AL123 人文社科免费专区文学 2023-03-08

牛津通识读本：气候（中文版）_AZW3_MOBI_EPUB_马克•马斯林

内容节选

第二章大气层与海洋本章研究大气层和海洋对气候的影响，以及它们如何在全球范围内储存并重新分配太阳的热量。本章将解释海洋为何在热量离开赤道的流动中占主导地位，而中高纬度地区的热流动为什么由大气层主宰。最后将总结世界的主要气候区，并解释为什么全球有三个主要的降雨带和两个主要的沙漠带。大气层大气层是天气的发源地。它始于地表，随着高度的上升变得越来越稀薄，与外太空之间没有明确的界限。在62英里（100千米）处随意确定的卡门线通常被用来标示大气层和外太空的边界，它是以匈牙利裔美国工程师和物理学家西奥多·冯·卡门（1881—1963）的名字来命名的。产生天气的大气层在大约10英里的高处开始变得稀薄。海洋在控制天气和气候方面也起着重要的作用。海洋的平均深度约为2.5英里，因此控制气候的物质层的总厚度为12.5英里。大气是气体的物理混合物，而不是化合物。重要的是，这些气体在地表之上约50英里（80千米）处以非常稳定的比例混合。氮气、氧气、氩气和二氧化碳这四种气体占空气体积的99.98%。特别值得关注的是主要由二氧化碳、甲烷和水蒸气组成的温室气体，尽管它们相对稀少，但对大气层的热力特性有很大影响。温室效应将在本章后文中讨论，而全球变暖将在第八章中详细考察。大气层的成分氮气是一种无色、无臭、无味、通常不活泼的气体，大约占地球大气层体积的78%。氩气也是一种无色、无臭、无味、完全惰性的气体，大约占地球大气层体积的0.9%。相比之下，氧气是一种反应性很强的气体，大约占地球大气层体积的21%。氧气维持着地球上所有的生命，并在大气层和动植物的生物过程之间不断循环。氧气与氢气结合产生水，水在气态下是水蒸气，就天气而言，它是大气层中最重要的成分之一。氧气还会形成另一种气体，称为臭氧或三氧，它由三个氧原子组成，而不是通常的两个。这是大气层中极为重要的气体，因为它在平流层（距地表6～31英里之间）形成了一个薄层，可以过滤掉致癌的有害紫外线辐射。然而，即使在这个“层”中，臭氧的含量也只占体积的百万分之二到百万分之八，所以大部分的氧气仍然是正常的二氧类型。这种重要的气体大部分被我们使用的氯氟烃类化合物破坏了，导致南北两极上空出现了臭氧空洞，后来世界各国政府答成共识（例如1985年的《保护臭氧层维也纳公约》和1987年的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》），决定停止使用所有氯氟烃类和相关化合物。二氧化碳占地球大气层的0.04%，是主要的温室气体，对保持地球的相对温暖非常重要。直到近代，二氧化碳的含量一直是通过植物光合作用的消耗和动植物呼吸作用的生成来实现平衡的。不过，近100年来的人类工业发展使得更多的二氧化碳进入大气层，破坏了这种自然的平衡。气溶胶是海盐、灰尘（特别是来自沙漠地区的灰尘）、有机物和烟雾的悬空颗粒。这些气溶胶所达到的高度将决定它们会造成区域变暖还是变冷。这是因为在大气层的高处，气溶胶有助于反射太阳光，从而使局部地区降温；而在低海拔地区，气溶胶会吸收一些来自地球的热量，因此使局部空气变暖。工业生产增加了大气中气溶胶的含量，导致城市地区出现烟雾、酸雨和局部降温，造成“全球变暗”。但气溶胶最重要的作用是帮助云的形成。没有这些微小的颗粒，水蒸气就不能凝结成云；没有云降水，天气就无从谈起了。尽管会被人遗忘，但水蒸气是最重要的温室气体，约占大气层体积的1%。不过，水蒸气在时间和空间上变化很大，因为它与复杂的全球水文循环有关。水蒸气在大气中最重要的作用是形成云和产生降水（雨或雪）。暖空气能比冷空气容纳更多的水蒸气。因此，每当一团空气冷却下来，例如空气上升或遇到冷空气团时，就不能容纳那么多的水蒸气，所以水蒸气就会冷凝成气溶胶，形成云。我们稍后要讨论的一个重要问题是，水从气态变为液态时会释放出一些能量，正是这种能量加速了飓风之类大风暴的形成。云的形状、大小各异，是判断即将到来的天气的极佳方式！温室效应地球的温度是由来自太阳的能量和反射回太空的能量损耗之间的平衡决定的。在地球接收到的太阳短波辐射（主要是紫外辐射和可见“光”）中，几乎所有的辐射都能不受干扰地穿过大气层（图6）。唯一的例外是臭氧，好在它吸收了高能紫外线波段的能量（对我们的细胞有很大的损害），限制了到达地表的能量。大约三分之一的太阳能被直接反射回太空。剩余的能量被陆地和海洋吸收，使它们变暖。然后，它们把获得的这种温暖以长波红外线或“热”辐射的形式发散出去。大气中的水蒸气、二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等气体被称为温室气体，因为它们可以吸收部分长波辐射，从而使大气变暖。人们已在大气层中测量到了这种效应，并且可以在实验室中一再重现它。我们需要这种温室效应，因为如果没有它，地球的温度至少会下降35℃，届时热带地区的平均温度约为-5℃。自工业革命以来，我们一直在燃烧数亿年前沉积的化石燃料（石油、......