第八章大氣環境與天氣8.1大氣的組成和結構

8.2太陽輻射和熱量帶

8.3天氣和天氣系統

8.4氣候和氣候帶

第一節大氣的組成和結構大氣成分：干潔空氣、水汽、氣溶膠粒子大氣結構：對流層、平流層、中間層、熱成層、散逸層1、對流層

對流層是大氣圈中最接近地面的一層，平均厚度約為12km，集中了占大氣總質量75％的空氣和幾乎全部的水蒸氣量，是天氣變化最復雜的層次。該大氣層具有兩個顯著特點。

(1)氣溫隨高度增加而降低。對流層的大氣不能直接吸收太陽輻射的能量，但能吸收地面反射的能量而使大氣增溫，因而靠近地面的大氣溫度高，遠離地面的空氣溫度低，高度每增加l00m，氣溫約下降0.65℃。

(2)空氣具有強烈的對流運動。

近地層的空氣接受地面的熱輻射后溫度升高，與高空冷空氣發生垂直方向的對流，構成了對流層空氣的強烈的對流運動。

對流層中氣象條件復雜，既有形成污染物易于擴散的條件，又會出現污染物不易擴散的條件。人類活動排放的污染物主要聚集在對流層。大氣污染主要也是在這一層發生。因而對流層的狀況對人類生活影響最大，與人類關系最密切，是我們進行研究的主要對象。

2、平流層

對流層層頂之上的大氣為平流層，其上界伸展到約55km處。

平流層內溫度垂直分布的特點是大氣溫度隨高度的增加而升高。這一方面是由于它受地面輻射影響小，另一方面也是由于該層含有臭氧，存在著臭氧層。臭氧層可直接吸收太陽的紫外線輻射，造成了氣溫的增加。臭氧層的存在對地面免受太陽紫外輻射和宇宙輻射起著很好的防護作用，否則，地面上所有的生命將會由于這種強烈的輻射而致死。然而，近年來，由于地面向大氣排放氯氟烴化合物過多，局部臭氧層被消蝕成洞，太陽及宇宙輻射可直接穿過”臭氧空洞”，給地球上的生物造成危害。若這種情況繼續下去，其后果將是極為嚴重的。因此，保護臭氧層是當今世界面臨的緊迫任務之一。

3、中間層

由平流層頂至85km高處范圍內的大氣稱為中間層。由于該層中沒有臭氧這一類可直接吸收太陽輻射能量的組分，因此其溫度垂直分布的特點是氣溫隨高度的增加而迅速降低，其頂部氣溫可低于190K。中間層底部的空氣通過熱傳導接受了平流層傳遞的熱量，因而溫度最高。這種溫度分布下高上低的特點，使得中間層空氣再次出現強烈的垂直對流運動。4、暖層

暖層位于85～800km的高度之間。這一層空氣密度很小，氣體在宇宙射線作用下處于電離狀態，又稱為電離層。由于電離后的氧能強烈地吸收太陽的短波輻射，使空氣迅速升溫，因此在這一層中氣溫的分布是隨高度的增加而增加，其頂部可達750～1500K。電離層能反射無線電波，對遠距離通訊極為重要。

5、散逸層

暖層層頂以上的大氣，統稱為散逸層，也稱為外層大氣。該層大氣極為稀薄，氣溫高，分子運動速度快。某些高速運動的粒子能克服地球引力的作用而逃逸到太空中去，所以稱其為散逸層。

第二節太陽輻射和熱量帶熱量帶：地球上的熱量分布與太陽輻射的分布規律基本相一致，大致與緯線相平行，由低緯到高緯熱量由高到低呈現帶狀分布，形成全球的熱量帶。

熱量帶最簡單的劃分是根據天文輻射劃分：

①赤道帶在南北緯10°之間，占全球面積的17.36％，此帶內全年正午太陽高度角大，晝夜長度幾乎相等。太陽輻射日變化大，年變化小。

②熱帶在緯度10°～25°之間，在南北半球各占全球面積的12.45％。此帶內的輻射特征與赤道帶相似。

③副熱帶位于緯度25°～35°之間，在南北半球各占全球面積的7.55％，是熱帶與溫帶之間的過渡帶。天文輻射的季節變化大于赤道帶和熱帶。

④溫帶位于緯度35°～55°之間，在南北半球各占全球面積的12.28％，全年天文輻射的季節變化最顯著，有四季分明的特點。

⑤副寒帶位于緯度55°～60°之間，在南北半球各占全球面積的2.34％，是溫帶與寒帶的過渡帶，此帶晝夜差別大，但無極晝和極夜現象。

⑥寒帶位于緯度60°～75°之間，在南北半球各占全球面積的5.00％，此帶一年中晝夜長度差別更大，在極圈內有極晝和極夜現象。全年天文輻射總量顯著減小。

⑦極地緯度75°～90°之間，在南北半球各占全球面積的1.70％，此帶晝夜差別最大，在極點半年為晝，半年為夜。天文輻射日變化最小，年變化最大。中國的熱量帶（溫度帶）

根據溫度帶的分布，我國除青藏高原屬于高寒氣候（占全國土地面積的26.7%）以外，其余地區從北到南可劃分為5個熱量帶：寒溫帶，僅限于東北地區的極北部和海拔800米以上的大興安嶺北部地區，占全國土地總面積的1.2%；中溫帶，分布于東北地區、內蒙古和河北、山西、陜西3省的最北部、新疆北部地區，面積占全國的25.9%；暖溫帶，包括華北地區，遼寧南部，新疆南部和甘肅玉門以西，面積占全國的18.5%；亞熱帶，分布于白龍江—秦嶺—淮河一線和南嶺之間，包括華中地區、四川盆地及云貴高原大部，臺灣省北、中部，面積占全國26.1%；熱帶，南嶺以南，包括雷州半島、云南南部邊境地區、臺灣南端和南海諸島，面積占全國的1.6%。第三節天氣和天氣系統

天氣：某一地區瞬時或一定時段內風、云、降水、溫度、濕度、氣壓等大氣物理或氣象要素的綜合狀況。也有人把影響人類正常生產、生活的大氣現象和狀態，如陰、晴、冷、暖、干、濕等稱為天氣。天氣系統：顯示大氣中天氣變化及其分布的獨立系統。天氣系統的運動形式大都呈渦旋狀或波狀，如氣旋、反氣旋、鋒、高空槽、脊等。常見的天氣系統

一、鋒面系統1、鋒面：冷暖兩種不同性質的氣團相遇，其交界面稱鋒面。鋒面與地面的交線稱線。鋒是鋒面和鋒線的統稱。鋒在空間的狀態是向冷空氣一側傾斜的，冷空氣在下方，暖空氣在上方。因為鋒面兩側的溫度、濕度、氣壓、風等都有明顯的差別，所以在鋒面附近常伴有云、雨、大風等天氣。2.分類：

根據鋒的移動情況將鋒分為暖鋒、冷鋒和準靜止鋒和錮囚鋒等。冷鋒是指冷氣團主動向暖氣團移動的鋒。冷氣團的前緣插入暖氣團的下面，使暖氣團被迫抬升。暖氣團在抬升過程中冷卻，其中水汽容易凝結成云、雨。所以，冷鋒過境時，常出現陰天、下雨、刮風、降溫的天氣現象。冷鋒過境后，冷氣團替代了原來暖氣團的位置，所以氣壓升高，氣溫和濕度驟降，天氣晴朗。暖鋒是指暖氣團主動向冷氣團移動的鋒。暖氣團沿冷氣團徐徐爬升，冷卻凝結產生云、雨。暖鋒降水多發生在鋒前，多為連續性降水。暖鋒過境后，暖氣團占據了原來冷氣團低位置，所以氣溫上升，氣壓下降，天氣晴朗。

靜止鋒：冷暖氣團相互對峙時形成地鋒，移動很慢或很少移動，也稱為準靜止鋒。其鋒面范圍更廣，形成的雨區面積更大，持續時間更長，往往會形成連續性陰雨天氣，如長江流域的梅雨天氣就是靜止鋒形成的。錮囚鋒：由三種不同性質的氣團，如暖氣團、較冷氣團和更冷氣團相遇時形成的兩條移動的鋒合并而成的鋒。常見的錮囚鋒是一條冷鋒趕上并推進到一條暖鋒里，把暖空氣完全脫離地面。由于氣團性質的差別，錮囚鋒又可分為暖型錮囚鋒和冷型錮囚鋒，兩種錮囚鋒形成的天氣也不一樣。冷鋒在我國活動范圍很廣，幾乎遍及全國，尤其是冬半年，北方地區更為常見。俗語“一場秋雨一場寒”。我國北方冬季爆發的寒潮，就是冷鋒南下時形成的。我國北方夏季的暴雨多是由冷鋒形成的鋒面雨。二、氣壓系統

氣壓系統也是常見的天氣系統，低壓、高壓是對天氣系統氣壓狀況的描述，氣旋、反氣旋是對天氣系統氣流狀況的描述。由于低壓（氣旋）和高壓（反氣旋）的氣壓和氣流狀況均不相同，其天氣狀況也不相同。

氣旋：中心氣壓低，氣流從四面八方流入中心，使氣旋中心的空氣被迫上升。空氣在上升的過程中溫度降低，其中所含水汽容易凝云致雨。所以每當氣旋過境時，云量就會增多，常常出現陰雨天氣。

反氣旋：中心氣壓高，氣流向四外流出后，高層空氣就自上而下來補充，形成下沉氣流。空氣在下沉過程中溫度升高，不易凝結。所以反氣旋控制的地區，天氣晴朗。

名稱中心氣壓氣流方向天氣氣旋低北逆南順、輻合流動，中心氣流上升陰雨天氣（如我國的臺風反氣旋高北順南逆、輻散流動，中心氣流下沉晴朗天氣（如我國的伏旱、寒潮）

氣候形成的因素世界氣候及其分類中國氣候第四節氣候和氣候帶氣候統計的基本時段（世界氣象組織ＷＭＯ）：30年氣候：一地多年的大氣平均統計狀況。溫度、降水、濕度、氣壓、風、云等氣象要素的多年平均值氣候系統：能夠決定氣候形成、分布和變化的統一的物理系統。氣候系統大氣圈水圈陸地表面冰雪圈生物圈氣候的形成因素太陽輻射、宇宙地球物理因子、下墊面、大氣環流、人類活動。氣候形成的因素：一、輻射因素輻射差額的影響因子地理緯度、海陸分布、云量、海拔高度、地形輻射差額的變化輻射差額呈帶狀分布，隨緯度的增加而增大輻射差額的年較差隨緯度的增加而增大輻射差額的分布對中國氣候分布的影響②R北方地區春季＞秋季，南方地區秋季＞春季

T北方地區春溫＞秋溫，南方地區秋溫＞春溫年總輻射差額最大的地區為海南島最小的地區為川黔地區①R夏季最大，冬季最小

T夏季最高，冬季最低④R年較差隨緯度增加而增大

T年較差隨緯度增加而增大③R北方地區春秋季變化快，南方地區春秋季變化慢

T北方地區春秋季升降快，南方地區春秋季升降慢⑤R夏季南北差異小，冬季南北差異大

T夏季南北溫差小，冬季南北溫差大⑥R39°N以南全年各月均為正值，39°N以北冬季出現負值

T愈往北方，冬季愈長，溫度愈低二、下墊面因素海陸分布、地形、海氣相互作用和洋流、植被、冰雪覆蓋等海陸分布海陸分布對氣候的影響使溫度的緯向帶狀分布發生變形，在同一氣候帶中可出現不同的氣候型。使海洋和陸地在獲得相同太陽輻射的前提下，表面溫度變化產生差異。冷熱源上大氣中水汽的供應者，距海遠近不同，使空氣濕度和降水量發生變化。使在同一緯度帶中可出現海洋性氣候和大陸性氣候。

在近海地區形成海陸風。

華北暖溫帶氣候秦嶺山脈華中亞熱帶氣候

南嶺山脈華南熱帶氣候地形地形對氣候的影響地形對鄰近地區氣候的影響。地形本身所形成的獨特的氣候；氣候分界線：三、大氣環流大氣環流的特性決定了進入某一地區的氣團性質，從而決定著一定氣團作用下的天氣和氣候。在低壓經常控制的地區，云雨較多，獲得的太陽輻射就比同緯度其他地方要少，溫度較低；反之，在高壓經常控制的地區，則相反。

大氣環流維持了氣候的相對穩定性。當大氣環流形勢趨向其長期平均的正常狀態時，其作用下的各地的天氣氣候情況也是正常的；當大氣環流形勢在個別年份或個別時期異常時，便會發生該年份或該時期天氣氣候的反常。人類活動對氣候的影響主要體現在三個方面：

①改變下墊面性質

森林、草原、農田（沙漠化效應、綠洲效應）水庫（湖泊效應）城市（城市熱島效應）海洋石油污染（海洋沙漠化效應）

四、人類活動③人為釋放熱量各種能源和人畜新陳代謝放熱（城市熱島效應、火爐效應）②改變大氣成分二氧化碳CO2、甲烷CH4（溫室氣體）一氧化二氮N2O、氟氯烴化合物CFCS

（溫室氣體，破壞臭氧層）氣溶膠（陽傘效應）世界氣候及其分類一、氣候帶10°N10°S23°27′N23°27′S33°S33°N45°S45°N66°33′S66°33′N赤道赤道氣候帶熱帶氣候帶熱帶氣候帶副熱帶氣候帶副熱帶氣候帶暖溫帶氣候帶暖溫帶氣候帶冷溫帶氣候帶冷溫帶氣候帶極地氣候帶極地氣候帶赤道氣候帶位置：10°N～10°S氣候特點：全年高溫少變，溫度年較差很小降水豐沛，全年分配均勻熱帶氣候帶位置：10°N、S～23°27′N、S氣候特點：溫度高，溫度年較差較大降水量大，降水集中于夏半年一年可分為熱、雨、涼三季副熱帶氣候帶位置：23°27′N、S～33°N、S氣候特點：溫度年較差、日較差大大陸西岸：盛行西北風，氣候干燥大陸東岸：盛行東南風，氣候濕潤暖溫帶氣候帶位置：33°N、S～45°N、S氣候特點：大陸西岸：地中海氣候大陸東岸：季風氣候夏季受副熱帶高壓影響

大陸西岸高溫干燥

大陸東岸炎熱潮濕冬季受盛行西風帶控制

大陸西岸溫暖濕潤

大陸東岸寒冷干燥冷溫帶氣候帶位置：45°N、S～66°33′N、S氣候特點：大陸西岸

海洋性氣候夏季涼爽冬季溫和，溫度年較差較小氣候濕潤，降水全年分配均勻大陸東岸

大陸性氣候夏季涼爽冬季嚴寒，溫度年較差很大氣候干燥，降水少且集中于夏季極地氣候帶位置：極圈內氣候特點：最熱月月平均溫度≤10℃苔原氣候帶：最熱月月平均溫度0～10℃

夏季極地大陸氣團冬季北極氣團凍原氣候帶：最熱月月平均溫度≤0℃

全年北極氣團二、氣候型海洋性氣候氣溫年、日較差小，夏季涼爽冬季溫和降水豐富，全年分配均勻大陸性氣候氣溫年、日較差大，夏季炎熱冬季寒冷降水稀少，集中于夏季，冬季干燥季風氣候夏季高溫濕潤多雨，富有海洋性冬季寒冷干燥少雨，富有大陸性地中海氣候夏季高溫干燥少雨，富有大陸性冬季溫暖濕潤多雨，富有海洋性草原氣候典型的大陸性氣候，氣溫年、日較差大，降水集中于夏季熱帶草原氣候夏季炎熱多雨，冬季溫暖少雨溫帶草原氣候夏季溫暖，冬季嚴寒，降水少沙漠氣候極端化的大陸性氣候，氣溫年、日較差很大氣候干燥，降水稀少山地氣候氣溫年、日較差較小迎風坡（濕坡）、背風坡（干坡），山谷風，山地垂直氣候高原氣候氣溫年、日較差較大中國氣候一、中國的氣候特征季風性顯著、大陸性強黃河河套以西，西部高原氣候區黃河河套以東，東部季風氣候區終年為大陸氣團（西伯利亞氣團、熱帶大陸氣團）所控制全年盛行偏西氣流，氣候干燥，具有顯著的大陸性季風性顯著季風的空間分布區域盛行風向冬季夏季長江以北偏北風東南風長江以南東北風東南風、西南風南海南部東北信風西南季風西藏南部偏西風偏東風季風的屬性中國季風東亞季風熱帶季風溫帶季風副熱帶季風季風的進程季節時間季風進程隆冬12月初～3月初（3個月）冬季風全盛時期晚冬

3月初～4月中（1個半月）夏季風到達華南春季

4月中～6月中（2個月）夏季風北上到達華中初夏

6月中～7月中（1個月）夏季風北上到達華北盛夏

7月中～9月初（50天）夏季風全盛時期秋季

9月初～10月中（50天）冬季風迅速南下到達華南初冬10月中～12月初（50天）冬季風我國冬季風強于夏季風

夏季風漸進北上，冬季風突進南下大陸性強大陸度：排除緯度影響后的用于表示氣候大陸性的相對氣溫年較差。依照焦金斯基大陸度所確定的中國氣候分布K＞50

臺灣、海南、華南地區、四川盆地及川黔地區、青藏高原東部；K＜50

其它地區二、中國溫度、降水的分布特征溫度溫度的時間變化溫度年較差大溫度年較差自東南沿海向西北內陸增大溫度日較差自東南沿海向西北內陸增大溫度日較差北方春季最大，南方秋季最大春季升溫、秋季降溫北方快于南方

溫度的空間分布中國1月份平均氣溫分布圖-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新疆富蘊地區黑龍江漠河地區臺灣南部地區海南島南部地區中國7月份平均氣溫分布圖20吐魯番盆地淮河以南及川東2020242424202020162626262422222020202020242426242426262828282424282888121212161224202222降水降水的時間分布：降水集中在夏季地區多雨月華南地區5～6月、8～10月華中地區5～6月華北地區7～8月東北地區7～8月西北地區7～8月西南地區6～9月降水的空間分布中國年降水量分布圖200150020020010010020040040010050502525251001002002004004004006006008008008008001000100012501500125015001750175017501750150020002000175017501750200015001750200012501000第九章氣象災害

9.1氣象災害的類型9.2氣象災害的預防與減災

大氣對人類的生命財產和國民經濟建設及國防建設等造成的直接或間接的損害，稱為氣象災害。它是自然災害中的原生災害之一。氣象災害，一般包括天氣、氣候災害和氣象次生、衍生災害。

天氣、氣候災害，是指因臺風（熱帶風暴、強熱帶風暴）、暴雨（雪）、雷暴、冰雹、大風、沙塵、龍卷、大（濃）霧、高溫、低溫、連陰雨、凍雨、霜凍、結（積）冰、寒潮、干旱、干熱風、熱浪、洪澇、積澇等因素直接造成的災害。氣象次生、衍生災害，是指因氣象因素引起的山體滑坡、泥石流、風暴潮、森林火災、酸雨、空氣污染等災害。氣象災害的類型

①種類多。主要有暴雨洪澇、干旱、熱帶氣旋、霜凍低溫等冷凍害、風雹、連陰雨和濃霧及沙塵暴等其他災害共7大類20余種，如果細分；可達數十種甚至上百種。

②范圍廣，一年四季都可出現氣象災害；無論在高山、平原、高原、海島，還是在江、河、湖、海以及空中，處處都有氣象災害。

氣象災害的特點

③頻率高。我國從1950-1988年的38年內每年都出現旱、澇和臺風等多種災害，平均每年出現旱災7.5次，澇災5.8次，登陸我國的熱帶氣旋6.9個。

④持續時間長。“同一種災害常常連季、連年出現。例如，1951一1980年華北地區出現春夏連旱或伏秋連旱的年份有14年。

⑤群發性突出。某些災害往往在同一時段內發生在許多地區如雷雨、冰雹、大風、龍卷風等強對流性天氣在每年35月常有群發現象。1972年4月1522日，從遼寧到廣東共有16個省、自治區的350多縣、市先后出現冰雹，部分地區出現10級以上大風以及龍卷風等災害天氣。⑥連鎖反應顯著。天氣氣候條件往往能形成或引發、加重洪水、泥石流和植物病蟲害等自然災害，產生連鎖反應。

⑦災情重。聯合國公布的1947一1980年全球因自然災害造成人員死亡達121.3萬人，其中61％是由氣象災害造成的。

城市氣象災害主要有以下幾種

①干旱缺水：因長期無降水或少降水造成的干旱，使城市水源短缺，從而造成城市供水緊張。目前全國400個城市中有300個缺水，因供水不足，僅工業產值一項每年損失就達1200多億元。北京也是嚴重缺水的城市之一，因此節約用水已是當務之急。②城市熱島效應：現代城市高樓林立，黑色路面的道路縱橫，植被減少，因此使地面接收的太陽輻射能量和大氣反射回近地層的熱量集聚增加。再加上工業生產、民用燃料、機動車排放的二氧化碳等溫室氣體劇增，"溫室效應"使城市增溫加劇。于是城區的氣溫明顯高于四周的郊區，因而形成城市"熱島"。例如北京、沈陽、西安等城市，通常城區的平均氣溫比郊區的氣溫偏高1.5-2℃。城市"熱島效應"在夏季極易引起中暑等疾病的增加，在冬季則易使空氣污染加劇。

③城市霧害：城市化的發展，使城市空氣中的懸浮顆粒增多，氣溶膠粒子等增加，水汽的濃度加大，于是形成大霧的天氣條件增多，而且濃度加大。大霧給城市交通、航空運輸、供電線路等帶來直接影響，同時由于霧天微弱物不易擴散，對人體健康也會造成不利影響。大風、雷擊、漬澇、積雪、冰凍等也是重要的城市氣象災害。

回顧我國歷史上出現的比較嚴重的氣象災害，干旱、暴雨洪澇以及熱帶氣旋導致的臺風是我國最為常見、危害程度最為嚴重的災害種類。在氣象災害中，干旱也是我國影響面最大、最為嚴重的災害。旱災的特點是范圍廣、時間長、影響遠。因此，旱災也是我國氣象災害中損失最為嚴重的一類災害。在我國，暴雨洪澇災害是僅次于旱災的氣象災害。此外，雷擊、沙塵暴、霜凍、冰雹、霧災等在我國也是經常發生的危害較大的氣象災害。氣象災害的預防與減災隨著我國城市化建設步伐的加快、人口的進一步增長，自然災害尤其是氣象災害可能造成的損失將呈現增長的趨勢。為了減輕自然災害，需要采取以下辦法：

1.建立和完善綜合的、現代化的大氣監測系統

人類活動受到天氣氣候的巨大影響，為了研究和掌握其變化規律，常通過星羅棋布的氣象站和各種儀器對近地面的溫度、氣壓、濕度和風力等氣象要素和云、雨、雷等天氣現象進行監測，進而對未來變化作出不同時間尺度的預報。要得到有關氣象災害更為準確的信息就要運用先進的技術手段，建立能夠更好捕捉不同尺度天氣系統的探測網絡，以便為氣象科學家提供真實反映各種天氣系統狀況的各種大氣信息。組成這些探測系統的探測裝備（包括自動站、雷達、衛星等先進的儀器）分布遍及世界各地，從陸地到海洋、從地面到太空。

2.加強氣象災害防御的科研技術支撐能力

天氣預測和預報是一項科技含量很高的工作。天氣預報是根據大氣科學的基本理論和技術對某一地區未來的天氣作出分析和預測。“天有不測風云”，氣象預報準確度的提高依賴于包括大氣科學本身在內的多種學科的進步，除預報技術本身的提高以外，還要求新型儀器數據分析和處理技術、網絡傳輸技術、高性能計算機技術的配合。在這些方面，我國的發展水平和世界先進水平相比還存在一定的差距。這需要我國的科學家再接再厲，聯