第三節科學常識是什麼（第三節科學常識）

2023-09-14 20:14:30 2

第三節科學常識是什麼? 20世紀以來的自然科學發展歷程中，出現了以相對論、量子力學、基因理論和系統理論創立為主要內容的現代科學革命，從而使自然科學的認識領域突破了宏觀世界，迅速向宇觀、微觀和中觀世界進軍同時，科學技術與人類生活的關係日益緊密，科技時代需要掌握一定的科學常識，今天小編就來聊一聊關於第三節科學常識是什麼?接下來我們就一起去研究一下吧!

第三節科學常識是什麼

20世紀以來的自然科學發展歷程中，出現了以相對論、量子力學、基因理論和系統理論創立為主要內容的現代科學革命，從而使自然科學的認識領域突破了宏觀世界，迅速向宇觀、微觀和中觀世界進軍。同時，科學技術與人類生活的關係日益緊密，科技時代需要掌握一定的科學常識。

一、現代宇宙學

現代宇宙學是在天文學基礎上發展起來的，主要研究宇宙的本質、結構、空間分布以及演化規律。

(一)現代宇宙學的理論基礎

廣義相對論是現代宇宙學研究的理論基礎。廣義相對論建立了空間、時間是隨著物質分布和運動速度的變化而變化的理論．從而為現代宇宙學奠定了重要理論基礎。廣義相對論認為，空間一時質上是物質客體的廣延性和持續性，它本身不是獨立存在的。這一思想由於其革命性和數學形式上的深奧，在一段時間裡不為科學界所接受。但由於得到越來越多的實驗證實，今天廣義相對論已被公認為研究大尺度時空的理論基礎。這些實驗主要包括：(1)水星近日點的進動；(2)光譜引力紅移；(3)光線在引力場中偏轉。自此，廣義相對論被科學家稱為「人類思想史上最偉大的成就之一」。

(二)宇宙研究的觀察手段

　　1．都卜勒效應與譜線紅移

都卜勒效應是物理學測定物體運動速度的有力手段。它描述了這樣一種現象，即面向觀察者運動的光源譜線(與靜止光源相比)將向高頻(即光譜藍端)移動，而背向觀察者運動的光源譜線將向低頻(即紅端)移動，波長的相對移動量與相對運動速度成正比。

1929年，美國科學家哈勃在仔細研究了一批星系的光譜之後發現，除個別例外，絕大多數星系的光譜都表現出紅移，而且紅移量大致同星系的距離成正比。如果將紅移解釋為都卜勒效應，那就意味著所有星系都在離地球而去。其退行速度和與地球的距離成正比。這一重要發現證實了宇宙是不斷膨脹的，它不僅說明宇宙的無限性，也說明物質運動的絕對性，還說明宇宙在不斷地演化和發展。愛因斯坦本人根據這一發現，自動放棄了「靜態宇宙結構模型」。

　　2．電磁波的應用

電磁波可以傳遞宇宙的各種信息。通過電磁波傳遞宇宙的各種信息。天文學家們可以對宇宙的結構、起源和演化進行研究。比如，利用光學望遠鏡可以接收到可見光傳來的天體信息；利用射電望遠鏡可以接收天體傳來的射電波；利用裝置著探測天體的紅外線、紫外線、χ射線和γ射線等各種儀器的衛星、高能天文臺，接收全部電磁波傳來的信息，研究不同類型的天體狀況，分析宇宙的結構和它們的演化過程。

(三)宇宙演化的大爆炸模型

在20世紀40年代末，美國物理學家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。這一模型認為．宇宙起源予160億年前溫度和密度極高的「原始火球」的一次大爆炸．大爆炸的時刻就是今天所觀察到的宇宙的開端；當時的溫度高達100億度以上，物質密度極大，整個宇宙體系達到平衡，宇宙問只有由中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態物質混合而成的「宇宙湯」；大爆炸後，四種基本力，即引力、強力、弱力和電磁力逐一地分化出來；後來，物質形態依次演化為原子、氣態物質、各種恆星體系．最後發展成今天的宇宙。

1965年，彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙微波背景輻射，又稱3K背景輻射，是一種充滿整個宇宙的電磁輻射，其對應到的溫度為3K。該發現為大爆炸理論提供了一個有力的證據。

二、現代物理學

　　（一）原子核物理學

電力的發現和原子結構的研究表明．原子是由原子核和電子組成的。原子核物理學是以原子核的物質結構、性質及其內在規律為研究對象的，是20世紀20年代建立起來的。

　　1．對核子的研究

1919年．著名物理學家盧瑟福用d粒子做炮彈轟擊原子核時，首次發現了質子。由於核內所含質子的總質量與原子量差別很大，這又促使人們去探索組成原子核的其他基本粒子。l932年，英國的查德威克又在實驗中發現了構成原子核的另一種基本粒子，即中子。質子和巾子統稱為核子。

　　2．核裂變與核能應用

原子和中子的發現是物質結構學說的進步，也為進一步揭開微觀領域的奧秘提供了新的武器——質子和中子炮彈。1938年，德國的哈恩在用慢中子轟擊鈾核時，首次發現了原子核的裂變現象，並放出新的中子。此後，義大利物理學家費米又提出了原子核裂變的鏈式反應觀點，即用鈾核裂變對放出的新中子再去轟擊其他鈾核使之發生連鎖反應，裂變時由於質量虧損會放出巨大能量的觀點。這就是原子彈和原子能反應堆的基本原理。1942年，費米製成世界上第一個原子能反應堆後，原子能從實驗轉向應用。

（二）粒子物理學

粒子物理學是研究最微觀層次的物質(即基本粒子)的存在形式、性質、轉化和運動規律的物理學兮支，也稱高能物理學。

1．三類基本粒子

迄今，人們已認識到構成物質的最小組分：12種輕子——只參加弱相互作用、電磁相互作用的費米子，36種夸克——感受強作用力的帶電粒子，12種媒介子——傳遞相互作用的粒子，共計60種。

2．三種作用力

作用在物質上的所有的力可歸結為三種：

引力——由引力子傳遞的最弱的力，但在宇宙大距離、大質量尺度上卻是強有力的一種力；

強力——由膠子攜帶僅在原子核內夸克之間起作用的短程力，即將夸克膠結在一起的色力，使原子核保持為一個整體：

統一的電弱力——以電磁力和弱力兩種表現形式出現的同一基本力．經受了實驗檢驗的電弱統一理論描述的一種力。

（三）熱力學三定律

熱是最普遍的能量傳遞形式。氣體溫度是大量氣體分子熱運動的宏觀表現．固體的熱傳導是物質原子在平衡位置附近機械振動時的能量傳遞，熱輻射是物體內部帶電粒子熱運動時引起的電磁輻射。所以，熱、電磁、光等現象和機械運動都是能量的不同形式，可以相互轉化，並且遵循能量守恆定律。

（四）電磁理論

1864年，麥克斯韋用一組偏微分方程概括了電場、磁場本身，以及電轉化為磁、磁轉化為電等全部電磁現象所滿足的數學關係，預言了電磁波的存在，並預言光是一種電磁波。l888年，赫茲發現了電磁波。麥克斯韋的電磁理論成為描述電磁運動的基本理論，被稱為自然科學的第三次理論大綜合。電磁波的預言和發現，為無線電通訊開闢了道路。

（五）相對論

相對論是愛因斯坦創立的物理學理淪，描述物體的高速運動和相關的時空性質。相對論引發了現代物理學革命，同時也深刻地影響了人類的時空觀。相對論包括狹義相對論和廣義相對論。相對論與量子力學、基因理論和系統理論被稱為現代科學四大基礎理論。廣義相對論的兩個基本原理是：一，等效原理：引力與慣性力等效；二，廣義協變原理：即廣義相對性原理，指所有的物理定律在任何參考系中都取相同的形式。

（六）量子力學

量子力學是描述微觀世界結構、運動與變化規律的物理科學。量子力學是現代物理學的基礎理論，對半導體物理、凝聚態物理、粒子物理、低溫超導物理、量子化學以及分子生物學等學科的發展都具有重要的理論意義。量子力學的產生和發展標誌著人類認識自然實現了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。

1905年，愛因斯坦提出了光量子說。

1924年，法國物理學家德布羅意證明了物質具有波粒二象性。

1925年，德國物理學家海森伯和玻爾，建立了量子理論第一個數學描述——矩陣力學。l926年，奧地利科學家提出了描述物質波連續時空演化的偏微分方程——薛丁格方程．給出了量子論的另一個數學描述——波動力學。後來，物理學家將矩陣力學與波動力學統一起來，統稱量子力學。

（七）生活中的物理學常識

1. 停車信號用紅色

紅光的波長最長，傳的較遠。另外，紅色比較醒目。

2. 海市蜃樓

海市蜃樓，簡稱蜃景，是一種因光的折射和全反射而形成的自然現象，是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。

3. 沙漠蜃景

發生在沙漠裡的「海市蜃樓」，就是太陽光遇到了不同密度的空氣而出現的折射現象。沙漠裡，白天沙石受太陽炙烤，沙層表面的氣溫迅速升高。

由於空氣傳熱性能差，在無風時，沙漠上空的垂直氣溫差異非常顯著，下熱上冷，上層空氣密度高，下層空氣密度低。當太陽光從密度高的空氣層進入密度低的空氣層時，光的速度發生了改變，經過光的折射，便將遠處的綠洲呈現在人們眼前了

4. 回聲

聲波在傳播過程中，碰到大的反射面（如建築物的牆壁等）在界面將發生反射，人們把能夠與原聲區分開的反射聲波叫做回聲。

5. 都卜勒效應

生活中有這樣一個有趣的現象：當一輛救護車迎面駛來的時候，聽到聲音越來越高；而車離去的時候聲音越來越低。你可能沒有意識到，這個現象和醫院使用的彩超同屬於一個原理，那就是「都卜勒效應」。

6. 紅外線和紫外線

紅外線是波長介於微波與可見光之間的電磁波，含熱能，太陽的熱量主要通過紅外線傳到地球。紫外線指的是電磁波譜中波長從 10nm～400nm 輻射的總稱，不能引起人們的視覺。紫外線可以用來滅菌，過多的紫外線進入體內會對人體造成皮膚癌。玻璃、大氣中的氧氣和高空中的臭氧層，對紫外線都有很強的吸收作用，能吸收掉太陽光中的大部分紫外線，因此能保護地球上的生物，使它們免受紫外線傷害。

7. 光電效應

光電效應是物理學中一個重要而神奇的現象。在高於某特定頻率的電磁波照射下，某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流，即光生電，如電影中的錄音和放音。

8. 溫室效應

溫室效應，又稱「花房效應」，是大氣保溫效應的俗稱。大氣能使太陽短波輻射到達地面，但地表受熱後向外放出的大量長波熱輻射線卻被大氣吸收，這樣就使地表與低層大氣溫作用類似於栽培農作物的溫室，故名溫室效應。自工業革命以來，人類向大氣中排入的二氧化碳等吸熱性強的溫室氣體逐年增加，大氣的溫室效應也隨之增強，其引發了一系列問題已引起了全世界各國的關注。

9. 熱島效應

一個地區的氣溫高於周圍地區的現象。用兩個代表性測點的氣溫差值（即熱島強度）表示。主要有兩種：城市熱島效應和青藏高原熱島效應。熱島效應，指由於人為原因，改變了城市地表的局部溫度、溼度、空氣對流等因素，進而引起的城市小氣候變化現象。

三、生命科學

（一）生命的物質基礎

1．細胞與DNA

細胞是一切生命體的基本單位，植物和動物的發育過程就是新細胞形成的過程。細胞內部有細胞核，外部是細胞質和最外層的細胞膜。細胞質主要由蛋白質和核糖核酸(RNA)構成，細胞核中最重要的物質是脫氧核糖核酸(DNA)，是染色體的主要化學成分，被稱為「遺傳微粒」。

2．蛋白質

蛋白質是一類極為複雜的含氮化合物，它是構成生物體的主要成分，是構成細胞的基本物質材料，佔生物體乾物質重的50％。所有的蛋白質都含有碳、氫、氧、氮四種元素。組成蛋白質的基本單位是胺基酸，它具有生物功能的多樣複雜性，因而是重要的生命物質，在生命活動中起著重要作用。

3．核酸

核酸同生物的生長、發育、繁殖、遺傳和變異有著密切的關係。核酸的基本單位是核苷酸，每個核苷酸分子由戊糖、磷酸和含氮鹼基組成。組成核苷酸的戊糖有兩種：核糖和脫氧核糖。組成核酸的含氮鹼基有尿嘧啶(U)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(c)、腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)。由核糖和A、G、C、U四種鹼基及磷酸組成的核酸稱為核糖核酸(RNA)；由脫氧核糖與A、G、c、T四種鹼基和磷酸組成的核酸稱為脫氧核糖核酸(DNA)。

在DNA分子結構中，鹼基的配對規律為：A與T配對，G與C配對，反之亦然。

4. 新陳代謝

只要生命存在，生物體就要和外部環境不斷進行物質和能量交換，這就是新陳代謝。這個過程包括從外部攝取養料，轉換成自身的物質，並儲存能量，同時也要將自身的一些物質分解，向外排出物質和釋放能量。如綠色植物借光合作用以水、二氧化碳和無機鹽等無機物製造有機物，並放出氧；非綠色植物可分解現成的有機物，釋放出二氧化碳和水。

新陳代謝是生物區別於非生物的最本質的特徵，它是一切生命活動的基礎。新陳代謝中有關的能源物質：

（1）直接能源物質——三磷酸腺苷(ATP)

ATP是生物體生命活動的直接能源物質，各種生命活動所需要的能量都是由ATP直接提供的，如細胞的分裂、肌肉收縮等。

（2）主要能源物質——糖類

糖類是生物體生命活動的主要能源物質，生物體內的能量有70%是由糖類氧化分解提供的。

（3）主要儲能物質——脂肪

脂肪是生物體儲存能量的重要物質，在動物的皮下、腸繫膜、大網膜等處儲存有大量的脂肪，一方面可儲存能量，同時還可以減少體內熱量散失，有利於維持體溫恆定。在植物體內也有脂肪，如花生油、菜籽油等都是從花生和油菜籽中提取的。

（4）能量最終來源——太陽能

太陽光能是生物生命活動的最終能源，太陽能通過光合作用進入植物體內，再進入動物體內。

5. 組成生物體的化合物

含量最多的化合物是水，含量最多的有機物是蛋白質，乾重最多的化合物是蛋白質。

當自由水比例增加時，生物體的代謝活躍，生長迅速;而當自由水向結合水轉化較多時，代謝強度就會下降，抗寒、抗熱、抗旱的性能提高。

無機鹽：大多以離子形式存在。功能：有些無機鹽是細胞內某些複雜化合物的重要組成成分，可以維持酸鹼平衡，調節滲透壓，對維持生物體的生命活動有重要作用。

（二）基因的概念

基因是DNA中的最小遺傳功能單位。基因在DNA分子中是以特定順序排列的、含有幾百到幾千個核苷酸的特定區段，是傳遞指揮DNA複製命令和控制性狀遺傳指令的作用因子，也稱遺傳因子。

（三）生命的遺傳和變異

生物最為引人注目的特徵，就是能夠通過繁殖將本物種的性狀特徵傳遞下去，產生與親代相似的子代。即遺傳現象。遺傳過程實質上是遺傳物質傳遞的過程。遺傳信息的傳遞是依靠DNA的複製過程進行的。DNA主要存在於細胞核中，而蛋白質的合成是在細胞質中進行的。而將DNA攜帶的遺傳信息傳遞到細胞質中去的物質就是RNA。RNA是傳達DNA信息的信使。DNA傳遞遺傳信息遵守「中心法則」，即遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質，即完成遺傳信息的轉錄和翻譯的過程。也可以從DNA傳遞給DNA，即完成DNA的複製過程。

變異和遺傳一樣，也是生物運動的普遍規律。變異是指同種生物世代之間或同代不同個體之間的性狀差異。變異可分為遺傳的變異和不遺傳的變異。不遺傳的變異是僅由環境條件直接引起的變化，如動植物因營養不足而發育不良，因環境汙染而器官畸變等，一般是定向的。在生物進化上，只有遺傳的變異才是自然選擇的材料。遺傳的變異通過遺傳物質的改變而變化，包括基因突變和染色體畸變，一般是不定向的。

（四）人類基因組計劃

人類基因組計劃是與曼哈頓原子計劃、阿波羅登月計劃並稱的人類科學史上的重大工程。人類基因組計劃的目標是測定和繪製人體的24條染色體(22條常染色體和X、Y性染色體)上30多億個鹼基對的全序列。

2000年6月26日,人類基因組計劃已繪製出覆蓋面達97％的人類基因組「工作框架圖」。2001年2月12日,六國科學家共同宣布．經過初步測定和分析，人類基因組共有32億個鹼基對，組成大約3萬～3．5萬個蛋白編碼基因，遠小於原先l0萬個基因的估計。2003年4月14日，中、美、英、日、法、德六國政府首腦聯名發表聲明,宣布人類基因組序列圖提前繪成。

（五）克隆技術

克隆是英文「clone」的音譯，是利用生物技術由無性生殖產生與原個體有完全相同基因組織後代的過程。科學家把人工遺傳操作動物繁殖的過程叫克隆，這門生物技術叫克隆技術，含義是無性繁殖。克隆技術在現代生物學中被稱為「生物放大技術」。

（六）轉基因食品

所謂轉基因食品， 就是通過基因工程技術將一種或幾種外源性基因轉移到某種特定的生物體中，並使其有效地表達出相應的產物（多肽或蛋白質），此過程叫轉基因。以轉基因生物為原料加工生產的食品就是轉基因食品。

（七）細胞工程

細胞工程是指應用現代細胞生物學、發育生物學、遺傳學和分子生物學的理論與方法，按照人們的需要和設計，在細胞水平上的遺傳操作，重組細胞結構和內含物，以改變生物的結構和功能，即通過細胞融合、核質移植、染色體或基因移植以及組織和細胞培養等方法，快速繁殖和培養出人們所需要的新物種的生物工程技術。

四、環境科學

（一）環境科學的概念

環境科學是研究人類在認識自然和改造自然中人與環境之間相互關係的科學。它是一門綜合性很強的新興科學，是以人類與其生存環境構成的「人類一環境」系統為對象，應用化學、生物學、物理學、地質學、自然地理學、土壤學、氣象學和醫學等學科的原理和方法，研究人類與其環境的相互聯繫、相互作用、相互制約和相互調適，研究由人類活動所引起的環境質量的變化及其評價、預測、控制、改善和保護的科學。

（二）環境科學發展的現狀

1．環境問題與環境科學

人類目前面的環境問題，已日益影響到人類的正常生活。這些環境問題主要有人ISl問題、能源問題、資源問題和環境保護問題。

2．生態科學

生態科學是研究生物體與其生存環境之間相互關係的一門學科，又稱為環境生物學。按其研究的對象，生態學又可以分為個體生態學、種群生態學和群落生態學。目前，生態學研究的重點正轉向以人類社會為主體．重視人與環境相互作用的研究，因而在社會經濟的可持續發展中正發揮著愈來愈重要的作用。

（三）可持續發展

1．可持續發展的概念

聯合國世界環境與發展委員會在其1987年發表的報告《我們共同的未來》中，提出了可持續發展概念。可持續發展是指既滿足當代人的需求，又不對後代人滿足其自身需求的能力構成危害的發展雖然可持續發展概念是從生態學的角度提出的，但是，它實際上涵蓋了自然環境的改善、經濟的發展和社會的進步三個層次的內容。第一，可持續發展並不否定經濟增長，但需要重新審視如何實現經濟增長。第二，可持續發展以自然資源為基礎，與環境承載能力相協調。第三，可持續發展以提高生活質量為目標，和社會進步相適應。

2．聯合國環境與發展大會

1992年6月3日至l4日在巴西裡約熱內盧舉行的聯合國環境與發展大會，是聯合國成立以來規模最大、級別最高、參加人數最多、影響最為深遠的一次國際會議。大會通過了《關於環境與發展的裡約熱內盧宣言》(又稱《地球憲章》)、《21世紀議程》、《關於森林問題的原則聲明》等重要文件，有l50多個國家籤署了《氣候變化框架公約》和《生物多樣性公約》。這是一次拯救地球的歷史性盛會，是國際社會對人類與自然的關係在認識史上的一次大飛躍，第一次從環境保護和經濟發展有機聯繫的高度．提出了可持續發展戰略及其行動綱領一《21世紀議程》，確定了面向21世紀國際環境和發展合作的原則，將可持續發展由概念、理論推向行動。在國務院各有關部門、機構和社會團體的廣泛參與下，經中外專家的共同努力，於1993年4月完成了《中國21世紀議程》的第一稿，此項工作完成後，我國成為世界上第一個編制國家級21世紀議程的國家。

五、天文地理學（常識部分）

（一）天體常識

1. 恆星

恆星是宇宙中最基本的天體，自身能發光，由熾熱氣體組成，主要成分是氫和氦。

2. 太陽與太陽系

太陽是由熾熱的氣體組成的球狀天體，主要成分是氫和氦。太陽的體積約為地球體積的130萬倍。

太陽的大氣結構即為太陽的外部結構，從裡向外分為光球層、色球層、日冕層。太陽活動的周期為11年，主要標誌是黑子和耀斑。太陽活動對地球的影響：①擾亂地球大氣的電離層；②產生「磁暴」現象；③產生極光。

太陽系是以太陽為中心，和所有受到太陽的引力約束天體的集合體。8顆行星（由離太陽從近到遠的順序）：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星 。以及至少173顆已知的衛星、5顆已經辨認出來的矮行星和數以億計的太陽系小天體。

3. 行星

行星是在橢圓軌道上繞太陽運行的、近似球形的天體，它們不發光，質量比太陽小得多。太陽系目前已知的八大行星距日由近及遠依次為：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

4. 日食與月食

當太陽、月球、地球運行約成一直線時，月球陰影掠過地球，會造成日食。依目視太陽被月球遮掩的多少，可分為日偏食、日全食和日環食。

當太陽、地球、月球運行約成一直線時，月球運行到地球陰影內，則會形成月食。依地球遮避陽光照射到月面的多少，可分為月偏食和月全食。

4. 光年

光年是計量天體間時空距離的單位，一般被用于衡量天體間的時空距離，其字面意思是指光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時間的距離，為9454,254,955,488千米，是由時間和光速計算出來的。

5. 流星雨

流星雨是在夜空中有許多的流星從天空中一個所謂的輻射點發射出來的天文現象。這些流星是宇宙中被稱為流星體的碎片，在平行的軌道上運行時以極高速度投射進入地球大氣層的流束。大部分的流星體都比沙礫還要小，因此幾乎所有的流星體都會在大氣層內被銷毀，不會擊中地球的表面；能夠撞擊到地球表面的碎片稱為隕石。數量特別龐大或表現不尋常的流星雨會被稱為「流星突出」或「流星暴」，可能會每小時出現的流星會超過1,000顆以上。

6. 太陽風暴

太陽風暴是指在太陽的日冕層的高溫（幾百萬開氏度）下，氫、氦等原子已經被電離成帶正電的質子、氦原子核和帶負電的自由電子等。這些帶電粒子運動速度極快，以致不斷有帶電的粒子掙脫太陽的引力束縛，射向太陽的外圍，形成太陽風暴。 太陽風暴的速度一般在200-800km/s。 一般認為在太陽極小期，從太陽的磁場極地附近吹出的是高速太陽風暴，從太陽的磁場赤道附近吹出的是低速太陽風暴。太陽的磁場的活動性是會變化的，周期大約為11年。

太陽風暴所含的高能X射線、伽馬射線以及帶電粒子構成的巨大脈衝有可能摧毀所有圍繞地球運轉的人造天體，包括全球定位系統（GPS）以及人造通信衛星、載人太空飛行器與國際空間站。另外，地球上的遠距離輸電線構成了巨大的天線，它們在太陽風暴中會形成電流衝擊變電站，可能讓全地球陷入一片黑暗——不但電力無法供給，臭氧層被破壞，電子通訊還可能全部停擺。它導致的經濟損失可能達到1萬億到2萬億美元。

7. 極光現象

極光出現於星球的高磁緯地區上空，是一種絢麗多彩的發光現象。而地球的極光，來自地球磁層和太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生。極光常常出現於緯度靠近地磁極地區上空，一般呈帶狀、弧狀、幕狀、放射狀，這些形狀有時穩定有時作連續性變化。極光產生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。這三者缺一不可。極光不只在地球上出現，太陽系內的其他一些具有磁場的行星上也有極光。

（二）日期與時間

1. 區時

1884年國際經度會議決定，全世界按統一標準劃分時區、實行分區計時。按這種辦法，每隔經度l5°為一個時區，全球共劃分成24個時區；以本初子午線即0°經線為中央經線的時區為中時區或零時區，往東、往西各劃分成l2個時區。

2. 日界線

國際上規定，原則上以l80°經線作為地球上「今天」和「昨天」的分界線，叫做「國際日期變更線」，簡稱「日界線」。在日界線西側的東十二區，在任何時刻總是比日界線東側的西十二區早24小時，這樣東、西十二區，雖然鐘點相同，但日期總是相差一天，即東十二區任何時候都比西十二區要早一天。

（三）氣候與氣象

1. 天氣、氣候與氣象

人們常說的天氣，是一定區域內在某一瞬間或某一較短時段內大氣中淡響著人們日常生活、工作、生產活動的各種氣象要素和各種天氣現象及其變化的總稱。表述天氣的選本依據是氣溫、氣限、溼度、風向、 風速、降水等氣象要素的觀測結果。

天氣現象指的是在氣象觀測站和視區內出現的降水現象、水汽凝結現象、凍結物、大氣塵埃現象、光、電以及風的一些特徵，如雨、雪、冰雹、雷暴、煙塵、霜、露、極光、龍捲、大風等現象。廣義上來說，人們習慣地把天氣的冷暖、燥溼、睹陰等也列入其範疇之中。比如，我們可以說：「今天天氣很好，風和日麗，晴空萬裡，昨天天氣很差，風雨交加」等。

氣候一般是指某一地區長時期內的天氣狀態的綜合表現，既反映平均情況.也反映極端情況。這個「長時期」，究竟是多少，世界氣象組織規定30年是氣候的標準時段，這個30年就是對「長時期」概念的具體化。

氣候的含義不只是幾個氣象要素的簡中統計狀態，而是大氣綜合狀態的統計特徵，氣象要素的各種統計量是表述氣候的基本依據.通常使用的有均值、總量、頻率、極值、變率、各種天氣現象的日數及其初終日期以及某些要素的持續日數等。例如，昆明四季如春。

2. 氣象常識

（1）氣溫直減率：平均而言，高度每增加100m，氣溫則下降約0.65℃，這稱為氣溫直減率，

也稱氣溫垂直梯度。

（2）大氣層：地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的成分主要有氮氣，佔78.1%；氧氣佔20.9%；氬氣佔0.93%；還有少量的二氧化碳、稀有氣體（氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣）和水蒸氣。大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1000千米以上，但沒有明顯的界限。整個大氣層隨高度不同表現出不同的特點，分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層，再上面就是星際空間了。

①對流層是地球大氣層靠近地面的一層。它同時是地球大氣層裡密度最高的一層，它蘊含了整個大氣層約75%的質量，以及幾乎所有的水蒸氣及氣溶膠。對流層是大氣層中湍流最多的一層，噴射客機大多會飛越此層頂部（即平流層頂）用以避開影響飛行安全的氣流。對流層從地球表面開始向高空伸展，直至對流層頂，即平流層的起點為止。在高緯度的地區，因為地表的摩擦力會影響氣流，形成了一個平均厚2公裡的行星邊界層。(行星邊界層：在對流層內，頂部為1~2km高度的摩擦層也叫行星邊界層。)

②同溫層，又稱平流層，是地球大氣層裡上熱下冷的一層，此層被分成不同的溫度層，當中高溫層置於頂部，而低溫層置於低部（高壓環境下受重，氧原子聚合放熱）。它與位於其下貼近地表的對流層剛好相反，對流層是上冷下熱的。在中緯度地區，同溫層位於離地表10公裡至50公裡的高度，而在極地，此層則始於離地表8公裡左右（低壓失重環境下，氧原子擴散吸熱）。同溫層含有臭氧，具有吸收紫外線功能，保護地球上所有生物的生存和地表免於受陽光中強烈的紫外線致命的侵襲，在同溫層內部的臭氧層有吸收太陽輻射的功能，在此層的氣溫會隨高度增加。

（3）露點：在空氣中水汽含量不變、氣壓一定的條件下，使空氣冷卻達到飽和時的溫度，稱露點溫度，簡稱露點。

（4）溫室效應與大氣的保溫效應：大氣逆輻射使地面因發射輻射而損耗的能量得到一定的補償，因而對地面有一種保暖作用，這種作用稱為大氣的保暖作用或溫室效應。

（5）地面有效輻射：地面發射的輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差，稱為地面有效輻射。

（6）幹絕熱直減率：對於幹空氣和未飽和的溼空氣來說，氣塊絕熱上升單位距離時的溫度降

低值，稱幹絕熱直減率。

（7）逆溫：在一定條件下，對流層中出現氣溫隨高度增高而升高的現象。

（8）冰晶效應：水滴會因不斷蒸發而縮小，冰晶會因不斷凝華而增大。

（9）低壓槽：從低壓延伸出來的狹長區域，叫低壓槽。

（10）暖性高壓：高壓中心為暖區，四周為冷區，等壓線和等溫線基本平行，暖中心與高壓中

心基本重合的氣壓系統。

（11）地轉風：氣壓梯度力和地轉偏向力相平衡時，空氣的等速直線水平運動。

（12）梯度風：當空氣質點作曲線運動時，除受氣壓梯度力和地轉偏向力作用外，還受慣性離

心力的作用，當這三個力達到平衡時的風，稱為梯度風。（P121）

（13）氣團：指氣象要素（主要指溫度、溼度和大氣穩定度）水平分布比較均勻、垂直分布相

似的大範圍的空氣團。

（14）冷鋒：鋒面在移動過程中，冷氣團起主導作用，推動鋒面向暖氣團一側移動，這種鋒面

稱為冷鋒。

（15）暖鋒：鋒面在移動過程中，暖氣團起主導作用，推動鋒面向冷氣團一側移動，這種鋒面

稱為暖鋒。

（16）準靜止鋒：當冷暖氣團勢力相當，鋒面移動很慢時，稱為準靜止鋒。

（17）切變線：指風向或風速分布的不連續曲線，是發生在850hPa或700hPa等壓面上的天氣

系統。

（18）寒潮：大範圍的強烈冷空氣移動。（長江中下遊及其以北地區48h內降溫10℃以上，長

江中下遊最低氣溫小於等於4℃，春季改為江淮地區最低氣溫小於等於4℃，陸上3個

大行政區有5級以上大風，渤海、黃海、東海先後有7級以上大風）。

（19）梅雨：初夏季節長江中下遊特有的天氣氣候現象，是我國東部地區主要雨帶北移過程中

在長江流域停滯的結果。

（20） 熱帶輻合帶：南、北半球信風氣流匯合形成的狹窄氣流輻合帶，也稱赤道輻合帶。

（21）季風：由海陸熱力狀況的差異和行星風帶的季節變化引起的風，具有①盛行風向具有明

顯的季節變化，即一月與七月盛行風向的夾角大於120°，一月與七月盛行風向的平均

頻率超過40％；②這兩種風的性質（主要指溼潤程度）有明顯差異；③所帶來的天氣現

象有明顯差別等特點。

（22）海陸風：沿海地帶晝夜熱力狀況的不同引起的以24小時為周期的有規律的氣流。

（23）焚風：沿著山坡向下吹的乾熱風。

（24）溫室氣體：大氣中有一些微量氣體和痕量氣體對於太陽輻射幾乎不吸收，但卻強烈吸收

長波輻射，它們對地面的氣候能起到類似溫室的作用，故稱溫室氣體。

（25）大氣窗口：地氣系統向外長波輻射主要集中在8~12um波長範圍內，這個波段稱為大氣

之窗。

（26）溫帶海洋性氣候：終年受極地海洋氣團（西風帶）控制而形成的，氣旋、鋒面活動頻繁，

盛行Pm（極地海洋氣團），溫和溼潤，降水季節分配均勻。

（27）熱帶季風氣候：分布在10°~25°的亞洲大陸東南部，受海洋副高西緣信風影響，盛行

Tm（熱帶海洋氣團），雨熱同期。

(28)地中海氣候：由西風帶和副熱帶高氣壓帶交替控制形成，夏季炎熱乾燥，盛行Tc（熱帶

大陸氣團）和下沉的Tm（熱帶海洋氣團），冬季溫和多雨，盛行Pm（極地海洋氣團）。

3. 自然災害

自然災害是指給人類生存帶來危害或損害人類生活環境的自然現象，包括乾旱、洪澇、颱風、冰雹、暴雪、沙塵暴等氣象災害，火山、地震災害，山體崩塌、滑坡、泥石流等地質災害，風暴潮、海嘯等海洋災害，森林草原火災和重大生物災害等。

「自然災害」是人類依賴的自然界中所發生的異常現象，且對人類社會造成了的危害的現象和事件。它們之中既有地震、火山爆發、泥石流、海嘯、颱風、龍捲風、洪水等突發性災害；也有地面沉降、土地沙漠化、乾旱、海岸線變化等在較長時間中才能逐漸顯現的漸變性災害；還有臭氧層變化、水體汙染、水土流失、酸雨等人類活動導致的環境災害。這些自然災害和環境破壞之間又有著複雜的相互聯繫。人類要從科學的意義上認識這些災害的發生、發展以及儘可能減小它們所造成的危害，已是國際社會的一個共同主題。

（1）厄爾尼諾現象

厄爾尼諾，又稱聖嬰現象，是秘魯、厄瓜多一帶的漁民用以稱呼一種異常氣候現象的名詞。 主要指太平洋東部和中部的熱帶海洋的海水溫度異常地持續變暖，使整個世界氣候模式發生變化，造成一些地區乾旱而另一些地區又降雨量過多。其出現頻率並不規則，但平均約每4年發生一次。基本上，如果現象持續期少於五個月，會稱為厄爾尼諾情況（condition）；如果持續期是五個月或以上，便會稱為厄爾尼諾事件。

正常情況下，熱帶太平洋區域的季風洋流是從美洲走向亞洲，使太平洋表面保持溫暖，給印尼周圍帶來熱帶降雨。但這種模式每2～7年被打亂一次，使風向和洋流發生逆轉，太平洋表層的熱流就轉而向東走向美洲，隨之便帶走了熱帶降雨，使地球出現大面積乾旱，這就是「厄爾尼諾現象」。

（2）凍雨

凍雨是由冰水混合物組成，與溫度低於0℃的物體碰撞立即凍結的降水，是初冬或冬末春初時節見到的一種災害性天氣。低於0℃的雨滴在溫度略低於0℃的空氣中能夠保持過冷狀態，其外觀同一般雨滴相同，當它落到溫度為0℃以下的物體上時，立刻凍結成外表光滑而透明的冰層，稱為雨凇。嚴重的雨凇會壓斷樹木、電線桿，使通訊、供電中止，妨礙公路和鐵路交通，威脅飛機的飛行安全。

（3）赤潮

赤潮，又稱紅潮，國際上也稱其為「有害藻華」或「紅色幽靈」。是在特定的環境條件下，海水中某些浮遊植物、原生動物或細菌爆發性增殖或高度聚集而引起水體變色的一種有害生態現象。

「赤潮」，是海洋生態系統中的一種異常現象。它是由海藻家族中的赤潮藻在特定環境條件下爆發性地增殖造成的。海藻是一個龐大的家族，除了一些大型海藻外，很多都是非常微小的植物，有的是單細胞生物。根據引發赤潮的生物種類和數量的不同，海水有時也呈現黃、綠、褐色等不同顏色。

（4）潮汐現象

凡是到過海邊的人們，都會看到海水有一種周期性的漲落現象：到了一定時間，海水推波逐瀾，迅猛上漲，達到高潮；過後一些時間，上漲的海水又自行退去，留下一片沙灘，出現低潮。如此循環重複，永不停息。海水的這種運動現象就是潮汐。法國文學稱之為「大海的呼吸」。

潮汐現象的特點是每晝夜有兩次高潮，而不是一次,「晝漲稱潮，夜漲稱汐」。簡而言之「潮」指白天海水上漲，「汐」指晚上海水上漲，不過通常我們往往將潮和汐都叫做「潮」。 潮汐現象是指海水在天體(主要是月球和太陽)引潮力作用下所產生的周期性運動，習慣上把海面垂直方向漲落稱為潮汐，而海水在水平方向的流動稱為潮流。

（5）地震

①地震簡介

地震又稱地動、地振動，是地殼快速釋放能量過程中造成振動，期間會產生地震波的一種自然現象。地球上板塊與板塊之間相互擠壓碰撞，造成板塊邊沿及板塊內部產生錯動和破裂，是引起地面震動（即地震）的主要原因。

地震開始發生的地點稱為震源，震源正上方的地面稱為震中。破壞性地震的地面振動最烈處稱為極震區，極震區往往也就是震中所在的地區。地震常常造成嚴重人員傷亡，能引起火災、水災、有毒氣體洩漏、細菌及放射性物質擴散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災害。

②地震類型

按地震形成的原因，可把地震分為構造地震、火山地震、陷落地震、誘發地震和人工地震。

構造地震：是由於巖層斷裂，發生變位錯動，在地質構造上發生巨大變化而產生的地震，所以叫做構造地震，也叫斷裂地震。

火山地震：是由火山爆發時所引起的能量衝擊，而產生的地殼振動。火山地震有時也相當強烈。但這種地震所波及的地區通常只限於火山附近的幾十公裡遠的範圍內，而且發生次數也較少，只佔地震次數的7%左右，所造成的危害較輕。

陷落地震：由於地層陷落引起的地震。這種地震發生的次數更少，只佔地震總次數的3%左右，震級很小，影響範圍有限，破壞也較小。

誘發地震：在特定的地區因某種地殼外界因素誘發（如隕石墜落、水庫蓄水、深井注水）而引起的地震。

人工地震：地下核爆炸、炸藥爆破等人為引起的地面振動稱為人工地震。 人工地震是由人為活動引起的地震。如工業爆破、地下核爆炸造成的振動；在深井中進行高壓注水以及大水庫蓄水後增加了地殼的壓力，有時也會誘發地震。