第六章氣候的形成春江水暖鴨先知春天的故事夏日炎炎暴雨后的彩虹秋天的童話海上生明月初雪大雪兆豐年第六章氣候的形成氣候系統的組成是由大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈組成的龐大系統。氣候概念氣候是指一地在多年時期內的大氣平均狀態或統計狀態.氣候系統的影響因素它是在太陽輻射、下墊面性質、大氣環流和人類活動等因素長時間綜合作用下形成的氣候的形成因子太陽輻射——大氣運動最根本的能源。地面狀況——大氣直接的熱源和水源大氣環流——雙重性質。人類活動——釋放能量、改變地表特性。太陽輻射氣候地面狀況人類活動大氣環流第一節氣候形成的輻射因子一、天文輻射與天文氣候二、天文輻射的時空分布三、地面輻射差額的地理分布四、熱量平衡一、太陽輻射與天文氣候（一）定義：什么叫天文輻射？太陽輻射在大氣上界的分布，是由太陽與地球間的天文位置決定的，即主要由太陽高度、日地距離、日照時間（白晝長度）等天文因素所決定，所以又稱為天文輻射。天文氣候；天文輻射決定了世界氣候分布的基本輪廓。這種由天文輻射所決定的氣候，稱天文氣候。太陽日地距離太陽高度角（二）影響天文輻射能量的主要因素日地距離太陽高度白晝長度1、日地距離地球軌道軌道形狀：橢圓太陽在軌道中的位置：兩焦點之一近日點（地球一月初經過）：

147100000km；遠日點（地球七月初經過）：

152100000km。圖為地球的近日點和遠日點太陽輻射的強度與日地距離的平方成反比，在某一時刻,大氣上界的太陽輻射強度I應為：

I=a2/b2I0

（a為地球公轉軌道的平均半徑，b為該時刻的日地距離,I0為太陽常數1370 W/m2）進一步變形：I=I0/ρ2

（ρ=b/a）太陽常數（I0

）太陽輻射通過星際空間到達地球表面，中間首先到達大氣上界。在日地平均距離處在大氣上界垂直于太陽光線的1平方厘米的面積上，1分鐘內所獲得的太陽輻射能量即為太陽輻射常數。表6-1大氣上界太陽輻射強度的變化月份123456789101112%3.42.81.80.2-1.5-2.8-3.5-3.1-1.7-0.31.62.8不考慮其它因素，北半球的冬季與南半球的冬季哪個暖些？-3.53.4

2、太陽高度角（h）

定義：太陽光線與地表水平面之間的夾角。(0°≤h≤90°)

水平面上太陽輻射的計算Sm′＝Sm·＝Sm·sinh

Sm和Sm′與h的關系圖

水平面上得到的太陽輻射能隨著h的增加而增加。

h的計算公式（任意時刻）sinh＝sinφsinδ+cosφcosδcosω式中：φ為觀測點緯度，δ為赤緯，ω是時角。

正午時刻h的計算公式h正午＝90°-φ+δ太陽輻射強度與太陽高度的正弦成正比I=I0Sinh（I為大氣上界水平面上的太陽輻射能量；I0為太陽常數；h為太陽高度。）2、太陽高度3、白晝長度（日照時間）從日出到日沒的時間間隔。太陽照射時間越長，地球得到的太陽輻射能量越多。地球上白晝時間的長短隨緯度和季節而變化。大氣上界太陽輻射日總量與白晝時間長度成正比。北半球夏季，晝長夜短，緯度越高晝越長，白晝時間長，太陽輻射到達量大；冬季相反。（南半球相反）白晝長短（日照時間）的計算從日出到日沒的時間間隔，它與太陽輻射量有關。

因為日出日沒太陽正好在地平圈，所以

h=0°根據sinh=sinφ

sinδ+cosφcosδcosω則sinh=sinφsinδ+cosφcosδcosω=0

cosω=–tgφtgδ2ω就是白晝長度，它隨地理緯度和太陽赤緯變化晝長（可照時數）四季的形成日地距離：太陽輻射的強度與日地距離的平方成反比。太陽高度：太陽高度越大天文輻射越多。日照時間：日照時間越長天文輻射越多。在以上各因子的共同影響下，大氣上界不同緯度、不同季節獲得的太陽輻射量不同。這種由地球的天文位置（Φ、δ、b）所決定的大氣上界太陽輻射到達量，稱天文輻射。其分布特點如下：（三）天文輻射的時空分布1、天文輻射能量的分布因緯度而變化天文輻射量最小僅為赤道的40%全年最多——赤道此分布的結果是什么？夏半年冬半年年總量中國1月份平均氣溫分布圖-15-15-15-15-20-20-20-15-10-15-15-20-5-10-15-15-15-20-25-25-25-30-30-10-15-5005101515151520205101515-15-1515155新疆富蘊地區黑龍江漠河地區溫度的空間分布20吐魯番盆地淮河以南及川東2020242424202020162626262422222020202020242426242426262828282424282888121212161224202222中國7月份平均氣溫分布圖2、夏半年獲得天文輻射量最大值是在200—250的緯度帶上，最小值在極地北半球天文輻射分布曲線夏半年年總量冬半年200-250極地3、冬半年北半球獲得天文輻射最多的是赤道，隨緯度遞增而減小，到極點達最小。因此高低緯度間溫差冬季較大。冬半年年總量4、冬、夏半年天文輻射向高緯遞減的速度不同冬半年全年夏半年夏半年天文輻射向高緯遞減慢冬半年天文輻射向高緯遞減快5、天文輻射的南北差異不僅隨冬、夏半年不同，而且在同一時間內隨緯度也不同。小小450——550N最大全年冬半年6、冬、夏半年輻射量的差值隨緯度的增大而加大從這張圖上可以

得出幾點結論？赤道附近，一年中太陽輻射日總量有兩個最大值，分別在春分日和秋分日；有兩個最小值，分別為冬至日和夏至日。在緯度150以上，太陽輻射日總量由兩個最高點逐漸合并為一個最高點，出現在夏至日；兩個最低點合并為一個最低點，出現在冬至日。（四）天文氣候帶各氣候帶具有哪些基本特征？赤道帶：在南北緯100之間，占地球總面積17.36%。在此帶內全年正午太陽高度都大，一年中有兩次受到太陽直射，在一年內晝夜幾乎相等。因此全年受到太陽輻射最強，年變化極小，日變化大。熱帶：在緯度100—250，在南北半球各地球總面積12.45%，夏半年受熱最多，大部分地區一年中正午有兩次連續受到太陽直射機會，天文輻射日變化大，年變化較小。副熱帶：

位于250-350之間，在南北半球各占地球面積7.55%，是熱帶和溫帶間的過渡地帶。這里水平面上已無受太陽直射機會，但夏半年受到太陽天文輻射量僅次于熱帶，而大于赤道帶，冬半年則少。天文輻射的季變化比赤道帶和熱帶顯著。溫帶：位于緯度350-550間，在南北半球各占地球面積12.28%，全年天文輻射的季節變化最顯著，有四季分明的特點。副寒帶：位于緯度550-600間，在南北半球各占地球面積的2.34%，是溫帶與寒帶的過渡地帶，此帶晝夜長短差別大，但無極晝、極夜現象。寒帶：位于緯度600-750間，在南北半球各占地球面積5.0%，此帶一年中晝夜長短差別更大，在極圈以內有極晝、極夜現象。全年天文輻射總量顯著減小。極地：緯度750-900，在南北半球各占地球面積1.70%，此帶晝夜長短差別最大，在極點半年為晝，半年為夜。是天文輻射日變化最小、年變化最大的地區。二、輻射收支與能量系統（一）輻射能收支的地理分布（二）地面能量平衡（三）全球能量級聯（四）全球能量平衡模式一、輻射收支的地理分布地-氣系統的輻射能收支差額（Rs）：如果將地面和大氣看作是一個系統那么收入的輻射和支出的輻射之差就是地—氣系統的輻射差額即地面的輻射差額=地面得到的能量—地面失去的能量地面得到的太陽輻射能+大氣逆輻射地面輻射得：(Q+q)(1-a)——地面吸收的太陽輻射能

qa——大氣吸收的太陽輻射失：F∞——透過大氣層地面輻射和大氣輻射射向宇宙空間的能量也可變為：為正時地面有熱量積累，地面溫度將上升為負時地面有熱量虧損，地面溫度將下降為零時地溫沒有變化，處于輻射動態平衡狀態就個別地區來說，地—氣系統的輻射差額即可以為正也可以為負。就整個地氣系統來講，這種輻射差額的多年平均值因為零，整個地球所吸收的能量和放出的輻射能量是相等的，從而使全球達到輻射平衡。（1）年平均總輻射最高值并不出現在赤道，而是位于熱帶沙漠地區。（2）年平均總輻射等值線并不完全與緯線平行（3）在廣闊的洋面上，年平均總輻射等值線大致與緯線平行，其值由低緯向高緯遞減，在極地最低。只有在冷暖洋流交匯的地方，年總輻射差額的帶狀分布才遭到破壞。（4）在地—氣系統凈輻射的分布來看，除兩極地區全年為負值，赤道附近地帶全年為正值外，其余大部分地區是冬季為負值，夏季為正值，季節變化十分明顯。（5）就全球地—氣系統全年各緯圈吸收的太陽輻射和向外射出的長波輻射的年平均值而言，對太陽輻射的吸收值，低緯度多于高緯度，對長波射出而言，高低緯度間的差值卻小得多。低緯度有熱量的盈余，而高緯度有熱量的虧損。（如圖6-5）圖6-5地球不同緯度太陽輻射的收入與長波輻射的