第二节 大气受热过程和大气运动

仰望天空，你所看到的颜色就是太阳光放大气中的气体分子散射后形成的颜色。在太阳辐射的可见光中，波长较短的蓝色光最容易被散射，所以晴朗的天空呈现蔚蓝色。 日出或日落时分，太阳高度角小，太阳光线穿过一层比正干时更厚的大气层，大部分蓝色光线已经被散射掉了，剩下主要包括红色和橙色的可见光。所以天空看起来是橙红色，绚丽多彩。 下载PDF

在晴朗的夏日，当太阳刚刚升起的时候，空气的温度还相对较低，随着太阳的不断升高，气温也随之上升。到中午时，气温已变得比较高了。那么大气是如何受热升温的呢? 就整个地球大气而言，热量的根本来源是太阳辐射。太阳辐射被地球大气吸收与转化的过程十分复杂。大气是在对太阳辐射起削弱作用和对地面起保温作用的同时实现自身受热的。 大气对太阳辐射的削弱作用 太阳辐射要穿过厚厚的大气层才能到达地球表面。太阳辐射在经过大气层时，会有一部分被大气反射、散射和吸收，因此到达地面的太阳辐射己被削弱。 大气对太阳辐射的反射。大气中的云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。云的反射作用光为显著，云层愈厚，云量愈多，反射作用愈强。 大气对太阳辐射的散射。太阳辐射通过大气的过程中遇到空气分子、尘粒、云滴等，就会改变辐射的方向，向四面八方发生散射。经过散射后，有一部分太阳辐射就不能到达地面了。 大气对太阳辐射的吸收。太阳辐射经过大气层时，其中一小部分被大气吸收。大气对太阳辐射的吸收具有选择性，平流层大气中的臭氧，强烈地吸收太阳辐射中波长较短的紫外线;对流层大气中的水汽和二氧化碳等，主要吸收太阳辐射中波长较长的红外线。但大气对太阳辐射中能量最强的可见光吸收得很少，大部分可见光能够透过大气射到地球表面上来。因此，大气直接吸收太阳辐射能量是很少的，吸收对太阳辐射的削弱作用不是最显著的。 到达地面的太阳辐射不是均匀分布的，而是由低纬度地区向两极地区递减的。低纬度地区的太阳高度角大，一方面太阳辐射强度大，另一方面太阳辐射经过大气层的路程短，被大气削弱得少，地球表面吸收的太阳辐射就多。高纬度地区的情况则相反。 名词链接：太阳高度角指太阳光线与地平面的夹角。 下载PDF

某地沥青路面、草地和近地面空气的温度对比某研究小组根据某地实测数据，绘制出该地的沥青路面、草地和近地面空气的温度日变化曲线。 思考1.在同一天内，沥青路面、草地的温度为什么不同? 2.在同一天内，草地温度与近地面空气温度的关系是怎样的?为什么? 3.沥青路面对城镇大气温度的影响有哪些? 学习指南：说明大气的受热过程.理解热力环流原理并解释柏关的地理现象。绘制不同受力状态下的风向。 提示：学习本课时分析生活中哪些地理现象反映了大气受热过程和热力环流原理，并进行解释。本节的主要概念是热力环流、大气运动。 下载PDF

阳光照射地球表面，给地球带来温暖。为什么地球不持续升温，直到和太阳一样热呢？19世纪初期，法国科学家傅里叶开始探索是什么因素决定了地球的平均温度。他猜想受热的地表放射看不见的红外辐射，把热量送回了太空。 但是，他按此思路计算出的地表温度远远低于冰点，这和实际情况有很大差距。他进一步猜测，差距可能是地球的大气造成的。他认为地球的大气拦截了地表放射的部分红外辐射。 当时，大多数科学家认为红外辐射可以穿透一切气体。19世纪中期，英国科学 家丁达尔通过实验证实，红外辐射的确可以穿透大气层里的主要气体——氧气和氮气，但是不能穿透二氧化碳和水汽。这就是现在所称的“温室气体”的主要成分。这样，丁达尔的实验结果验证了傅里叶的猜想。 下载PDF

等压线是等值线的一种。等压线的疏密程度反映了气压梯度的大小，等压线越密，气压梯度越大。 2. 在图上画出甲、乙两地的风向。 3. 比较甲、乙两地风速的大小，并说明理由。 下载PDF

地面受热不均，导致空气上升和下沉，进而使同一水平面上的气压产生了差异。单位距离间的气压差称为气压梯度。只要水平面上存在气压梯度，就产生了促使大气由高压区流向低压区的力，这个力称为水平气压梯度力。在水平气压梯度力的作用下，大气从高压区向低压区作水平运动，这就形成了风。可见，水平气压梯度力是形成风的直接原因。 水平气压梯度力的方向垂直于等压线，由高压指向低压。等压线是同一高度上气压相等的点的连线。如果没有其他外力的作用，风向应该与水平气压梯度力的方向一致，即风向也垂直于等压线（图2.14）。 但是，风一旦形成，马上就会受到地转偏向力①的作用，使风向逐渐偏离气压梯度力的方向。在北半球，风向向右偏转；在南半球，风向向左偏转。在不受摩擦力作用的情况下，风向最终与等压线平行（图2.15）。地转偏向力只改变风向，不改变风速。 在近地面，风还会受到摩擦力的作用。摩擦力是指地面和空气之间，以及运动状况不同的空气层之间相互作用而产生的阻力。摩擦力对风有阻碍作用，可以减小风速。在近地面，风在水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的共同作用下，风向与等压线斜交（图2.16）。 脚注：①由于地球自转，在地球上作水平运动的物体，其运动方向会发生偏转。导致物体水平运动方向发生偏转的力称为地转偏向力。 下载PDF

白天，陆地增温快，海洋增温慢；夜晚，陆地降温快，海洋降温慢。海陆风就是海陆间昼夜温度差异引起的大气热力环流。根据大气热力环流的原理，完成下列任务。 1. 在图2.13 a上，按如下步骤完成白天海陆间的大气热力环流模式图。 （1）标出海洋和陆地温度的高低。  （2）根据海陆温度的高低，画出海洋与海洋上空、陆地与陆地上空气流垂直运动的方向。  （3）根据气流垂直运动的方向，标出海洋、陆地表面气压的高低，再标出海洋、陆地上空气压的高低。  （4）画出陆地和海洋之间的大气水平运动的方向，完成热力环流模式图。 2. 在图2.13 b上，按1的步骤完成夜晚海陆间的大气热力环流模式图。 3. 分析夏季大气热力环流对滨海地区气温的调节作用。 下载PDF

城市中心区建筑密集，地面多硬化，吸收太阳辐射多，向大气传送的热量也多。此外，城市中心区人口密集，产业发达，汽车数量多，人们生活、生产向大气释放的废热较多。所以，在静风或微风时，城市中心区气温一般比周围的郊区高，因此把城市中心区称为“热岛”。 中心区与郊区之间的温度差异，导致空气在中心区上升，在郊区下沉；高空气流由中心区流向郊区，近地面气流由郊区流向中心区。于是，中心区与郊区之间形成热力环流，这种热力环流称为“城市热岛环流”（图2.12）。城市规划时，一般把污染风险较大的工业企业布局在城市热岛环流的范围之外，避免这些工业企业排出的大气污染物，随城市热岛环流从近地面流向城市中心区。 下载PDF

大气中热量和水汽的输送，以及各种天气变化，都是通过大气运动实现的。大气运动有垂直运动和水平运动之分。大气的垂直运动表现为气流上升或气流下沉，大气的水平运动即是风。 由于地面冷热不均而形成的空气环流，称为大气热力环流。它是大气运动的一种最简单的形式，形成过程如图2.11所示。 当地面受热均匀时，空气没有相对上升和相对下沉运动（图2.11a）。 当A地接受热量多，B、C两地接受热量少时，A地近地面空气膨胀上升，到上空聚积，使上空空气密度增大，形成高气压； B、C两地空气收缩下沉，上空空气密度减小，形成低气压（图2.11b）。于是空气从气压高的A地上空向气压低的B、C两地上空扩散。 在近地面，A地空气上升向外流出后，空气密度减小，形成低气压；B、C两地因有下沉气流，空气密度增大，形成高气压。这样近地面的空气从B、C两地流回A地，以补充A地上升的空气，从而形成了热力环流（图2.11c）。大气热力环流是一种常见的自然现象。在一定条件下，地表的冷、热差异会产生大气热力环流。台湾海峡两岸风向的日变化，反映了海陆间大气热力环流的日变化。 思考：气温、气压、气流三者之间有什么关系？ 脚注：①等压面是空间中气压相等的各点所组成的面。 下载PDF

地球有大气，而月球没有大气。地球和月球表面的辐射过程如图2.10所示。 1. 观察图2.10，找出地球比月球多了哪些辐射途径。 2. 说明上述辐射途径对地球昼夜温差的影响。 3. 说明月球表面昼夜温度变化比地球表面剧烈得多的原因。 下载PDF