今天共读内容为《气象学与生活》中的第一章《大气概述》1.4-1.9节,共20多页。都是有些熟悉但知之不详的知识。
首先要了解的是地球圈。
很高兴一开始读就了解到一个小知识,我们常见的能看到非洲和阿拉伯半岛,有大片蓝色的海洋和白色旋涡状云系的的地球照片,是1972年12月阿波罗17航天小组最后一次有人驾驶绕月飞行时拍摄的,被称为“雨花石”。也就是从这张图上可以理解为什么传统概念将自然环境分成三个主要部分:固体地球(即地质圈)、行星上的水体(即水圈)、包裹地球的气体(即大气圈)。生命出现之后,又多了一个生物圈。这就是我们平常所说的四个圈层。四个圈层各自独立却没有明确边界,相互交错在一起。书中举的关于海岸线处的例子,鲜明生动,是岩石、水和空气相遇的地方。
地质圈从地表到地球中心,是地球四大圈层里最大的一个,共分三层,由内而外分别为,地核、地幔和地壳。土壤,是地球表面的薄层,保障植物的生长,属于四个圈层共同的一部分。
大气圈,相对地质圈而言是非常浅薄的,大约99%以上的大气在距地面约30千米以内的范围,供生物呼吸,并对生物起到保护作用。我们所看到的各种天气现象,就是发生在大气圈内的能量交换所产生的效应,这些现象都发生在大气圈的对流层中,一般是距地球表面16千米的高度内(其间有90%的大气)。
地球因水圈的存在,被称为蓝色星球,这也是地球的独特之处。水圈是动态的,主体是海洋,有着地球上97%的水,占据了71%的地球表面。此外,还有总量占比很小,对我们意义重大的淡水资源,其中冰川水占了绝大部分,其中的河流、冰川和地下水形成和改变着地球不同的地貌。大气水占地球水圈的0.001%,其形成的云在许多天气和气候过程中发挥决定作用。书中插图1.12,可以在学习水资源时使用。
生物圈范围也不大,主要集中在地表面附近,这是因为动物和植物的生存要求能够适应一定的自然环境,但同时生命也维护和改变着自然环境,特别是气候对生物圈影响很大。书中举的例子珊瑚礁,独特而复杂,其间生活着25%的海洋物种。热带雨林每平方千米有数百种不同的物种。
第二个内容是“地球是一个复杂系统”。
各圈层,各自独立却不孤立。各部分高度相互作用,产生一个复杂的总体,就是地球系统。地球系统不同部分相互作用的例子,用我们国家最近发生的就可以说明。来自海洋上的台风,把大量的水汽带到陆地,在陆地上肆虐成灾,造成城市内涝,山区泥石流,对人类和所有的其他动植物造成巨大影响,对地表地貌也有一定影响。
弄清楚地球各个单一组成部分是怎样相互联系的研究,被称为地球系统科学,目的在于将地球作为一个包括了大量相互作用部分或子系统的系统来研究。而系统就是一组由相互作用或相互独立的部分组成的复杂总体。
地球系统有着无数的子系统,其中的物质在不断的循环。地球系统各部分是相互联系的,其特征有不同空间尺度和时间变化尺度决定。地球系统动力能量来自于太阳和地球内部,太阳驱动大气圈、水圈和地球表层的外部过程,如天气、气候、洋流和侵蚀过程;地球内部能量驱动内部过程,如火山爆发、地震和造山运动等。
人类是地球系统不可缺少的一部分。受地球系统其他部分的影响,也影响着地球系统的其他部分发生变化。
这本书研究的是气象学与生活的关系,因此,了解大气的组成很有必要。大气的成分不固定,随时间和空间变化,同时,他又是相对稳定,氮和氧占了干洁大气体积的99%,对生命非常重要,对天气现象几乎没有影响。我们呼吸时吸入的是稳定的混合气体。空气中二氧化碳只占很小的比重,但从气象学上来说确是非常重要的大气成分,会影响到大气的温度。经济的发展,化石燃料(煤、石油等)的使用,使空气中二氧化碳含量增加,增加的二氧化碳一半以上被海洋,剩下的留在大气中,造成了温室效应。
大气中的水汽、气溶胶和臭氧等,所占比例很小,会随时间和空间发生显著的变化,对天气和气候有显著影响。水汽是云雨的来源,有吸收地球释放热量和部分太阳辐射的能力,会使大气增温。它的形态变化会吸收或放出热量,放出的热量称为潜热,水汽把潜热从一处传输到另一处,才产生了风暴、台风等。
气溶胶是指固态和液态的微小颗粒,来自自然和人类活动,低层大气中的气溶胶更多。气溶胶在气象学上很重要,是水汽凝结核,可以吸收和反射太阳辐射,产生大气中的光学现象。
臭氧含量非常少,分布不均匀,集中在距地面10到50千米高度的平流层,因为这里来自太阳的紫外辐射足以产生单个氧原子和足够的气体分子以产生所需要的碰撞,生成臭氧分子。
臭氧可以吸收太阳紫外辐射,对生物圈有极大的保护作用,但现在大气中臭氧大量损失,是因为人类大量使用化学物质氯氟烃,氯氟烃用于空调和冷冻设备的制冷剂,电子元件的清洁剂,喷雾剂的推进剂和某些塑料薄膜的生产。最大的臭氧层空洞出现在南极上空的9、10月份,这里平流层有相对较多的冰粒,增大了氯氟烃对臭氧的破坏,高层大气出现涡旋状风场,将臭氧减少现象控制在南极地区。北极附近在春季和初夏也有臭氧减少的现象,另外,在青藏高原上空也监测到有臭氧减少现象。当控制臭氧减少现象的高空气场发生变化时,低臭氧含量的空气和其他地区的空气交换,臭氧含量增高。透过臭氧层空洞,紫外线到达地面,增加了人们患皮肤癌的几率,对人类的免疫系统造成负面影响,导致白内障发生。紫外线对动植物的影响也很明显,农作物产量和质量会受到不利影响,影响南极周围海洋中的生态平衡。
为了保护臭氧层,1987年年底,签订了国际协议《蒙特利尔议定书》,控制有关是臭氧减少的气体的生产和使用。这是全球共同行动起来,应对环境问题的一个很典型的例子,可以作为学习全球化课堂上的案例使用的。
大气层有自己的垂直结构,海拔越高,大气越稀薄。不同高度的气压不同,其随高度的下降率不是常数,是随着高度的增加而减小的。不同海拔高度的气温也是不相同的,根据温度,将大气在垂直方向上分成了四个层次,对流层(距离地面最近,气温随高度的升高而降低,气象学家关注的重点);平流层(对流层顶,臭氧集中的地方,气温较高);中间层(大气层最低气温出现在此,气压很低);热层(空气非常稀薄,气温非常高且随高度上升)。
除了按气温来划分大气垂直分层外,还有根据大气成分划分成均质层和非均质层,80千米高度是一个界限。80致400千米之间被称为电离层,极光就存在于此层中。极光的出现与太阳耀斑活动的时间和地球磁极地理位置密切相关,当太阳黑子数最大时,极光最为壮观。
重温以前学过的内容,感觉很亲切。
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