05第5??章大气圈与气候分异规律

    大气圈定义：大气圈是包围地球的气体圈层，它是气候系统和自然地理系统的重要组成部分，也是这两个系统中最为活跃的子系统。

    1??大气圈的组成

    （1）大气的成分

    大气是由多种气体，固体微粒和液体微滴（水汽）混合组成的混合物，而不是化合物。根据大气各组成成分的浓度，可以将大气的所有成分分为三大类。

    1.主要成分

    地球表面的干洁大气主要由氮（N2）、氧（O2）、氩（Ar）等气体组成，氮气和氧气占了整个大气总体积的99%以上。

    2.微量成分

    主要是CO2、水汽、CH4、N2O、SO2、CO、H2、NH3。

    3.痕量成分

    主要是H2S，NMHC（非甲烷类烃【Ting】）、O3（臭氧）。

    （2）几种重要的微量和痕量成分的作用与功能

    1.二氧化碳（CO2）

    A·CO2是大气中的可变成分之一。它主要来自火山喷发、动植物的呼吸以及人类活动等。

    尽管CO2对大阳辐射的吸收也很少，但它能强烈吸收地面长波辐射，从而使低层大气变暖；

    同时，它能向周围及地面放射长波辐射，对大气和地面温度有明显的“温室”作用。

    B·CO2对大气辐射收支的影响主要表现在两方面：

    一方面，CO2的增加将导致平流层放射更多的长波辐射，从而引起平流层的冷却；

    另一方面，将吸收更多的地面长波辐射，同时吸收能量的一部分又重新辐射回地面，从而引起对流层和地面温度的升高。

    2.臭氧（O3）???

    A·臭氧是大气重要的可变成分和痕量成分之一。它主要是由于氧分子在太阳辐射下，通过光化学作用，分解为氧原子后再与另外的氧分子结合而形成的。

    B·臭氧能强烈地吸收太阳紫外辐射，使大气温度升高。同时，使地面上的生物能够免受过多的太阳紫外辐射的伤害，而穿透大气层到达地面的少量紫外辐射，对人类和大部分地球表面生物是有益的，对生物圈起着保护作用。

    C·南极臭氧洞???（下面所有一起～名词解释）

    1.南极臭氧洞指的是南极春天（每年10月），南极大陆上空气柱臭氧总量急和地剧下降，形成一个面积与极地涡旋相当的气柱臭氧总量很低的地区。

    2.臭氧洞有两层含义：

    一是从空间分布的角度来看，随着纬度增加气柱臭氧总量逐渐增加，在南极环极涡旋外围形成臭氧含量极大值，进入环极涡旋后，气柱臭氧总量突然大幅度下降，形成低值区；

    二是，从时间角度看，9月到10月南极地区气柱臭氧总量突然大幅度下降，形成季节变化中的谷。

    3.水汽

    4.气溶胶???（名词解释-紫字：解答题- 全部）

    A·概念

    大气中均匀分布的相当数量的固体微粒和液体微滴，如海盐粉粒、灰尘、烟尘和有机物等多种物质，所构成的稳定混合物，统称为大气气溶胶。

    B·产生

    1.气溶胶的产生，除了火山爆发、流星燃烧、森林火灾、海浪飞沫、风尘、植物花粉传播等自然原因外

    2.更重要的是由于人类活动，如工业生产、生活燃烧以及各种交通工具排放的烟雾粉尘等。

    C·来源（针对：对流层气溶胶）

    1.大量化石燃料燃烧，在向大气中释放大量CO2的同时，也释放出大量的硫化物，造成对流层人为硫酸盐气溶胶的增加。

    2.同时，生物体的燃烧也是对流层气溶胶增加的另一个来源

    D·影响（主要是温度方面）

    气溶胶的存在，对天气和气候产生了不小的影响，最直接的后果是降低了大气透明度，削弱了到达地面的太阳辐射，降低了大气温度；同时，它也削弱了地面的长波辐射，对地面产生了一定的保温作用。

    1.对天气而言，浓度较弱的气溶胶，使大气层结朝不稳定方向发展，易产生云雨天气；而浓度强的气溶胶，在夜间可使大气朝不稳定方向发展，在白天却使大气朝稳定方向发展。

    2.对气候而言，当气溶胶浓度较弱时，一年四季气溶胶层都相当于一个冷源；浓度较强时，在冬季相当于冷源，而在夏季则相当于热源。

    E·（了解就行）气溶胶的气候效应

    气溶胶的气候效应有直接和间接两种。直接效应是通过散射和吸收，改变大气中的长、短波辐射传输特征，间接效应是改变液态水、云的微结构及其光学特性。气溶胶对地—气系统是加热还是冷却，主要取决于气溶胶的反照率（Ae）是否大于地面和云的反照率（Ap）。若Ae大于Ap，则使气候系统少收入热量；若Ae小于Ap，则总效应是使气候系统增加热量，从而改变气候。

    （3）几种重要的微量和痕量成分的时空变化

    1.陆高度的变化

    A·二氧化碳

    大气中CO2集中在大气圈底部，从地面20Km高度以下这一薄层：到了20Km以上含量显著减少。

    B·臭氧

    大气中O3主要存在于10～50Km的大气层中，绝大部分集中在平流层，对流层只占了10%左右。近地面臭氧含量少，从10Km高度开始增加，到25～45Km高度浓度达到最大值，称为“臭氧层”。

    C·水汽

    1.大气中的水汽主要来源于地面的蒸发和植物的蒸腾，因此地球表面开阔的水域、雪面、冰面或潮湿的土壤和植被是大气中水汽的源区，而干燥的沙漠地区则是水汽的汇区。

    2.一般说来，在垂直方向上，水汽含量随高度的增高而减少，这种向上减少的速度是很快的。

    2.随纬度和季节的变化

    A·大气与地面关系最为密切的圈层是大气圈的最底层——对流层。

    1.由于地面受热不均，使该层空气产生了强烈的对流运动。又因不同纬度、不同季节对流作用的强弱不同，使对流层大气厚度随纬度和季节的不同存在着明显的变化：低纬厚，高纬薄；夏季厚，冬季薄。

    2.据观测，对流层的平均厚度在低纬度地区为17~18km，中纬度地区为10~12 km，高纬度地区为8~9 km。

    B·水汽

    1.大气中的水汽含量，不但有垂直分布的变化，而且还因纬度、地势高低以及海陆的不同存在显著差异。

    2.纬度越高，大气中水汽含量越少，在寒冷干燥的陆面上其含量几乎接近于零，而在温度较高的洋面上空，其含量按容积可达4%。

    3.一般说来，气温越高，则大气从地面获得的水汽越多。夏季和低纬度地区，大气中水汽含量多，而冬季及高纬度地区水汽含量少。

    C·二氧化碳

    1.大致来说，夏季较少，冬季较多；城市较多，农村较少。

    2.就纬度分布而言，平均来说，赤道地区最大，极地最小（受人类分布影响）。

    2??大气圈的结构???

    （1）垂直分层

    1.对流层（名词解释·紫字A&D//解答题·全部）

    A·概念

    大气的最底层称为对流层，它的底界是地面。对流层是受地面影响最大、最直接的圈层，同时它也是对地球表层影响最直接、对人类生产生活影响最为强烈的圈层。云、雾、雨、雪等主要的天气现象都出现在此层。

    B·受地球表层的影响：（对流层受地球表层的影响最大）

    1.物质组成：可以直接从地球表层获得物质，增加了对流层大气的物质，并使对流层物质组成发生了改变。

    2.温度分布；可以从地球表层获得热量，影响对流层大气的水平和垂直温度分布。

    3.对流运动：同时，由于大气吸热的不均，常造成地面温度高的地区，大气的垂直上升运动显著，而温度低的地区则以下沉运动为主，即产生了大气的强烈对流运动，使天气现象复杂多变。

    C·对地表环境及人类活动的影响

    1.对流层大气对地球表层的自然环境以及人类活动也产生着深刻的影响。

    2.对流层大气的垂直运动(如对流、湍流运动)和水平运动(如风)，可以将地面不同地区的热量和水分在全球范围内进行重新分配，对地面形态(尤其风蚀地貌、流水地貌)的形成、植被的生长、河川的径流、土壤的形成等都具有直接的作用。

    3.地球上的人类及绝大多数生物都生活在对流层大气中，大气环境的质量直接影响着生物的生存及人类的生产和生活。

    D·特征（三个主要特征）

    1.气温随温度：一般情况下，气温随高度升高而降低，高度每升高100m气温降低0.65摄氏度。

    2.对流运动：空气的对流运动显著

    3.天气现象：天气现象复杂多变

    2.平流层

    A·从对流层顶以上到50~55km高度为平流层。

    B·平流层气温基本上不受地面影响，大约到30km以上时，因为O3的存在及强烈的太阳辐射的作用，温度随高度的增加升高很快。

    C·平流层内气流平稳，以水平运动为主，垂直混合作用微弱，且水汽含量极少，几乎没有任何天气现象产生。稳定的气流以及极佳的透明度非常适合飞机的空中飞行。

    D·高层大气几乎不受地面影响，但高层的大气活动对地面的影响却不容忽视

    3.中间层

    A·自平流层顶到80~85km为中间层。

    B·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动，故又称高空对流层。

    4.暖层

    A·自中间层顶到800km高空为暖层，又称热层。

    B·该层中的大气物质能强烈吸收太阳紫外线辐射，因此气温随高度增加而迅速升高。

    C·暖层的大气密度很小，且处于高度电离状态，因此该层又称为电离层。电离层能够反射无线电波，对远距离无线电通信具有特别重要的意义。

    5.散逸层

    A·暖层以上的最高层大气称为散逸层，又称外层。

    B·这层大气十分稀薄，但因远离地面，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，因此称为散逸层。该层气温随高度增加很少变化。

    （2）水平分异与季节变化（主要为厚度的变化，以对流层为例）

    1.大气圈的结构还随地点和季节而发生变化。以对流层为例，对流层的厚度在不同地点是不同的，尤其是随着纬度的变化比较明显。在赤道低纬度地区，对流层厚度平均为17~18km，而在中纬度地区和高纬度地区分别只有10~12km和8~9km。

    2.并且对流层的厚度夏季大于冬季。在夏季，大陆上的对流层厚度大于海洋，冬季则相反。

    原因在于，对流层的厚度主要受对流强度的控制，而对流强度的大小往往受地面温度的控制。因此，一般来说，地面温度越高，则对流强度越大，对流层厚度则可能越大。

    3??大气的运动

    （1）水平气压梯度力???（名词解释·紫字）

    1.气压：由于地面受热不均，引起了气压的空间分布不均。气压分布的不均匀程度常用气压梯度（Gn）表示。气压是指单位面积上所承受的大气柱的质量，常用百帕(hPa)作为气压单位。

    2.气压梯度力：气压梯度是一个向量，它的方向是垂直于等压面，由高压指向低压。在存在着气压梯度的地方，空气分子受到力的作用，驱使着空气沿着和气压梯度相同的方向移动，这种力被称为气压梯度力。

    （2）地转偏向力???

    1.定义：由于地球的自转，地球表面运动的物体都会发生运动方向的偏转。在北半球运动物体向右偏转，在南半球则向左偏转。导致地球表面运动物体方向偏转的力，叫做地转偏向力，又叫做科里奥利力。

    2.特点：

    1.这个力只改变物体的运动方向，不改变物体的运动速度。

    2.这个力的作用方向总是与物体的运动方向垂直。

    3.这个力的大小与物体运动的线速度成正比。

    4这个力的大小与纬度的正弦成正比，在赤道处为零，向两极地区逐步增大。

    （3）大气的幅合与辐散—气旋与反气旋【台风—气旋】

    1.成因：大气在气压梯度力的作用下，由高压区流向低压区。在高压中心附近，大气向周围流动，也就是大气的辐散；在低压中心附近，大气由周围向中心集中，也就是大气的辐合。

    2.演变（气旋与反气旋）:但由于地转偏向力的作用，大气的辐合与辐散通过演变，形成了气旋、反气旋。

    A·所谓气旋就是指呈螺旋状向内旋转运动的大气，反之呈螺旋状向外旋转运动的大气叫做反气旋。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。

    B·气旋对应于大气辐合，反气旋对应于大气辐散；地面辐合则高空辐散，高空辐合则地面辐散。

    3.例图

    （4）大气环流

    0.在太阳辐射、地球自转、地面性质以及地面摩擦的共同作用下，大气圈内的空气产生了不同规模的三维运动，总称为大气环流。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，形成了各种尺度的环流。

    1.行星风系（名词解释·紫字）

    A·太阳系中的任何行星只要它周围包围着气圈，都有环流现象发生。假设地球表面性质均一且地球不自转，那么，在赤道和极地之间就形成了一个单一的闭合的直接热力环流圈。然而，地球在不停地自转，空气一旦开始运动，地转偏向力就随之发生作用。

    例图

    B·气压带：

    1.当空气由赤道上空流向极地时，开始时受地转偏向力的影响比较小，基本上按气压梯度力方向沿经线移动。

    2.随着纬度的增高，地转偏向力逐渐增大，气流逐渐具有西风的成分，至纬度20°～30°，气流运动方向大致与纬线平行，不再向极地