陆，植被覆盖地小于裸地；凸地小于凹地；云雨多的地方年较差小于云雨少的地方；还把愈高年较差愈小。对某一地点来说，气温变化实际上要复杂得多。 影响气温的年变化的因素影响气温的年变化的因素 气温的水平分布通常用等温线来表示。等温线就是将气温相同的地点连结起来的曲线。等温线愈密，表示气温水平变化愈大；否则，反之。封闭的等温线表示存在温暖或寒冷的中心。有时为了便于比较，可将地面气温实际观测值（或统计值）订正为海平面温度，然后再绘制等温线。在等温线图上垂直于等温线方向上，单

19、位距离内温度的变化值称为水平温度提督，方向从高值指向低值。 气温的水平分布状况与地理纬度、海陆分布、大气环流、地形起伏、洋流等因素有密切关系。1.1.等等 温温 线线1）气温随纬度增高而递减：北半球1月（冬季）等温线比7月（夏季）密集，说明北半球冬季南北温度差大于夏季，南半球相反。2 ）冬季北半球等温线在大陆凸向赤道，海洋凸向极地：反映同一纬度上，陆地冷于海洋，夏季相反。南半球因陆地面积小，海洋面积大，因此等温线相对比较平直。遇到陆地的地方也发生类似北半球的弯曲情况。3 ）最高温度不是出现在赤道上，冬季5-10N处，夏季20N左右：这一带冬夏月平均气温均高于24，称热赤道。 4 ）大陆中纬度西

20、岸气温比同纬度东岸高：太平洋和大西洋北部，冬季大陆沿岸，等温线急剧向北极凸，反映黑潮暖流、阿流申暖流、墨西哥湾流的巨大增温作用。使1月份0等温线，在大西洋的北部伸展到70N的北极圈附近。夏季北半球等温线沿非洲和北美洲西岸向南凸，反映了加那利寒流和加利福尼亚寒流的影响，南半球也有类似的特点。5 ）北半球冷中心出现在冬季、高纬度大陆东部、西伯利亚和格陵兰岛：维尔霍扬斯克的绝对最低气温是69.8，奥依米亚康测得73。南半球无论冬夏最低气温都出现在南极，测得90（72S东方科学站）。暖中心出现在北半球夏季低纬大陆内部热带沙漠地区。索马里测得63的最高记录。 气温随高度变化的情况，用单位高度（通常取10

21、0米）气温变化值来表示，即/100米，称为气温垂直递减率，简称气温直减率。在一定条件下，还可能呈现下层气温反比上层为低的现象。气温随高度增大而上升的现象，称为逆温。 （1）辐射：经常发生在晴朗无云的夜间，由于地面有效辐射很强，近地面层气温迅速下降，而高处气层降温较少，从而形成自地面开始的逆温层。（2）平流：暖空气水平移动到冷地面或气层之上，其下层受冷地面或气层的影响而迅速降温，上层受影响较少，降温较慢，从而形成逆温。（3）空气下沉：常发生在山地。山坡上的冷空气循山坡下沉到谷底，谷底原来的较暖空气被冷空气抬挤上升，从而出现温度的倒置现象。这样的逆温主要是在一定的地形条件下形成的，所以又称为地形逆温。 逆温的存在阻碍空气垂直运动，妨碍烟尘、污染物、水汽凝结物的扩散，有利于雾的形成并使能见度变坏，使大气污染更为严重。废气污染严重的工厂不宜建在闭塞的山谷，以免地形逆温引起大气污染事故。