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第3章 给地球穿上外衣的大气(2)

湿度有三种基本形式,即水汽压、相对湿度、露点温度。水汽压(曾称为绝对湿度)表示空气中水汽部分的压力,单位以百帕(hPa)为单位,取一位小数;相对湿度用空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比的百分数表示,取整数;露点温度是表示空气中水汽含量和气压不变的条件下冷却达到饱和时的温度,单位用摄氏度(℃)表示,取一位小数。

土的探测

地温就是指地表面以下土壤浅层(距地表面5厘米、10厘米、15厘米、20厘米)和深层(距地表面40厘米、80厘米、160厘米、320厘米)的温度。土壤中各层温度随时间波动变化,以地表温度的波动振幅最大,随着深度的增加则振幅减小,同时最高、最低温度出现的时间也随深度而延后。

测定地温,一般使用地温表。我国气象部门规定:测定浅层各深度的地中温度采用曲管地温表,而测定较深层的地下温度则采用直管地温表。

风的测定

风是空气的水平运动,一般用风向和风速表示。风资料是重要的气象资料之一。风向是指风来的方向,除静风外,用十六方位表示。风速是指空气所经过的距离与经过的距离所需时间的比值,一般用米/秒表示。

测量风向和风速有专门的仪器,测定的项目有平均风速和最多风向,有的仪器还有自动记录功能,对风向、风速连续记录并进行整理。

喜怒无常的天气

我们常说的天气是一定区域短时间段内的大气状态及其变化的总称。它既是一定时间和空间内的大气状态,也是大气状态在一定时间间隔内的连续变化,所以可以理解为天气现象和天气过程的统称。天气现象是指发生在大气中的各种自然现象,即某瞬时内大气中各种气象要素(如气温、气压、湿度、风、云、雾、雨、雪、霜、雷、雹等)空间分布的综合表现。天气过程就是一定地区的天气现象随时间变化的过程。

天气预报

天气预报是人类通过科学的方法对天气进行提前预知,其主要内容包括最高和最低气温、降雨的几率、雨量的大小、阴天、晴天、紫外线指数、寒冷指数等。同纬度海洋陆地的气温是不同的,夏季等温线陆地上向高纬方向凸出,海洋向低纬方向凸出。

降水的形成

水汽在上升过程中,因周围气压逐渐降低,体积膨胀,温度降低而逐渐变为细小的水滴或冰晶飘浮在空中形成云。当云滴增大到能克服空气的阻力和上升气流的顶托,且在降落时不被蒸发掉时,才能形成降水。水汽分子在云滴表面上的凝聚,大小云滴在不断运动中的合并,使云滴不断凝结而增大为雨滴、雪花或其他降水物,最后降至地面,从而形成降水。

气象与生活

我们常说的气象生活指数分别是指中暑指数、紫外线指数、约会指数、感冒指数、穿衣指数、晨练指数等。了解了这些指数后,再根据天气决定我们的生活工作习惯,会更有利于我们提高学习工作的效率,避免做一些无用功,所以说,这些气象生活指数和我们的日常生活息息相关。

气温是大气的报幕员

气温,简单来说就是大气的温度。天气预报中所说的气温,是指在野外空气流通、不受太阳直射下测得的空气温度。最高气温是一日内气温的最高值,最低气温则是一日内气温的最低值,最高气温一般出现在下午14~15时,最低气温则多会出现在早晨5~6时。气温多以摄氏度(℃)来表示,也有的以华氏度(℉)表示,均取一位小数,负值表示零度以下。

测定气温

气温是大气温度的简称。空气温度记录是对一个地方的热状况特征的表征,无论在理论研究上,还是在国防、经济建设的应用上都是不可或缺的。

气温有定时气温、日最高气温和日最低气温三种。通常人们用大气温度数值的大小来反映大气的冷热程度。气温是由安装在百叶箱中的温度表或温度计所测定的,这些温度表或温度计是根据水银、酒精或双金属片作为感应器的热胀冷缩特性制成的。

气温的周期变化

气温的变化主要分日变化和年变化两种。日变化的最低气温在日出前后;最高气温一般出现在午后14:00~15:00。气温的年变化表现为:在北半球,陆地上7月份最热,海洋上8月份最热;而南半球正好与北半球相反。

气温的变化是从低纬度向高纬度依次递减,因此等温线与纬线大体上呈平行。但同纬度海洋、陆地的气温却是不同的,夏季等温线陆地上向高纬方向凸出,海洋则向低纬方向凸出。

气温变化的条件

影响气温的因素有很多,比如说城市下垫面特性的影响,城市的各种建筑物改变了下垫面的热属性。城市地表含水量少,热量多以显热形式进入空气中,导致气温升高。同时城市地表对阳光的吸收率也很高,能吸收更多的太阳辐射,进而使空气得到的热量也更多,从而使温度升高。

城市大气污染也给气温的升高带来一定的影响,城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动,产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等,这些物质可以大量吸收环境中热辐射的能量,即所谓的温室效应,从而引起大气的进一步升温。

还有就是人工热源的影响。工厂、机动车燃烧各种燃料,消耗大量能源,使得热量大量排放。

大气背负着地球的压力

气压是大气压强的简称,是指作用在单位面积上的大气压力,即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气压的存在最初是由著名的马德堡半球实验证明的。气压的国际制单位是帕斯卡,简称帕,符号是Pa。

气压与天气的关系

气压跟天气有密切的关系。一般来说,地面上高气压的地区往往是晴天,地面上低气压的地区往往是阴雨天。这里所说的高气压和低气压是相对的,不是指大气压的绝对值。某地区的气压比周围地区的气压高,就叫做高气压地区;某地区的气压比周围地区的气压低,就叫做低气压地区。

有“压”就有“风”

风的形成和气压是密切相关的,气压表的发明证明了空气因为有重量所以有压力,这为人们寻找风的奥秘提供了钥匙。促使大气由高气压区流向低气压区的力叫水平气压梯度力。而大气由高气压区向低气压区作水平运动,就形成了风。水平气压梯度力垂直于等压线,指向低压。

一直以来,人们抓住气压与风的关系进一步深入探究,总结出一套比较完整的关于风的理论。风朝什么地方吹?为什么风有时候刮起来特别迅猛有劲,而有时候却懒散无力、销声匿迹?这完全是由气压高低、气温冷暖等大气内部矛盾运动的客观规律在支配着的。人们不仅用其解释风的起因,而且还由此预测风的行踪。

气压区主要分布图

世界上几大主要的气压区有亚洲低压、阿留申低压、夏威夷高压等。

亚洲低压又叫“印度低压”,是亚洲大陆夏季大气活动中心之一。夏季整个亚洲以至北非均受其控制,中心位置在印度半岛西北部,它的一个低压槽伸向我国东北及西伯利亚东部,另一个低压槽向西伸向北非。由于印度低压的存在,夏季加强了亚洲南部的西南季风,并对我国东部东南季风产生影响。冬季,亚洲低压将完全消失。

阿留申低压主要是因为冬季位于阿留申群岛地区的大范围低气压(气旋)中心夏季时北移而形成的。阿留申低压是极地海洋气团的源地,这种气团影响美国西部的气候。北半球的副极地低压带便是由阿留申低压和冰岛低压组成的。

夏威夷高压实际上是全球副热带高气压的一个部分。北半球的副热带高气压带夏季时被大陆的热低压截断,保留在太平洋上的则称夏威夷高压。夏威夷高压有时分成东西两个,西面这个为西太平洋副热带高压,对我国的天气和气候影响很大。

从分子动理论可知,气体的压强是由于大量分子频繁碰撞容器壁而产生的。单个分子对容器壁的碰撞时间极短,作用是不连续的,但大量分子频繁地碰撞器壁,对器壁的作用力是持续的、均匀的,这个压力与器壁面积的比值就是压强大小。

气候是大气的综合实力

地球因为各地地理位置的不同形成了各种各样的气候,而这些气候主要是由于热量的变化而引起的。它是地球上某一地区多年时段大气的一般状态,是该时段各种天气过程的综合表现。由于热量与水分结合状况的差异,或水分季节分配不同,或有巨大的山地、高原存在,有的同一个气候带内其内部气候仍有一定的差异,可进一步划分成若干气候类型。以下是简单列举的部分常见气候。

热带季风气候

热带季风气候主要分布在我国台湾南部、雷州半岛、海南岛,以及中南半岛、印度半岛的大部分地区,菲律宾群岛;此外,在澳大利亚大陆北部沿海地带也有分布。这些地区全年气温皆高,年平均气温在20℃以上,最冷月一般在18℃以上。年降水量大,多集中在夏季,这是由于夏季在赤道海洋气团控制下,多对流雨,再加上热带气旋过境带来大量降水,因此造成比热带干湿季气候更多的夏雨;在一些迎风海岸,因地形作用,夏季降水甚至超过赤道多雨气候区,年降水量一般在1500~2000毫米以上。这些地区热带季风发达,有明显的干湿季。即在北半球冬季吹东北风,形成干季;夏季吹来自印度洋的西南风(南半球为西北风),富含水汽,降水集中,形成温季。

亚热带沙漠气候

亚热带沙漠气候也称亚热带大陆性干旱与半干旱气候,主要分布在亚热带大陆的内部,包括西亚的伊朗高原和安纳托利高原、美国西部的内陆高原以及南美的格栏查科等地。干旱气候的形成是由于深居内陆距海远或因有山地阻挡,湿润的涵养气流难以到达,又兼这些地区地处亚热带,夏季高温,冬季温和。半干旱气候属于由干旱气候向其他气候的过渡类型。这些地区的植被类型属于荒漠草原,通常生长有旱生灌木及禾本科植物,土壤属于半荒漠的淡棕色土。

温带大陆性气候

温带大陆性湿润气候分布在北纬35°~55°之间的北美大陆东部(西经100°以东)和亚欧大陆温带海洋性气候区的东侧。这种气候在气温、降水的变化上同温带季风气候有些类似,但风向和风力的季节变化不像温带季风气候那样明显。冬季由于气旋活动影响,降水稍多;夏季有对流雨,但夏雨集中程度不像温带季风气候那样显著,天气的非周期性变化也很大。

温带季风气候

温带季风气候出现在北纬35°~55°的亚欧大陆东岸,包括我国华北和东北、朝鲜的大部、日本的北部以及俄罗斯远东地区的一部分。冬季,这些地区受来自高纬内陆偏北风的影响,盛行极地大陆气团,寒冷干燥;夏季受极地海洋气团或变性热带海洋气团的影响,盛行东风和东南风,暖热多雨,雨热同季。年降水量1000毫米左右,约有2/3集中于夏季。全年四季分明,天气多变,随着纬度的增高,冬、夏气温变幅相应增大,而降水逐渐减少。

极地苔原气候

极地苔原气候(长寒气候)分布在北美大陆和亚欧大陆的北部边缘(南以最热月10℃等温线与亚寒带大陆性气候相接)、格陵兰岛沿海的一部分及北冰洋中的若干岛屿;在南半球则分布在马尔维纳斯群岛、南设得兰群岛和南奥克尼群岛等地。其特征是:全年皆冬,一年中只有1~4个月月平均气温在0°~10℃之间,冬季酷寒而漫长;年降水量为200~300毫米,以雪为主;地面有永冻层,只有地衣、苔藓等低等植物。

季节一般都是以气候来划分的,它大体是指每年循环出现的地理景观相差比较大的几个时间段。不同的地区,其季节的划分也是不同的。对温带特别是中国的气候而言,一年分为四季,即春季、夏季、秋季、冬季;而热带草原只有旱季和雨季。在寒带,并非只有冬季,即使南北两极亦能分出四季。在这里,我们将重点讲一下我国所处的温带的季节划分。

春天里的乍暖还寒

在中国,春季的开始是在立春(2月2~5日之间),春季的结束在立夏(5月5~7日之间)。在欧美,春季从春分(3月21日前后)开始,到夏至(6月21日或22日)结束。在爱尔兰,2月、3月和4月被定为春季;在南半球,一般9月、10月和11月被定为春季。

夏天里的炎天暑热

在中国,夏季从立夏(5月5日~7日之间)开始,到立秋(8月8日或9日)结束;西方人则普遍称夏至时间至秋分时间为夏季(6月21日或22日~9月23日或24日)。在南半球,一般12月、翌年1月和2月被定为夏季。从气候学意义上讲,连续5天平均温度超过22℃算作夏季。

秋天里的天朗气清

秋季是由夏季到冬季的过渡季节。在我国,夏季是阴历的七至九月(立秋到立冬),阳历为9~11月,天文为秋分到冬至这一段时间。气象工作者研究的物候学标准是:炎热过后,5天平均气温稳定在22℃以下时就算进入了秋季,低于10℃时秋季结束。

冬天里的冰天雪地

天文学上认为秋春之间的季节是从12月至次年3月。在中国习惯指立冬到立春的这3个月时间,也指农历十、十一、十二月。在南、北半球所处的时间不同,在南半球,冬季在6、7、8月份;在北半球,冬季在12、1、2月份。从气候学上讲,平均气温连续5天低于10℃算作冬季。

关于季节,中国人有自己的独特见解,即认为四季各有不同的特性,分别有“春生”“夏长”“秋收”和“冬藏”之说,意思是万物在春天出生、在夏天成长、在秋天收成或成熟、在冬天储藏起来,如动物冬眠、植物落叶等现象,这种说法也不无道理。

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