主题 5 大气的受热过程与运动

太阳辐射

• 短波辐射。
  • 太阳辐射是短波辐射，地面辐射和大气辐射是长波辐射。
• $50\%$ 能量集中在可见光区。
  • 紫外线大部分被平流层的臭氧吸收，仅少量到达地面。
  • 红外线被对流层中水汽和 CO2 吸收。
  • 可见光被云层或较大尘埃反射及较小尘埃散射后部分到达地表。

大气对太阳辐射的削弱作用

• 大气对太阳辐射的削弱作用：反射、吸收、散射。
  • 反射
    • 没有选择性
  • 吸收
    • 有选择性
  • 散射
    • 有选择性
    • 晴朗的天空是蔚蓝色，因为波长较短的蓝光和紫光被大气分子散射。

大气对地面的保温作用

• 地面放出地面辐射，小部分穿过大气层，大部分被大气中的水汽和 CO2 吸收。
  • 近地面大气热量的主要来源是地面辐射，根本来源是太阳辐射。
  • 除了地面辐射，还有对流传递和潜热输送（蒸发）。
• 大气辐射小部分射向宇宙空间，大部分射向地面，称为大气逆辐射。

三个案例

人类活动排放温室气体导致全球变暖的原因？

温室气体排放增多，使近地面大气所吸收的地面辐射增多。大气逆辐射增强，保温作用增强。

霜冻多出现在晴朗夜晚。农民点火防冻的原理？

晴朗夜晚，大气逆辐射弱，地面热量散失快，气温低，易出现霜冻及雾等天气现象。

点火可以制造人造烟雾，加强大气逆辐射，从而对地面起到保温作用。

在北方的冬季，利用温室大棚可以种植反季节蔬菜的原因？

太阳短波辐射能够穿透大棚进入封闭空间，但地面长波辐射却无法穿透。因此其能量几乎都被截留在大棚空间内，起到保温作用。

此外，封闭空间隔绝了内外热量交换，加强保温效果。

热力环流

• 地面热则空气膨胀上升，地面冷则空气收缩下沉。
• 因此把一热一冷两个地方放在一起看，它们会形成环流。
  • 低空处，冷源气压比原来高，热源气压比原来低，冷流向热；
  • 高空处，热源气压比原来高，冷源气压比原来低，热流向冷。
• 常见的热力环流
  • 海陆风
    • 海陆间热力性质差异是形成海陆风的主要原因。（人话：比热容不同）
    • 白天，陆地是热源，海面是冷源，低空处空气从海面流向陆地，形成海风。
    • 晚上相反，低空处空气从陆地流向海面，形成陆风。
  • 山谷风
    • 白天，山是热源，谷是冷源，风从谷吹向山，形成谷风。
    • 晚上相反形成山风。
  • 城市风
    • 城市是热源，郊区是冷源，形成热力环流，称为城市风。
  • 对于海陆风和山谷风，风从哪里来，就叫什么风。

大气水平运动——风

• 受三个力影响：水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力。
  • 水平气压梯度力垂直于等压线，由高压指向低压。
    • 是大气产生水平运动的直接原因和动力。
  • 地转偏向力
    • $\vec{F}$ 总是垂直于 $\vec{v}$，因为💡 $\vec{F} = 2 m (\vec{v} \times \vec{\omega})$。
    • 以 $\vec{v}$ 为前方，北半球上 $\vec{F}$ 指向右侧，南半球上指向左侧，赤道上不存在水平方向的分力。
  • 摩擦力
    • 高空中可以忽略不计，低空时与大气运动方向相反。
• 计算技巧——力的平衡
  • 高空：根据气压分布画出水平气压梯度力，其平衡力为地转偏向力，左转 90 度（北半球）为风向。风向垂直于水平气压梯度力向右。
  • 低空：根据根据气压分布画出水平气压梯度力，其平衡力为地转偏向力和摩擦力的合力。随便画一下就行，地转偏向力左转 90 度（北半球）为风向。风向与等压线斜交偏向右。
  • 总之，北半球上风向相对于水平气压梯度力来说是右偏的。

主题 6 常见的气象灾害

台风

• 台风的结构
  • 周围气压高，中心气压低，空气从四周流向中心，在地转偏向力作用下造成逆时针旋转（北半球）。
  • 台风眼区、云墙区、螺旋雨带区
    • 台风眼区盛行下沉气流，出现云淡风轻的晴朗天气。
    • 云墙区狂风呼啸、大雨如注。
    • 螺旋雨带区降阵雨，出现大风天气。
  • 台风中有很多上升气流。随着高度升高，气温下降，水汽凝结成水滴，易成云致雨。
  • 总之，台风多阴雨天气。
• 演变过程：发展、成熟、减弱、消亡。
• 形成条件
  • 热量——因此台风经常出现于热带。
  • 水汽——因此台风出现于洋面。
  • 动力——来源于地转偏向力，因此赤道附近不生成台风。
• 影响
  • 主要在夏秋，即 7-9 月，于我国东南沿海登陆。
  • 有利影响
    • 缓解旱情
    • 降温消暑
  • 不利影响
    • 强风：颠覆海上船只；摧毁房屋；折断树木；刮断电线
    • 暴雨：导致巨大洪涝灾害
    • 巨浪：冲破海堤，引起海水倒灌
• 措施
  • 技术：加强台风监测和预报，建立预警预报系统
  • 工程：加固堤防，营造沿海防护林
  • 社会：
    • 加强宣传教育，提高公众防灾意识
    • 完善应急措施，如疏散居民、船只进港避风

洪涝

• 包括洪水和雨涝。
• 洪水
  • 由强降雨、季节性冰雪融化引起的江河湖泊泛滥。
  • 特征
    • 整体特征：东多西少
    • 具体特征：主要分布在东部季风区、西北内流区的局部地区。
• 雨涝
  • 因长期大雨或暴雨短时间排水不及时造成低洼地区淹没、渍水的现象。
• 形成原因
  • 自然
    • ① 气候
      • 气温：夏季气温升高冰雪融化，形成融雪型洪灾
      • 降水：受夏季风影响，夏季降水量大，降水集中；夏秋季的台风
    • ② 地形
      • 山地丘陵：地势起伏大，汇水速度快，常爆发山洪。
      • 平原：地势低平排水缓慢，形成内涝。
    • ③ 水文
      • 来水：流域面积大支流多，丰水期同时来水，径流量大
      • 排水：河道弯曲，排水不畅；冰凌融化，堵塞河道，形成洪水
    • ④ 土壤
      • 土壤含水量高，汇水速度快
    • ⑤ 生物
      • 植被覆盖率低，涵养水源和保持水土能力弱，地表径流量大
  • 人为
    • ① 破坏植被
      • 汇水速度加快，加剧水土流失和河道淤积，使河流水位升高
    • ② 围湖造田
      • 使湖泊对洪水调蓄能力减弱
    • ③ 城镇不透水面积增大
      • 影响下渗，地表径流增加
    • ④ 占用河道、分洪区
      • 给洪水分流达赖困难。
• 措施
  • 工程：增加湿地面积，修建大坝、水库、蓄洪区。
  • 社会

主题 7 自然界的水循环

水圈构成

• 水圈（主要成分用斜体标出）
  • 大气水
  • 海洋水
  • 陆地水
    • 陆地咸水
    • 陆地淡水
      • 冰川与永久积雪
      • 地下淡水
      • 其它淡水
• 人类可以直接利用的部分
  • 河流水
  • 淡水湖泊水
  • 浅层地下水
• 人类活动对水圈的影响
  • 植树造林：增加下渗和地下径流，减少地表径流，增加蒸发
  • 城市道路硬化：下渗减少，地表径流增加，容易造成城市内洪
  • 跨流域调水 / 修建水库：调节地表径流的空间 / 时间分配
    • e.g. 南水北调

水循环过程

• 水循环包括海陆间循环、陆地内循环、海上内循环。
  • 最重要的是海陆间循环。
  • 水量最大的是海上内循环。
• 水循环的动力
  • 太阳辐射（蒸发、植物蒸腾、水汽输送）
  • 重力（降水、下渗、地表 / 地下径流）

水循环的地理意义

• “纽带”：把各个圈层联系起来，把各种水体相互转化，称为一个连续统一的动态系统。
• “调节器”：调节圈层之间的能量，对全球的水分和热量进行再分配，影响干湿、冷暖。
• “雕塑家”：塑造了丰富多彩的地表形态。
• “传送带”：地球表面物质迁移的强大动力和重要载体。

主题 8 海水的性质和运动

海水的性质及其影响

海水的温度

• 海水热量主要来自太阳辐射；通过蒸发消耗热量。
• 同一地区，表层海水温度夏季高于冬季。
• 水平方向：从低纬度向高纬度递减。
• 竖直方向：上层温度变化快，越向深处温度变化越慢，水温越趋于稳定。
  • 因为海洋深处受太阳辐射少，与表层热量传导低。

海水的盐度

• 盐度：指每千克海水中溶解的盐类物质的质量，用千分数表示。
  • 世界海水的平均盐度为 $\textcolor{red}{35‰}$。
  • 盐度最高的海域是红海，最低是波罗的海。
• 水平方向
  • 从南半球和北半球的副热带海区，分别向两侧高维和低纬递减，呈马鞍形分布。
  • 北纬南纬 60° 差异：北半球陆地面积广阔，海水面积小，入海径流多，对海水稀释作用大。
• 竖直方向
  • 浅表层盐度均匀；深度增加，盐度发生显著变化；到一定深度又近似均匀。
  • 低纬盐度高，高纬盐度低，但是都越深就越趋于 3.5。
• 影响因素
  • 蒸发量与降水量
  • 入海径流
  • 洋流：暖流盐度高，寒流盐度低。
  • 海区形状：海区封闭度越强，盐度趋于更高 / 更低。
  • 融冰期 / 结冰期
• 红海 VS 波罗的海
  • 波罗的海纬度高气温低蒸发弱。
  • 波罗的海周围河流多，汇入淡水较多。
  • 波罗的海温带海洋性气候，降水多；红海热带沙漠气候，降水稀少。
  • 波罗的海海域较封闭，高盐度海水流入少；红海海域狭长封闭，低盐度海水流入少。

海水的密度

• 水平方向
  • 表层海水的密度随纬度的增高而增大。
• 竖直方向
  • 随深度增加不均匀递增，上层变化快。
• 影响因素
  • 温度
  • 盐度
  • 深度（压力）

海水的运动

• 波浪
  • 风直接作用引起的波浪叫风浪。
• 潮汐：海水的周期性涨落。白天叫潮，夜晚叫汐。
  • 我国东部沿海主要是半日潮，即一天中两次高潮两次低潮。
  • 潮差：相邻的高潮和低潮的水位差
  • 天体引力
    • 月球的引潮力远大于太阳。
    • 地球面向月球的一面受引力作用，背向月球的一面受离心力作用。
  • 影响因素（以钱塘江大潮为例）
    • 天文大潮：新月 / 满月
    • 河口形状：江口外宽内窄，喇叭状海湾
    • 风势：风向与潮水方向大体一致
    • 水文：秋分时钱塘江水流量大，河水对海水顶托作用
• 洋流
  • 流向判断
    • 等温线凸出方向。
  • 温度高到低的是暖流，反之是寒流。
  • 渔场
    • 北海道渔场、北海渔场、纽芬兰渔场、秘鲁渔场。
    • 寒暖流交汇，海水受到扰动，将下层营养盐类带到表层，利于浮游生物繁殖，为鱼类提供饵料。
    • 秘鲁渔场：上升流将深层营养盐物质带到海水表层，利于……（同上）
  • 洋流对航行的影响
    • 航运速度、成本
    • 携带冰山
  • 洋流对海洋污染的影响
    • 不利影响：扩大污染范围
    • 有利影响：有利于污染物扩散，加快净化速度
  • 沿岸寒流造成沙漠。

主题 9 常见的海洋灾害

风暴潮

• 风暴潮：强烈的大气扰动引起的海平面异常升高，使海水潮位远远偏离正常潮位。
  • 夏秋季节。东南沿海多发。
  • 注意和海啸区分，海啸是由海底地震 / 海底火山爆发引起的。
• 风暴潮的危害
  • 给沿岸地区人们的生产生活带来危害。
  • 沿岸生态环境遭到破坏
  • 农田盐渍化
  • 加剧海水入侵的危害
• 影响风暴潮灾害的因素
  • 地理位置：台风或飓风多发沿海地区
  • 海岸形状：呈半封闭或喇叭口形状
  • 地形地势：地平开阔
  • 河流：大河注入，有顶托作用
  • 社会经济：城市人口集中，经济发达
  • 潮汐：天文大潮，潮位叠加
• 措施
  • 工程：修建、加固海堤
  • 地理信息技术：建设潮位监测体系；建设预报预警系统
  • 生物：加强保护珊瑚礁、红树林、防护林带等

赤潮

• 海水富营养化。
• 引发因素
  • 工农业废水流入
  • 过度海水养殖
  • 气象、水文等自然条件发生变化
• 措施
  • 控制氮、磷、有机物排放
  • 科学开展海水养殖