大气环境天气气象灾害

第八章大气环境与天气8.1大气的组成和结构

8.2太阳辐射和热量带

8.3天气和天气系统

8.4气候和气候带

第一节大气的组成和结构大气成分：干洁空气、水汽、气溶胶粒子大气结构：对流层、平流层、中间层、热成层、散逸层1、对流层

对流层是大气圈中最接近地面的一层，平均厚度约为12km，集中了占大气总质量75％的空气和几乎全部的水蒸气量，是天气变化最复杂的层次。该大气层具有两个显著特点。

(1)气温随高度增加而降低。对流层的大气不能直接吸收太阳辐射的能量，但能吸收地面反射的能量而使大气增温，因而靠近地面的大气温度高，远离地面的空气温度低，高度每增加l00m，气温约下降0.65℃。

(2)空气具有强烈的对流运动。

近地层的空气接受地面的热辐射后温度升高，与高空冷空气发生垂直方向的对流，构成了对流层空气的强烈的对流运动。

对流层中气象条件复杂，既有形成污染物易于扩散的条件，又会出现污染物不易扩散的条件。人类活动排放的污染物主要聚集在对流层。大气污染主要也是在这一层发生。因而对流层的状况对人类生活影响最大，与人类关系最密切，是我们进行研究的主要对象。

2、平流层

对流层层顶之上的大气为平流层，其上界伸展到约55km处。

平流层内温度垂直分布的特点是大气温度随高度的增加而升高。这一方面是由于它受地面辐射影响小，另一方面也是由于该层含有臭氧，存在着臭氧层。臭氧层可直接吸收太阳的紫外线辐射，造成了气温的增加。臭氧层的存在对地面免受太阳紫外辐射和宇宙辐射起着很好的防护作用，否则，地面上所有的生命将会由于这种强烈的辐射而致死。然而，近年来，由于地面向大气排放氯氟烃化合物过多，局部臭氧层被消蚀成洞，太阳及宇宙辐射可直接穿过”臭氧空洞”，给地球上的生物造成危害。若这种情况继续下去，其后果将是极为严重的。因此，保护臭氧层是当今世界面临的紧迫任务之一。

3、中间层

由平流层顶至85km高处范围内的大气称为中间层。由于该层中没有臭氧这一类可直接吸收太阳辐射能量的组分，因此其温度垂直分布的特点是气温随高度的增加而迅速降低，其顶部气温可低于190K。中间层底部的空气通过热传导接受了平流层传递的热量，因而温度最高。这种温度分布下高上低的特点，使得中间层空气再次出现强烈的垂直对流运动。4、暖层

暖层位于85～800km的高度之间。这一层空气密度很小，气体在宇宙射线作用下处于电离状态，又称为电离层。由于电离后的氧能强烈地吸收太阳的短波辐射，使空气迅速升温，因此在这一层中气温的分布是随高度的增加而增加，其顶部可达750～1500K。电离层能反射无线电波，对远距离通讯极为重要。

5、散逸层

暖层层顶以上的大气，统称为散逸层，也称为外层大气。该层大气极为稀薄，气温高，分子运动速度快。某些高速运动的粒子能克服地球引力的作用而逃逸到太空中去，所以称其为散逸层。

第二节太阳辐射和热量带热量带：地球上的热量分布与太阳辐射的分布规律基本相一致，大致与纬线相平行，由低纬到高纬热量由高到低呈现带状分布，形成全球的热量带。

热量带最简单的划分是根据天文辐射划分：

①赤道带在南北纬10°之间，占全球面积的17.36％，此带内全年正午太阳高度角大，昼夜长度几乎相等。太阳辐射日变化大，年变化小。

②热带在纬度10°～25°之间，在南北半球各占全球面积的12.45％。此带内的辐射特征与赤道带相似。

③副热带位于纬度25°～35°之间，在南北半球各占全球面积的7.55％，是热带与温带之间的过渡带。天文辐射的季节变化大于赤道带和热带。

④温带位于纬度35°～55°之间，在南北半球各占全球面积的12.28％，全年天文辐射的季节变化最显著，有四季分明的特点。

⑤副寒带位于纬度55°～60°之间，在南北半球各占全球面积的2.34％，是温带与寒带的过渡带，此带昼夜差别大，但无极昼和极夜现象。

⑥寒带位于纬度60°～75°之间，在南北半球各占全球面积的5.00％，此带一年中昼夜长度差别更大，在极圈内有极昼和极夜现象。全年天文辐射总量显著减小。

⑦极地纬度75°～90°之间，在南北半球各占全球面积的1.70％，此带昼夜差别最大，在极点半年为昼，半年为夜。天文辐射日变化最小，年变化最大。中国的热量带（温度带）

根据温度带的分布，我国除青藏高原属于高寒气候（占全国土地面积的26.7%）以外，其余地区从北到南可划分为5个热量带：寒温带，仅限于东北地区的极北部和海拔800米以上的大兴安岭北部地区，占全国土地总面积的1.2%；中温带，分布于东北地区、内蒙古和河北、山西、陕西3省的最北部、新疆北部地区，面积占全国的25.9%；暖温带，包括华北地区，辽宁南部，新疆南部和甘肃玉门以西，面积占全国的18.5%；亚热带，分布于白龙江—秦岭—淮河一线和南岭之间，包括华中地区、四川盆地及云贵高原大部，台湾省北、中部，面积占全国26.1%；热带，南岭以南，包括雷州半岛、云南南部边境地区、台湾南端和南海诸岛，面积占全国的1.6%。第三节天气和天气系统

天气：某一地区瞬时或一定时段内风、云、降水、温度、湿度、气压等大气物理或气象要素的综合状况。也有人把影响人类正常生产、生活的大气现象和状态，如阴、晴、冷、暖、干、湿等称为天气。天气系统：显示大气中天气变化及其分布的独立系统。天气系统的运动形式大都呈涡旋状或波状，如气旋、反气旋、锋、高空槽、脊等。常见的天气系统

一、锋面系统1、锋面：冷暖两种不同性质的气团相遇，其交界面称锋面。锋面与地面的交线称线。锋是锋面和锋线的统称。锋在空间的状态是向冷空气一侧倾斜的，冷空气在下方，暖空气在上方。因为锋面两侧的温度、湿度、气压、风等都有明显的差别，所以在锋面附近常伴有云、雨、大风等天气。2.分类：

根据锋的移动情况将锋分为暖锋、冷锋和准静止锋和锢囚锋等。冷锋是指冷气团主动向暖气团移动的锋。冷气团的前缘插入暖气团的下面，使暖气团被迫抬升。暖气团在抬升过程中冷却，其中水汽容易凝结成云、雨。所以，冷锋过境时，常出现阴天、下雨、刮风、降温的天气现象。冷锋过境后，冷气团替代了原来暖气团的位置，所以气压升高，气温和湿度骤降，天气晴朗。暖锋是指暖气团主动向冷气团移动的锋。暖气团沿冷气团徐徐爬升，冷却凝结产生云、雨。暖锋降水多发生在锋前，多为连续性降水。暖锋过境后，暖气团占据了原来冷气团低位置，所以气温上升，气压下降，天气晴朗。

静止锋：冷暖气团相互对峙时形成地锋，移动很慢或很少移动，也称为准静止锋。其锋面范围更广，形成的雨区面积更大，持续时间更长，往往会形成连续性阴雨天气，如长江流域的梅雨天气就是静止锋形成的。锢囚锋：由三种不同性质的气团，如暖气团、较冷气团和更冷气团相遇时形成的两条移动的锋合并而成的锋。常见的锢囚锋是一条冷锋赶上并推进到一条暖锋里，把暖空气完全脱离地面。由于气团性质的差别，锢囚锋又可分为暖型锢囚锋和冷型锢囚锋，两种锢囚锋形成的天气也不一样。冷锋在我国活动范围很广，几乎遍及全国，尤其是冬半年，北方地区更为常见。俗语“一场秋雨一场寒”。我国北方冬季爆发的寒潮，就是冷锋南下时形成的。我国北方夏季的暴雨多是由冷锋形成的锋面雨。二、气压系统

气压系统也是常见的天气系统，低压、高压是对天气系统气压状况的描述，气旋、反气旋是对天气系统气流状况的描述。由于低压（气旋）和高压（反气旋）的气压和气流状况均不相同，其天气状况也不相同。

气旋：中心气压低，气流从四面八方流入中心，使气旋中心的空气被迫上升。空气在上升的过程中温度降低，其中所含水汽容易凝云致雨。所以每当气旋过境时，云量就会增多，常常出现阴雨天气。

反气旋：中心气压高，气流向四外流出后，高层空气就自上而下来补充，形成下沉气流。空气在下沉过程中温度升高，不易凝结。所以反气旋控制的地区，天气晴朗。

名称中心气压气流方向天气气旋低北逆南顺、辐合流动，中心气流上升阴雨天气（如我国的台风反气旋高北顺南逆、辐散流动，中心气流下沉晴朗天气（如我国的伏旱、寒潮）

气候形成的因素世界气候及其分类中国气候第四节气候和气候带气候统计的基本时段（世界气象组织ＷＭＯ）：30年气候：一地多年的大气平均统计状况。温度、降水、湿度、气压、风、云等气象要素的多年平均值气候系统：能够决定气候形成、分布和变化的统一的物理系统。气候系统大气圈水圈陆地表面冰雪圈生物圈气候的形成因素太阳辐射、宇宙地球物理因子、下垫面、大气环流、人类活动。气候形成的因素：一、辐射因素辐射差额的影响因子地理纬度、海陆分布、云量、海拔高度、地形辐射差额的变化辐射差额呈带状分布，随纬度的增加而增大辐射差额的年较差随纬度的增加而增大辐射差额的分布对中国气候分布的影响②R北方地区春季＞秋季，南方地区秋季＞春季

T北方地区春温＞秋温，南方地区秋温＞春温年总辐射差额最大的地区为海南岛最小的地区为川黔地区①R夏季最大，冬季最小

T夏季最高，冬季最低④R年较差随纬度增加而增大

T年较差随纬度增加而增大③R北方地区春秋季变化快，南方地区春秋季变化慢

T北方地区春秋季升降快，南方地区春秋季升降慢⑤R夏季南北差异小，冬季南北差异大

T夏季南北温差小，冬季南北温差大⑥R39°N以南全年各月均为正值，39°N以北冬季出现负值

T愈往北方，冬季愈长，温度愈低二、下垫面因素海陆分布、地形、海气相互作用和洋流、植被、冰雪覆盖等海陆分布海陆分布对气候的影响使温度的纬向带状分布发生变形，在同一气候带中可出现不同的气候型。使海洋和陆地在获得相同太阳辐射的前提下，表面温度变化产生差异。冷热源上大气中水汽的供应者，距海远近不同，使空气湿度和降水量发生变化。使在同一纬度带中可出现海洋性气候和大陆性气候。

在近海地区形成海陆风。

华北暖温带气候秦岭山脉华中亚热带气候

南岭山脉华南热带气候地形地形对气候的影响地形对邻近地区气候的影响。地形本身所形成的独特的气候；气候分界线：三、大气环流大气环流的特性决定了进入某一地区的气团性质，从而决定着一定气团作用下的天气和气候。在低压经常控制的地区，云雨较多，获得的太阳辐射就比同纬度其他地方要少，温度较低；反之，在高压经常控制的地区，则相反。

大气环流维持了气候的相对稳定性。当大气环流形势趋向其长期平均的正常状态时，其作用下的各地的天气气候情况也是正常的；当大气环流形势在个别年份或个别时期异常时，便会发生该年份或该时期天气气候的反常。人类活动对气候的影响主要体现在三个方面：

①改变下垫面性质

森林、草原、农田（沙漠化效应、绿洲效应）水库（湖泊效应）城市（城市热岛效应）海洋石油污染（海洋沙漠化效应）

四、人类活动③人为释放热量各种能源和人畜新陈代谢放热（城市热岛效应、火炉效应）②改变大气成分二氧化碳CO2、甲烷CH4（温室气体）一氧化二氮N2O、氟氯烃化合物CFCS

（温室气体，破坏臭氧层）气溶胶（阳伞效应）世界气候及其分类一、气候带10°N10°S23°27′N23°27′S33°S33°N45°S45°N66°33′S66°33′N赤道赤道气候带热带气候带热带气候带副热带气候带副热带气候带暖温带气候带暖温带气候带冷温带气候带冷温带气候带极地气候带极地气候带赤道气候带位置：10°N～10°S气候特点：全年高温少变，温度年较差很小降水丰沛，全年分配均匀热带气候带位置：10°N、S～23°27′N、S气候特点：温度高，温度年较差较大降水量大，降水集中于夏半年一年可分为热、雨、凉三季副热带气候带位置：23°27′N、S～33°N、S气候特点：温度年较差、日较差大大陆西岸：盛行西北风，气候干燥大陆东岸：盛行东南风，气候湿润暖温带气候带位置：33°N、S～45°N、S气候特点：大陆西岸：地中海气候大陆东岸：季风气候夏季受副热带高压影响

大陆西岸高温干燥

大陆东岸炎热潮湿冬季受盛行西风带控制

大陆西岸温暖湿润

大陆东岸寒冷干燥冷温带气候带位置：45°N、S～66°33′N、S气候特点：大陆西岸

海洋性气候夏季凉爽冬季温和，温度年较差较小气候湿润，降水全年分配均匀大陆东岸

大陆性气候夏季凉爽冬季严寒，温度年较差很大气候干燥，降水少且集中于夏季极地气候带位置：极圈内气候特点：最热月月平均温度≤10℃苔原气候带：最热月月平均温度0～10℃

夏季极地大陆气团冬季北极气团冻原气候带：最热月月平均温度≤0℃

全年北极气团二、气候型海洋性气候气温年、日较差小，夏季凉爽冬季温和降水丰富，全年分配均匀大陆性气候气温年、日较差大，夏季炎热冬季寒冷降水稀少，集中于夏季，冬季干燥季风气候夏季高温湿润多雨，富有海洋性冬季寒冷干燥少雨，富有大陆性地中海气候夏季高温干燥少雨，富有大陆性冬季温暖湿润多雨，富有海洋性草原气候典型的大陆性气候，气温年、日较差大，降水集中于夏季热带草原气候夏季炎热多雨，冬季温暖少雨温带草原气候夏季温暖，冬季严寒，降水少沙漠气候极端化的大陆性气候，气温年、日较差很大气候干燥，降水稀少山地气候气温年、日较差较小迎风坡（湿坡）、背风坡（干坡），山谷风，山地垂直气候高原气候气温年、日较差较大中国气候一、中国的气候特征季风性显著、大陆性强黄河河套以西，西部高原气候区黄河河套以东，东部季风气候区终年为大陆气团（西伯利亚气团、热带大陆气团）所控制全年盛行偏西气流，气候干燥，具有显著的大陆性季风性显著季风的空间分布区域盛行风向冬季夏季长江以北偏北风东南风长江以南东北风东南风、西南风南海南部东北信风西南季风西藏南部偏西风偏东风季风的属性中国季风东亚季风热带季风温带季风副热带季风季风的进程季节时间季风进程隆冬12月初～3月初（3个月）冬季风全盛时期晚冬

3月初～4月中（1个半月）夏季风到达华南春季

4月中～6月中（2个月）夏季风北上到达华中初夏

6月中～7月中（1个月）夏季风北上到达华北盛夏

7月中～9月初（50天）夏季风全盛时期秋季

9月初～10月中（50天）冬季风迅速南下到达华南初冬10月中～12月初（50天）冬季风我国冬季风强于夏季风

夏季风渐进北上，冬季风突进南下大陆性强大陆度：排除纬度影响后的用于表示气候大陆性的相对气温年较差。依照焦金斯基大陆度所确定的中国气候分布K＞50

台湾、海南、华南地区、四川盆地及川黔地区、青藏高原东部；K＜50

其它地区二、中国温度、降水的分布特征温度温度的时间变化温度年较差大温度年较差自东南沿海向西北内陆增大温度日较差自东南沿海向西北内陆增大温度日较差北方春季最大，南方秋季最大春季升温、秋季降温北方快于南方

温度的空间分布中国1月份平均气温分布图-15-15-15-15-20-20-20-15-10-15-15-20-5-10-15-15-15-20-25-25-25-30-30-10-15-5005101515151520205101515-15-1515155新疆富蕴地区黑龙江漠河地区台湾南部地区海南岛南部地区中国7月份平均气温分布图20吐鲁番盆地淮河以南及川东2020242424202020162626262422222020202020242426242426262828282424282888121212161224202222降水降水的时间分布：降水集中在夏季地区多雨月华南地区5～6月、8～10月华中地区5～6月华北地区7～8月东北地区7～8月西北地区7～8月西南地区6～9月降水的空间分布中国年降水量分布图200150020020010010020040040010050502525251001002002004004004006006008008008008001000100012501500125015001750175017501750150020002000175017501750200015001750200012501000第九章气象灾害

9.1气象灾害的类型9.2气象灾害的预防与减灾

大气对人类的生命财产和国民经济建设及国防建设等造成的直接或间接的损害，称为气象灾害。它是自然灾害中的原生灾害之一。气象灾害，一般包括天气、气候灾害和气象次生、衍生灾害。

天气、气候灾害，是指因台风（热带风暴、强热带风暴）、暴雨（雪）、雷暴、冰雹、大风、沙尘、龙卷、大（浓）雾、高温、低温、连阴雨、冻雨、霜冻、结（积）冰、寒潮、干旱、干热风、热浪、洪涝、积涝等因素直接造成的灾害。气象次生、衍生灾害，是指因气象因素引起的山体滑坡、泥石流、风暴潮、森林火灾、酸雨、空气污染等灾害。气象灾害的类型

①种类多。主要有暴雨洪涝、干旱、热带气旋、霜冻低温等冷冻害、风雹、连阴雨和浓雾及沙尘暴等其他灾害共7大类20余种，如果细分；可达数十种甚至上百种。

②范围广，一年四季都可出现气象灾害；无论在高山、平原、高原、海岛，还是在江、河、湖、海以及空中，处处都有气象灾害。

气象灾害的特点

③频率高。我国从1950-1988年的38年内每年都出现旱、涝和台风等多种灾害，平均每年出现旱灾7.5次，涝灾5.8次，登陆我国的热带气旋6.9个。

④持续时间长。“同一种灾害常常连季、连年出现。例如，1951一1980年华北地区出现春夏连旱或伏秋连旱的年份有14年。

⑤群发性突出。某些灾害往往在同一时段内发生在许多地区如雷雨、冰雹、大风、龙卷风等强对流性天气在每年35月常有群发现象。1972年4月1522日，从辽宁到广东共有16个省、自治区的350多县、市先后出现冰雹，部分地区出现10级以上大风以及龙卷风等灾害天气。⑥连锁反应显著。天气气候条件往往能形成或引发、加重洪水、泥石流和植物病虫害等自然灾害，产生连锁反应。

⑦灾情重。联合国公布的1947一1980年全球因自然灾害造成人员死亡达121.3万人，其中61％是由气象灾害造成的。

城市气象灾害主要有以下几种

①干旱缺水：因长期无降水或少降水造成的干旱，使城市水源短缺，从而造成城市供水紧张。目前全国400个城市中有300个缺水，因供水不足，仅工业产值一项每年损失就达1200多亿元。北京也是严重缺水的城市之一，因此节约用水已是当务之急。②城市热岛效应：现代城市高楼林立，黑色路面的道路纵横，植被减少，因此使地面接收的太阳辐射能量和大气反射回近地层的热量集聚增加。再加上工业生产、民用燃料、机动车排放的二氧化碳等温室气体剧增，"温室效应"使城市增温加剧。于是城区的气温明显高于四周的郊区，因而形成城市"热岛"。例如北京、沈阳、西安等城市，通常城区的平均气温比郊区的气温偏高1.5-2℃。城市"热岛效应"在夏季极易引起中暑等疾病的增加，在冬季则易使空气污染加剧。

③城市雾害：城市化的发展，使城市空气中的悬浮颗粒增多，气溶胶粒子等增加，水汽的浓度加大，于是形成大雾的天气条件增多，而且浓度加大。大雾给城市交通、航空运输、供电线路等带来直接影响，同时由于雾天微弱物不易扩散，对人体健康也会造成不利影响。大风、雷击、渍涝、积雪、冰冻等也是重要的城市气象灾害。

回顾我国历史上出现的比较严重的气象灾害，干旱、暴雨洪涝以及热带气旋导致的台风是我国最为常见、危害程度最为严重的灾害种类。在气象灾害中，干旱也是我国影响面最大、最为严重的灾害。旱灾的特点是范围广、时间长、影响远。因此，旱灾也是我国气象灾害中损失最为严重的一类灾害。在我国，暴雨洪涝灾害是仅次于旱灾的气象灾害。此外，雷击、沙尘暴、霜冻、冰雹、雾灾等在我国也是经常发生的危害较大的气象灾害。气象灾害的预防与减灾随着我国城市化建设步伐的加快、人口的进一步增长，自然灾害尤其是气象灾害可能造成的损失将呈现增长的趋势。为了减轻自然灾害，需要采取以下办法：

1.建立和完善综合的、现代化的大气监测系统

人类活动受到天气气候的巨大影响，为了研究和掌握其变化规律，常通过星罗棋布的气象站和各种仪器对近地面的温度、气压、湿度和风力等气象要素和云、雨、雷等天气现象进行监测，进而对未来变化作出不同时间尺度的预报。要得到有关气象灾害更为准确的信息就要运用先进的技术手段，建立能够更好捕捉不同尺度天气系统的探测网络，以便为气象科学家提供真实反映各种天气系统状况的各种大气信息。组成这些探测系统的探测装备（包括自动站、雷达、卫星等先进的仪器）分布遍及世界各地，从陆地到海洋、从地面到太空。

2.加强气象灾害防御的科研技术支撑能力

天气预测和预报是一项科技含量很高的工作。天气预报是根据大气科学的基本理论和技术对某一地区未来的天气作出分析和预测。“天有不测风云”，气象预报准确度的提高依赖于包括大气科学本身在内的多种学科的进步，除预报技术本身的提高以外，还要求新型仪器数据分析和处理技术、网络传输技术、高性能计算机技术的配合。在这些方面，我国的发展水平和世界先进水平相比还存在一定的差距。这需要我国的科学家再接再厉，联