大学课程《自然灾害》 复习资料.docx

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大学课程《自然灾害》复习资料

第一章绪论

相关概念

自然致灾因子：

其中“灾”是指“危害性、危险性

自然灾害：

其中“灾”是指“灾害、灾难”

危害性：

是指致灾因子对承灾体实际造成的损害，强调结果；

危险性：

是指致灾因子造成的损害的可能性，强调变化；

灾害已经发生的承受对象叫承灾体，没有发生灾害有可能承受损失的对象只能叫承险体

只有致灾因子超过一定的阈值才能产生人类社会的损失，即灾害

人类社会的受灾程度取决于某种特定自然现象的变异程度，还取决于人类社会承受自然环境变化的能力

自然灾害系统是由孕灾环境、致灾因子和承灾体共同组成的地球表层变异系统

致灾因子的属性分类：

气象灾害、地质灾害、环境灾害等

发生时间和过程分类：

突发性灾害、渐变性灾害

自然灾害的特点：

广泛性与区域性

频繁性和不确定性

周期性和不重复性

联系性

危害具有严重性

不可避免性和可减轻性

决策者应该如何把自然灾害的影响降到最小？

灾前、灾中、灾后；生理、心理

暴雨、大暴雨和特大暴雨的划分标准

以24小时的降水量为划分标准

如何划分不同等级的干旱。

需要考虑哪些因素：

干旱程度、持续时间、还是别的？

干旱：

气象干旱、农业干旱、水文干旱、社会经济干旱、大气干旱

第2章气象灾害特征和机理

大气圈

大气圈组成：

氮气（78.08%）、氧气（20.95%）、氩气（0.93%）、二氧化碳（0.037%）、水蒸气（0-4%）、其他极少量气体

对流层：

对流层大气有强烈的对流运动；这层大气对流的原因，有地表（主要海、陆）受热不均引起的热力对流、地表起伏不平引起的动力湍流以及冷暖空气交汇引起的强迫升降等。

对流层的高度在低纬地区大约17~18km，中纬度地区大约10~12km，高纬地区仅有8~9km。

一般是夏季高、冬季低。

热源主要是地面辐射，小部分太阳辐射。

温度随高度升高下降，每升高100m降0.65℃。

平流层：

平流层是自对流层顶到55km高度间的气层，温度随高度升高而升高；热能主要来源于对太阳辐射（主要是紫外辐射）的吸收，特别是臭氧的吸收。

虽然臭氧的浓度自25km向上有所减小，但紫外辐射的强度随高度逐渐增强，而且空气密度随高度升高迅速减小，这就导致高层吸收的有限辐射能可以产生较大的温度增量。

由于温度垂直分布是递增的，不利于气流的对流运动发展，气流运动以平流为主，气流平稳、能见度好，是良好的飞行层次。

中间层：

自平流层顶到85km间气层称中间层。

这一层已经没有臭氧，以致吸收的辐射能明显减小，并随高度递减，因而这层的气温随高度升高迅速下降，这种温度垂直分布有利于垂直运动发展，因而垂直运动明显，又称“上对流层”或“高空对流层”。

热源为太阳辐射。

热层：

中间层顶到800km高度间气层称为热层，热层气温随高度迅速升高，吸收太阳外层辐射；该层气体处于高度电离状态，又称作电离层。

散逸层：

指800km高度以上的大气层。

这一层的气温随高度增高而升高。

热源为太阳外层辐射。

地球的大气在地面最稠密，90%的大气圈质量都集中在地面以上16km的范围以内。

有人将离地面100km的地方称为地球大气与外界空间的边界，把它叫做卡曼线（Karman）。

在5.6km的高空，大气压约为海平面的50%，这表明5.6km以内的低层大气的质量为整个大气圈的一半。

全球尺度大气的运动

大气运动的能量有多种来源，其中最重要的是太阳能。

太阳是一个巨大的能源，它送到地球的光功率有12×10⁴TW。

太阳在大气圈顶部垂直照在单位面积上的能量，大致是个常数，为1370W/m²，被称为太阳常数。

理想状态的风：

只考虑水平气压梯度力，由高气压区向低气压区做水平运动，形成了风。

单圈环流

假设地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转运动，即空气的运动既无摩擦力，又无地转偏向力的作用。

赤道受热空气上升形成赤道低压，极地空气冷却下沉形成极地高压。

在低层产生自极地流向赤道的气流补充了赤道上空流出的空气质量，这样就形成了赤道与极地之间一个闭合的大气环流，这种经圈环流称为单圈环流。

地转偏向力方向：

垂直风向

在水平气压梯度力和地转偏向力的影响下，风向平行于等压线。

随着纬度的增加，地转偏向力作用逐渐增大。

三圈环流

假设地球有自转，地球表面均一。

由于地球在不停地自西向东自转，存在地转偏向力，迫使运动着的大气在北半球向右偏转，南半球向左偏转。

赤道上受热上升的空气自高空流向高纬，随着纬度的增加，地转偏向力作用逐渐增大，气流就逐渐向纬圈方向偏转，到30°N附近，地转偏向力增大到与气压梯度力相等，它阻碍气流向极地流动。

故气流在30°N上空堆积并下沉，使低层产生一个高压带，称为副热带高压带，赤道则因空气上升形成赤道低压带，这就导致空气从副热带高压带分别流向赤道和高纬地区。

极地寒冷、空气密度大，地面气压高，形成极地高压带。

从极地高压区流出的偏东风和从副热带高压带流出的偏西风在60°N附近汇合，暖空气被冷空气抬升，从高空分别流向极地和副热带。

在纬度60°N附近，由于气流流出，低层形成副极地低压带。

热力环流

地球有自转，表面不均一。

由于下垫面条件不同，三圈环流的模式被打破。

热力环流：

由于地面冷热不均而形成的空气环流。

形成热力环流的根本原因是太阳辐射能的纬度分布不均，地球自转和地球表面不均一等产生的热力差。

下垫面性质影响其温度变化速度：

含水量较大的下垫面升温慢、降温慢。

季风

季风，由于大陆及邻近海洋之间存在的温度差异而形成大范围盛行的，风向随季节有显著变化的风系，具有这种大气环流特征的风称为季风。

气团

在水平方向上大气的物理属性主要指温度、湿度和稳定度。

气团形成条件：

具有范围大、性质均匀的下垫面，合适的环流条件（使大范围的空气能在源地上空停留较长的时间或缓慢移动）

冷气团移到暖的地区变性快，而暖的气团移到冷的地区变性慢。

地理分类法：

按源地的温度性质，将气团分成冰洋气团、极地气团、热带气团、赤道气团；按源地的湿度性质，又将气团分为海洋性气团和大陆性气团两种

热力分类法：

气团可分为冷气团和暖气团

冷气团：

冷气团向南移行至另一地区时，不仅会使这个地区变冷，且由于气团底部增暖，气温直减率增大，气层往往趋于不稳定，有利于对流的发展，产生不稳定天气

暖气团：

暖气团向北移行至另一地区时，不仅会使这个地区变暖，且由于气团底部变冷，气温直减率变小，会使该地上空气层的稳定度增大，对流运动不易发展，产生稳定性天气。

气候变化是真实的吗？

是的

气候变化的事实与证据？

全球气候变暖：

1880-2012温度升高0.85℃、格陵兰和南极冰盖冰量消失、海平面上升；极端气候出现频率增加；厄尔尼诺现象加剧

丑闻：

气候门事件，冰川门事件，亚马逊门事件

观测

近50年来，大部分陆地区域强降水发生频率上升；

热昼、热夜、热浪更为频繁；

更大范围地区发生强度更强、持续更长的干旱；

热带气旋（台风和飓风）强度增大。

导致全球性气候变化的主要因素？

人类活动：

大气二氧化碳浓度增加；气候变化自然规律，处于间冰期；太阳活动影响...

反气候变化说的主要证据是是么？

全球平均气温变化总在二氧化碳浓度变化之前；地球现在处于间冰期，气候存在变暖趋势；1935-1975年间二氧化碳排放量上升，但全球气温出现40年的下降；对热岛效应考虑不足

温室效应：

大气中云、水汽、二氧化碳等可以使太阳入射的短波辐射通过，但是却阻止了地球表面出射的长波辐射。

地球系统模型

工业革命以来的人为化石燃料碳排放已经对大气温度，海洋热容量，海冰覆盖率等气候系统重要因子带了显著的影响。

历史时期发达国家和发展中国家对气候变化分别负有2/3和1/3的责任。

通过国际贸易，发达国家把9.4%的责任转移到了发展中国家。

人为SO₂排放对气候系统产生了显著的降温效应，对云，降水，气温，海冰覆盖等气候系统重要因子产生了明显的作用。

应对气候变化

减缓气候变暖：

工业温室气体减排（直接减少大气中温室气体浓度；影响经济发展，特别是对于发展中国家的经济发展影响巨大）地球系统工程（海内撒铁粉、二氧化碳固化打入海底）

适应气候变暖

你对于气候变化的历史责任问题有何看法？

历史时期发达国家和发展中国家对气候变化分别负有2/3和1/3的责任。

全球范围的降水产品有哪些，精度如何？

课堂测试

1.以某种灾害为例简述自然灾害的特点。

广泛性和区域性、频繁性和不确定性、周期性和不重复性、联系性、严重性、不可避免性和可减轻性（台风）

2.从热量来源的角度阐述大气圈各圈层温度随高度变化的特点。

对流层；热源主要为地面辐射，小部分为太阳辐射；温度随高度上升而下降、

平流层；热源为太阳辐射（主要是臭氧对紫外辐射的吸收）；温度随高度上升而上升

中间层；热源为太阳辐射；温度随高度上升而下降

热层；热源为太阳外层辐射；温度随高度上升而上升

散逸层；热源为太阳外层辐射；温度随高度上升而上升

3.综述单圈、三圈和热力环流特征，并解释其中原因。

（单圈、三圈省略）

热力环流：

地面冷热不均而形成的空气环流

原因：

太阳辐射在纬度的分布不均，地球自转及地面不均一

4.论述中国和美国政府在气候变化外交谈判中针对不同国家对气候变化历史责任的观点，以及其可能主要依据的事实。

中：

发达国家负主要责任；发展中国家自工业革命开始的历史人均排放量远低于发达国家

美：

发展中国家负主要责任；发展中国家近年来总排放量高于发达国家

5.你是否赞同人类活动是导致气候变化的观点？

说明主要依据。

赞成，自工业革命大气二氧化碳浓度明显上升，增强了温室效应

台风

台风（或飓风）是产生于热带洋面上的一种强烈热带气旋。

根据世界气象组织定义：

热带气旋中心持续风速达到12级（即每秒32.7米或以上）称为台风。

风的形成：

风是因为空气的密度不均匀，发生流动的现象。

台风的形成

在热带海洋上，海面受太阳直射而使海水温度升高，海水蒸发成水汽散布在空中，这种空气温度高、湿度大，因温度高而膨胀，致使密度减小，质量减轻。

赤道附近风力微弱，所以很容易上升发生对流作用，同时周围较冷空气流入补充，然后再上升，如此循环不已，形成温度较高、重量较轻、密度较小的空气柱，即所谓的热带低压。

在夏季，太阳直射区域向北移，东南信风越过赤道转向成西南季风，和东北信风相遇，更迫挤此空气上升，增加对流作用，西南季风和东北信风方向不同，相遇时常造成波动和旋涡。

这种西南季风和东北信风相遇造成的辐合作用，和原来的对流作用继续不断，使已形成为低气压的旋涡继续加深，也就是使四周空气加快向旋涡中心流，流入愈快，风速愈大；当近地面最大风速到达或超过某个数值时，我们就称它为台风。

台风形成必须具备的条件：

广阔的高温洋面。

台风的形成与发展能量主要来源于大量水汽凝结所释放的潜热。

热带洋面上，海温高，蒸发强，通过湍流运动向大气输送大量热量和水汽，其大量内能是台风产生和发展的巨大能量来源。

合适的流场。

适宜的环流条件能起动和诱导高温高湿的空气产生扰动，使气流辐合上升。

合适的地转偏向力。

气流产生拢动后，必有地转偏向力作用。

地转偏向力达不到一定数值时，向中心辐合的气流会直达低压中心，使之填塞不能形成气旋性涡旋，台风无法形成。

所以台风大多发生在南、北纬5°～20°之间。

风的垂直切变要小。

在地转偏向力作用下，辐合上升气流发展为气旋性涡旋。

气流上升，绝热冷却产生凝结，释放的潜热使空气增暖。

风的垂直切变小，使潜热不向外扩散，保持台风的暖心结构。

暖心的反馈作用，使台风中心气压继续降纸，空气涡旋愈旋转愈强，最后发展为台风。

台风结构和天气

台风分为台风眼、涡旋风雨区、外围大风区。

台风眼位于台风中心，内盛行下沉气流，故天气睛朗，风平浪静。

涡旋风雨区盛行强烈的辐合上升气流，形成浓厚的云层，出现狂风暴雨，风力常常在12级以上。

外围大风区，风速向外减小，风力通常在6级以上。

台风等级

较强台风：

超强台风（≥51m/s即16级及以上）强台风（14-15级）台风（12-13级）

弱台风：

强热带风暴（10-11级）热带风暴（8-9级）热带低压（6-7级）

台风移动路径基本上沿副热带高压外缘，自东向西移动。

台风发生的规律及其特点

季节性、台风中心登陆地点难准确预报、旋转性、损毁性严重、人力不可抗拒

台风的危害

强风、暴雨、风暴潮、洪水、泥石流

全球台风分布

方向：

北半球顺时针、南半球逆时针

风暴潮

风暴潮或称暴潮是由热带气旋、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现象。

风暴潮的高度：

h=43.3–0.0433*P0;P0台风眼大气压（hPa）

风暴潮能否成灾，在很大程度上取决于其最大风暴潮位是否与天文潮高潮相叠，尤其是与天文大潮期的高潮相叠。

形成风暴潮条件：

有利的地形，海岸线或海湾地形呈喇叭口状，海滩平缓，使海浪直抵湾顶，不易向四周扩散。

持续的刮向岸的大风，强风或气压骤变等强烈的天气系统对海面作用，导致海水急剧升降。

天文大潮，是形成风暴潮的主体。

当天文大潮与持续的向岸大风遭遇时，就形成了破坏性的风暴潮。

洪水灾害

定义：

凡超过江河、湖泊、水库、海洋等容水场所的承纳能力，造成水量剧增或水位急涨的水文现象。

洪水三要素：

洪峰流量与洪峰水位、洪水总量与时段洪量、洪水历时与传播时间

洪峰流量是指一次洪水过程中通过某一断面的最大流量，单位是立方米/每秒,出现时间往往与最高水位出现时间一致或相近。

洪水频率是指洪水要素（洪峰流量或时段洪量）在已经掌握洪水资料系列中实际出现次数与总次数之比

洪水分类：

暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、暴潮洪水

流域面积小、雨前河道或流域流量小，降雨历时短，洪水历时较短，洪水过程线呈现尖瘦单峰；反之若流域面积很大，河道基流高，降水历时长，过程线则呈现肥胖形，多峰

沙尘暴

由于强风将地面大量沙尘吹起，使空气很混浊，水平能见度小于1km的天气现象。

沙尘暴主要发生在沙漠及其临近的干旱与半干旱地区。

沙尘天气分级

浮尘：

水平能见度小于10km。

浮尘的特点是没有风，沙、尘是从高空飘浮而至。

扬沙：

风将地面尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度在1一10km以内。

沙尘暴：

强风将地面大量尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度小于1km。

强沙尘暴：

大风将地面尘沙吹起，使空气非常混浊，水平能见度小于500m。

沙尘暴防治

第一，在中国不可能完全消灭沙尘暴。

第二，我们通过防沙治沙，增加地表覆盖，减少沙尘源，可以减少沙尘暴的发生，减轻危害，减少损失。

第三，防治土地沙化。

第四，防治土地沙化是国际社会的共同责任。

热浪

高温通常指日最高气温达到或超过35℃的天气，日最高气温大于等于35℃时，被称为高温日，连续5天以上的最高气温大于或等于35℃时被称为持续高温，一个月内高温天气超过5天则称该月为高温月。

陆地水循环

降水（降雨、降雪）；植物蒸腾，蒸发；植物冠层截留水分，透过冠层跌落地面，随茎秆流入地面，植物吸收；地表径流；渗透；地下水。

水分收入

降水是大多数生态系统的主要水分来源；降雪当其融化后被视为真正进入生态系统

水分移动

土壤是生态系统内水分的载体。

垂直方向上：

降水补充土壤水分，土壤蒸发和植物蒸腾作用散失水分；

水平方向上：

当降水超过土壤最大持水能力后，水分会发生地表径流

植被冠层会截留降水，截留的水分量随着叶面积指数的增加而增加

水分输出-蒸发散

蒸发散是植被以及地面向大气的水汽通量，包括植被蒸腾和土壤蒸发；蒸散是水圈、大气圈和生物圈水分和能量交换的主要过程，也是地表干旱信息的重要表征参量。

蒸发散因子分析：

太阳辐射、温度、水汽压、土壤含水量、地表植被覆盖状况、地表阻抗、空气动力学阻抗

地表能量平衡与蒸散遥感估算机理

基本的地表能量平衡方程可以表示为：

式中，λE为潜热通量（蒸发散），In为地表净辐射；G为向下的土壤热通量；H为显（感）热通量。

感热通量：

由于湍流运动从地面向大气传输的热量通量

潜热通量：

由于水汽相变向大气传输的热量通量

地表净辐射表示地表能量的净收入部分

显热通量（H），或感热通量，是大气下垫面与大气湍流交换的能量

可以用一维通量梯度来计算：

ρ为空气密度，Cp为空气定压比热容，T0为下垫面表面温度，也称空气动力学温度，Ta为空气动力学温度，ra为空气动力学阻抗，也就是下垫面与参考高度之间的显热传输阻力。

遥感蒸散模型的理论基础是地表能量平衡方程，大气边界层理论以及土壤-植被-大气连续体内的水热传输规律等。

估算方法包括余项法、水分胁迫指数法和陆面模型模拟法三种。

余项法是先计算显热（H），然后通过能量平衡方程减去显热得到潜热（蒸散，λE），如果地表净辐射Rn为正值，地面会获得能量，反之，地面会失去能量。

具体表达式如下：

水分胁迫指数估算相对蒸散，水分胁迫指数为实际蒸散和潜在蒸散的比率（Ea/Ep）。

陆面模型（包括土壤-植被-大气传输模型）模拟计算蒸散主要是通过计算出能量平衡方程中的所有项，然后获取潜热通量，从而获取地表蒸散。

地表能量平衡模型

单层模型：

最初被称为大叶模型，在土壤植被大气连续体中，理论上将其视为一体，忽略土壤植被内部的能量及水分的相互作用。

双层模型融合了植被和土壤的蒸散，基本思想是水汽和热量的二个源是互相叠加的，底层的水与热量只能通过顶层离开或进入，整个冠层发散的总显热通量是各层显热通量之和。

多层模型在双层模型的基础上对植被冠层进行细分。

Palmer干旱指标（PDSI）

合理的干旱指标应该包含明确的物理机制，充分考虑降水、蒸发散、径流、渗透及土壤特性。

P¡为“当前气候适宜”（CAFEC）的降水量，根据水分平衡公式计算：

P¡=Eг+R+R0-L

Eг为气候适宜蒸散量；R为补水量；R0为径流量；L为失水量

d¡为对应时段的水分亏缺；P为该时段实际降水量，计算：

d¡=P-P¡

K为反应地区供需关系的气候特征常数，作为权重；Z¡为异常水分指数，计算：

Z¡=K¡d¡

干旱作用具有累积性，所以在表示干旱作用强度采用递归的方法：

X¡=Z（t）/3+0.897Xi-1

X¡即为Palmer水文干旱指标。

极端气候变化指标

FD：

霜冻日数；日最低气温（TN）＜0℃的日数

SU：

夏天日数；日最高气温（TX）＞25℃的日数

ID：

结冰日数；日最高气温（TX）＜0℃的日数

TR：

热夜日数；日最低气温（TN）＞20℃的日数

GSL：

生长期长度；至少6日的平均日平均温度＞5℃的初日（生长期开始）与至少6日的平均日平均温度＜5℃的终日（生长期结束）间的日数

TXx：

最高气温；年、月最高气温的最大值

TNx：

最低气温极大值；年、月最低气温的最大值

TXn：

最高气温极小值；年、月最高气温的最小值

TNn：

最低气温；年、月最低气温的最小值

TN10p：

冷夜日数；日最低气温（TN）＜10%分位数的日数

TX10p：

冷昼日数；日最低气温（TX）＜10%分位数的日数

TN90p：

暖夜日数；日最低气温（TN）＞90%分位数的日数

TX90p：

暖昼日数；日最低气温（TX）＞90%分位数的日数

WSDI：

暖日持续日数；每年至少连续6天日最高温度（TX）＞90%分位数的日数

CSDI：

冷日持续日数；每年至少连续6天日最低温度（TN）＜10%分位数的日数

DTR：

日平均温度；日温差的平均值

Rx1day：

日最大降水量

Rx5day：

5日最大降水量

SDII：

降水强度；年降水量/≥1mm日数

R10mm：

中雨日数；日降水量≥10mm的日数

R20mm：

大雨日数；日降水量≥20mm的日数

Rnnmm：

自定义雨级日数；日降水量≥nnmm的日数

CDD：

连续无雨日数；最长连续日降水量≤1mm的日数

CWD：

连续有雨日数；最长连续日降水量≥1mm的日数

R95pTOT：

强降水量；日降水量＞95%分位数的总降水量

R99pTOT：

极强降水量；日降水量＞99%分位数的总降水量

PCRPTOT：

年降水量

以TN10p为例演示计算

首先把每一年同一天（1月1日）的最低温度从低到高排列，将前面10%的年份标记（如果研究范围为50年就标记5年）然后将剩下的日子（1月2日，1月3日……）都重复操作，最后统计每一年被标记的天数，做出图像。

课堂测验

1.解释台风形成的原理。

在热带海洋上，海面受太阳直射而使海水温度升高，海水蒸发成水汽散布在空中，这种空气温度高、湿度大，因温度高而膨胀，致使密度减小，质量减轻。

赤道附近风力微弱，所以很容易上升发生对流作用，同时周围较冷空气流入补充，然后再上升，如此循环不已，形成温度较高、重量较轻、密度较小的空气柱，即所谓的热带低压。

在夏季，太阳直射区域向北移，东南信风越过赤道转向成西南季风，和东北信风相遇，更迫挤此空气上升，增加对流作用，西南季风和东北信风方向不同，相遇时常造成波动和旋涡。

这种西南季风和东北信风相遇造成的辐合作用，和原来的对流作用继续不断，使已形成为低气压的旋涡继续加深，也就是使四周空气加快向旋涡中心流，流入愈快，风速愈大；当近地面最大风速到达或超过某个数值时，我们就称它为台风。

2.阐述陆地水分循环的关键过程。

降水，蒸发，蒸腾，渗透，地表径流，地下水，冠层截留……

3.谈谈对于洪涝灾害和干旱灾害的异同。

同：

以水分做指标；都具有灾害的一般特征

异：

洪涝是水分过多，干旱是水分欠缺；洪涝的评估比较简单，干旱的评估需要考虑多种因素；洪涝会对基础建设带来损害，干旱一般不会……

4.如果你要发展一个干旱指标，说说自己的设计和计划。

自然灾害灾情评估

灾情评估常用方法：

包括历史灾情统计、承灾体易损性、模拟灾害机理、灾害识别提取、灾害指标分级、抽样调查统计

典型自然灾害：

洪涝，地震，雪灾，低温冷冻，旱灾，病虫害，沙尘暴，森林草原火灾，滑坡，泥石流。

灾情要素：

灾害范围与强度、人口受灾、农作物损失、基础设施损毁。

灾害范围：

是受到灾害影响并且遭受损失的地区，即灾情范围。

可以评估的灾害范围包括受灾地理范围和受灾行政范围。

灾害强度：

指灾害造成的破坏程度，即灾情强度。

灾情强度由三个基本因素决定：

一是致灾因子的强度，二是受灾地区防御和耐受灾害的能力，三是受灾地区的人口密度和经济水平。

农作物受灾面积：

因灾减产一成以上的农作物播种面积。

农作物绝收面积：

因灾减产八成以上的农作物播种面积。

灾情评估流程：

启动灾情评估→确定评估范围/模拟类比推测灾情→基于遥感数据灾情评估/数据收集→对灾情要素进行评估/灾区上报灾情与其他部门发布灾情→灾情现场调查分析…