第三章大气和气候

1、思考题：思考题：1 名词：大气环流、季风、气团、锋、天气、气名词：大气环流、季风、气团、锋、天气、气候候2 大气的三部分组成？大气的三部分组成？3 大气热量的来源有哪几部分？大气热量的来源有哪几部分？4 大气的结构分哪几个层次？大气的结构分哪几个层次？5 气候分异规律的具体内容包含哪些？气候分异规律的具体内容包含哪些？l一、大气的成分一、大气的成分l由干洁空气、水汽、悬浮颗粒组成。由干洁空气、水汽、悬浮颗粒组成。l1 干洁空气：干洁空气：指大气中除水汽、液体和固体杂质外的指大气中除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体。整个混合气体。l干洁空气：干洁空气：主要由氧气主要由氧气(O2)、氮气、氮气

2、(N2)两种气体两种气体组成，还有能引起气温明显增高的微量气体二组成，还有能引起气温明显增高的微量气体二氧化碳氧化碳(CO2)、臭氧、臭氧(O3)两种气体。两种气体。含量与分布：含量与分布：大气中水汽的含量极少大气中水汽的含量极少,只占全球淡水总量的只占全球淡水总量的0.035%,且时空分布极不均匀且时空分布极不均匀,主要集中在大气的低层主要集中在大气的低层,以夏以夏季和低纬地区季和低纬地区(热带沙漠地区除外热带沙漠地区除外)为最多。为最多。作用：作用：（1）水汽可以成云致雨，出现常见天气现象。）水汽可以成云致雨，出现常见天气现象。（2）通过水相变和水循环调节地球上的热量分布。）通过水相变和水

3、循环调节地球上的热量分布。（3）水汽也能强烈吸收地面辐射，同时它又向周围空气和）水汽也能强烈吸收地面辐射，同时它又向周围空气和地面放射长波辐射，对保持地面和空气的温度有一定的作地面放射长波辐射，对保持地面和空气的温度有一定的作用。用。3、固、液体杂质（悬浮颗粒、气溶胶）、固、液体杂质（悬浮颗粒、气溶胶）悬浮颗粒：悬浮颗粒：大气中的固体微粒和液体微滴构成的大气中的固体微粒和液体微滴构成的稳定混合物，主要有海盐粉粒、灰尘、烟尘、有稳定混合物，主要有海盐粉粒、灰尘、烟尘、有机物等。机物等。来源：来源：自然来源：自然来源：火山爆发、流星燃烧、森林火灾、海火山爆发、流星燃烧、森林火灾、海浪飞沫、风尘、植

4、物花粉浪飞沫、风尘、植物花粉人为来源人为来源，如工业生产、生活燃烧、各种交通工，如工业生产、生活燃烧、各种交通工具排放的烟雾粉尘等。具排放的烟雾粉尘等。作用：作用：（1）充当水汽的凝结核，对云、雾、降水等的）充当水汽的凝结核，对云、雾、降水等的形成起重要作用。形成起重要作用。（2）对天气和气候的影响）对天气和气候的影响,（3）降低了大气透明度）降低了大气透明度,削弱到达地表的太阳削弱到达地表的太阳辐射辐射,降低大气温度。降低大气温度。（4）反射地面的长波辐射）反射地面的长波辐射,对地面产生了一定对地面产生了一定的保温作用。的保温作用。（一（一）大气能量的来源（大气能量的来源（4部分）部分）1、

5、对太阳辐射的直接吸收、对太阳辐射的直接吸收 太阳辐射是地球大气系统的主要能源。主要的吸太阳辐射是地球大气系统的主要能源。主要的吸收物质是臭氧、水气和液态水收物质是臭氧、水气和液态水,而氮和氧对太阳辐而氮和氧对太阳辐射的吸收是很少的。射的吸收是很少的。2、对地面辐射的吸收、对地面辐射的吸收3、潜热输送、潜热输送 指地面水分蒸发吸收热量，然后凝结放出热量热，指地面水分蒸发吸收热量，然后凝结放出热量热，从而把地面热量输送到大气中。从而把地面热量输送到大气中。4、感热输送、感热输送 指地面和大气直接的热量传递。指地面和大气直接的热量传递。（1 1）散逸散逸层层（2 2）暖层暖层（电离层）（电离层）（3

6、 3）中间层中间层（高空对流层）（高空对流层） （4 4）平流层平流层 （5 5）对流层对流层1、对流层（、对流层（0-11km）（1）对流层是受地面影响最大、最直接的圈层。）对流层是受地面影响最大、最直接的圈层。直接从地表获得物质直接从地表获得物质, 使对流层物质组成发生改变。使对流层物质组成发生改变。从地表获得热量从地表获得热量,从而影响对流层大气的水平和垂直从而影响对流层大气的水平和垂直温度分布。温度分布。 气温随海拔高度增加而降低。气温随海拔高度增加而降低。（2）对流层也是对地表影响最直接、对人类生产生）对流层也是对地表影响最直接、对人类生产生活影响最为强烈的圈层。活影响最为强烈的圈层

7、。大气运动可以将地表面不同地区的热量和水分在全大气运动可以将地表面不同地区的热量和水分在全球范围内进行重新分配球范围内进行重新分配,从而影响地表形态从而影响地表形态(尤其风尤其风蚀地貌、流水地貌蚀地貌、流水地貌) 、植被的生长、河川径流、土、植被的生长、河川径流、土壤形成。壤形成。2、平流层（对流层顶、平流层（对流层顶-55km） 平流层气温基本上不受地面影响，温度随高平流层气温基本上不受地面影响，温度随高度的增加而增加度的增加而增加 气流平稳，以水平运动为主，气流平稳，以水平运动为主，水汽含量极少水汽含量极少,几乎没有任何天气现象产生。几乎没有任何天气现象产生。非常适合飞机的空中飞行。非常适

8、合飞机的空中飞行。3、中间层（、中间层（55-85km） 又称高空对流层，该层的特点是气温随高度又称高空对流层，该层的特点是气温随高度的升高而迅速下降，并有相当强烈的垂直运的升高而迅速下降，并有相当强烈的垂直运动。动。4、暖层（、暖层（85-800km) 又称热层、电离层。该层气温随高度增加而迅速又称热层、电离层。该层气温随高度增加而迅速升高。暖层的大气密度很小，且处于高度电离状升高。暖层的大气密度很小，且处于高度电离状态，态， 能反射无线电波，在远距离无线电通讯上能反射无线电波，在远距离无线电通讯上具有特别重要的意义。具有特别重要的意义。5、散逸层、散逸层(800km以上）以上） 又称外层、

9、逃逸层。该层气温随高度增加很少变又称外层、逃逸层。该层气温随高度增加很少变化，大气十分稀薄化，大气十分稀薄, 大气受地心引力小，运动速大气受地心引力小，运动速度极快，经常有大气质点散逸到星际空间。度极快，经常有大气质点散逸到星际空间。大气运动最直接的原因：大气运动最直接的原因：气压的时空分布气压的时空分布不均不均大气运动最直接的结果：大气运动最直接的结果：使地球上的物质使地球上的物质能量得以传输能量得以传输n 由于地表受热不均，引起了气压的空间分布不均。由于地表受热不均，引起了气压的空间分布不均。常用气压梯度常用气压梯度(GN)表示。表示。n GN=-P/Nn 式中，式中，GN为气压梯度为气压

10、梯度, P为两等压面间的气压差为两等压面间的气压差N两等压面间的垂直距离两等压面间的垂直距离n 气压梯度力：气压梯度力：指在存在着气压梯度的地方，使空指在存在着气压梯度的地方，使空气分子沿着与气压梯度相同的方向移动的力。气分子沿着与气压梯度相同的方向移动的力。n作用：作用：是空气运动的原动力。是空气运动的原动力。 u地转偏向力：地转偏向力：导致地球表面运动物体方向偏转的力。导致地球表面运动物体方向偏转的力。u 作用：作用：u导致了大气运动方向的改变，从而形成了地转风、导致了大气运动方向的改变，从而形成了地转风、气旋、反气旋。气旋、反气旋。u导致了河流、洋流、潮流运动轨迹的偏转，从而形导致了河流

11、、洋流、潮流运动轨迹的偏转，从而形成了北半球河流的右岸侵蚀，洋流、潮流的向右偏成了北半球河流的右岸侵蚀，洋流、潮流的向右偏转。转。辐散：辐散：指在高压中心附近，大气向周围流动。指在高压中心附近，大气向周围流动。辐合：辐合：指在低压中心附近，大气由周围向中心流动。指在低压中心附近，大气由周围向中心流动。由于地转偏向力的作用，大气的辐合与辐散就演变由于地转偏向力的作用，大气的辐合与辐散就演变成了气旋、反气旋。成了气旋、反气旋。气旋就是指呈螺旋状向内旋转运动的大气叫做气旋气旋就是指呈螺旋状向内旋转运动的大气叫做气旋,反之呈螺旋状向外旋转运动的大气叫做反气旋。反之呈螺旋状向外旋转运动的大气叫做反气旋。

12、由于地转偏向力的作用方向在南北半球相反，因此由于地转偏向力的作用方向在南北半球相反，因此气旋与反气旋在南北半球旋转的方向相反。气旋与反气旋在南北半球旋转的方向相反。气气旋旋反反气气旋旋反反气气旋旋气气旋旋北半球北半球南半球南半球辐合辐合辐散辐散大气环流：大气环流：指大范围内具有一定稳定性的各指大范围内具有一定稳定性的各种气流运动的综合现象。种气流运动的综合现象。大气环流是形成全球各种天气、气候的主要大气环流是形成全球各种天气、气候的主要因素。太阳辐射是大气环流的原动力。因素。太阳辐射是大气环流的原动力。 由于作用于空气的各作用力大小的不同，形由于作用于空气的各作用力大小的不同，形成了各种尺度的

13、环流成了各种尺度的环流:全球性气温和气压差异形成的行星风系全球性气温和气压差异形成的行星风系;巨大的海陆差异产生季风环流巨大的海陆差异产生季风环流;由于局地的水陆、地形差异形成的局地环流由于局地的水陆、地形差异形成的局地环流,如如海陆风、山谷风。海陆风、山谷风。行星风系行星风系:发生在行星发生在行星上的总的大气环流现象。上的总的大气环流现象。太阳系中的任何行星只太阳系中的任何行星只要它周围包围着气圈，要它周围包围着气圈，都有环流现象发生，地都有环流现象发生，地球也不例外。球也不例外。极地高压极地高压副极地低压副极地低压极地高压极地高压副极地低压副极地低压赤道低压赤道低压气压带、风带随季节有明显

14、的南北移动，对气压带、风带随季节有明显的南北移动，对地球气候及受气候影响最大的自然景观的形地球气候及受气候影响最大的自然景观的形成起着不可忽视的作用。成起着不可忽视的作用。在单一气压带、风带控制下，常形成单一的在单一气压带、风带控制下，常形成单一的气候及景观，而受不同气压带和风带交替控气候及景观，而受不同气压带和风带交替控制的地区，常形成一年中干湿随季节有明显制的地区，常形成一年中干湿随季节有明显变化的气候及景观。变化的气候及景观。例如，例如，撒哈拉、阿拉伯及澳大利亚中西部等地区，撒哈拉、阿拉伯及澳大利亚中西部等地区，由于处在副热带及信风带大陆中心和大陆西岸，由于处在副热带及信风带大陆中心和大

15、陆西岸，长期受副热带高压及信风的控制和影响，因而长期受副热带高压及信风的控制和影响，因而呈呈现沙漠景观。现沙漠景观。地中海沿岸、美国加利福尼亚州沿岸、南非、澳地中海沿岸、美国加利福尼亚州沿岸、南非、澳大利亚南端等大利亚南端等受副热带高压和西风交替控制的，受副热带高压和西风交替控制的，因而形成了世界上著名的因而形成了世界上著名的副热带夏干气候副热带夏干气候(地中海地中海气候气候)。季风：季风：大范围地区盛行风随季节变化而发生有规大范围地区盛行风随季节变化而发生有规律改变的现象。律改变的现象。季风的形成与多种因素有关：季风的形成与多种因素有关：（1）最主要的是由于海陆间热力性质的差异造成）最主要的

16、是由于海陆间热力性质的差异造成的的, 如：如：亚洲东部的亚洲东部的东亚季风东亚季风。夏季气流从海洋流。夏季气流从海洋流向陆地，形成夏季风；冬季气流从大陆流向海洋，向陆地，形成夏季风；冬季气流从大陆流向海洋，形成冬季风。形成冬季风。（2）其次是由于行星风系的季节移动而形成的。）其次是由于行星风系的季节移动而形成的。 如：如：每年的每年的4-10月在印度半岛、中南半岛及我月在印度半岛、中南半岛及我国云南等地区盛行的国云南等地区盛行的西南季风西南季风。局地环流：局地环流：由于局部环境的影响，如地表受热的由于局部环境的影响，如地表受热的不均、地形的起伏以及人类的活动等引起的小范不均、地形的起伏以及人类

17、的活动等引起的小范围气流运动，称为局地环流。例如海陆风、山谷围气流运动，称为局地环流。例如海陆风、山谷风等地方性风系。风等地方性风系。局地环流对小范围地区的气候却有着不可忽视的局地环流对小范围地区的气候却有着不可忽视的影响。影响。海陆风：海陆风：是指发生在沿是指发生在沿海地区，白天吹海风海地区，白天吹海风,夜间吹陆风，以一日为夜间吹陆风，以一日为周期的周期性风系，它周期的周期性风系，它也是由于海陆的热力性也是由于海陆的热力性质的差异引起的。质的差异引起的。海陆风对沿海地区的天气和气候有着明显的影响:白天,海风携带着海洋水汽输向大陆沿岸,使沿海地区多雾多云,降水量增多,同时还调节了沿海地区的温度

18、,使夏季不致过于炎热,冬季不过于寒冷。p山谷风山谷风:在山区在山区,白天从谷底吹向山坡、夜间从山白天从谷底吹向山坡、夜间从山坡吹向谷底坡吹向谷底,以一日为周期的周期性风系。以一日为周期的周期性风系。天气系统：天气系统：大气中引起天气变化的各种尺度的大气大气中引起天气变化的各种尺度的大气运动系统。主要有气旋、反气旋、锋面、台风、龙运动系统。主要有气旋、反气旋、锋面、台风、龙卷风等。卷风等。一、气团和锋一、气团和锋（一）气团（一）气团气团：气团：在广大区域内温度、湿度、垂直稳定度等物在广大区域内温度、湿度、垂直稳定度等物理属性较均匀的大块空气团。理属性较均匀的大块空气团。水平范围几百公里到几千公里

19、，垂直范围由几公里水平范围几百公里到几千公里，垂直范围由几公里到十几公里。到十几公里。 一个气团内部属性相近，其天气现象也大体一致，一个气团内部属性相近，其天气现象也大体一致，因此具有明显的天气意义。因此具有明显的天气意义。地表（下垫面）的温度和湿度状况对气团的形成具地表（下垫面）的温度和湿度状况对气团的形成具有决定性的作用。有决定性的作用。气团变性：气团变性：在稳定的环流条件下大范围的空气长期在稳定的环流条件下大范围的空气长期停留，并通过辐射、对流、蒸发、凝结等方式获得停留，并通过辐射、对流、蒸发、凝结等方式获得与下垫面相适应的比较均匀的属性，环流改变气团与下垫面相适应的比较均匀的属性，环流

20、改变气团将离开原地，从而引起气团性质的改变。将离开原地，从而引起气团性质的改变。冷气团：冷气团：气团向比它温暖的下垫面移动时称冷气团。气团向比它温暖的下垫面移动时称冷气团。暖气团：暖气团：气团向比它冷的下垫面移动时称暖气团。气团向比它冷的下垫面移动时称暖气团。 极地大陆气团和热带海洋气团的交替控制从而形成极地大陆气团和热带海洋气团的交替控制从而形成了我国夏季多雨、冬季少雨的主要原因。了我国夏季多雨、冬季少雨的主要原因。1、锋及其分类、锋及其分类锋：锋：温度或密度差异很大的两个气团相遇时的狭窄过温度或密度差异很大的两个气团相遇时的狭窄过度区域，称为锋。实际上是两个气团的交界面，故又度区域，称为锋

21、。实际上是两个气团的交界面，故又称锋面。锋面多云雨天气。称锋面。锋面多云雨天气。根据锋移动过程中冷暖气团的替代情况，锋分为冷锋、根据锋移动过程中冷暖气团的替代情况，锋分为冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋。暖锋、准静止锋、锢囚锋。冷锋：冷锋：冷气团主动向暖气团方向移动的锋。冷气团主动向暖气团方向移动的锋。暖锋暖锋反之。反之。准静止锋：准静止锋：很少移动或移动速度非常缓慢的锋。很少移动或移动速度非常缓慢的锋。锢囚锋：锢囚锋：指锋面相遇、合并后的锋。分为指锋面相遇、合并后的锋。分为暖锢囚锋暖锢囚锋和和冷锢囚锋冷锢囚锋（1）冷锋天气）冷锋天气缓行冷锋缓行冷锋(第一型冷锋第一型冷锋)，常出现云雨天气，主要发

22、常出现云雨天气，主要发生在地面锋后。生在地面锋后。急行冷锋急行冷锋(第二型冷锋第二型冷锋) ，锋前暖空气被激烈抬升，锋前暖空气被激烈抬升，实际天气与暖气团性质有关，实际天气与暖气团性质有关，夏季：夏季：暖气团较湿润，暖气团较湿润，锋面附近常形成雷雨天气，锋面附近常形成雷雨天气，冬季：冬季：暖气团较干燥，暖气团较干燥，锋前只出现层状云。锋前只出现层状云。缓行冷锋急行冷锋（2）暖锋天气）暖锋天气常连续性降水，历时较长，常连续性降水，历时较长，但强度较小。降水带出现但强度较小。降水带出现在锋前冷区里。在锋前冷区里。（3 3）准静止锋天气）准静止锋天气常形成大片地区的连阴雨天气。如，我国江南的梅雨常形

23、成大片地区的连阴雨天气。如，我国江南的梅雨天气。天气。（4）锢囚锋天气锢囚锋天气 常在锋面两侧发生强度很大的降水区。常在锋面两侧发生强度很大的降水区。（一）气旋：（一）气旋：气旋：气旋：占有三度空间、中心气占有三度空间、中心气压比四周低的水平空气涡旋。压比四周低的水平空气涡旋。根据气旋产生的地理位置，分根据气旋产生的地理位置，分为温带气旋和热带气旋。为温带气旋和热带气旋。锋面气旋天气比较复杂，既有气团天气，也有锋面天锋面气旋天气比较复杂，既有气团天气，也有锋面天气。气。台风：当台风：当热带气旋中心附近平均最大风力大于热带气旋中心附近平均最大风力大于12级级（32米米/秒）时称台风。台风中心气压

24、很低，有强烈的秒）时称台风。台风中心气压很低，有强烈的上升气流，水汽十分充沛，常形成狂风暴雨天气。上升气流，水汽十分充沛，常形成狂风暴雨天气。（二）反气旋（二）反气旋反气旋：是占有三度空反气旋：是占有三度空间的，中心气压比四周间的，中心气压比四周高的大型空气涡旋。高的大型空气涡旋。根据温度和压力结构，分冷性（冷高压）反气旋和根据温度和压力结构，分冷性（冷高压）反气旋和暖性反气旋（暖高压）。暖性反气旋（暖高压）。强烈的冷性反气旋常带来冷空气入侵，形成降温、强烈的冷性反气旋常带来冷空气入侵，形成降温、大风等寒潮天气。大风等寒潮天气。夏季暖性反气旋控制下的地区常出现晴朗炎热天气。夏季暖性反气旋控制下

25、的地区常出现晴朗炎热天气。气候是天气的平均状况，也就是某个地区一定时气候是天气的平均状况，也就是某个地区一定时期内，气象要素（温度、湿度、风、降水等）的统期内，气象要素（温度、湿度、风、降水等）的统计平均值。计平均值。天气是某个地区瞬时或一定时段内风、云、降水、天气是某个地区瞬时或一定时段内风、云、降水、温度、气压等气象要素的综合状况。温度、气压等气象要素的综合状况。气候与天气的区别：天气是短期的大气状态变化，气候与天气的区别：天气是短期的大气状态变化，主要受气团和锋面的影响。主要受气团和锋面的影响。 气候是长期的大气状态变化，主要受太阳辐射、大气候是长期的大气状态变化，主要受太阳辐射、大气环

26、流和地面状况影响。造成气候差异最基本的因气环流和地面状况影响。造成气候差异最基本的因素还是太阳辐射。素还是太阳辐射。气候分异：气候分异：指由于各地接受的太阳辐射量不同指由于各地接受的太阳辐射量不同,大气大气环流状况及下垫面性质也各不相同环流状况及下垫面性质也各不相同,造成了不同地区造成了不同地区的气候差异显著。的气候差异显著。自然环境的地域分异规律很大程度上依赖于气候的自然环境的地域分异规律很大程度上依赖于气候的地域分异。即，气候地域分异决定其他地理要素的地域分异。即，气候地域分异决定其他地理要素的地带性变化。地带性变化。气温和降水两个要素是决定气候分异的基本依据。气温和降水两个要素是决定气候

27、分异的基本依据。气温的分布主要受气温的分布主要受纬度、海陆、地形、海拔高纬度、海陆、地形、海拔高度度等因素的制约。等因素的制约。纬度因素决定了气温的纬度地带性分异纬度因素决定了气温的纬度地带性分异,海陆、地形及海拔高度则成为气温非地带性分海陆、地形及海拔高度则成为气温非地带性分异的因素。异的因素。l大气湿度和降水的分布主要与大气运动和海陆分大气湿度和降水的分布主要与大气运动和海陆分布等因素的影响。布等因素的影响。l大气运动大气运动的方向和速度直接影响着大气湿度和降的方向和速度直接影响着大气湿度和降水（主要通过水汽运输来影响）。水（主要通过水汽运输来影响）。l海陆的分布海陆的分布则使降水的纬度地

28、带性遭到破坏则使降水的纬度地带性遭到破坏,而呈而呈现出非地带性特征。一般沿海地区降水丰沛现出非地带性特征。一般沿海地区降水丰沛,越往越往内陆降水越少。内陆降水越少。l在山区在山区, 随着随着海拔高度海拔高度的不同的不同,降水量也不同。降水量也不同。由于气温和降水具有一定的地带性和非地带性分由于气温和降水具有一定的地带性和非地带性分异规律异规律,决定了全球的气候也呈现出一定的地带决定了全球的气候也呈现出一定的地带性和非地带分异规律性和非地带分异规律,具体体现在各气候带气候具体体现在各气候带气候型的分布上。型的分布上。u由于太阳辐射造成的热力分异的存在由于太阳辐射造成的热力分异的存在,全球按温度全球按温度可划分为五个基本气候带可划分为五个基本气候带:热带、南温带和北温带、热带、南温带和北温带、南寒带和北寒带南寒带和北寒带。习惯上又将温带划分为亚热带和。习惯上又将温带划分为亚热带和亚寒带。亚寒带。u根据降水在每个气候带内还可划分出若干的气候型根据降水在每个气候带内还可划分出若干的气候型:赤道多雨带赤道多雨带,副热带少雨带副热带少雨带,温带多雨带与极地少雨温带多雨带与极地少雨带。带。l气候的非地带性：气候的非地带性：指指海陆的分异、大气环流、地海陆的分异、大气环流、地形起伏形起伏等因素直接或