2022年自然地理学教案 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第四章 自然地理系统的能量基础授课题目其次节太阳能和引潮力在自然地理授课类型理论课系统的作用首次授课时间20XX 年 10 月 11 日学时2 通过本节课 ,使同学：教学目标 懂得并把握自然地理系统中能量转化的过程以及功能；懂得和把握太阳能和引潮力在自然地理系统中的作用；重点与难点教学手段与方法1 自然地理系统中能量转化的过程以及功能；2 太阳能和引潮力在自然地理系统中的作用；多媒体教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分详细内容、时间安排等）第四章 自然地理系统的能量基础 其次节 太阳能和引潮力在自然地理系统中的作用 一、引潮力

2、地球所受引潮力主要是月球和太阳对地球的万有引力与地球绕地月及日地公共质 心运动产生的惯性离心力的合力；通过有关课程的学习,我们已知在月球和太阳引潮 力中又以月球的引潮力为主,它是太阳引潮力的 2.18 倍；引潮力与重力同属引力的范畴,引力是自然界4 种自然力中最弱的一种；而引潮力与重力相比较就更为柔弱： 月球的最大引潮力大约仅相当于地球重力的 1/893 10-4,而太阳引潮力就仅相当于地球重力的1/1940 10-4；对于如此微小的力, 人们通常是很不易感觉的,但地球对这种力却有显着反应,最直观的反应便是海洋潮汐；世界大洋的平均引潮力可使海面垂直涨落约0.8m；引潮力对固体地壳引起的“ 潮汐

3、” 称为“ 固体潮” ,固体潮每天的变化非常规章；引潮力对大气层引起的潮汐称为“ 气潮”,据估 算,大气中由于月球引潮力所产生的能量,约为地表太阳能总量的 3 10-8倍；（一）海洋潮汐 引潮力对地球造成的海洋潮汐现象,对于地球的影响,对自然地理环境的影响意 义非常重要；例如,由于引潮力对海洋的水平引力作用形成大规模短周期性海洋潮 流,在浅海地区潮流对海底产生的摩擦作用,使地球的自转速度变慢,导致日长增加；据测量,日长每年平均约延长1.5 10-10；由此推算 4.0 109年前地球自转速度较现今名师归纳总结 快得多,日长约为9.6 小时,合每年 912.5 天；海洋生物化石也可证明,据一种珊

4、瑚化第 1 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 石上的年轮和日轮推算,在4.0 108年前的泥盆纪中期每年约为400 天,至 3.2 108年前,每年约为 380 天；可见海洋潮汐对海底的摩擦作用,对自然地理系统的气候和 生物要素的运动节律的变化有重要影响；海洋潮汐的产生使海洋与大陆之间形成一 个周期性被疏干的地带, 称为“ 潮间带” ；它的存在成为地球上海洋生物向陆地“ 进军”的“ 滩头阵地” ,促成陆地生物的进展,转变了自然地理系统的组成与结构；（二）气潮 气潮对一些天气现象有重要影响；引潮力对大气层产生的潮汐作用,可使大气压 力产生周

5、期性变化；对地表而言,当月球位于天顶或天底（太阴时 12 时及 0 时）,大气密度增大,气压增高,引发大气层高潮；当太阴时为6 时及 18 时,就气压降低,发生大气低潮；例如在热带地区,每日内的气压潮汐振幅可达 200400Pa；气潮在高空可形成 50m/s 的强风,从而影响全球高空气流；此外,月相变化引起的气潮对台风和飓风的发生有肯定影响；地处地中海沿岸的古代希腊人就知道,在新月阶级常要提防暴风雨天气；美国国家大气争论中心发觉,全美最严峻的暴风雨多发生在新月后的13 天或望日后的 35 天内；据对 18911968年显现于大西洋和太平洋上的 1000 多个飓风、台风和 2000 多个热带风暴

6、的统计分析,发觉其生成于朔日阶段者为最多,生成于望日者次之,上、下弦期间生成的就最少；可见在天气预报方面月相变化对气潮的影响也是一个值得考虑的因素；由于气潮的存 在也加强了大气圈内的物质循环,使天气变化复杂化；（三）固体潮 固体潮使地面发生升降变动,地面的升降幅度理论上的最大值可大于 50cm,一般 就在 30cm 左右；固体潮在地表产生的地球物理现象主要仍有重力的变化,地倾斜的变 化,地面两点间距离的相对变化,以及地球自转速度的变化等；如据观测,朔望日固体潮可使地球自转速度发生振幅约1 毫秒的变化； 而固体潮引起的重力和地势的变化,影响地壳运动的平稳,对地震的发生有肯定联系；如我国华北与渤海

7、地区,自 1068 年至 1976 年间,六级以上地震有 响因素；80%以上发生在朔、望日前后,故不排除有固体潮的影二、太阳辐射能在自然地理系统中的作用（一）太阳辐射能的意义 太阳不断地向宇宙空间以电磁波的形式辐射庞大的能量,到达地球外界的太阳能每年为 5.526 1024J；虽然这部分能量只占太阳总辐射能的1/22 10-8,但对于地球自然地理系统而言却是极其重要的能量；与其它进入自然地理系统的能量相比,太阳辐名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 射几乎成为使地球自然地理系统内全部地理过程得以运行的全部能源；据能量守恒

8、定律,进入地球范畴的太阳能在地表和大气中作如下安排,对太阳能 在地一气系统中的安排有多种估算值,今取其一：以到达地球大气层顶的太阳辐射能 为 100%,其中, 37%被大气中的云、尘埃物质和地面直接反射回宇宙空间（反射量分 别为 27%、7%和 3%）；63%被大气层和地面吸取（大气吸取 20%,地面海洋和陆地吸收 43%）；可见被直接反射回太空间的37%的太阳能未能为地球所利用, 而为大气和地表所吸取的 63%太阳能,便为自然地理系统的各组成部分所吸取、流通、转化,成为驱动全部自然地理过程的根本动力；在能量的收支平稳上,以短波辐射输入的 63%的太阳能除极少的一部分（约1%）被转化成有机能源

9、而固定于地表和地壳中外,其余将以长波热辐射方式输出地球外部空间,以达收支平稳,这也是地气系统的温度多年 基本保持不变的缘由；但是,地表与大气所接受的短波太阳总辐射能和以长波辐射输出地球的热能,在 地球表面的分布是不匀称的；总的表现为在赤道和热带地区收入的（吸取的）辐射 能大于输出（支出）的辐射能,属于能量盈余地区；中、高纬度地区就为地面输出 辐射能大于输入的辐射能,属于太阳能量亏损地区；在南、北半球南、北纬 3040度之间地面,就是太阳能收支量相等的地区（图（或净辐射）的地理分布差异特点（表 1）；7）；这便是大家已知的太阳辐射平稳由于低纬与高纬地区间净辐射的分布差异,形成经向热力梯度,中低纬

10、度地区的热能向高纬地区输送,称之为“ 经向热运动”地带为最大；由表 2 可见,年经向热输送量以在中纬除经向热运动之外,海陆之间也形成周期性转换方向的热力梯度；热力梯度转化 成压力梯度,促使形成不同规模的大气环流,对于全球能量调整和区域性热量平稳起 着非常重要的作用；此外,地面热辐射通过水分蒸发和蒸腾,转化为汽化潜热,引起地球上水体的三 相变化及循环；热力作用使地表岩石发生气械风化作用,为土壤的形成供应成土母质,并在水流和气流作用下参加到地质循环之中；在有机界太阳能换转为生物化学能；植物光合作用每合成1mol 的碳水化合物要消耗2.805 105J 的太阳能,这些能量以化学潜能形式固定在植物体内

11、, 每年生成 1.5 10112.0 1011t 干有机物质, 作为第一性生 产物质为动物界供应初级能量,最终通过食物链、腐烂链完成太阳能的生物循环过程；总之,太阳辐射能输入自然地理系统,不仅为自然地理过程供应了基本动力,也 是形成自然地理系统整体性、差异性和动态性三大特点的能量源泉；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 三、太阳总辐射的气候运算法 太阳总辐射值表示着全球或某一区域能量总输入的大小,该值对农业生产的光能 利用有直接的影响,因此,对于分析区域自然地理环境特点有肯定的实在意义；通常 该值的猎取是通过建立辐射观

12、测站用器测方法完成的；但在一般条件下,辐射观测站 点终究是有限的,故多数情形下可用气候运算法求算；我们已知,太阳总辐射值为到达地表水平面的直接辐射与大气散射辐射之和；在 气候学运算上一般采纳体会公式：式中：Q=S0（a+bn ）Ncal/cm 2 day）；S 当地晴空条件下的天文辐射值（n 当地日照百分数, n实际日照时数（ h/day）；N N可日照时数（ h/day）；a、b为待定系数, a 与大气散射状况、地表反射性质有关；b 与大气透 明度有关；对于 S0 的取值可用天文辐射年变程曲线内插求得（即以每月 15 日天文辐射日总 量代表月平均值）,或按以下天文辐射日总量公式运算；S0=T

13、I0（0sinsincoscossin0）2式中： T周期长度,取一天的长度,即1440 分；I 0太阳常数,取1.95 卡/厘米2 分；间取值；任意时刻以天文单位表示的日地距离,在 0.98331.0167 天文单位之0、分别为当地日出日没时角、地理纬度和赤纬；注：以上数值均可由天文年历中查得；英国气象学家彭曼（ H.L.Penman）提出的总辐射运算公式为：Q=S0（0.18+0.55n ）N我国依据 1957 年全国建立的 26个日辐射站于 19581959年两年逐旬实测太阳辐 射值,建立 Q/S0n/N 线性回来方程,利用最小二乘法求得待定系数 a、b,将全国分为八个区,每区分为四季,

14、共计32 组 a、b 值及其相关系数 r 列入下表（表 3）,以供名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 利用 Q 值体会公式运算我国各地的太阳总辐射；四、自然地理系统中能量状态方程的一般表达式 我们已知系统内各要素之间的相互联系是其整体性形成的重要缘由,这种相互联 系就是通过能量流、物质流、信息流在系统内各部分之间的流通维系来实现的；在自 然地理系统中,能量的输入、流通与输出是系统分析的重要内容之一；能量在自然地 理系统中传输的一般动态模型通常用一组方程表示,这类方程称为状态方程（组）；对能量在系统内外的传输过程先用一个

15、流通状态框图表示参见图 8；f 值为常量,所以上述各方程皆为一阶常系数多元微分方程,组 据初设条件知各 成线性方程组；这种矩阵通式最早是由莱斯利（Leslie）于 1945 年争论生态系统时提出的状态方程通式；这一例子是将系统论应用于自然地理系统争论中的基本模式；它可将系统中 的“ 能量流” 、“ 物质流” 随时间演化的动态表示出来；为此需要通过实地调查、试验观测以及理论分析等方法确定系统内各部分的流通率等详细数值,才能通过电子运算 机进行运算,这是自然地理系统分析中的一个非常复杂和关键的问题；物质与能量一旦进入系统,即在各亚系统之间作连续流淌,甚至进行复杂的反馈,直至最终输出系统；其流通过程不能中断,也不答应在某个环节上堵塞,否就即破坏系统的整体性,导致整个系统崩溃；摸索题、争论题、作业教学后记 太阳辐射的运算方法对同学来说有肯定的难度,能否更简单一点？名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页