地球科学导论第六章大气

地球科学导论

IntroductiontotheEarthSciences1第六章大气圈（6学时）

学习了解大气圈知识的必要性本章主要内容概况

2本章主要内容

1大气的组成和结构2大气的热力状况

3大气的运动4大气中的水分5天气6气候3§1大气的组成和结构1.1大气的组成（1）干洁空气主要成分：氮、氧、氩(99.9%)，少量CO2、O3、各种氮氧化合物及一些惰性气体。分子量为28.966。物理性质：ρ=1.293kg/m3(0℃,1013.25hPa);

临界温度=-140.7℃,临界压强=37.2atm.其组成成分对生物圈的意义：CO2、O34§1大气的组成和结构（2）水汽来源：下垫面的蒸发或蒸腾作用。时空变化：变化范围在0%~4%之间；低纬度地区＞高纬度地区，沿海地区＞内陆地区，低层大气＞高层大气(1.5~2km½,5km1/10)Summer＞Autumn.

（3）气溶胶粒子51.2大气的结构（1）大气的垂直分层（2）对流层中的水平非均一现象

气团——在水平方向上物理属性（温度、湿度、稳定度等）比较均匀的巨大空气块。水平范围可达几百万平方千米，垂直尺度可达几千米到十几千米以上。

锋面——两种不同性质的气团之间有一个过渡区，其中气象要素值发生急剧变化。6神六着陆经过大气层7“不识庐山真面目，只缘身在此山中”大气层是地球上所有生命的保护伞，而只有跳出大气层的航天员才能看到它的真面目。在这张国际空间站上的航天员拍的照片中，从下往上我们可以看到地球的边缘、橙色的对流层、银色和蓝色相间的云彩及刚刚升起的月亮89各层主要特征（1）1.对流层（3/4的大气质量，几乎全部水汽）1）气温随高度增加而降低；2）空气具有强烈的对流运动；3）气象要素水平分布不均匀。2.平流层（50~55km）1）气温随高度的上升而升高；2）空气以水平运动为主；3）水汽含量极少，大多数时间天气晴朗。10各层主要特征（2）3.中间层（85km）气温随高度的增加迅速降低，气流有强烈的垂直运动；60~90km高度上有只在白天出现的电离层。4.热层（又称暖层，250~500km）1）气温随高度增加而迅速增高；2）空气处于高度电离状态（E层90~130km，F层160-350km).5.散逸层（外层）温度高，空气粒子运动速度很快，可散逸至星际空间。11（2）对流层中的水平非均一现象—气团和锋气团：水平方向上物理属性（如温度、湿度、稳定度）比较均匀的巨大空气块。尺度范围：水平范围可达几百万平方千米以上，垂直尺度可达几千米到十几千米以上。形成条件：空气较长时间停留在比较均匀的下垫面上，空气和下垫面进行热量和水分等交换。如海洋面与沙漠上形成的气团。12锋锋面：两种不同性质的气团之间的过渡区称为锋区，因锋区的厚度与气团尺度相比要小得多，而把它视为一个面，即称锋面。锋区：在过渡区中气象要素值发生急剧变化。锋线：锋区与地面的交线，长几百至几千千米。13§2大气的热力状况2.1太阳辐射、大气辐射和地面辐射（1）太阳辐射-短波辐射

Θ=sin-1(sinφsinδ+cosφcosδcos(15°(t-12)))

利用上式可计算一地的太阳高度角。其中：φ为当地纬度，δ为太阳赤纬，可查天文年历，t为当地时间(24h制)。天文辐射的时空变化：赤道最多极地最少；夏大冬小。

大气对太阳辐射的减弱作用：吸收、散射和反射。14（2）地面和大气辐射-长波辐射地面和大气依据自身不同的温度向外放出辐射，分别称为地面辐射和大气辐射。地面向大气放出的辐射75%~95%为大气所吸收，大气逆辐射几乎全被地面吸收。大气保温效应。（3）辐射差额（待续）指所考虑的系统在一定时间内各种辐射收入与支出的差值，一般不为0，可正可负。152.2空气温度（1）温度的概念（2）气温的日变化和年变化一天与一年中最高温、最低温出现时间（分陆地与海洋）。（3）气温的地理分布等温线，海平面气温:赤道->两极，海陆（4）气温的垂直分布与大气稳定性大气稳定性是指气块受任意方向的扰动后，返回或远离平衡位置的趋势和程度。16大气稳定度的判断172.3全球热量带地球上的热量分布与太阳辐射的分布规律基本一致，大致与纬线相平行，由低纬度到高纬度热量由高到低呈现带状分布。根据天文辐射划分：（1）赤道带（10°S-N，昼夜等长)（2）热带（10-25°S-N，日变化大，年变化小)（3）副热带（25-35°S-N，季节变化较前大)（4）温带（35-55°S-N，四季变化显著)（5）副寒带（55-60°S-N，昼夜差别大，无极昼)（6）寒带（60-75°S-N，极昼与极夜)（7）极地（75-90°S-N，半年极昼/夜年变化大)18§3大气的运动大气环流：地球上空大气层中大规模的气流运动。包括多个层面的运动，是全球大气中的热量交换、水分输送和能量交换等的条件是气候形成的主要因素之一。3.1气压和风（1）气压：从观测高度到大气上界的单位面积上垂直空气柱的重量，其单位为Pa，1Pa=1N/m2。1atm=101325Pa=1013.25hPa.（2）气压在水平方向分布不是均匀的，随时间也有变化。气压变化的实质是空气质量在地球上的重新分布。19气压场的几种基本类型203.2大气环流（1）大气环流的基本状况a.平均纬圈环流：指东西方向水平环流。纬度范围北半球风向南半球风向60°~90°东北风东南风30°~60°西南风西北风

0°~30°东北风东南风b.平均经圈环流：指在南北方向的垂直剖面上的环流。2122北半球有3个经圈环流，即低纬的热带环流圈(Ⅰ)，中纬的中纬度环流圈(Ⅱ)和高纬的极地环流圈(Ⅲ)。季风：季风环流的简称，是指在一个大范围地区内，盛行风向或气压系统有明显的季节变化，而且与之相应的天气气候也发生明显的变化。海陆间热力差异是季风形成的重要原因之一。23（2）大气环流的形成Ⅰ)太阳辐射对形成大气环流的作用（2.1小节已有辐射平衡方面的说明。）Ⅱ）地球自转对大气环流形成的作用Ⅲ）海陆差异对大气环流的影响Ⅳ）地形对大气环流的影响24§4大气中的水分概述：水是地球大气的重要成分，是一切生物维持生命和生长发育的必要条件。地球上淡水主要来源。影响天气和气候。4.1大气中水的三态变化（1）大气中水相的变化（2）水汽凝结物254.2大气降水定义：是指从云中降落到地面上的液态或固态水。降水强度：是指单位时间内的降水量。（1）降水的形成（2）降水的日变化和年变化非周期性：降水时间不规则。周期性：日变化<-受地理条件等影响；年变化<-纬度、环流、地形等26（3）大气降水的空间分布⑴低纬度地区降水量多，高纬度地区降水量少，但分布很不均；⑵中国南多北少，东多西少，山地多于平原；⑶海拔高度对降水量有显著影响。（4）酸雨

酸雨是指pH<5.6的降水。酸雨是当代世界面临的重大环境问题之一；是大气污染的主要特征。27§5天气天气是指瞬时或一定时间内风、云、降水、温度、湿度、气压等气象要素的综合状况。天气系统是指显示大气中天气变化及其分布的独立系统，其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。水平尺度从几百米至数千千米，存在时间从几个小时至数日或更长不等。285.1气团(1)气团形成的条件：一是具有大范围性质比较均匀的下垫面，二是具有有利于空气停滞和缓行的大气环流条件。(2)气团类型及特性气团有地理分类和热力分类。冰洋（北极和南极）气团、极地（中纬度）气团、热带气团和赤道气团。暖气团、冷气团。295.2锋(1)锋的类型{一是根据锋在移动过程中冷暖气团所占的主次地位不同，分暖锋、冷锋、静止锋和锢囚锋。{另一是分隔不同类型气团的锋的地理位置分北极锋、极锋和热带锋。}30(2)锋面天气冷锋-冷气团起主导作用，推动冷气团向暖气团方向移动的锋称为冷锋。暖锋-暖气团起主导作用，推动暖气团向冷气团方向移动的锋。静止锋-在冷、暖气团势力相当，锋区位置很少移动或来回摆动的锋。锢囚锋-是由暖气团、冷气团和更冷气团三种空气相遇而形成的锋系。315.3气旋气旋是指中心气压低于四周的水平空气涡旋，也是气压系统中的低压。(1)温带气旋具有锋面结构，直径可达1000-2000km，在北半球温带气旋的南部以偏南气流为主，北部以偏北气流为主。(2)热带气旋中心附近平均最大风力小于8级者为热带低压；8-9级者为热带风暴；10-11级者为强热带风暴；12级以上者为台风（typhoon）。325.4反气旋定义：是指中心气压比四周气压高的水平空气涡旋，也是气压系统中的高压。水平气流呈顺时针方向向外辐散（北半球），或呈逆时针方向向外辐散（南半球）。反气旋的水平尺度比气旋更大，但风速较小，中心区风力微弱。(1)反气旋的类型(2)温带冷性反气旋（冷高压）与寒潮(3)副热带反气旋（副热带高压）与梅雨33§6气候6.1气候概念(1)气候与天气气候是气候系统的全部成分在任一特定时段内的平均统计特征。天气与气候的比较空间范围相同，时间不同(2)气候系统包括大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈中与气候有关的物理的、化学的和生物学的运动变化过程。346.2气候形成(1)辐射因素(2)大气环流因素(3)下垫面因素6.3气候类型(1)低纬度气候(2)中纬度气候(3)高纬度气候6.4气候变化(1)历史时期气候变化(2)近代气候变化(3)气候变化的原因35多媒体观看1全球气候变化2气旋3反气旋青藏高原与中国气候.WMV36参考资料进一步阅读书目参考P171所列：/~hm1203/atmosphere/atmosphere.htm；/climatechange2

link/2860.php37全球气候变化对策网38大自然的宝藏是取之不尽、用之不竭的，比如水资源。(小学毕业时老师语）Itisseeminglyinconsumable,inexhaustiblesupplyofnaturalresources,foraninstance,waterresources,freshwaterresourcesintheearth.我们不应该等待大自然的恩赐，而应向大自然索取。（初中毕业时英语老师语）Weshouldnotwaitforthegiftsfromgods,butdemandfromthegods.人与自然的关系39第十三章自然灾害与减灾对策内容提示：1.自然灾害的一般特征和分类2.气象灾害3.地质灾害4.地震、火山和海啸灾害5.减灾对策40本章学习目的与要求1、知道自然灾害的一般特征和分类；2、掌握普遍存在且危害巨大的自然灾害类型。3、理解灾害的预报，风险评价，减灾政策及防灾措施等相关问题。SGU-ECO:41第1节自然灾害的一般特征和分类1.1自然灾害及其危害☆☆定义：是指发生在地球表层系统中、能造成人们生命和财产损失的自然事件。它是一种复杂的系统行为。它多数是地球系统演化过程中的正常事件。42自然災害都是極端的事件，對人類的生命或財產構成危險。這些環境危機並不是經常發生，往往好像突如其來的。面對自然災害，主要的處理有三方面：災害後的緊急行動、恢復正常的生活秩序、以及從事長期的經濟建設和災害預防。“国际减灾十年”431.自然灾害的一般特征和分类1.2自然灾害的一般特征自然灾害具有：①潜在性和突发性②周期性和群发性③复杂性和多因性等特征。441.自然灾害的一般特征和分类1.3自然灾害的分类⑴按灾害事件的延续时间进行分类⑵按灾害发生的成因机制进行分类⑶按灾害发生的现象特征进行分类通常将自然灾害划分为7种类型：干旱、洪涝、地震、地质灾害、气象灾害、农业灾害和林业灾害45第2节气象灾害2.气象灾害包括干旱、洪涝、冷冻、台风和风暴潮等，其中以干旱、洪涝和台风最为人们熟知，也是危害强烈，发生频繁的气象灾害类型。2.1干旱与荒漠化定义：是指特定地域长期无雨或少雨，气温高，湿度小，土壤水分不能满足作物的需要，使作物的正常生长受到抑制甚至死亡，造成减产或绝收的自然现象。沙尘暴－－NASA卫星拍摄46第2节气象灾害（2）干旱的特征：①在时间上渐进式、效果上累加式。②在空间上广延型。干旱的后果：导致荒漠化荒漠化的过程是一个使生物生产能力严重下降，生态系统贫瘠化，从而引起植物生殖量、土地载畜量、作物产量和人类健康水平下降等一系列不良连锁反应的过程，直接表现为土地的退化和沙漠的扩大。是气候和人类活动共同作用的结果。目前有愈演愈烈之势。47第2节气象灾害（3）2.2洪涝灾害定义：是一种常见的自然灾害，包括洪水和雨涝两大类型。洪水指气候季节性变化引起的特大地表径流不能被河道容纳而泛滥，或因山洪爆发而使江河水位陡涨，导致河堤决口、水库溃坝、道路和桥梁被毁、城镇和农田淹没的现象。主要受气候变迁、流域地貌特征和河流水文变迁等因素的制约。48图片说明：七月十五日，一辆货车正在积满水的道路上前进，受强热带风暴“碧利斯”外围环流影响，厦门市普降暴雨，许多低洼地带积水成灾。中新社发王东明摄49相关链接1.民政部通报强热带风暴“碧利斯”灾情与救灾情况2.专题：第四号强热带风暴“碧利斯”-中国频道-东方新闻-东方网50第2节气象灾害（4）2.3热带气旋热带气旋是形成于北太平洋西部热带洋面上具有暖中心结构的强烈气旋（也称台风）。热带气旋的形成过程：是海-气相互耦合并强烈作用的过程。。。20世纪中国气象灾难肆虐记51？52？？53？？？54？？？？55？？？？？56？？？？？？57？5859第3节地质灾害3.1滑坡和崩塌(a)滑坡：是斜坡上的岩土物质沿一定的软弱面或软弱带作整体性下滑的运动，是山区常见的一种地质灾害。可分为自然滑坡、岸坡边坡、矿山边坡和路堑边坡4种。(b)滑坡的发生要素：①滑坡体②滑动面③有效临空面④(c)滑坡发育的主要条件：60？云海深处，山泉轻淌61?山泥倾泄6263第3节地质灾害(1)3.2泥石流(a)定义：是含有大量固体物质的洪流，其容重一般在1.2~2.3t/m3之间。常具突发性，其运动速度快，能量巨大，破坏能力极强。64(b)泥石流发育的4个前提条件①顺坡堆积的大量碎屑物质②在瞬间集聚的超量水源③山高谷深的地貌条件④水是泥石流发育和发生的另一个主要条件泥石流与暴雨

65第3节地质灾害(2)3.3地裂缝和地面塌陷(a)地裂缝是累进性发展的缓变型灾害，成因极为复杂。分构造地裂缝和非构造成因地裂缝。(b)地面塌陷有自然因素造成和人类活动行为不当造成。后者约占总数的80%。多出现在地震、滑坡、泥石流的危险区，溶洞、暗河的发育区，矿山、大型建筑工地和都市城区。危险地段：地下采空区，地面沉降。66第4节地震、火山和海啸灾害4.1地震灾害（1）地震效应和地震烈度一次地震事件产生的直接和间接后果称为地震效应。地震造成破坏的程度用地震烈度来衡量。（2）地震灾害的发生过程①孕震阶段②临震阶段③发震阶段④震后调整阶段（3）地震灾害的成因类型①构造地震②火山地震③陷落地震④诱发地震（4）地震灾害的地理分布67第4节地震、火山和海啸灾害(1)4.2火山灾害定义：火山活动是地球内部构造-岩浆活动的一种特殊形式。形成过程：岩浆在高温高压下形成时，一般呈潜柔状态，与所处环境保持平衡。由于强烈的构造运动使岩石圈破裂，导致上覆岩石的静压降低，塑性的岩浆变为液态，从较深处的高压区向地壳浅层的低压区运移，于构造薄弱部位冲出地表，形成火山爆发。68第4节地震、火山和海啸灾害(2)火山爆发的直接致灾方式：①火山泥石流②火山碎屑