大气圈与气候分异规律课件

大氣圈與氣候分異規律大氣圈的組成與結構

大氣圈的組成:地球表面的大氣主要由氮（N2）、氧（O2）、氬（Ar）等氣體組成。大氣圈的結構：整個大氣分為對流層、平流層以及高空的中間層、暖層和散逸層：對流層大氣的最底層，它的底界是地面。對流層有三個主要特徵：氣溫隨高度升高而降低；空氣的對流運動顯著；天氣現象複雜多變。平流層從對流層頂以上到50～55km高度為平流層。中間層自平流層頂到80～85km左右為中間層。暖層自中間層頂到800km高空為暖層，又稱熱層。散逸層暖層以上的最高層大氣稱為散逸層，又稱外層。

第五章大氣的組成第五章大氣的組成成分氮（N2）氧（O2）氬（Ar）二氧化碳CO2）氖（Ne）氦（He）氪（Kr）氡（Rn）氙（Xe）甲烷（CH4）一氧化二氮（O2）成分臭氧（O3）體積混合比體積混合比0.209470.000351.82X10-60.009340.780830.5X10-65.2X10-61.1X10-61.7X10-60.1X10-60.3X10-6(10～50)X10-8表大氣的組成

地球大氣主要是由氮和氧等組成。目前，人們關心最多的含量較少、壽命較短的微量和痕量成分，如二氧化碳、臭氧、水汽及氣溶膠等。這是因為儘管他們的濃度很低，但他們在大氣中的濃度均有較大的時空變化，對地氣系統熱量的收支、大氣溫度的垂直結構及人類有著明顯的影響。第五章大氣的主要氣體成分、含量及分子量分子量主要氣體成分空氣中的含量/按體積％平均滯留期/年氮（N2）氧（O2）氬（Ar）二氧化碳（CO2）臭氧（O3）甲烷（CH4）水汽（H2O）78.0820.950.930.03（可變）0.000001（可變）0.000165可變10610410915？710天28.0232.0039.9444.0048.0016.0418

地球大氣是多種氣體的混合物。主要是由氮和氧組成，他們共占大氣體積的99%，其中，氮占大氣體積的78%，氧占21%。此外還有氫、二氧化碳、臭氧、水汽和固體雜質等，他們的氣體含量極少，其總和約占大氣體積的1%。表大氣氣體的主要成分及含量第五章大氣臭氧濃度隨高度的變化（引自《大氣科學辭典）

臭氧的濃度隨高度的分佈，具有不連續或突變現象。大氣中O3主要存在於10～50km的大氣層中，絕大部分集中在平流層，對流層只占了10%左右。近地面層臭氧含量少，從10km高度開始增加，到20～30km高度濃度達到最大值，稱為“臭氧層”，再往上逐漸減少，到50Km以上就極少了。這是由於不同高度上O3的形成條件不同造成的。

據觀測，大氣中CH4的增加將引起對流層O2的增加，而N2O和CFCs的增加將引起平流層O3的減少。第五章大氣臭氧的季節變化和緯度分佈（引自《大氣科學辭典》）

大氣臭氧的分佈隨緯度和季節的不同而不同：對緯度而言，臭氧總量的極小值在赤道附近，極大值在南北緯60o附近；就季節而言，春季出現極大值，秋季出現極小值。第五章大氣中溫度、密度以及物質成分的分層結構

由於地球引力作用，大氣密度隨高度的增加逐漸減小，到大氣上界，逐漸過渡為星際氣體密度。從地面到高空，不僅大氣的密度、成分不同，大氣的溫度也存在著明顯的變化。可以這麼認為：地球大氣在垂直方向上形成三個相對的暖層和兩個相對的冷層。

世界氣象組織（WMO）根據氣溫從地面到高空垂直方向的分佈，將整個大氣分成對流層、平流層以及中間層、暖層和散逸層。第五章大氣的運動水準氣壓梯度力：在存在著氣壓梯度的地方，空氣分子受到力的作用，驅使著空氣沿著和氣壓梯度相同的方向移動的力，它是促使空氣從靜止到運動的原動力。地轉偏向力（科裏奧利力）：由於地球的自轉，地球表面運動的物體都會發生運動方向的偏轉。導致地球表面運動物體方向偏轉的力。在地轉偏向力的作用下，地表運動的物體，在北半球向右偏轉，在南半球向左偏轉。大氣的輻合：在低壓中心附近，大氣由周圍向中心集中。大氣的輻散：在高壓中心附近，大氣向周圍散開。氣旋、反氣旋：旋轉著的向低壓中心輔合的大氣系統叫做氣旋，旋轉著的由高壓中心向外輔散的大氣系統叫做反氣旋。由於受地轉偏向力的作用，氣旋、反氣旋旋轉的方向正好相反。第五章

大氣的運動

大氣環流:在太陽輻射、地球自轉、地表面性質以及地面摩擦的共同作用，使得大氣圈內的空氣產生了不同規模的三維運動。

季風：大範圍地區，盛行風隨季節變化而發生有規律改變的現象。

局地環流：

海陸風：發生在沿海地區的、白天吹海風、夜間吹陸風、以一日為週期的週期性風系

高原季風：高聳挺拔的大高原，由於它與周圍自由大氣的熱力差異所形成的冬夏相反的盛行風系。

山谷風：在山區，白天從谷地吹向山坡、夜間從山坡吹向谷地，以一日為週期的週期性風系。

焚風：山後的空氣溫度比山前同高度上空氣的溫度要高得多，濕度也小得多，形成了沿著背風坡向下吹的既熱且幹的風

城市熱島：城市的溫度一般高於周圍的郊區和農村。第五章科裏奧利力與地面運動物體方向的偏轉

由於地球的自轉，地球表面運動的物體都會發生運動方向的偏轉。在北半球運動物體向右偏轉，在南半球則向左偏轉。導致地球表面運動物體方向偏轉的力，叫做地轉偏向力，又叫做科裏奧利力。地轉偏向力具有以下幾個特點：（1）這個力只改變物體的運動方向，不改變物體的運動速度；（2）這個力的作用方向總是與物體的運動方向垂直；（3）這個力的大小與物體運動的線速度成正比；（4）這個力的大小與緯度的正弦成正比，在赤道處為零，向兩極地區逐步增大第五章氣旋、反氣旋北半球南半球氣旋反氣旋

大氣在氣壓梯度力的作用下，由高壓區流向低壓區。在高壓中心附近，大氣向周圍流動，也就是大氣的輻散；在低壓中心附近，大氣由周圍向中心集中，也就是大氣的輻合。由於地轉偏向力的作用，大氣的輻合與輻散形成了氣旋、反氣旋。所謂氣旋就是指呈螺旋狀向內旋轉運動的大氣叫做氣旋，反之呈螺旋狀向外旋轉運動的大氣叫做反氣旋。由於地轉偏向力的作用方向在南北半球相反，因此氣旋與反氣旋在南北半球旋轉的方向相反。第五章氣流的輻散和輻合、氣旋和反氣旋的相互關係

（據Strahler改繪）輻散、反氣旋輻合、氣旋輻散、反氣旋輻合、氣旋對流層頂近地面

大氣的輻合、輻散與氣旋、反氣旋的關係及其在空間的聯繫如圖所示：氣旋對應於大氣輻合，反氣旋對應於大氣輻散；地面輻合則高空輻散，高空輻合則地面輻散。第五章單圈環流

在太陽輻射的直接加熱作用下，地球高低緯度之間形成了從赤道向兩極的溫度梯度，結果使低緯赤道地區的大氣不斷增溫而膨脹上升；而極地大氣因不斷冷卻而收縮下沉。為保持靜力平衡，上層大氣必然出現向極地的氣壓梯度，氣流由赤道流向極地；低層則出現指向赤道的氣壓梯度，氣流由極地流向赤道。假設地球表面性質均一且地球不自轉，那麼，在赤道和極地之間就形成了一個單一的閉合的直接熱力環流圈。第五章現在地球上的大氣環流圖（三圈環流）

然而,空氣一旦開始運動,地轉偏向力就隨之發生作用.正是由於地轉偏向力的存在,就不可能存在一個單一的閉合的熱力環流,而在全球近地面氣層形成了赤道低壓帶、副熱帶高壓帶、副極地低壓帶、極地高壓帶。第五章北半球夏季（7月）近地面大氣環流狀況北半球夏季（7月）

大範圍區域盛行風隨季節變化而發生有規律改變的現象，稱為季風。季風的形成與多種因素有關，最主要的是由於海陸間熱力性質的差異造成的，其次是由於行星風系的季節移動而形成的。第五章北半球冬季（1月）近地面大氣環流狀況第五章海陸風環流

海陸風是指發生在沿海地區的、白天吹海風、夜間吹陸風、以一日為週期的週期性風系。它也是由於海陸的熱力性質的差異引起的，但影響的範圍僅限於沿海地區。在沿海地區，白天，陸地增溫快，陸面氣溫高於海面，近地面空氣上升形成低壓，氣流從海洋流向陸地，形成海風；夜間相反，陸地降溫快，陸面氣溫低於海面，形成陸風。

海陸風對沿海地區的天氣和氣候有著明顯的影響：白天，海風攜帶著海洋水汽輸向大陸沿岸，使沿海地區多霧多低雲，降水量增多，同時還調節了沿海地區的溫度，使夏季不致過於炎熱，冬季不過於寒冷。海風陸風第五章青藏高原與平均經向環流（Molnar，1993）

高聳挺拔的大高原，由於它與周圍自由大氣的熱力差異所形成的冬夏相反的盛行風系，稱為高原季風。以青藏高原季風最為典型。冬季高原面上出現冷高壓，氣流從高原向四周流動；夏季高原面上出現熱低壓，氣流從四周流向高原。高原季風對環流和氣候的影響很大，尤其在東亞和南亞季風區。同時，在冬夏不同的季節，高原季風環流的方向與東亞地區因海陸熱力性質差異所形成的季風的方向完全一致，兩者疊加起來，使得東亞地區的季風（尤其冬季風）勢力特別強盛，厚度特別大。第五章山谷風(b）山風（a）穀風

在山區，白天從谷地吹向山坡、夜間從山坡吹向谷地，以一日為週期的週期性風系，稱為山谷風（見下圖）。白天，因為山坡上的空氣比同高度的自由大氣增溫強烈，空氣從谷地沿坡向上爬升，形成穀風；夜間由於山坡輻射冷卻，冷空氣沿坡下滑，從山坡流入谷地，形成山風。第五章焚風

當流經山地的濕潤氣流受到山地阻擋時，被迫沿坡絕熱爬升，這時按照幹絕熱遞減率降溫。當達到水汽凝結高度時，形成雲，此後按照濕絕熱遞減率降溫，逐漸形成降水，空氣繼續沿坡上升，降水也不斷發生。當越過山頂以後，空氣沿坡下沉增溫，水汽含量大為減少，按照幹絕熱遞減率下沉壓縮升溫。由於幹絕熱溫度變化率比濕絕熱溫度變化率大。過山後的空氣溫度比山前同高度上空氣的溫度要高得多，濕度也小得多，形成了沿著背風坡向下吹的既熱且幹的風，稱為焚風。第五章“城市熱島”

城市人口集中，工業發達，居民生活、工業生產及交通工具每天釋放出大量的人為熱，導致城市熱力過程的總效應為：城市的溫度一般高於周圍的郊區和農村，城市尤如一個溫暖的島嶼，稱為“城市熱島”。這主要是城市上空通過亂流擴散從暖的建築物得到顯熱，並且吸收城市表面和污染層放出的長波輻射的結果。由於熱島效應的存在，城市的年平均溫度要比郊區高0.5～1℃。第五章物質輸移水汽的輸移：垂直傳輸；水準傳輸（高低緯間輸送；海陸間輸送）。氣溶膠的輸移：源地附近濃度大，逐漸向四周及上空擴散輸移。

二氧化碳的輸移：CO2從源區向四周及上層大氣擴散輸移。第五章能量傳輸高低緯間的傳輸：主要依靠全球性的大氣環流（顯熱和潛熱）及洋流來實現的。海陸間的傳輸：冬季，海洋是熱源，大陸是冷源，熱量從海洋輸向大陸。越近海洋，輸熱越多，氣溫越高。高低空之間的傳輸：在對流層中，由於空氣的對流，高低空之間也在進行著能量的傳輸。第五章熱量輸送和地球上的熱量平衡（Strahler）

由赤道向極地的高低緯之間的熱量傳輸，主要依靠全球性的大氣環流（顯熱和潛熱）及洋流來實現的，並隨緯度和季節而異。從緯度看，全球能量的輸送是從南北緯35o之間的輻射差額正值區向緯度高於35o的負值區輸送，就平均而言，輸送量以緯度40o附近為最大值。第五章氣候分異規律氣溫分異：氣溫的分佈主要受緯度、海陸、地形、海拔高度等因素的制約，其中緯度因素決定了氣溫的緯度地帶性分異，而海陸、地形及海拔高度則成為氣溫非地帶性分異的因素。

濕度和降水的分異：海洋上空水汽充沛，濕度大，而陸地上空相對缺乏，濕度較小。沿海地區，隨著向陸地內部的逐漸過渡，濕度也逐漸減小。

氣候分異:

緯度地帶性：氣候形成的主導因素是太陽輻射在地表的加熱不均，以及由此產生的全球氣壓帶、風帶的分佈及季節移動，導致氣候類型普遍具有沿緯度更替的趨向。

濕度