《自然地理》童冀

6、气

　　一、气团：
　　指在广大区域内水平方向上温度、湿度、垂直稳定度等物理属性较均匀的大块空气团。其水平范围由数千米到数千千米，垂直范围由数千米到十余千米甚至伸展到对流层顶。
　　气团形成的条件：范围广阔、地表性质比较均匀的下垫面；有利于空气停滞和缓行的环流条件；地表温度和湿度状况决定了气团的大气属性。
　　气团变性：当气团离开源地，其物理属性逐渐改变，这种过程就成为气团变性。日常所见的气团，大多属于变性气团。
　　气团的类型：
　　①气团按其热力性质可分为冷气团和暖气团。冷、暖气团是根据气团温度与所经下垫面的温度对比来定义的。气团向比它暖的下垫面移动，称为冷气团；向比它冷的下垫面移动，称为暖气团。
　　②按气团的源地的地理位置和下垫面性质可分为：
　　按气团源地分成四个基本类型：冰洋气团、极地气团、热带气团、赤道气团。
　　按气团源地的海陆位置，又把每一基本类型分为海洋气团和大陆气团。赤道气团源地是海洋，不再分海陆型。

　　二、锋
　　是一种天气系统，指温度或密度差异很大的两个气团相遇形成的狭窄过渡区域，称为锋。
　　通常把锋看成一个几何面，称为锋面，锋面与地面的交线称为锋线，锋面和锋线合称为锋。
　　根据锋面两侧冷暖气团移动方向和结构可分为：冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋；
　　根据形成锋的气团源地可分为：冰洋锋、极锋、赤道锋。
　　1、锋面天气
　　①冷锋天气：冷锋是指冷气团主动向暖气团方向移动的锋。按推进速度的不同冷锋可分为两种：缓行冷锋和急行冷锋。冷锋过境时，会伴有偏北风加大，气压升高和温度降低等现象，有时会造成雨雪天气，夏季甚至会造成暴雨，一般情况下冷锋过境后，当地将转受冷高压控制，天气变得晴朗。冷锋在我国活动范围甚广，是我国最重要的天气系统之一。
　　②暖锋天气：暖锋是指暖气团主动向冷气团方向移动的锋。暖锋过境时，温暖湿润，气温上升，气压下降，天气多转为云雨天气。与冷锋相对，暖锋比冷锋移动速度慢，可能会出现连续性降水或雾。我国春秋季在东北、江淮流域和渤海地区可出现暖锋。
　　③准静止锋天气：准静止锋是指很少移动或移动速度非常缓慢的锋。天气特征与第一型冷锋相似。受其影响，常造成大片的连阴雨天气。我国江南清明节前后细雨绵绵和江淮流域初夏时的梅雨天气都与准静止锋有关。冷锋移行受阻而停滞，也可转变成准静止锋，如昆明、南岭准静止锋。
　　④锢囚锋天气：锢囚锋是指锋面相遇、合并后的锋。其云系具有两种锋面的特征，锋面两侧都有降水区。由于大范围暖空气被迫上升，锋面两侧降水强度往往很大。冬春季我国东北地区多出现暖式锢囚锋，华北地区多出现冷式锢囚锋。

　　三、气旋
　　①气旋：是由锋面上或不同密度空气分界面上发生波动形成的，占有三度空间、中心气压比四周低的水平空气涡旋。北半球气旋空气按反时针方向自外围向中心运动。气旋的中心地带由于盛行上升气流，所以多云雨，而四周通常是容易形成干燥晴朗天气的下沉气流，台风亦是如此。根据气旋产生的地理位置，可将其分为温带气旋和热带气旋两种类型。
　　②温带气旋：即锋面气旋，分布于中纬度地区。主要出现在东亚、北美、地中海等地区。
　　③热带气旋：形成于热带海洋上的一种具有暖心结构的气旋性涡旋。中心附近平均最大风力小于8级的热带气旋称热带低压；最大风力8-9级称热带风暴，10-11级称强热带风暴，大于12级称为台风。
　　④反气旋：是指占有三度空间的，中心气压比四周高的大型空气涡旋。北半球反气旋区域内的空气作顺时针向外围辐射流动，南半球反气旋区域内的空气流动方向相反。根据温压结构可将其分为冷性和暖性反气旋；根据生成地区又可分为极地、温带、副热带反气旋。其范围内没有锋面，中心多出现下沉气流故天气晴好。
　　四、特殊的大气运动
　　①龙卷风：是积状云伸展出来的漏斗状的涡旋云柱，其中心气压很低，形成与积状云中强烈升降气流有关，当升降气流间的切变十分强烈时，就会发生具有水平轴的涡旋。
　　②热带气旋与台风
　　热带气旋：形成于热带海洋上的一种具有暖心结构的气旋性涡旋。中心附近平均最大风力小于8级的热带气旋称热带气压；最大风力8-9级者称热带风暴，10-11级者称强热带风暴，大于12级称为台风。
　　③城市上空的对流
　　由于“城市热岛”的存在，当大气环流较微弱时，常常引起空气在城市地区上升、郊区下沉，使得郊区和城市之间形成了一个小型的热力环流，称为城市风。
　　五、试论气候系统的五个组成部分
　　气候系统：是指由大气圈、海洋、冰雪圈、陆面、生物圈五个部分组成，通过一系列物理过程、化学过程、生物过程相互作用，从而构成的一个耦合的系统。它具有热力学特性，例如气温、水温；具有运动学特性，包括风、洋流以及相应的垂直运动和冰块的运动；含水性，指的是空气的含水量或湿度等；还包括静力学特性，比如大气和海洋的压力和密度、空气成分等。太阳辐射是这个系统的主要能源，在太阳辐射的作用下，气候系统内部产生一系列的复杂过程，各个组成部分之间，通过物质交换和能量交换，紧密的联结成一个开紧密的联结成一个开放系统。
　　一般来说，完整的气候系统由五个部分组成。
　　①大气圈：是气候系统的主体，也是系统最易变化和最敏感的部分。从能量角度看，大气非常脆弱。即使认为气候系统只包括表层100m深的海洋，大气的热量也只占系统总热量的3.4%。因此，大气的影响多与其动力学有关。但大气动能与气候系统的总能量相比，也几乎微不足道。所以，在气候形成与气候变化中，大气以外的其他成员如海洋、冰雪、陆面等的物理状况有着决定性的作用。
　　②海洋：海洋约占地球表面积的70.8%，仅100m深的表层海水，即占整个气候系统总热量的95.6%。因此可以认为海洋是气候系统的热量储存库。穿过大气到达地表的太阳辐射约有80%被海洋吸收，然后通过长波辐射、潜热释放及感热输送的形式传输给大气。同时，洋流把赤道地区多余的热量输送到极地，对维持地球高低纬度能量平衡起着重要作用。
　　③冰冻圈：包括全球的冰层和积雪，计有大陆冰盖、高山冰川、地面雪被、多年冻土海冰、湖冰和河冰。目前全球陆地约有10.6%被冰覆盖。雪被和海冰季节变化显著，而冰川和冰原的响应则缓慢得多。冰原的体积和范围要在数百年到数百万年内才有明显的变化，这种变化与海平面变化有着密切的联系。他们既是气候变化的指示器，又对气候长期变化产生反馈，在地球热平衡中起着重要作用。
　　④陆面（岩石圈）：陆面指山脉、地表岩石、沉积物、土壤等。陆地位置、高度和地形发生变化的时间尺度，在气候系统的所有组成部分中是最长的，在季节、年际以至10年尺度的气候变化中可以忽略。但是地表土壤作为大气微粒物质的重要来源之一，在气候变化中有重要作用，而土壤又会随气候和植物状况而变化。
　　⑤生物圈：生物圈是地球生命物质构成的圈层，包括陆地和海洋的植物，空气、海洋和陆地生活的动物，以及人类本身。生物圈的各部分变化特征时间显著不同，总的来说比较缓慢。它们不仅对气候变化敏感，也影响气候。

　　六、气候的形成因素
　　气候是复杂的自然地理现象之一，是多种原因综合作用的结果。
　　（1）气候形成的辐射因子
　　①地球辐射平衡温度；
　　②地球上的天文气候：日地距离、太阳高度、日照时间
　　（2）气候形成的环流因子
　　①大气环流与热量输送和水分循环；
　　②大气环流与海温异常
　　（3）气候形成的地理因子
　　①海陆分布对气候的影响。海陆的物理性质不同，对太阳辐射能的吸收与反射，热能内部交换，热容量大小以及地--气和海—气热量交换的形式等都有显著差异，致使同纬度、同季节海洋和大陆的增温与冷却显著不同，海上和陆上的气温差异明显。不仅破坏了温度的纬度地带性分布，而且影响到气压分布、大气运动方向及水分分布，使同一纬度内出现海洋性气候与大陆性气候的差异。
　　②洋流对气候的影响。洋流的热量输送对气温差异起着很大作用，至低纬度流向中高纬的暖洋流，起着增温的作用，自高纬流向低纬的洋流，起着降温的作用；其次，冷暖洋流对所经之地的降水也有较大影响，冷空气在暖洋流上经过逐渐变为暖湿海洋性气团。当空气与冷洋流接触则增加其稳定性，虽难于致雨但多雾。
　　③地形对气候的影响。地形通过海拔升高而使温度降低；其次对降水有显著影响，迎风坡降水通常大于背风坡。因此山地的水热状况具有明显垂直变化，形成垂直气候带。
　　1°地形对温度的影响主要表现在气温随海拔升高而降低，在对流层自由大气里，高度每上升100米，气温平均下降0.65℃。海拔越高，下降率越大，季节上夏季最大，冬季最小。
　　2°高大山体阻碍气流运行，不利于寒潮和热浪推进，使山坡两侧温度悬殊。如秦岭两侧年均温山南比山北同高度要高一些。
　　3°地形对降水也有显著影响。水汽含量通常随海拔增高而减少，所以面积辽阔的高原内部降水量一般较少。山地降水与高原不同，迎风坡降水量显著高于背风坡，同一坡向上，降水有着随高度而增加的趋势。但这种增加只发生在一定限度之内。同一地区山地降水量总比山下的多。
　　4°山地水热状况具有明显垂直变化，并形成垂直气候带。山地本身还往往成为气候区域的界限，如秦岭。

　　七、全球气候变化及原因分析
　　气候变化：经过相当一算时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接的改变全球大气组成所导致的气候改变。
　　全球气候变化的原因归纳起来大致分为两类：一类称为外部因子；一类称为内部因子。
　　下垫面和环绕地球的太空，称为外部因素，而内部因子主要指系统内部各组分的物理状态，他们之间有复杂的反馈作用。
　　（1）天文学方面的原因
　　①太阳辐射强度的变化。太阳辐射是地球表层系统能量的主要来源，是气候系统的能量来源，因此太阳辐射能的周期性增多或减少，必然影响到气候系统的能量变化，从而导致气候的变化。
　　②太阳活动的准周期性变化。太阳活动是发生在太阳面上的一系列物理过程。这些过程使太阳辐射的光谱辐射和微粒辐射发生显著变动。从而导致气候能量来源的周期性变化。
　　③地球轨道要素的变化。地球公转轨道偏心率、自转轴对黄道面的倾斜度及岁差均存在长周期变化。地球轨道要素的变化使不同纬度在不同季节接受的太阳辐射发生变化。通常用以解释第四纪冰期与间冰期的交替。
　　（2）地理学方面的原因
　　①地极移动与大陆漂移。地极移动使得海陆分布变化，地表热力分布、大气环流和大洋环流都有很大差别，从而形成不同时期的气候特征。
　　②造山运动：造山运动使得本来比较平坦的地球表面变得凹凸不平，从而增加了大气垂直方向上的扰动强度，降水增加。
　　③火山活动：火山爆发喷发出大量熔岩、烟尘、二氧化碳、硫化物气体以及水汽。火山灰尘进入平流层形成火山灰尘对中高纬度影响最大。
　　（3）人类活动对气候的影响
　　人类活动一方面是改变地表面貌，影响下垫面的粗糙度、反照率和水热平衡，从而引起据地气候变化。另一方面是工业革命后的200年里，由于人类的砍伐森林，盲目垦荒，加上大量燃烧化石燃料，使得温室气体在空气中的浓度不断增加，气候趋于变暖。
　　南方涛动：是指热带太平洋与热带印度洋之间气压变化呈反相关的振荡现象。即南太平洋副热带高压比常年增高时，印度洋赤道低压就比常年降低，两者气压的变化有“翘翘板”现象，故称为南方涛动。厄尔尼诺—南方涛动事件的内在联系，是全球海气相互作用的强烈信号，所以人们常合称为“ENSO”。

　　八、气候带与气候型
　　（一）低纬度的气候类型
　　低纬度气候受赤道气团和热带气团控制，全年气温高，最冷月均温在15—18℃以上。影响气候的主要环流系统有热带辐合带、信风、赤道西风、热带气旋和亚热带高压。根据这些系统的季节移动，低纬度气候可分为以下五种类型。
　　（1）赤道多雨气候
　　主要分布于赤道两侧南北纬5-10°的范围内，如非洲刚果河流域、南美洲亚马孙河流域以及亚洲的印度尼西亚等。这类气候终年受赤道低压槽控制，南北半球的信风在此辐合上升，多对流雨，盛行赤道气团。气候特征是全年高温多雨，年均温在26℃左右，降水年内分配较均匀。由于全年高温多雨，植物生长不受水分限制，适宜热带雨林发育。地带性土壤为热带雨林砖红壤。
　　（2)热带海洋性气候
　　主要分布于南北纬10°-25°信风带大陆东岸及热带海洋中的岛屿上，如非洲马达加斯加岛东岸、太平洋夏威夷群岛和澳大利亚东北部沿岸地带。这些地区均处于信风的迎风海岸，终年受热带海洋气团控制和信风影响。全年气温高，年较差比赤道多雨气候稍大；全年降水多，夏秋季节相对集中，但无明显干季。植被土壤类型与赤道多雨气候相同，为热带雨林砖红壤。
　　（3）热带干湿季气候
　　亦称热带草原气候，主要分布于赤道多雨气候区外围，一般可达南北纬15°左右，也可伸至25°左右。主要分布于中南美和非洲5°～15°纬度带内。由于赤道低压带的南北移动，年内有干湿季的变化。干季受信风控制，盛行热带大陆气团，干燥少雨；雨季时受赤道低压带控制，盛行上升气流，湿润多雨。植被土壤类型为热带稀树草原红棕色土。热带稀树草原，又称为萨王纳（Savanna）
　　（4）热带季风气候
　　出现在纬度10°到回归线附近的大陆东岸，如我国台湾南部、雷州半岛和海南岛。其环流特征是热带季风发达，热带气旋活动频繁，如北半球夏季在南亚大陆上形成热低压，这里盛行西南变向信风，即夏季风，因降水量多，形成雨季；冬季大陆上发展成高压，盛行由大陆吹向海洋的东北风，即冬季风，因降水量少，形成干季。本区水汽充足，热带辐合带上升气流旺盛，在地转偏向力作用下易形成热带气旋。全年气温高，年均温超过20℃，降水集中在夏季，自然植被为热带季雨林。
　　（5）热带干旱与半干旱气候
　　出现在副热带高压带及信风带内的大陆中心和西岸纬度15°—25°间。常年处在副热带高气压和信风的控制下，盛行热带大陆气团，气流下沉，气温高，降水极少且变率很大，地处低纬度地区，日照强烈，蒸发旺盛，加之沿岸大部分有寒流经过，加剧了干燥性。全年炎热干燥。
　　（二）中纬度气候
　　中纬度地带是热带气团和极地气团相互作用的地带，影响气候的主要环流系统有极锋、盛行西风、温带气旋和反气旋、副热带高压和热带气旋等，陆地中纬度气候带是冷、暖气流相互角逐的地区，气温、降水的季节变化和非周期性变化都很显著。中纬度带范围广，气候形成因子复杂，气候类型也多种多样。
　　（1）亚热带干旱与半干旱气候
　　出现在南北纬25°—35°的大陆西岸和内陆地区。如北非、南非部分地区。它也是在副热带高压下沉气流和信风带背岸风的作用下形成的。亚热带干旱气候，它是热带干旱气候向高纬度的延续，因所处纬度稍高，与热带干旱气候相比，凉季气温较低，且有气旋雨。亚热带半干旱气候，分布在亚热带干旱区外缘，夏季气温稍低，冬季降水量稍多，能维持草类生长，植被类型属于荒漠草原，土壤属于半荒漠的淡棕色土。
　　（2）亚热带季风气候
　　出现于亚热带大陆东岸，纬度25°—35°间。它是热带海洋气团与极地大陆气团交替控制地带。冬季亚洲大陆为高气压所控制，盛吹由陆地向海洋的西北风即冬季风，降水较少；夏季亚洲大陆为低气压所控制，盛吹由海洋向陆地的东南风即夏季风，降水较多。夏热冬温，四季分明，季风发达，适宜常绿阔叶林生长，自然景观表现为亚热带季风林。
　　（3）亚热带湿润气候
　　主要分布于南北纬25°—35°间的北美洲大陆东岸、澳大利亚东岸等。那里纬度、海陆位置和东亚亚热带季风气候区相似，但海陆热力差异不如东亚突出，因此未形成季风气候。气候特征与亚热带季风气候相似，但冬夏温差比亚热带季风气候区小，降水量年内分配较亚热带季风气候区均匀。冬季温带气旋活动频繁，冬雨可占年降水总量的40%。自然景观亦与亚热带季风气候区相似。
　　（4）亚热带夏干气候（地中海气候）
　　出现于南北纬30°—40°之间的大陆西岸，如地中海沿岸、南非和澳大利亚南端。深受副热带高压带和西风带的季节□□替控制。夏季本区受副热带高压带的控制，以下沉气流为主，气候炎热干燥；冬季受西风带控制，盛行温带海洋气团，气旋活跃，降水较多。因此，夏季炎热干燥，冬季温和多雨便成为地中海式气候的主要特征。该类型气候区主要形成常绿硬叶林带，发育着褐色土。
　　（5）温带海洋性气候
　　主要分布在南北纬40°—60°的大陆西岸，如欧洲西部、澳大利亚的东南角和新西兰等地。这些地区终年盛行西风，受温带海洋气团控制，沿岸有暖流经过。于是形成了冬暖夏凉，气温年较差小的气候特征。气旋活动频繁，全年湿润，冬雨相对较多。
　　（6）温带季风气候
　　主要分布在35°—55°N左右的亚欧大陆东岸，包括中国的华北和东北，朝鲜大部，日本北部及俄罗斯远东部分地区。冬季受温带大陆气团控制，寒冷干燥，且南北气温差别大；夏季受温带海洋气团或变性热带海洋气团影响，暖热多雨，且南北气温差别小。此外，四季分明、天气的非周期性变化显著，也是温带季风气候的主要特点。
　　（7）温带大陆性湿润气候
　　主要分布在亚欧大陆温带海洋性气候区东侧和北美大陆100°W以东40°～60°N之间的地区。气温、降水和温带季风气候类似，但风向、风力季节变化不明显。冬季不太寒冷，冬季多雨；夏季有对流雨但不十分集中。温带海洋性气候、温带季风气候、温带大陆性湿润气候区域中，植被在偏南地区一夏绿阔叶林为主，北部为针阔叶混交林带。
　　（8）温带干旱与半干旱气候
　　主要分布在35°～50°N的亚洲和北美大陆中心地带，南美阿根廷和大西洋沿岸巴塔哥尼亚。此类气候区距海遥远，深入内□□周又有山地、高原阻挡，湿润的海洋气流难以到达，终年盛行温带大陆气团，于是形成了冬冷夏热、干燥少雨的温带大陆性干旱与半干旱气候。温带大陆性干旱气候条件下植被稀疏，植被土壤类型为温带荒漠土；温带大陆性半干旱气候地带的植被土壤类型为温带草原栗钙土。
　　（三）高纬度气候
　　高纬度气候带分布在极圈附近，盛行极地气团和冰洋气团。低温无夏是该气候带的最显著特征。降水虽少，但蒸发较弱，加之冻土发育，排水不畅，自然景观无干旱型，反而有大片沼泽。
　　（1）副极地大陆性气候
　　主要出现于北半球高纬度地区，约自50°N～65°N呈连续带状分布。作为极地大陆气团的源地，终年受极地海洋气团和极地大陆气团控制。冬季漫长而严寒，至少有9个月；暖季短促。年降水量较少，并集中于夏季。植被为针叶林，沼泽分布广。
　　（2）极地长寒气候（苔原气候）
　　主要分布在亚欧大陆和北美大陆北部边缘，格陵兰沿海地带和北冰洋中的若干岛屿上。全年受极地高压控制，气候严寒，全年皆冬。降水稀少，蒸发微弱，相对湿度大，沿岸带多雾。极昼极夜现象明显。植被为苔藓、地衣和小灌木等，构成苔原景观。
　　（3）极地冰原气候
　　出现于格陵兰、南极大陆冰冻高原和北冰洋中靠近北极的岛屿上。受极地高压控制，是冰洋气团和南极气团源地。全年严寒，年均气温全球最低，降水以降雪形式进行，长期积累形成冰原。
　　（四）高地气候
　　高地气候主要出现在约55°S～70°N之间的大陆高山高原地区。自山麓到山顶各气候要素发生规律性变化，表现出明显的气候垂直地带性。类似于从基带向极地的变化。各气象要素的垂直变化导致不同高度上具有不同的水热组合，从而形成不同的高地气候。