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天气与气候动力区
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(见第119页“气团”)
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黑山轮廓分明的地形区、稳定不变的面貌及其边界勾画的精确性在其他形态自然区中难以复制。尽管大多数自然环境都有着持久不变的外貌,但其本质上是动态的。植被、土壤和气候因自然过程或人类行为而随时间发生变化。边界的移动有时可能是急剧的,如近年来撒哈拉沙漠的南移。沼泽的疏干或森林被农田所取代造成的则是全区根本特征的改变。
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我们简明地称之为“天气”并概括为“气候”的地方性自然状态的复杂性,特别明显地展示了我们周围环境变幻无常的性质。不过即使在大气层的狂暴变化中,还是存在着一些明确的区域实体,其边界可以被划定,在水平与垂直方向上有着内在的一致性。“气团”及其交绥的结果构成了当前天气分析与预报的主要内容。虽然气团的动力学性质及其运动模式使它们明显有别于地形区之类稳定的自然实体,但它仍然满足多因素形式区(multifactor formal region)的一切标准。下面摘自乔治·R. 拉姆尼(George R. Rumney)《气候学与世界气候》(Climatology and the World’s Climates)一书的片段清楚地表明了这一点。
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气团⑤
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气团是大气层的一部分,其中某些物理特征,尤其是温度和湿度,在水平分布上比较一致。这些性质是气团在大面积、相对不变的陆地或海洋下垫面上停滞或缓慢移动时获得的。在此类情况下,近地层空气逐渐趋同于下垫面的温度和湿度,然后趋于稳定,并把这些性质依次传达到上方,最终造成这些性质在垂直方向上明显的过渡。使气团获得独特性质的地球上的那些部分叫作“源地”。
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气团的高度受下垫面的影响取决于它在源地停留时间的长短,也取决于它到达该地之初其本身初始状态与下垫面性质的差别。例如,当入侵气流停留在某个源地的时候,如果其温度比下垫面低,该气团就自下而上地增温,形成对流,使上面一定高度的空气迅速具有新的温度和湿度特征。反之,如果气团温度高于源地,其下层就降温,不会发生垂向热量流,只有下部空气发生改变。改变过程可能在缓慢水平漂移过程中在几天之内完成,虽然常常需要更长的时间,有时长达几个星期。导致改变的主要原因是辐射、对流、紊流和平流。
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发生此类变化的先决条件是空气移动、向外扩散和发散十分缓慢,还要有性质相当均一的宽广下垫面。一般都有微风,而且气压较高。因此,大多数气团形成于大气环流的半永久性的反气旋地区,那里一般无风或有变化不定的微风,总体上空气下沉。
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目前识别出4种主要源地类型:极地大陆气团源地、极地海洋气团源地、热带大陆气团源地和热带海洋气团源地。发育于高纬陆地或冰面上的极地气团是大陆性的,寒冷而干燥。发育于高纬海洋上的极地气团是海洋性的,这些源地上的气团寒冷而湿润。同样的,起源于北非北回归线和澳大利亚北部南回归线的热带气团是大陆性的,温暖而干燥。形成于热带海洋的气团是海洋性的,温暖而湿润。一个气团充分形成后通常覆盖几千平方千米的地面。
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气团主要靠基本性质——温度和湿度——及其垂直分布的一致性来识别。还要考虑一些次要性质,如云的类型、降水和能见度等。气团远离其源地以后,这些性质能保持相当长的时间——通常为几周,这些性质使此气团能够和其他气团相区别。
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图13.6表示美洲的主要气团类型及其对应的源地和运行路径。
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图 13.6 北美洲和南美洲气团源地和运行路线。
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自然资源区
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(见第161页“煤炭”)
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人们赖以生存的、分布不均的资源,理所当然地成为属于地球科学的地理学感兴趣的主题。人们编制资源区的地图,讨论原料的质量与数量。地区与工业集中的关系和物料开采对地区土地利用方式的影响,都是资源地理学研究和定义资源区所感兴趣的典型问题。
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然而,我们通常都把那些资源区看作可观察到的地表现象的符号,就好像一个油田被莫明其妙地像一个土壤区或林区那样揭示为一个二维的区域。大多数矿藏是地下的三维区域这一点却被忽视了。除了面积的特性可用以划定区域界线和描述地表现象以外,地表以下的区域又将其特殊性加入到区域定义问题之中。例如,这些资源除了表面的周界以外,还有上界和下界。还可能有与地面景观不一致的内部地形。地下部分的关系——例如矿物分布及其与围岩的关系,或地下水的数量与运动对矿物的影响——对于了解这些特殊而真实的区域是至关重要的。下面引述宾夕法尼亚州东北部斯库尔基尔(Schuylkill)无烟煤区的例子有助于表明地下区域的性质。
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斯库尔基尔无烟煤区⑥
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在产无烟煤的乡间旷野的地表上,没有任何迹象表明地下存在着煤层与互层岩石、板岩和耐火黏土组成的同样崎岖的地形,最厚处垂直总深度达到900米。不过地表景观的形成本质上也是由斯库尔基尔地区的区域范围、其地层扭曲程度以及其含煤特性所决定的。该地区一个县的史料称:“无烟煤地区的自然特征是一片旷野,展示着一系列奇特的平行峻岭与深谷,就像平坦岸滩上一排排起伏的拍岸浪一般。”地表和地下地形都反映了煤层沉积后地层的强烈褶皱,无烟(硬)煤是原先的烟煤层碳化而形成的。随后河流和冰川侵蚀掉了多达95%的无烟煤沉积,并使那些残留的煤层以不连续的形式存在,分布在像斯库尔基尔那样界线分明的旷野中,构成一个断续地绵延470平方千米的区域实体(图13.7)。
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图 13.7 宾夕法尼亚州东北部无烟煤区因形成其的地质事件而界线分明。
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斯库尔基尔地区地下不规则的地形意味着整个无烟煤地区最陡峭倾斜的煤矸互叠层(图13.8)明显地出露在山坡上和河谷旁。这些出露早在1770年就使人们知道煤层的存在,不过直到1795年斯库尔基尔无烟煤才首次被当地铁匠所使用。尽管1815年之前无烟煤曾用于斯库尔基尔河一带的电线厂和轧钢厂,1830年以前该地也曾用它生产蒸汽,但其仍被斥为不能点燃的“石煤”或“黑石头”,因而找不到现成的商业市场。
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