第三章 大气圈与气候系统
《地球科学概论》第三章 大气圈
二、气象要素-气温
（一）气温周期变化
气温：大气热力状况的数 量度量，是空气分子平均 动能大小的体现。
气温的日变化
气温的年变化
气温日较差：一天之内最高 温与最低温之差；
气温年较差：年内最热月与 最冷月平均气温之差。
1.气温日较差的影响因素：
1）纬度：低纬＞高纬； 2）下垫面：陆上＞海上； 3）季节：夏季＞冬季（中纬度最明显）； 4）地形：凹地＞平地； 凹下地形（盆地和谷地），白天比平地高，夜晚比平地低。 5）天气情况：晴天＞阴天；干燥地区＞潮湿地区。
自平流层顶至85km左右高空的大气层。 ① 由于没有臭氧吸收太阳辐射的紫外线，气温随高 度增大而迅速下降，至中间层顶界气温降至-83℃~113℃； ② 由于下热上冷，再次出现空气的垂直运动； ③ 顶部出现弱电离现象。
（4）热层（电离层）
从中间层顶到800km高空的大气层。
① 空气很稀薄，质量占大气圈总质量的0.5%； ② 在太阳辐射和宇宙高能粒子作用下，温度迅速 升高，再次出现温度随高度增加而升高的现象， 到500km高空处温度高达1201℃；
② 中纬环流与高纬环流
两极大气冷却收缩，形成“极地高压带”； 在南纬与北纬60°附近形成一个相对的“副极地低
压带”； 从极地高压带到副极地低压带之间形成“极地东风
带”，从副热带高压带到副极地低压带之间形成 “盛行西风带”； 极地东风与盛行行西风在副极地低压带相遇时形成 上升气流，构成中纬环流和高纬环流。
（2）大气中的凝结现象（雾）：漂浮在近地面层的乳白色微小水滴
或冰晶。
（3）高空水汽凝结现象：云。
（三）大气降水
降水形成：从云层中降落到地面的液态或固态水。 条件：一是雨滴下降速度超过上升气流速度；二是雨滴从云
现代气候学3气候系统的热力过程
Ｄ１
Ａ１
Ｃ１
Ｂ１
Ｄ Ａh Ｂ
Ｃ
任意日地距离（一天）某个时刻、大气
上界、单位时间、地球水平面单位面积接收
到的全部波长的太阳辐射能为：
I
I0
2
sinh
(J/m2s)
S为太阳在天球的位置 HH’为观测地地平圈， 弧SD太阳高度h AA′为天赤道 弧SB赤纬δ 球面角ZPS为时角ω 地理纬度Φ
主要辐射 3~120µm
第一节 太阳辐射
一、天文辐射
1、天文辐射：大气上界与地球表面同心 球面上接收到的太阳辐射，或者说不考虑大 气圈影响,地表面接收到的太阳辐射称为天 文辐射。
2、太阳常数:日地平均距离时，单位时 间、垂直投射到地球大气上界、单位面积 的太阳辐射能。 I01367W m 2
第一节 太阳辐射
太阳辐射
太阳辐射光谱
太阳表面温 度6000K，中 心约为2万K。 太阳辐射最强 的波长为0.457µm， 称短波辐射。
50%
实线大气上界太阳辐射光谱
虚线6000k黑体辐射光谱
7%
43%
主要辐射 0.15~0.76µm
50% 43%
7%
50%
大气约250K，大气辐射称长波辐射。 地面约300K，地面辐射称长波辐射。
③日照时间： 日出-日没的时间间隔
si n s ih sn i n c o c s o c s o
日出、日落时刻 sin h0
costg tg
日出时角 日落时角
可照时数的季节变化：
北半球（φ＞0，）: 从春ห้องสมุดไป่ตู้~秋分δ ＞0，cosω0＜0，
ω0 ＞90°（＞ 12小时），昼长夜短，夏至时， 昼最长夜最短。
第三章大气圈与气候系统
有关辐射的基本规律
辐射能力强的物体，其吸收能力也强，黑体 的吸收率最大，故它是最好的放射体； 对于 同一物体，如果在温度为T时，它放射某一 波长的辐射，那么在同一温度下，它也吸收 同样波长的辐射； 任何物体在向四周放射能 量的同时，也吸收能量； 高温物体在单位面 积上放射的能量比低温物体多。斯蒂芬—波 尔斯曼定律：E=δ.T4 .δ=5.67×10-8W （m2.K4） 、大气上界太阳辐射：（可看作 黑体辐射） 太阳表面温度高达6000K左右， 是炽热的气态球体。
地表温度有一定影响；其含量多少，还直接影响到大 气能见度的好坏。
（注意）
1、由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多，人类社 会每年排放的二氧化碳总量在过去三十年里增加了一 倍，再加上大量砍伐森林，减少了绿色植物通过光合 作用吸收二氧化碳的能力，大气中二氧化碳的浓度在 过去三十年里增长了12％。
2、氯氟烃是一种人工合成的化合物，主要用于制冷 剂、火箭推进剂等，到了80年代中期为止，全球氯氟 烃的年消费量已达到100万吨。
臭氧的含量下降。
（2）空气以垂直运动为主。但由于空气稀 薄，所出现的天气现象已不如对流层复杂。
（3）在80km处白天出现一个电离层。
4、暖层的特征
高度：中间层至800km处
特征：
（1） 空气质量小，空气稀薄，空气密度只角空气总 质量的0.5%，在120km高空，空气密度小至声音都 难于传播。
3·臭氧 主要分布在10～40km的高度处， 极大值在20～25km附近，称为臭氧层。臭氧 虽在大气中的含量很少，但具有强烈吸收紫 外线的能力。研究表明，人们大量使用氮肥 以及作冷冻剂和除臭剂使用的碳氟化合物 （氟利昂）所造成的污染是平流层的臭氧遭 到破坏。臭氧层的破坏能引起一系列不利于 人类的气候生物效应，因而受到广泛关注。
03环境科学概论-大气环境
空气中氧化剂特别是O3也包括PAN（过氧乙酰硝酸酯） 及其他化合物是烟雾形成的指标。
发生光化学烟雾还必须有烃类参加，烯烃特别能使烟 雾形成，也必须有NOx参加，NOx是建立导致烟雾形成的 起始光化学过程。 •光化学烟雾三个重要条件：NOx、HCs和紫外线
氮氧化物危害：
氮氧化物可以转化为硝酸，是形成酸雨主要物 质之一
形成光化学烟雾的重要物质 消耗臭氧的重要因子 NO2对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居
民产生急性呼吸道病变的一种原因 可腐蚀织物、材料、破坏染料，使之褪色 危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎
D.碳的氧化物
CO主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色 无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻 碍体内氧气的传输，使人体缺氧，导致死亡。
或者污染物之间相互反应，从而生成与原来的物质在理化性质 上完全不同的新的污染物
B.根据物理状态
• 固态、液态和气态
C.根据化学组成、性质
• 碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物、氧化剂、颗粒 物及气溶胶、放射性物质
主要污染物
类别
一次污染物
含硫化合物 含氮化合物 碳的氧化物 碳氢化合物 含卤素化合物
PM2.5 染毒病理实验
PM2.5染毒剂量增加 •肺泡上皮细胞增生 •间质血管扩张淤血 •肺泡壁逐渐增厚
B.含硫化合物
• 主要指H2S、SO2和SO3。湿度大的情况下，含硫化 合物最终被氧化形成硫酸，是硫酸型酸雨的主要来 源。
• 二氧化硫是一种无色的刺激性气体, 腐蚀性很大， 会严重刺激人的呼吸系统，使人出现咳嗽、嗓子疼、 胸闷和感到呼吸受阻，刺激腐蚀人的肺部，可造成 肺气肿和支气管炎，并加重哮喘病情。
气候系统各圈层的相互关系
气候系统各圈层的相互关系气候系统是地球上各种气象现象相互作用的综合体，由大气圈、水圈、地壳圈和生物圈等组成。
这些圈层之间存在着密切的相互关系，彼此相互影响和制约，共同维持着地球的气候系统的稳定。
下面将就气候系统各圈层的相互关系进行探讨。
大气圈与水圈之间存在着紧密的联系。
大气圈中的水分通过循环过程，与水圈中的水交换。
当水被加热后，蒸发成为水蒸气，升入大气圈中，形成云和雾。
而当大气中的水蒸气遇冷凝结，形成水滴或冰晶，降落到地面上形成降水，进入水圈。
这种水的循环过程称为水循环，是大气圈与水圈之间的重要联系。
大气圈与地壳圈之间也有着相互关系。
大气中的气体与地壳中的岩石、土壤等物质之间进行物质交换。
例如，大气中的二氧化碳与地壳中的岩石反应，形成碳酸盐，将二氧化碳长期储存在地壳中。
另外，大气中的气体还可以与地壳中的岩石发生化学作用，形成一些新的物质。
这种大气圈与地壳圈之间的相互关系对于地球上的物质循环和地球化学过程具有重要意义。
生物圈也与大气圈、水圈和地壳圈之间存在着密切的关系。
生物圈中的植物通过光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，对大气中的气体进行调节。
同时，植物还通过根系吸收土壤中的水分和养分，参与水圈和地壳圈的物质交换。
而动物则通过呼吸作用将氧气吸入体内，排出二氧化碳，参与大气圈的物质循环。
生物圈中的物种与环境的相互作用和调节，对气候系统的稳定和平衡起着重要的作用。
气候系统各圈层之间的相互关系不仅体现在物质交换上，还表现在能量传递和平衡上。
大气圈和水圈通过辐射、传导和对流等方式，进行能量交换和平衡。
太阳辐射到达地球，一部分被大气圈吸收，一部分被地表吸收，进而转化为热能。
大气圈中的气体通过对流和辐射的方式，将地表的热能传递到大气中，维持着大气圈的温度分布和稳定。
水圈中的水蒸气也通过相变过程，参与能量的传递和平衡。
气候系统各圈层之间存在着紧密的相互关系。
大气圈、水圈、地壳圈和生物圈相互作用和制约，共同维持着地球的气候系统的稳定。
自然地理学习题集
自然地理学习题集绪论1、地理学是研究地理环境的科学，即研究地球表层这一部分人类环境。
自然地理学的英文名称为主要是研究2、地球表层3、地理环境可分为三类。
自然地理环境分为二部分。
4、地理学的“三三三”原则。
5、部门自然是自然地理学与相邻科学之间的边缘学科。
第一章地球1、宇宙中常见的天体有：2、天文单位，量度天体距离的单位。
3、太阳系包括：个行星，个卫星，万个小行星，少数慧星。
4、类地行星与类木行星的分类，特点。
5、太阳系中行星及卫星运动的共同特征。
6、冥王星为什么被降为矮行星，而不算为行星。
7、太阳系中质量最大的行星是，公转周期比自转周期短的是，卫星数最多的是，自转方向与公转方向不同的是8、慧星大多由、、和组成。
慧核是由组成。
彗尾是由彗核在的作用下抛出的尘埃和气体组成，哈雷彗星的周期是年。
9、小行星的位置。
10、朔望月与月相图；黄白交角与月上中天；（分析与理解）。
11、梨状地球为什么是错误的。
12、地球的形状与大小各有什么意义。
13、如何证明地球是自转与公转的。
自转与公转各自的方向，周期。
各自带来什么样的地理意义。
14、解释地球的自转为什么使北半球作水平运动的物体发生右偏，南半球的发生左偏。
15、什么是岁差，什么是章动，什么是极移。
16、纬线是圆；经线是圆。
17、固体地球的内部分为：它们各自的分界面是18、七大洲各自的界线。
19、大陆的成对与出现，各大际轮廓特征。
20、岛屿分为和二类。
海洋岛又分为和能清楚认识我们身边常见岛的类别归属。
21、二十四节气与闰年、闰月。
第二章地壳1、地壳上大陆与海洋各自的平均厚度，地壳的“双层结构”，化学组成。
2、名词解释：丰度，矿物，岩石3、矿物形成的主要方式，辨认矿物主要从哪些方面进行。
摩氏硬度与1-10的矿物。
4、说出主要造岩矿物。
花岗岩的组成。
5、岩浆岩的分类，产状、结构与典型代表。
6、沉积岩具有层理与层面构造，富含次生矿物、有机质，并有生物化石。
7、沉积岩的主要类型与典型代表。
高二第三章地理知识点总结
高二第三章地理知识点总结地理是一门研究人类与自然环境相互作用的学科，它探究着地球的自然现象、人类活动和相关的环境问题。
在高二的第三章中，我们学习了许多关于地理的重要知识点。
以下是对这些知识点进行总结：一、地球的运动和地理经纬度1. 地球的自转地球自转是指地球绕自身轴线旋转的运动，每天自西向东旋转一周。
地球自转产生了昼夜变化和地球形状的赤道膨胀。
2. 地球的公转地球的公转是指地球绕太阳运动的轨道。
地球公转决定了季节变化和地球与太阳的距离变化。
3. 地理经纬度地理经纬度是测量和标示地球上任意一点位置的方式。
经度是指连接地球两极的线上，从英国伦敦为基准线，向东西两个方向以180°为单位划分，东经用E表示，西经用W表示。
纬度是指与地球赤道线垂直的线上，以赤道为基准线，向北南两个方向以90°为单位划分。
二、地球的内部结构和板块构造1. 地壳、地幔和地核地球内部分为地壳、地幔和地核三个不同部分。
地壳是地球最外层的岩石壳层，地幔是地壳之下的厚厚岩石层，地核是地幔之下的由铁和镍构成的核心部分。
2. 板块构造理论板块构造理论是地球科学中的重要理论之一，它认为地球的岩石表层被分割成多个大块或小块，这些块被称为地球板块。
板块构造理论解释了地球上地震、火山和地壳运动的产生机制。
三、地球的天气和气候1. 大气圈和气候带大气圈是地球上围绕地球表面的气体层，其中包括了水汽和氧气等气体。
气候带是指大气圈中纬度对应的不同气候区域。
2. 气象要素和气候要素气象要素是指描述天气现象的基本要素，如温度、湿度、气压、风速等。
气候要素是指描述长期气象统计平均值的要素，如年平均气温、年平均降水量等。
四、地球的水资源和水循环1. 地球上的水资源地球上的水资源包括地表水、地下水和冰雪水等形式。
水资源对人类的生产生活至关重要。
2. 水循环过程水循环是地球上水分在不同形式间循环流动的过程。
水循环包括了蒸发、降水、融化、蒸散等环节。
自然地理解答题(张志敏)
第一章地球一、试分析自然地理环境的特点。
1. 海陆分布特点：a分布不均匀，海洋面积大，陆地面积小。
在5.1×108km2的地表面积中，海洋（主体：连续广阔的水体）面积3.6×108km2，约占71％；陆地（被海洋环绕，突出于海洋面以上的部分，大陆是陆地的主体，岛屿是陆地的组成部分）面积1.49×108km2，约占29％。
b 海陆分布的对蹠现象（地球上两头相对的现象）。
2. 大陆：周围被海洋环境突出于海洋面以上的部分中较大的部分a 七个大陆中，除南极洲外，所有的大陆成对出现b 每个大陆的轮廓都是北部较宽广，向南逐渐变窄。
c 南半球大陆西边向里凹进，东边向外凸出3. 岛屿：被海洋所环绕，但面积比大陆小的小块陆地。
a 大陆岛：位于大陆附近并在地质构造上与相邻大陆有密切联系。
例如马达加斯加岛，我国的台湾岛，海南岛等。
b 海洋岛：面积比大陆岛小，与大陆在地质构造上没有直接联系，也不是大陆的一部分。
按其成因可分为火山岛和珊瑚岛两类。
4.海陆起伏曲线a 泛对称现象大陆面积越大，平均海拔越高；海洋面积越大，平均深度越深。
b 海陆起伏曲线为了形象地表示地球上各种高度和深度的对比关系，可以根据陆地等高线和海洋等深线图，计算各高度陆地和各深度海洋所占面积或占全球面积的百分比，绘出的曲线5.地球表面的基本特征a 太阳辐射集中分布于地表，太阳能的转化亦主要在地表进行。
b 固态，液态，气态物质同时并存于地表，使海洋表面成为液－气界面，海底成为液－固界面，陆地表面成为气－固界面，而沿岸地带成为三相界面。
c 地球表面具有其特有的，由其本身发展形成的物质和现象，如生物，风化壳，土壤层等d 相互渗透的地表各圈层之间，进行着复杂的物质，能量交换和循环，如水循环，地质循环等，并且在交换和循环中伴随着信息的传输。
e 地球表面是人类社会发生，发展的环境，尽管随着科学技术的发展，人类已有可能潜入深海或上升至宇宙空间，但地表仍然是人类活动的基本场所。
自然地理学复习资料
《自然地理学》复习要点第一章地球一、名词解释✓恒星日：如果取春分点为标准，则春分点连续两次通过同一子午面的时间，叫做一恒星日。
✓太阳日：如果取太阳为标准，则地球上同一地点连续两次通过地心与日心连线所需的时间，叫做一个太阳日。
✓交点月：月心连续两次通过黄道与白道两交点之一需时27 d 5 h 0 min 35.8 s ，则称交点月。
✓朔望月：月心连续两次通过地心与日心连线的时间称为朔望月，时间是29 d 12 h 44 min 3 s 。
✓开普勒定律：单位时间里，行星与其中心天体连线在行星轨道面扫过的面积相等。
✓岁差：当地球自转轴旋进时，春分点西移，故地球自转不到一周即可两次经过春分点。
✓极移：由于地球质量分布不均匀，真正的极点位置常常发生变化，因此自转轴又将围绕新极点旋转。
这种现象就是极移，实际上也就是地球的自转章动，或按发现者的名字称为钱德勒章动。
✓泛对称性：大陆面积愈大，其平均海拔愈高，面积和高度拟合曲线的相关系数可达0.9。
这是泛对称现象作为一种普遍规律在海陆分布上的表现。
二、简答1、类地行星和类木行星分别有哪些特点？水星、金星、地球和火星，体积小而平均密度大，自转速度慢，卫星数少，称为类地行星（terrestrial planets）；木星、土星、天王星和海王星，体积大，平均密度小，自转速度慢，卫星数多，叫做类木行星（jovian planets）。
2、肉眼可看到的彗星大多由哪几部分组成？彗核、彗发、彗云和彗尾。
3、地球自转的地理意义是什么？地球绕轴自转这一事实是确定地理坐标的基础。
如果没有这两个极点，就几乎不可能建立统一的地理坐标。
地球自转的地理意义还表现在以下这几个方面：1）地球自转决定昼夜更替，并使地表各种过程具有昼夜节奏。
2）地球自转使所有在北半球作水平运动的物体都发生向右偏转，在南半球则向左偏转。
3）地球自转造成同一时刻、不同经线上具有不同的地方时间。
4）月球和太阳的引力使地球发生弹性形变，在洋面上则表现为潮汐。
伍光和《自然地理学》第四版 第三章 重点总结
第三章大气圈与气候系统1、通常把除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体称为干洁空气。
它是地球大气的主体，主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳。
2、只要发生在最大高度上的某种现象与地面气候有关，便可定义这个高度为大气上界。
3、从观测高度到大气上界单位面积上（横截面积1cm2）垂直空气柱的质量为大气压强，简称气压。
气象学把温度为0℃、维度为45°的海平面气压作为标准大气压，称为1个大气压，相当于1.01Kpa。
根据各地同一时刻的海平面气压值，在地图上用等压线绘出高、低气压的分布区域，就是水平气压场。
气压随高度升高而降低。
地面暖区气压常比周围低，而高空气压往往比同高度的临区高。
4、按照温度和运动情况，大气圈可以分为5层。
5、表示太阳辐射强弱的物理量，即单位时间内垂直投射在单位面积上的太阳辐射能，称为太阳辐射强度。
6、在日地平均距离（D=1.496×108km）上，大气顶界垂直于太阳光线的单位面积上每分钟接受的太阳辐射称为太阳常数。
7、大气获得能量的具体结构为？1）对太阳辐射的直接吸收。
大气中吸收太阳辐射的物质主要是臭氧、水汽和液态水，占大气体积99%以上的氮和氧对太阳辐射的吸收微弱。
2）对地面辐射的吸收。
地表吸收了到达大气上界太阳辐射能的50%，变成热能使本身温度升高，而后再以大于3um的长波（红外）向外辐射。
地面长波辐射几乎全被近地面40-50m 厚的大气层所吸收。
3）潜热输送。
海面和陆面的水分蒸发使地面热量输送到大气中。
4）感热输送。
陆面、水面温度与底层大气温度并不相等，因此地表和大气间便由感热交换产生能量输送。
8、大气获得热能后依据本身温度向外辐射，称为大气辐射。
其中一部分外溢到宇宙空间，一部分向下投向地面，后者称为大气逆辐射。
大气逆辐射的存在使地面实际损失的热量略少于以长波辐射放出的能量，因此地面得以保持一定的温暖程度。
这种保温作用，通常称为“花房效应”或“温室效应”。
9、把地面直到大气上界当做一个整体，其辐射能净收入就是地气-系统的辐射平衡。
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第三章大气圈与气候系统
一、名词解释
1、水汽压
2、相对湿度
3、地面有效辐射
4、温室效应
5、反照率
6、气温年较差
7、梯度风
8、地转风
9、季风
10、海陆风
11、山谷风
二、填空题
1、大气投向地面的辐射称为，它的存在使地面实际损失的热量比它以长波辐射放出的热量
少。
到达大气顶的太阳辐射，强度取决于、日地距离、日照时间。
2、大气对太阳辐射有、和反射作用，使到达地面的太阳辐射通量密度减小。
3、白贝罗风压定律为：在北半球，背风而立，高压在，低压在，南半球则相反。
4、如果把地面和大气看作是一个系统，那么的辐射和的辐射差额就是地气系统辐射差额。
三、判断题
1、饱和水汽压随气温的升高而增大。
2、太阳辐射、大气辐射和地面辐射都属于短波辐射。
3、正午太阳高度角随纬度的增加而减小，因此气温的日较差也随纬度的增加而减小。
4、惯性离心力的方向同空气运动的方向平行。
5、地转偏向力只是相对于地面有运动时才产生，物体处于静止时不受地转偏向力的作用。
6、海陆风的风向特点是白天风从海洋吹向陆地，夜晚风从陆地吹向海洋。
四、简答题
1、简述对流层和平流层的特征。
2、为什么在晴朗无风的夜间往往比阴雨的夜间多霜雾？
3、简述山谷风的形成。
4、对比海洋性气候与大陆性气候的异同。
5、大气环流形成的原因。
6、气候形成的影响因子。
7、气候变化的主要影响因素。