圈层互相作用与自然地理学作者：王建张茂恒白世彪来源：《地理教育》第04期“”“”前科协主席钱学森先生倡导发展地理科学和地球表层系统科学，对地理学和地理学家提出了很高的盼望。如何发展地理科学，如何构建地球表层系统科学，引发了众多地理学家的思考与探索。我们也进行了某些思考，认为理解与构建地球表层系统的核心是圈层的互相作用。如果不能从圈层互相作用的角度去研究地球表层，研究地球表层系统的构成、构造、运行机制，地理学就达不到钱学森先生所盼望的高度，地球表层系统科学也就不可能建立。自然地理学是研究地球表层自然系统的核心学科，其特色与优势就在于圈层的互相作用。一、圈层互相作用与自然地理学地球表层环境是一种系统，能够称之为地球表层系统，是由岩石圈、大气圈、水圈与生物圈互相作用而成的。要搞清地球表层环境发生、发展过程与变化规律，搞清其空间分布、分异特性与规律，就必须从圈层的互相作用出发。与研究岩石圈、大气圈、水圈与生物圈的核心学科地质学、大气科学、水文学和生物学相比，地理学的优势，也是自然地理学的优势，不在于分门别类地去研究各个圈层，而在于从学科交叉和要素融合的角度去研究圈层的互相作用。在于从圈层互相作用的角度，探讨地球表层自然环境的形成机制；从圈层互相作用的角度，探讨各要素之间的互相作用、互相影响；从圈层互相作用的角度，探讨地表环境的区域联系、分异规律；从圈层互相作用的角度，探讨地表环境的评定、预测、规划、管理、优化和调控。二、圈层互相作用的途径圈层之间的互相作用，都是通过能量、物质与信息的交换来完毕的。1.地球表层能量传输、交换与圈层互相作用能量是维持地球表层系统运行与发展的动力，也是联系四大圈层的桥梁和纽带。圈层间进行着多个不同能量的传输，这里只做一种简要的归纳（图1）。第一，大气圈与水圈之间存在着热能、动能、化学能和势能的传输与交换。由于大气与水体之间温度的差别，大气圈与水圈之间热能交换始终在不停地进行着。如冷空气通过的水面会发生降温现象，暖流对大气有增温、增湿作用。由于大气与水面之间的摩擦作用，大气运动往往影响和带动水体的运动，如风吹拂水面会产生波浪，信风作用于洋面产生洋流。固然，水体的运动也会影响和变化大气的运动，如在静风天气时，来到瀑布或快速流动的河流附近，立刻感到风的存在，这是大气圈与水圈动能交换的成果。大气与水体（重要是海洋）之间在不停地进行着物质的交换，在交换过程中也会发生某些化学反映，因此两者之间也存在化学能的交换。气压代表了大气势能的大小。当大气压力不同或发生变化时，会变化水体的分布与位势。如气压偏低时，海平面就会升高；当气压偏高时，海平面就会对应减少。如台风通过的海面，由于台风中心气压比较低，往往会造成海平面高出周边几十厘米至几米。当水体分布发生变化时，同样也会引发气压的变化。又如，高山、高原冰川以及中高纬度地区冰盖的发育，将会使这些地区的近地面气压升高，造成区域间的气压差增大。第二，大气圈与岩石圈之间存在着热能、化学能、动能的交换。地面与大气之间通过长波辐射、大气逆辐射在进行着热能的交换。大气圈与岩石圈之间也在进行着物质的交换，发生着某些化学反映，如风化作用从大气中吸取CO2，同时也使岩石中的某些元素释放出来，因此两圈之间存在着化学能的交换。通过大气与地面之间的接触与摩擦作用，岩石圈的动能能够传递给大气圈，大气圈的动能也能够传递给岩石圈。如地球自转速度变化，通过地面摩擦动能从岩石圈传递给大气圈，从而造成大气运动速度的变化。研究表明，在厄尔尼诺年，由于地球自转速度的减慢，在赤道附近的大气能够获得1cm/s的向东相对速度（任振球，1990）。固然，大气运动的动能也能够通过地面摩擦传递给固体地球。第三，水圈与岩石圈之间存在着热能、动能、势能与化学能的交换。在水与岩石接触的界面上，由于岩石与水温度的差别，造成两个圈层之间的热能交换。最明显的例子是海底火山、海底熔岩的溢出（如洋中脊），加热了海水。暖流不仅温暖所通过地区的大气，并且还温暖附近的岩石与土壤，寒流则对通过区域的大气和岩石含有...
