1.大氣的組成和垂直分層。
（1）大氣的組成及作用。（見(jiàn)表9-5）低層大氣是由干潔空氣、水汽和塵埃組成。干潔空氣是由多種氣體混合而成，其主要成分是氮和氧，約占干潔空氣容積的99%。
表9-5 大氣的組成成分及其作用
大氣組成 作用
氮?dú)庋鯕舛趸汲粞?地球上生物體的基本成分;有沖淡氧氣，減弱氧化等作用。
是維持生命活動(dòng)必須的物質(zhì);有氧化和助燃作用。
植物進(jìn)行光合作用的重要原料，對(duì)地面有保溫作用。
大量吸收太陽(yáng)紫外線輻射，使地球上生物免于傷害。
水汽 成云至雨的必要條件;對(duì)氣溫有調(diào)節(jié)作用。
塵埃 成云至雨的必要條件;對(duì)太陽(yáng)輻射有削弱作用。
（2）大氣的結(jié)構(gòu)（垂直分層，見(jiàn)表9-6）。
根據(jù)大氣的熱力性質(zhì)在垂直方向上的差異，將大氣分為五層:對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和外層。
表9-6 大氣的垂直分層及各層特點(diǎn)
大氣分層 高度位置 主要特點(diǎn) 與人類的關(guān)系 備注
對(duì)流層 是緊貼地面的一層，其高度因緯度而異，8～18千米高度。 1.氣溫隨高度增加遞減（平均每升高100米，氣溫下降0.6℃）;2.空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著;3.天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變。 與人類關(guān)系最為密切 整個(gè)大氣質(zhì)量的3/4和幾乎全部的水汽、雜質(zhì)都集中在該層。
平流層 從對(duì)流層頂?shù)?0～55千米高度。 1.下層隨高度增加氣溫變化很小，在30千米以上，氣溫隨高度增加迅速上升;2.大氣以水平運(yùn)動(dòng)為主;3.水汽、雜質(zhì)含量極少，天氣晴朗。大氣平穩(wěn)，能見(jiàn)度高，有利于高空飛行。 距地22～27千米處臭氧含量達(dá)到最大值，形成臭氧層。
中間層 平流層頂?shù)?5千米高度。 1.氣溫隨高度的增加而迅速降低;2.垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。 該層有高空對(duì)流層之稱。
熱層 中間層頂?shù)?00千米高度。 氣溫隨高度增加迅速上升
外層 熱層頂以上 空氣質(zhì)點(diǎn)經(jīng)常散逸到星際空間，是地球大氣向星際空間過(guò)渡的層次，又稱為散逸層
電離層距地面60～800千米高度范圍的大氣，因受太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的作用，大氣中的氧和氮分子被分散為離子，大氣處于電離狀態(tài)，這一范圍被稱做電離層。電離層能反射無(wú)線電波，有利于地面長(zhǎng)距離短波無(wú)線電通迅。
2.大氣的熱狀況。
（1）太陽(yáng)輻射及其對(duì)地球的意義。
1）太陽(yáng)輻射和太陽(yáng)常數(shù):太陽(yáng)源源不斷地以電磁波的形式，向宇宙空間放射能量，稱為太陽(yáng)輻射，其主要波長(zhǎng)范圍是0.15～4微米。由于太陽(yáng)輻射能主要集中在波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光波段（0.4～0.76微米），約占總能量的50%。因而也被稱為短波輻射。
2）太陽(yáng)輻射強(qiáng)度及影響因素:太陽(yáng)輻射強(qiáng)度:在1平方厘米的地球表面上，1分鐘內(nèi)獲得的太陽(yáng)輻射能量，叫做太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。影響太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的最主要因素是太陽(yáng)高度角。太陽(yáng)高度角越大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度就越大。此外，天空中的云量、云層的厚度、海拔高度等都對(duì)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度有影響。
（2）大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用。
1）吸收作用:太陽(yáng)輻射在經(jīng)過(guò)大氣時(shí)，其中的一小部分被大氣吸收。如果把到達(dá)地球大氣上界的太陽(yáng)輻射作為100%，其中僅有約19%被大氣直接吸收。大氣將吸收的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，用于自身增溫。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收具有選擇性:平流層中的臭氧強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)輻射中的紫外線;對(duì)流層中的二氧化碳、水汽和塵埃等主要吸收太陽(yáng)輻射中的紅外線。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射中的可見(jiàn)光部分吸收很少，大部分可見(jiàn)光可透過(guò)大氣直接射到地面上來(lái)。
2）散射作用:當(dāng)太陽(yáng)光在大氣中遇到空氣分子或微小塵埃時(shí)，太陽(yáng)輻射的一部分能量便以此質(zhì)點(diǎn)為中心，向四面八方散射開來(lái)，這就是大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射作用。散射可以改變太陽(yáng)輻射的方向，使一部分太陽(yáng)輻射不能到達(dá)地面。當(dāng)太陽(yáng)輻射遇到空氣分子時(shí)，將發(fā)生有選擇性的散射。由于空氣分子的直徑較小，這時(shí)太陽(yáng)光中波長(zhǎng)較短的藍(lán)光最容易被散射，所以晴朗的天空呈現(xiàn)蔚藍(lán)色。當(dāng)太陽(yáng)輻射遇到微小塵埃時(shí)，將發(fā)生無(wú)選擇性的散射。由于塵埃顆粒直徑較大，這時(shí)可見(jiàn)光各波長(zhǎng)的光都能被散射，散射光看上去是白光。因而當(dāng)大氣中塵埃、煙霧較多時(shí)，天空呈白色。
3）反射作用:大氣中的云層和塵?？砂淹渡湓谄渖系奶?yáng)輻射的一部分反射回宇宙空間，從而削弱了太陽(yáng)輻射，這就是反射作用。云層越厚，云量越多，反射作用越強(qiáng)。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射削弱作用三種方式中，反射作用最重要，其次是散射作用，最后是吸收作用。由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用，再加上地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射作用，平均到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射約為47%，均被地面吸收而使地面增溫。
（3）大氣對(duì)地面的保溫作用
1）地面輻射:地面吸收太陽(yáng)輻射增溫的同時(shí)，也在向外釋放輻射能量，這就是地面輻射。由于地面輻射的波長(zhǎng)主要集中在紅外線部分，相對(duì)于太陽(yáng)的短波輻射，地面輻射也被叫做長(zhǎng)波輻射。
2）大氣吸收地面輻射:大氣對(duì)太陽(yáng)的短波輻射吸收能力很差，但是對(duì)流層中的水汽和二氧化碳可強(qiáng)烈吸收地面長(zhǎng)波輻射，據(jù)觀測(cè)，地面輻射的75%～95%都被貼近地面的大氣吸收，使近地面大氣增溫。因而近地面大氣的熱量主要來(lái)自地面輻射。地面是大氣的主要的直接熱源。
3）大氣逆輻射:大氣在增溫的同時(shí)，也向外輻射能量，這就是大氣輻射，它屬于長(zhǎng)波輻射。大氣輻射的一部分向上射向宇宙空間，一部分向下射到地面。射向地面的大氣輻射，稱為大氣逆輻射。天空中有云，特別是有濃密的低云時(shí)，可以大大增強(qiáng)大氣逆輻射。
4）大氣的溫室效應(yīng):大氣中的二氧化碳和水汽等吸收地面長(zhǎng)波輻射，將地面輻射釋放的能量絕大部分（75%～95%）截留在大氣中。通過(guò)大氣逆輻射直接補(bǔ)償?shù)孛娴臒崃繐p失，起到保溫作用。
（4）氣溫的日變化和年變化。
1）氣溫的日變化:一天內(nèi)氣溫的高低變化，稱為氣溫的日變化。一天中氣溫的最高值與最低值的差，稱為氣溫日較差。它的大小反映了氣溫日變化的程度。日出以后，隨著太陽(yáng)高度角增大，太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng)，正午12時(shí)，太陽(yáng)輻射達(dá)到一天中最高值。隨后太陽(yáng)輻射開始減弱。這一過(guò)程中，地面溫度隨著吸收太陽(yáng)輻射而升高，地面輻射也逐漸增強(qiáng)。大氣吸收地面輻射后，氣溫也隨之不斷上升。正午12時(shí)過(guò)后，雖然太陽(yáng)輻射開始減弱，但是地面獲得的太陽(yáng)輻射能量仍比因地面輻射失去的能量多，地面溫度繼續(xù)升高。下午1時(shí)左右，地面獲得的太陽(yáng)輻射能量開始少于地面輻射失去的能量時(shí)，即當(dāng)?shù)孛鏌崃坑捎噢D(zhuǎn)為虧損的時(shí)刻，地面溫度達(dá)到最高值。由于地面增溫后，再通過(guò)輻射、對(duì)流、湍流等方式將熱量傳遞給大氣需要一段時(shí)間，故一天中氣溫最高值出現(xiàn)在午后2時(shí)左右。此時(shí)正是大氣獲得的地面輻射能量等于因大氣輻射失去的能量，即大氣熱量由盈余轉(zhuǎn)為虧損的時(shí)刻。隨后，太陽(yáng)輻射繼續(xù)減弱，地面熱量繼續(xù)虧損，地面溫度不斷降低，地面輻射不斷減弱，氣溫也隨之下降，到日出前后，氣溫達(dá)到最低值。地面溫度和氣溫的升降，主要取決于它們的熱量收支狀況，即熱量的盈虧狀況。
2）氣溫的年變化:一年之內(nèi)氣溫的高低變化，稱為氣溫的年變化。一年內(nèi)，月平均溫的最高值與最低值的差，稱為氣溫年較差。通過(guò)氣溫年較差，可以反映出氣溫年變化的幅度（表9-7）。
表9-7
氣溫最高月份 氣溫最低月份
北半球陸地7月1月 北半球海洋8月2月
（5）氣溫的水平分布。
1）氣溫水平分布的影響因素:影響氣溫水平分布的主要因素有:太陽(yáng)輻射、大氣運(yùn)動(dòng)、地面狀況等。
2）全球氣溫水平分布的一般規(guī)律:①全球范圍內(nèi)，無(wú)論7月或1月，氣溫都是從低緯向兩極遞減;②南半球等溫線比北半球平直;③北半球，1月大陸等溫線向南（低緯）凸出，海洋等溫線向北（高緯）凸出，7月份則相反。④全球的最冷和最熱的極端值均出現(xiàn)在大陸上;7月世界最熱的地方位于北緯20～30的大陸沙漠地區(qū)，撒哈拉沙漠為世界炎熱中心;1月北半球寒冷中心位于西伯利亞。世界極端最低溫值出現(xiàn)在南極大陸。
3.大氣運(yùn)動(dòng)。
（1）大氣運(yùn)動(dòng)概況。
1）冷熱不均是引起大氣運(yùn)動(dòng)的根本原因，水平氣壓差異是大氣運(yùn)動(dòng)的直接原因。大氣運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)自于太陽(yáng)輻射，太陽(yáng)輻射在地球表面由低緯度向高緯度遞減，造成高低緯之間的熱量差異，是引起大氣運(yùn)動(dòng)的根本原因。由于地表冷熱不均，引起空氣上升或下沉運(yùn)動(dòng)，造成空氣密度的分布不均，同一水平面上出現(xiàn)了氣壓差，最終導(dǎo)致了大氣的水平運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了風(fēng)。
2）等壓線圖:同一水平面上氣壓相等的各點(diǎn)的連線，叫做等壓線。人們通常用多根等壓線來(lái)表示水平方向上氣壓高低的變化，這樣的等壓線圖也被稱做氣壓場(chǎng)。氣壓分布的五種基本形式:高氣壓:在等壓線分布圖上，凡等壓線閉合，中心氣壓高于四周氣壓的區(qū)域。高壓脊與脊線:在等壓線分布圖上，由高氣壓延伸出來(lái)的狹長(zhǎng)區(qū)域，叫高壓脊。高壓脊中各等壓線彎曲最大處的連線，叫脊線。低氣壓:在等壓線分布圖上，凡等壓線閉合，中心氣壓低于四周氣壓的區(qū)域。低壓槽與槽線:在等壓線分布圖上，低氣壓延伸出來(lái)的狹長(zhǎng)區(qū)域，叫低壓槽。低壓槽中各等壓線彎曲最大處的連線，叫槽線。鞍型氣壓區(qū)或鞍型場(chǎng):簡(jiǎn)稱鞍，是指兩個(gè)高氣壓和兩個(gè)低氣壓交錯(cuò)相對(duì)的中間區(qū)域。
3）水平氣壓梯度和水平氣壓梯度力:同一水平面上的大氣，由于氣壓高低不同，地區(qū)之間就出現(xiàn)了氣壓差。水平方向上，單位距離之間的氣壓差，稱為水平氣壓梯度。等壓線密集處，水平氣壓梯度就大，反之則小。由于水平氣壓梯度的存在，產(chǎn)生了促使大氣由高壓區(qū)流向低壓區(qū)的力，這個(gè)力稱為水平氣壓梯度力。水平氣壓梯度力的方向:垂直于等壓線，由高壓指向低壓。
4）風(fēng)的形成:在水平氣壓梯度力的作用下，大氣從高壓區(qū)向低壓區(qū)作水平運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生了風(fēng)。由于地球自轉(zhuǎn)，凡地表的水平運(yùn)動(dòng)都要受到地轉(zhuǎn)偏向力的影響，運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此風(fēng)的運(yùn)動(dòng)不僅受水平氣壓梯度力的推動(dòng)，還必須考慮地轉(zhuǎn)偏向力的參與，若是近地面的風(fēng)還要同時(shí)考慮近地摩擦力的影響。①水平氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力共同作用下的風(fēng)向:開始階段，受到水平氣壓梯度力的作用，風(fēng)開始運(yùn)動(dòng)的一瞬間，風(fēng)向與水平氣壓梯度力方向一致，垂直于等壓線。此時(shí)地轉(zhuǎn)偏向力開始對(duì)風(fēng)施加影響了，地轉(zhuǎn)偏向力方向與風(fēng)向垂直。在它的參與下，風(fēng)向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)水平氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力的合力達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，即合力為零時(shí)，空氣質(zhì)點(diǎn)作慣性運(yùn)動(dòng)，最終風(fēng)向與等壓線平行。在高空平直等壓線氣壓場(chǎng)情況下，這樣的風(fēng)是實(shí)際存在著的。②近地面的風(fēng)向:近地面大氣平直等壓線氣壓場(chǎng)中，風(fēng)的運(yùn)動(dòng)方向取決于水平氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力三力的合力的方向。摩擦力始終與風(fēng)的運(yùn)動(dòng)方向相反。當(dāng)三個(gè)力的合力大小相等，方向相反時(shí)，空氣質(zhì)點(diǎn)作慣性運(yùn)動(dòng)，此時(shí)風(fēng)向與等壓線斜交，由高壓區(qū)吹向低壓區(qū)。③地面到高空風(fēng)向的變化:近地面摩擦力的影響可達(dá)距地面1 500米左右的高空，并且隨高度的增加而減小，因而從地面到高空，隨高度的增加北半球的風(fēng)向逐漸右偏，風(fēng)向與等壓線之間的夾角越來(lái)越小，最終風(fēng)向與等壓線平行，與此同時(shí)，風(fēng)速也隨高度的增加而加大。
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