综合自然地理学综合自然地理学Ø综合自然地理学是研究自然地理环境整体的综合自然特征的学科Ø是对自然地理环境整体进行综合、系统研究的学科，着重探讨自然地理环境各组成要素间的物质、能量关系，阐明自然地理环境的地域分异地域分异、发展演变过程发展演变过程和类型类型特征特征 第一章第一章 自然地理环境的整体性自然地理环境的整体性§第一节第一节 整体性认识的发展过程整体性认识的发展过程§第二节第二节 自然地理环境组成及空间结构自然地理环境组成及空间结构§第三节第三节 能量基础能量基础§第四节第四节 物质交换物质交换§第五节第五节 发展演化方向发展演化方向 第一节第一节 整体性认识的发展过程整体性认识的发展过程1.1 自然综合体学说——从自然地理要素具有相互联系相互联系来 认识整体性1.2 地理系统学说——从地理环境的结构和功能的有机联有机联 系系来认识整体性1.3 耗散结构理论——从地理环境是一个非平衡有序开放非平衡有序开放 系统的角度认识整体性 1.1 自然综合体学说p各组成要素和各组成部分相互联系、相互制约各组成要素和各组成部分相互联系、相互制约组成一个整体，一个要素会影响其他要素，一组成一个整体，一个要素会影响其他要素，一个部分会影响其他部分。
个部分会影响其他部分p迪金森、瓦伦纽斯、洪堡、道库恰耶夫、卡列迪金森、瓦伦纽斯、洪堡、道库恰耶夫、卡列斯尼克斯尼克p自然综合体研究逐渐走向精确化：自然综合体研究逐渐走向精确化：定量观测分析代替定性描述定量观测分析代替定性描述模拟实验补充野外观察模拟实验补充野外观察以数学模型探索复杂的自然地理过程并进行预测以数学模型探索复杂的自然地理过程并进行预测（与计算机技术相结合，如（与计算机技术相结合，如小波变换小波变换、、人工神经网络人工神经网络的应用等）的应用等） 1.2 自然地理系统p自然地理要素通过自然地理要素通过能量流能量流、、物质流物质流和和信息流信息流的作的作用结合而成具有一定结构、可完成一定功能的整用结合而成具有一定结构、可完成一定功能的整体，要素之间和要素与环境之间不断进行物质、体，要素之间和要素与环境之间不断进行物质、能量和信息的交换和传输，形成一个动态的、多能量和信息的交换和传输，形成一个动态的、多等级的开放系统等级的开放系统索恰瓦索恰瓦））p部分不具有整体的结构和功能部分不具有整体的结构和功能 1.3 地域耗散结构普利高津p地理耗散结构(dissipative structure)：地理系统是一个远离平衡态的开放系统，要素之间存在着非线性关系，它通过与外界不断交换物质与能量，有可能在一定条件下形成新的稳定的有序结构。
§热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间增大，熵达到极大值，系统达到最无序的平衡态，所以孤立系统绝不会出现耗散结构§那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统的行为呢？ §思考：如何解释地球一直处于稳定状态？ 第二节第二节 自然地理环境组成自然地理环境组成及空间结构及空间结构§2.1 物质组成物质组成§2.2 要素组成要素组成§2.3 空间结构空间结构 2.1 物质组成 p大气对流圈 气态混合物组成，大气质量的气态混合物组成，大气质量的3/43/4和几乎全部水汽和几乎全部水汽 特点：对流作用强烈，温度随高度增加而降低特点：对流作用强烈，温度随高度增加而降低p水圈水体的总称，世界大洋、河流、湖泊、冰川、沼泽和地水体的总称，世界大洋、河流、湖泊、冰川、沼泽和地下水等；含多种可溶性盐、有机体和溶解气体下水等；含多种可溶性盐、有机体和溶解气体p沉积岩石圈（地壳表层）由沉积岩、岩浆岩和变质岩组成的圈层，平均厚度由沉积岩、岩浆岩和变质岩组成的圈层，平均厚度3030~35km35km，但只有表层属于自然地理环境，但只有表层属于自然地理环境p生物圈 地球表层生命有机体及其生活领域的总称，包括植物、地球表层生命有机体及其生活领域的总称，包括植物、动物和微生物动物和微生物陆地之上和海洋表面以下陆地之上和海洋表面以下100m的范围，形成的范围，形成““生命膜生命膜”” p地貌p气候p水文p生物p土壤2.2 要素组成成分：构成事物的各种不同的物质或因素要素：构成事物的必要因素 2.3 空间结构§分层结构分层结构§渗透结构渗透结构§地域结构或水平结构地域结构或水平结构 分层结构p根源于地球根源于地球重力重力和和物质密物质密度度特征。
特征p规定了三大圈层的物质交规定了三大圈层的物质交换主要沿换主要沿垂直方向垂直方向进行p分层结构不具有几何学意分层结构不具有几何学意义：层界面不平整、厚度义：层界面不平整、厚度不一致，不能大面积连续不一致，不能大面积连续分布 渗透结构p生物圈渗透于大气圈、水圈和岩石圈生物圈渗透于大气圈、水圈和岩石圈p大气圈、水圈和岩石圈相互渗透大气圈、水圈和岩石圈相互渗透 地域结构或水平结构地域结构或水平结构作为自然地理环作为自然地理环境地域分异结果境地域分异结果而出现重庆组团有何特重庆组团有何特色？色？ 第三节第三节 能量基础能量基础 §3.1 地理环境的能量基础地理环境的能量基础§3.2 地理环境中的能量循环和转化地理环境中的能量循环和转化 3.1.1 太阳辐射能太阳辐射能的地理分布特征太阳辐射能的地理分布特征辐射平衡的分布特征辐射平衡的分布特征3.1.2 地球内能 地内热能和重力能；构造运动（地震、板块运动）地内热能和重力能；构造运动（地震、板块运动）3.1.3 潮汐能 月球和太阳引潮力作用下产生月球和太阳引潮力作用下产生3.1.4 其他 宇宙射线仅为到达地球太阳辐射能的一亿分之一仅为到达地球太阳辐射能的一亿分之一3.1 自然地理环境的能量基础 3.1.1 太阳总辐射能地理分布特征：p总辐射等值线基本沿纬线延伸p自北半球回归高压带向两极减少，以赤道为轴线，南北半球对称分布p海陆热力差异的影响，等值线往往偏离纬线 辐射平衡地理分布特征p辐射能量收入和支出的差值称为辐射平衡p大洋反射率小于大陆，同纬度大洋辐射平衡值比陆地高p陆地辐射平衡等值线因下垫面的复杂变化偏离纬线甚至呈闭合状p辐射平衡的地理分布有随纬度增加而减少的变化趋势，40°为界p有明显的日变化和年变化 辐射平衡辐射平衡R R的应用的应用——自然地理过程的动力因素自然地理过程的动力因素l划分划分地表热量带的指标地表热量带的指标（（R R）（）（kJ/cmkJ/cm2 2·a））l确定确定辐射干燥指数辐射干燥指数（（A A））A=RA=R／／LrLr式中：式中：L L为蒸发潜热；为蒸发潜热；r r为降水量。
为降水量A A值与各自然带的关系值与各自然带的关系<0.350.35～～1.1 1.1～～2.3 2.3～～3.4 >3.4苔原苔原森林草原半荒漠 荒漠<20 20~3035~5050~75>75寒带寒带亚寒带温带亚热带热带 自然地带与水热条件的关系自然地带与水热条件的关系 地理周期律地理周期律 3.1.2 3.1.2 地球内能地球内能p地热地热p重力重力————位能位能 3.1.3 3.1.3 潮汐能潮汐能p海洋潮汐海洋潮汐p大气潮汐大气潮汐p固体潮汐固体潮汐太阳辐射能约占：太阳辐射能约占：99.9899.98％％地球内能、潮汐能、宇宙射线总计：地球内能、潮汐能、宇宙射线总计：0.020.02％％————太阳辐射能是最主要的能量基础太阳辐射能是最主要的能量基础 3.1.4 其它其它§太阳辐射能、构造作用转化的势能§宇宙射线 3.2 自然地理环境中的能量循环和转化§自然地理环境各组成成分之间，以及各自然地理环境各组成成分之间，以及各自然综合体之间的相互联系、相互作用自然综合体之间的相互联系、相互作用是通过是通过能量转化能量转化和和物质循环物质循环来实现的来实现的 3.2.1 太阳辐射能在无机界的转化太阳辐射能在无机界的转化形式：形式：p地表垂直方向热力梯度地表垂直方向热力梯度p高低纬度间热量交换（大气、洋流）高低纬度间热量交换（大气、洋流）p海陆间的热量交换（季风）海陆间的热量交换（季风） 3.2.2 太阳辐射能在有机界的转化太阳辐射能在有机界的转化p形成：光合作用，太阳能转化为化学能；形成：光合作用，太阳能转化为化学能；6CO2 ＋＋6H2O ＋＋674卡卡——C6H12O6 ＋＋6O2↑ p光合辐射：可见光部分（光合辐射：可见光部分（0.4~0.76μm）；光）；光能利用率：能利用率：0. 1~1％％ 平均：平均：0. 5％％p转移链条：食物链、腐烂链和储存矿化转移链条：食物链、腐烂链和储存矿化光合作用光合作用 6CO2 ＋＋ 6H2O ＋＋ 674卡卡 C6H12O6 ＋＋ 6O2↑ 光合作用光合作用3.2.3 生态系统中的能量流动生态系统中的能量流动 §4.1 大气循环大气循环§4.2 水分循环水分循环§4.3 地质循环地质循环§4.4 生物循环生物循环§4.5 生物地球化学循环生物地球化学循环§4.6 化学元素化学元素第四节第四节 物质交换物质交换(循环循环) 1 1、大气循环的基本形式是？、大气循环的基本形式是？热力环流热力环流2 2、模式：、模式：行星风系行星风系：空间范围达到1000km以上，时间超过1周。
起因：太阳辐射的空间差异（西风带则受地转偏 向力的影响）季风环流季风环流：海洋和陆地两种下垫面性质的差异局地环流局地环流：成因复杂3 3、作用？最显著作用？、作用？最显著作用？4.1 大气循环大气循环 全球大气环流全球大气环流 焚风效应焚风效应 方式：方式：p水本身的相变水本身的相变p液态水在液态水在热力梯度热力梯度或或势能梯度势能梯度的作用下，通过洋的作用下，通过洋流或陆地上河川径流进行物质和能量的大规模传流或陆地上河川径流进行物质和能量的大规模传输4.2 水分循环水分循环 水分循环水分循环大循环和两个小循环大循环和两个小循环 p蒸发蒸发——输送输送——降水降水——径流径流，在海洋，在海洋——大气大气——陆地之陆地之间循环往复，自然地理环境的间循环往复，自然地理环境的““血液循环血液循环””p对全球性水分和热量的再分配起着重大的作用对全球性水分和热量的再分配起着重大的作用————能量能量p物质物质““传输带传输带””的作用（溶解和搬运）的作用（溶解和搬运）————物质物质p起着起着有机界有机界和和无机界无机界联系的纽带作用。
联系的纽带作用水分循环的功能水分循环的功能 p风化过程（风化过程（物理物理、、化学化学和和生物生物风化）风化）p输送过程（流水、冰川、海洋、风、重力）输送过程（流水、冰川、海洋、风、重力）p沉积过程（沉积过程（风成风成、、水成水成（包括化学）、（包括化学）、冰冰成成））p构造过程（地壳运动和构造过程（地壳运动和火山喷发火山喷发））4.3 地质循环地质循环 物理风化物理风化——雅丹地貌雅丹地貌 化学风化化学风化——碳酸盐岩溶解碳酸盐岩溶解 生物风化生物风化——碳酸盐岩溶解碳酸盐岩溶解 4.4 生物循环生物循环§概念概念：生物作用所引起循环称为生物循环§基本途径基本途径：一是植物和微生物作为土壤和大气之间的联系环节，参与地质循环、水分循环和大气循环；二是通过本身的新陈代谢作用，促进自然地理系统的生物地球化学循环§作用作用：光合作用把太阳能转化为生物能，为生命活动奠定了能量基础；是物质和能量交换的一个重要通道；对能量的贮存和消耗，对化学元素的迁移和积累具有明显的作用；实现了有机界和无机界的转化 4.5 生物地球化学循环生物地球化学循环§定义定义：指组成生物有机体的基本元素在生态系统之间输入输出，以及与环境之间进行的交换过程。
§分类分类： 气体型循环；沉积型循环 全球性的：氧循环、碳循环和氮循环 区域性的：磷循环和硫循环 4.5.1 氧循环氧循环§储存库储存库：自由氧的两个主要储存库是大气和海洋§循环过程循环过程： 1、大气圈上层水汽的光解作用，导致氧的释放，一些氧原子和氧分子结合成臭氧； 2、植物的光合作用，固定太阳能并释放出氧气，是分子氧的主要来源§特征特征： 1、氧循环总是与碳循环结合在一起，两种元素在光合作用和呼吸作用的驱动下进行循环； 2、海洋中，二氧化碳与水结合为碳酸，碳酸根可与水中的钙离子等化合，形成碳酸钙沉积物，使部分氧暂时脱离氧循环 4.5.2 碳循环碳循环§储存库储存库：海洋、大气和有机体；§循环过程循环过程：生态系统中的碳循环基本上伴随着光合作用、呼吸和分解过程进行， 1、植物通过光合作用把大气中的CO2转化为碳水化合物以构成自身，通过呼吸作用把产生的CO2释放到大气中； 2、植物被采食后，碳水化合物转入动物体内，经消化和合成，由呼吸作用排出CO2，排泄物和遗体中的碳，经微生物分解进入大气； 3、矿物储藏的碳经燃烧释放CO2，加入碳循环；还有部分碳被沉积到海底，进入更长时间尺度的循环； §储存库储存库：大气；是构成氨基酸、蛋白质和核酸等生命物质的重要组成部分§循环过程循环过程：硝化作用：氮转变为氨离子、亚硝酸离子和硝酸离子的过程； 方式主要有：生物固氮、高能固氮和工业固氮等三种形式2N+3H2→NH3 氮气分离成氮原子耗能668.8kJ，生成氨释放54.3kJ4.5.3 氮循环氮循环 NH3+3/2O2→HNO2+H2O+689.7kJHNO2→H++NO2-§在硝化细菌的作用下，亚硝酸跟被氧化成硝酸根NO2-+1/2O2→NO3-+75.24kJ§亚硝酸盐和或硝酸盐被绿色植物吸收并转化为氨基酸，合成蛋白质，食草动物利用植物蛋白质合成动物蛋白质；动植物残体经细菌分解作用形成氨、二氧化碳和水。
CH2NH2COOH+3/2O2→2CO2+H2O+NH3+735kJ§硝化作用生成的硝酸盐被反硝化细菌还原，生成氮（缺氧有葡萄糖条件下）C6H12O6+4NO3-→6CO2+6H2O+2N2 4.5.4 磷循环磷循环§储存库储存库：磷酸盐类岩石、含磷的沉积物§循环过程循环过程：通过风化和采矿进入水循环，变成可溶性磷酸盐被植物吸收利用进入食物链生物的排泄物和尸体被微生物分解，把有机磷转化为无机形式的可溶性磷酸盐，一部分被植物重新利用，另外一部分进入海洋保存在沉积岩中 4.5.5 硫循环硫循环§储存库储存库：岩石圈，自然界的硫最初来自于黄铁矿（FeS2）和黄铜矿（CuFeS2 ）土壤中的硫土壤中的硫地表径流带入海洋地表径流带入海洋氧化，以挥发气体进入大气氧化，以挥发气体进入大气植物吸收，进入生物圈植物吸收，进入生物圈沉积，称为煤、石油中的硫沉积，称为煤、石油中的硫生物体死亡，生物体死亡， H2S进入大气进入大气降水的形式进入海洋和土壤降水的形式进入海洋和土壤 4.6 化学元素化学元素4.6.1 分布：分布：水圈水圈：：O、、H、、Cl、、Na占占98.4％；％；大气圈大气圈：：N、、O、、Ar占占99.81％；％；岩石圈岩石圈(地壳地壳)：：O、、Si、、Al、、Fe、、Ca、、K、、Na、、Mg等占等占97％；％；岩石圈岩石圈(土壤土壤)：：O、、Ca、、K、、Si、、Fe、、Al、、Na、、Mg、、Ti、、N占占93.45％；％；有机体有机体：：O、、C、、H、、N、、Ca组成，占组成，占99.7％；％； 4.6.1 迁移方式迁移方式§水迁移水迁移：简单离子、络合离子、分子形态、：简单离子、络合离子、分子形态、胶体状态和悬浮物进行迁移。
胶体状态和悬浮物进行迁移水迁移系数：水迁移系数： Kx=（（mx·100／／a·nx））式中，式中，mx为水中元素的含量（为水中元素的含量（mg／／L）） nx为岩石中元素的含量（％）为岩石中元素的含量（％） a为水中矿物残渣的含量（为水中矿物残渣的含量（mg／／L）） §大气迁移大气迁移§生物迁移生物迁移生物吸收系数生物吸收系数：：Ax = LxAx = Lx／／n nx x式中，式中，L Lx x为植物中为植物中x x元素的含量元素的含量 n nx x为该植物生长的土壤或岩石为该植物生长的土壤或岩石中中x x元素的含量元素的含量 4.6.2 地表元素迁移的影响因素地表元素迁移的影响因素§内在因素：（化学键的类型、电负性内在因素：（化学键的类型、电负性[元素周期元素周期表中各元素的原子吸引电子能力的一种相对标度表中各元素的原子吸引电子能力的一种相对标度 ，又称负电性元素的电负性愈大，吸引电子的，又称负电性元素的电负性愈大，吸引电子的倾向愈大，非金属性也愈强倾向愈大，非金属性也愈强 ]、原子和离子半径、、原子和离子半径、原子价）原子价）§外在因素：外在因素： 地球化学环境（酸碱条件、氧化条件）地球化学环境（酸碱条件、氧化条件） 地表的自然地理条件（水热条件、气流变化、地地表的自然地理条件（水热条件、气流变化、地貌形态以及生物等）貌形态以及生物等） 人为影响（人类活动）人为影响（人类活动） 第五节 自然地理环境的发展演化5.1 各圈层的发展5.2 自然地理环境的节律性5.3 自然地理环境发展的特点5.4 自然地理环境的时间尺度 p原始大气：H2O、、CO、、CO2、、N2、、NH3和和CH4p二氧化碳大气p现代大气：： N2、、O25.1 各圈层发展 (大气、生物) p生命起源的发展无机小分子无机小分子——有机小分子有机小分子有机小分子有机小分子——有机高分子物质有机高分子物质有机高分子物质组成多分子体系有机高分子物质组成多分子体系多分子体系多分子体系——原始生命原始生命p生物进化的方向性植物演化的方向性植物演化的方向性：藻类：藻类-裸蕨裸蕨-蕨类蕨类-裸子裸子-被子被子动物演化的方向性动物演化的方向性：单细胞：单细胞-多细胞多细胞-无脊椎无脊椎-鱼类鱼类-两栖类两栖类-爬行类爬行类-哺乳动物哺乳动物-人类人类 p周期性节律p旋回性节律p阶段性节律节律性（周期性）节律性（周期性）是指由自然地理过程的循环和是指由自然地理过程的循环和振荡引起的随时间推移而有规律演替的现象。
振荡引起的随时间推移而有规律演替的现象昼夜节律季节节律地质旋回气候旋回生物生长节律生物进化节律5.2 自然地理环境的节律性 p方向性和周期性方向性和周期性p发展发展复杂性复杂性的表现：新的组成成分或要素的出现，的表现：新的组成成分或要素的出现，及由此导致的结构复杂化，沉积过程加强，岩石及由此导致的结构复杂化，沉积过程加强，岩石圈厚度增加，水圈含盐量增加和离子成分有规律圈厚度增加，水圈含盐量增加和离子成分有规律的变化，大气成分发生质的变化，地貌复杂化和的变化，大气成分发生质的变化，地貌复杂化和气候多样化，生物从低级形式向高级形式发展，气候多样化，生物从低级形式向高级形式发展，新物种的产生和旧物种的灭绝，地域分异越来越新物种的产生和旧物种的灭绝，地域分异越来越显著等5.3 自然地理环境发展的特点自然地理环境发展的特点 p所有组成成分的发展都是相互联系的，组成成分所有组成成分的发展都是相互联系的，组成成分发展的同时，成分间物质能量的交换得到加强发展的同时，成分间物质能量的交换得到加强p具有具有前进性前进性，表现为新的组成成分的出现、太阳，表现为新的组成成分的出现、太阳能的积累和地域分异日益强化能的积累和地域分异日益强化p跃进性跃进性，周期性现象并不决定主要发展方向，周期性现象并不决定主要发展方向p纬度地带性纬度地带性作为普遍规律在自然地理环境的整个作为普遍规律在自然地理环境的整个发展过程中发挥了作用（发展过程中发挥了作用（太阳辐射能分布不均太阳辐射能分布不均））p自然地理环境的发展是事物矛盾斗争的结果（自然地理环境的发展是事物矛盾斗争的结果（系系统自组织性和自稳定性对比的结果统自组织性和自稳定性对比的结果）） 5.4 自然地理环境的时间尺度p几百万年至几十亿年：几百万年至几十亿年：受地球行星演化规律与进程的影响，受地球行星演化规律与进程的影响，特征事件：如地质循环、大气圈和水圈的演变等。
特征事件：如地质循环、大气圈和水圈的演变等p几千年至几十万年几千年至几十万年：第四纪的晚期和人类历史之内，受地：第四纪的晚期和人类历史之内，受地球轨道参数的影响，特征事件：冰期与间冰期的交替，海球轨道参数的影响，特征事件：冰期与间冰期的交替，海平面的升降等平面的升降等p几年到几百年几年到几百年驱动因子为太阳活动、火山活动、大气环驱动因子为太阳活动、火山活动、大气环流的长期变化，厄尔尼诺流的长期变化，厄尔尼诺-南方涛动等特征特征事件为南方涛动等特征特征事件为全球气温的趋势性上升全球气温的趋势性上升p几天至几个季度几天至几个季度驱动因子为太阳辐射输入的年循环，特驱动因子为太阳辐射输入的年循环，特征事件为大气环流的季节振荡，植物群落的季相等征事件为大气环流的季节振荡，植物群落的季相等p几秒至几个小时几秒至几个小时太阳辐射量输入的日变化是这种变化的太阳辐射量输入的日变化是这种变化的主要驱动因子特征事件有：气温的日变化、雷雨、冰雹主要驱动因子特征事件有：气温的日变化、雷雨、冰雹和大风等历时几分钟和几小时的天气现象和大风等历时几分钟和几小时的天气现象从时间的发生方面，可以划分为5个特征时间尺度： 谢谢！ 。