及氣候變化大氣所氣候?qū)W大部分

第三章氣候成因

§3.1內(nèi)部因子（各圈層的相互作用）

一、大氣圈－水圈的相互作用

1、熱量對(duì)比海洋占全球總面積的70.8％，海氣相互作用是氣候異常與氣候振蕩的主要原因。在考慮幾個(gè)月－幾十年時(shí)間尺度內(nèi)的氣候變化時(shí)，假定陸地表層活動(dòng)層（表層溫度和濕度能發(fā)生明顯變化的范圍）為5米，這5米所含的熱量與其上的大氣熱量基本相同。而海洋熱容量約為土壤的2倍，且海洋的活動(dòng)層比土壤深得多，假定為100米，則相同面積上海洋活動(dòng)層所包含的熱量約為陸地的40倍。

1、熱量對(duì)比

大氣TAO（2.4％）TAL(1%)地表

TO

（95.6％）TL（1%）TAO為海洋上空大氣；TAL為陸地上空大氣；TO為海洋；TL

為陸地。因此從熱力學(xué)角度來(lái)看，海洋狀況在氣候系統(tǒng)變化中起著舉足輕重的作用。(——尺度分析?）

2、主要作用海洋對(duì)大氣的作用主要是供給大氣熱量和水汽。1981年Schlesinger和Gates進(jìn)行了一系列的數(shù)值試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：如果地球表面沒(méi)有海洋，則冬半球氣溫要比現(xiàn)在低30oC，夏半球溫度要高15oC。冬半球的降水將明顯減少。

3、海氣相互作用過(guò)程舉例

A、ENSO（一）什么是ENSOENSO：大氣中的“南方濤動(dòng)”現(xiàn)象、海洋中的“厄爾尼諾”現(xiàn)象。

（1）南方濤動(dòng)最早發(fā)現(xiàn)南方濤動(dòng)現(xiàn)象的是希爾德布蘭德遜（1897），他在研究悉尼與布宣諾思艾利斯的海面氣壓時(shí)發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)地區(qū)氣壓的變化經(jīng)常呈相反的關(guān)系。后來(lái)1902年羅基爾又證實(shí)了氣壓變化的“蹺蹺板”現(xiàn)象。但直到1924年才正式將這種現(xiàn)象命名為“SO”。沃克指出：南方濤動(dòng)是指印度洋上各站（如開(kāi)羅、印度西北、達(dá)爾文港、毛里求斯、澳大利亞?wèn)|南及開(kāi)普敦）氣壓下降時(shí)，太平洋各站（舊金山、東京、火奴魯魯、撒摩亞及南美）氣壓及爪哇降水增加的趨勢(shì)。這種定義中包含了太平洋和印度洋的氣壓，也包含了一些站的降水、氣溫，甚至尼羅河洪水。但這種定義過(guò)于復(fù)雜。現(xiàn)在有很多人只用氣壓來(lái)定義“SO”，并把這種定義稱為南方濤動(dòng)指數(shù)。

（2）厄爾尼諾厄爾尼諾是西班牙文“圣嬰”的意思。過(guò)去主要是秘魯漁民用以稱呼每年年終圣誕節(jié)前后南美沿岸海溫上升的現(xiàn)象。后來(lái)氣象學(xué)家和海洋學(xué)家專門用來(lái)指那些海溫上升異常激烈的年份。一般3－4年就有一年春、夏（指南半球）海溫上升特別強(qiáng)，造成比多年平均高許多的海溫正距平。一般11月或12月海溫正距平最高（有變化）。

厄爾尼諾拉尼娜期間海洋大氣狀況（二）ENSO成因

東北信風(fēng)理論。東南信風(fēng)理論。大尺度海氣相互作用理論一些新的理論TOGA計(jì)劃（熱帶海洋與全球氣候計(jì)劃）之后，根據(jù)最新的觀測(cè)資料，科學(xué)家們提出了一些新的理論：（1）Kelvin波東傳理論：MCCreary（1983）提出，赤道海洋Kelvin波東傳，把西太平洋暖水帶到東太平洋，造成增溫。（2）延遲振子理論。（3）耦合波動(dòng)理論：西太平洋東太平洋中太平洋ENSOENSO減弱或LaNina暖Rossby波暖Kelvin波冷Rossby波冷Kelvin波(三)ENSO的氣候影響

70年代以來(lái)，對(duì)ENSO的氣候效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究。研究發(fā)現(xiàn)降水與厄爾尼諾關(guān)系最好的是印度尼西亞干旱、澳大利亞干旱、印度干旱、巴西東北的干旱及赤道東太平洋的多雨。其它一些地區(qū)的關(guān)系比較復(fù)雜。比如中國(guó)夏季降水雨與厄爾尼諾的關(guān)系就不太明顯，只河套地區(qū)的干旱與厄爾尼諾有一定聯(lián)系。但也有一些其他定性結(jié)論，對(duì)預(yù)報(bào)有指示意義。比如：中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)中內(nèi)容。國(guó)家局常年用厄爾尼諾預(yù)報(bào)冬季氣溫，認(rèn)為厄爾尼諾年為暖冬，有時(shí)預(yù)報(bào)不準(zhǔn)。(三)ENSO的氣候影響（降水）(三)ENSO的氣候影響（氣溫）（四）ENSO事件對(duì)我國(guó)長(zhǎng)期天氣及氣候的可能影響

選擇四種典型的天氣氣候事件來(lái)說(shuō)明ENSO事件對(duì)我國(guó)長(zhǎng)期天氣及氣候的可能影響－《中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)》

1.東北夏季低溫

2.我國(guó)東部地區(qū)的夏季降水異常

3.與西太平洋副高的關(guān)系

4.西太平洋臺(tái)風(fēng)活動(dòng)B、季風(fēng)（海陸氣三者相互作用）

1、海陸風(fēng)

2、季風(fēng)是一種大范圍的海陸風(fēng)。（亞洲季風(fēng)受到其它許多因素的控制和影響，如高原、西北干旱區(qū)等）亞洲季風(fēng)南亞季風(fēng)（印度季風(fēng)、西南季風(fēng)）A馬斯克林高壓；B南印度洋東南信風(fēng)；C過(guò)赤道流（索馬里急流）；D西南季風(fēng)；E南亞高壓東亞季風(fēng)O澳大利亞高壓；P南太平洋東南信風(fēng)；Q過(guò)赤道流；S西太平洋副熱帶高壓；T中緯度氣團(tuán)；R西南季風(fēng)（應(yīng)為南海季風(fēng)）；U梅雨鋒帶西南季風(fēng)東南季風(fēng)南海季風(fēng)4、海－氣相互作用

（前期信號(hào)的儲(chǔ)存與釋放）一、海洋與大氣無(wú)時(shí)無(wú)刻不處于相互作用中一般而言，由于兩個(gè)氣候系統(tǒng)成員的物理屬性不同，所以海洋對(duì)大氣的影響主要是熱力影響為主，而大氣對(duì)海洋的影響則主要以動(dòng)力為主。大氣以快變過(guò)程為主，海洋以慢變過(guò)程為主。大氣對(duì)海洋的響應(yīng)較快，而海洋對(duì)大氣的響應(yīng)較慢。（此兩點(diǎn)在短期氣候預(yù)測(cè)和海氣相互作用研究時(shí)的意義）二、海洋對(duì)大氣的影響海洋對(duì)大氣的影響主要包括：熱力作用、水分循環(huán)作用、洋流作用及對(duì)CO2循環(huán)的影響等方面。

1、

海洋在氣候系統(tǒng)能量循環(huán)中的作用①海洋是氣候系統(tǒng)中巨大的熱量貯存器氣候系統(tǒng)中熱量的最終來(lái)源是太陽(yáng)，但是太陽(yáng)輻射進(jìn)入氣候系統(tǒng)后，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的直接吸收并不多，實(shí)際上，大部分太陽(yáng)輻射被下墊面，特別為海洋所吸收。根據(jù)美國(guó)科學(xué)院最新的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)入地－氣系統(tǒng)的太陽(yáng)輻射為345瓦/米2，其中，大氣僅吸收了19％，被云和空氣散射或反射回太空的占26％，大部分太陽(yáng)輻射，約占51％，穿過(guò)大氣后到達(dá)地表，被下墊面，主要是海洋所吸收。氣候系統(tǒng)輻射的收支有著明顯的季節(jié)變化，顯然，只有夏半球才有凈的輻射收入，而冬半球則為凈輻射支出，從冬到夏，貯藏在大氣中的熱量?jī)H占11％，剩下的89%都儲(chǔ)存在地球表層，尤其是海洋中，由此可以看出，海洋是氣候系統(tǒng)的巨大熱量貯存器。

②海洋是氣候系統(tǒng)的熱量源地地表吸收太陽(yáng)輻射后又以各種能量形式供給大氣，其中以潛熱形式提供23％的熱量，長(zhǎng)波輻射提供了21％，以感熱的形式提供了7％，可見(jiàn)，推動(dòng)大氣這部熱機(jī)的主要燃料來(lái)自地球表面，特別是海洋。海洋把入射太陽(yáng)輻射積累和貯存起來(lái)，并不斷釋放給大氣。一般是在夏季，海洋上層貯存熱量，冬季將熱量釋放回大氣，因而改善了大氣溫度的季節(jié)性極端狀況。因此，海洋對(duì)全球氣候起著調(diào)節(jié)作用和穩(wěn)定化的影響，是氣候變化的調(diào)節(jié)器。

③海洋在全球熱量平衡中的作用地－氣系統(tǒng)年平均凈輻射隨緯度的變化表面，全球熱帶是輻射剩余區(qū)，即熱源，高緯則是輻射虧損區(qū)，即熱匯。但實(shí)際上熱帶的溫度并沒(méi)有增加，高緯地區(qū)的溫度也沒(méi)有逐年減小，因此，高低緯度若能維持這種熱量平衡，必定有一種機(jī)制把剩余熱量由熱帶向高緯輸送。為了維持全球的熱量平衡，除了通過(guò)大氣中的渦旋等輸送熱量外，海洋的作用也是巨大的，根據(jù)最新估算表明，海洋的經(jīng)向熱量輸送已經(jīng)超過(guò)了大氣，特別在低緯度?？梢?jiàn)，海洋的熱力作用對(duì)全球氣候的形成和演變有重大貢獻(xiàn)。

2、海洋在氣候系統(tǒng)水文循環(huán)中的作用全球水文循環(huán)是地球氣候之關(guān)鍵，而海洋既是水文循環(huán)的源泉，又是水文循環(huán)的歸宿。①海洋是氣候系統(tǒng)中巨大的水分貯存器海洋是一個(gè)巨大的水體，據(jù)估計(jì)，全球總水量約為1.5×106立方公里，其中，93％是海水，2％是極冰等凍結(jié)物，5％是陸地水，包括地下水、湖泊水和土壤水，大氣中的水僅占0.001％。就全球而言，可以劃分為四個(gè)儲(chǔ)水庫(kù)，即海洋、極冰、陸地水和大氣水，他們之間由水文循環(huán)的通量項(xiàng)，即降水、蒸發(fā)和徑流等聯(lián)系起來(lái)，如果不考慮水的制造和損失，4個(gè)貯水庫(kù)的總和可視為常數(shù)?？梢?jiàn)海洋是水分貯存器。

②海洋在水文循環(huán)中的作用在太陽(yáng)輻射的影響下，海洋中的水得以蒸發(fā)，在一定條件下凝結(jié)成云，被氣流輸送到大陸上空，在那里降下雨、雹或雪。部分液態(tài)水滲入地下，緩慢地通過(guò)蓄水層流到河床，或直接流到海洋。留在地面上的水，部分蒸發(fā)回到大氣，部分成為地面徑流匯入河流，最終歸入海洋，從而保持了海洋上的水分平衡，這就是水文的大循環(huán)。一般說(shuō)來(lái)，海洋既是大氣水分的源泉，又是水分的歸宿。

③海洋在氣候系統(tǒng)水分平衡中的作用對(duì)不同緯度帶內(nèi)的年平均降水量、蒸發(fā)量、降水量與蒸發(fā)量之間差額的計(jì)算表明，兩半球40o以外和南北緯10o以內(nèi)的赤道帶降水量超過(guò)蒸發(fā)量，相反，在兩半球10－40緯度帶內(nèi)，蒸發(fā)量超過(guò)降水量，年平均蒸發(fā)量超過(guò)年降水的區(qū)域必然輸出水汽?？偟膩?lái)說(shuō)，海洋由蒸發(fā)失去的水分比由降水獲得的水分多，是主要的水分源地。西半球的副熱帶緯度蒸發(fā)最大，大致在熱帶洋面的信風(fēng)區(qū)。③海洋在氣候系統(tǒng)水分平衡中的作用海上信風(fēng)區(qū)以潛熱和感熱的形式，為大氣運(yùn)動(dòng)提供了能量，這些能量最初在近海面以相當(dāng)穩(wěn)定的信風(fēng)氣流向赤道輸送，在赤道帶，這些水汽又通過(guò)巨大的對(duì)流云系，如熱塔、云團(tuán)等上升，主要以潛熱和感熱形式加熱大氣并提高位能，然后由高空向高緯度輸送。在北半球平均降水量超過(guò)蒸發(fā)量，而南半球相反，為了達(dá)到平衡，每年還必須通過(guò)赤道由南半球向北輸送約1647×1013千克的水汽。

3、洋流的影響海洋洋流對(duì)氣候也有著重要影響。一般而言，在洋流區(qū)，海溫高時(shí)，氣壓下降，氣溫上升，云量增加。其海－氣相互作用中，以海洋影響大氣為主。在非洋流區(qū)則不同。海－氣相互作用中大氣可能占主導(dǎo)地位，另外，大洋中的溫鹽環(huán)流也對(duì)全球氣候的形成、分布和演變有著重要影響。溫鹽環(huán)流對(duì)長(zhǎng)期氣候演變也可能有著重要的影響。4、對(duì)全球CO2的影響一般認(rèn)為海洋可吸收大氣CO2，是一個(gè)重要的碳匯。

三、大氣對(duì)海洋的影響大氣對(duì)海洋的影響主要以動(dòng)力影響為主。1、對(duì)洋流的影響風(fēng)從海洋表面吹過(guò)，由于風(fēng)應(yīng)力的作用，必然會(huì)引起海洋表層海水的流動(dòng)，從而產(chǎn)生洋流。2、對(duì)海溫的影響全球海溫場(chǎng)的分布狀態(tài)，最終取決于氣候的分布狀態(tài)，一般在熱帶地區(qū)，海溫高，溫帶地區(qū)海溫較低，寒帶地區(qū)海溫低，與氣候的水平分布基本一致。風(fēng)應(yīng)力導(dǎo)致的洋流現(xiàn)象，也會(huì)對(duì)海溫分布產(chǎn)生影響，但從根本上說(shuō)也是由于大氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。

3、大氣風(fēng)應(yīng)力的作用可能是ENSO現(xiàn)象形成和演變的原因之一。ENSO事件是海－氣相互作用最典型的例子，對(duì)全球氣候變化有著重要影響。

5、大氣圈與水圈的其它相互作用湖泊的局地氣候效應(yīng)2－湖泊的局地氣候效應(yīng).exe二、大氣圈－冰雪圈

1、冰雪圈的重要性（1）冰雪圈融化可能造成海平面上升：若格陵蘭冰蓋全部融化，海平面降上升7－8米，若南極大陸冰蓋融化，海平面降上升70－80米。有地質(zhì)歷史時(shí)期的資料表明，在大間冰期，全球無(wú)永久冰雪覆蓋，那時(shí)海平面比現(xiàn)代高80米。在第四紀(jì)的冰河期，海平面可能比現(xiàn)代低80－100米，顯然冰雪圈的變化是地球環(huán)境變化的一個(gè)重要因素。

（2）冰雪圈在氣候形成中的重要作用，還可以用全球平均溫度的季節(jié)變化來(lái)說(shuō)明。如果不考慮日地距離的變化，作為全球平均，一年四季接受到的太陽(yáng)輻射應(yīng)該是一個(gè)常數(shù)，那么全球平均溫度也應(yīng)該是接近一個(gè)常數(shù)，而沒(méi)有明顯季節(jié)變化。但實(shí)際上都并非如此。1月份的全球平均溫度遠(yuǎn)低于7月。而實(shí)際上，目前東至日為近日點(diǎn)，近日點(diǎn)比遠(yuǎn)日點(diǎn)太陽(yáng)輻射約高7％也就是說(shuō)，1月份地球大氣系統(tǒng)接收的太陽(yáng)輻射應(yīng)比7月多，平均氣溫應(yīng)比7月高。造成這種現(xiàn)象的一個(gè)主要原因可能就是冰雪覆蓋面積的季節(jié)變化造成的。

2、一些研究事實(shí)（1）南極海冰的影響彭公炳指出，150o－180oW范圍的南極海冰的北界與西太副高強(qiáng)度指數(shù)之間有很好的一致性：北界偏南，海冰面積小，西太副高弱。偏北，海冰面積大，西太副高偏強(qiáng)。符淙斌認(rèn)為，年末南極海冰面積與下年中國(guó)梅雨長(zhǎng)度呈反相關(guān)。海冰面積小，則出梅晚，梅雨長(zhǎng)。（2）高原雪蓋對(duì)季風(fēng)的影響1884年Blanford指出，喜馬拉雅山的冬季積雪對(duì)印度半島夏季降水有影響，冬季雪蓋大，其后印度夏季風(fēng)降水減少。對(duì)中國(guó)季風(fēng)的影響。3、冰雪圈與大氣圈的相互作用一、冰雪圈是對(duì)氣候變化最敏感的圈層，同時(shí)對(duì)氣候形成和演變有著重要的影響。二、冰雪圈影響大氣圈冰雪圈影響大氣圈主要通過(guò)以下三個(gè)機(jī)制來(lái)完成的：（1）高反照率：反射掉更多的太陽(yáng)短波輻射，降低地表溫度，從而降低氣溫。（2）低熱導(dǎo)率：①陸地積雪不利于地表散溫，保持地表溫度，減慢陸－氣間熱量交換過(guò)程；②海冰將隔斷海洋與大氣之間的直接接觸，減慢海－氣間熱量交換過(guò)程。這將使得上空大氣溫度降低。（3）水文效應(yīng)：①陸地冰雪融化后，增加土壤濕度，將有利于陸氣間水分循環(huán)過(guò)程，并通過(guò)潛熱影響大氣運(yùn)動(dòng)；②海冰將隔斷海洋與大氣之間的直接接觸，不利于海氣之間水分循環(huán)。三、大氣影響冰雪圈1、溫度高、低。2、降水多、少。南極北極格林蘭島冰層每年凈損失的冰約100千兆噸

在過(guò)去的40年里，高原的冰川平均每年以7%的速度萎縮，速度還在逐年加快。喜馬拉亞山的冰川，融化速度每年高達(dá)33-49英呎。

三、大氣圈－巖石圈

1、巖石圈影響大氣:（1）動(dòng)力作用：摩擦作用（天氣學(xué)中：東風(fēng)帶獲得西風(fēng)角動(dòng)量，西風(fēng)帶失去西風(fēng)角動(dòng)量；青藏高原的側(cè)向摩擦；地表摩擦）；高大地形的動(dòng)力作用（爬坡，繞流）。（2）熱力作用：感熱、潛熱、長(zhǎng)波輻射（土壤溫度作用；高大地形熱力作用）。

（3）水分循環(huán)：土壤濕度作用（馬柱國(guó)）。（4）大氣成分：巖石風(fēng)化改變大氣成分——吸收大氣CO2的作用，粉塵。2、大氣影響巖石圈：土壤溫度、濕度、地表特征。青藏高原隆升對(duì)西風(fēng)帶的影響黃土（風(fēng)積物）-地貌學(xué)黃土（塬－yuan)黃土黃土（峁－mao）青藏高原風(fēng)化地貌古長(zhǎng)城沙漠地貌沙漠地貌沙漠地貌滑坡四、大氣圈－生物圈1、陸地生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化之間存在著密不可分的相互作用。2、氣候變化將影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的存在和發(fā)展；同時(shí)，陸地生態(tài)系統(tǒng)的存在也可通過(guò)各種物理、生理和化學(xué)過(guò)程影響區(qū)域乃至全球氣候的變化。3、比如作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分的綠色植被的存在，（1）可以通過(guò)雨水截留過(guò)程、水土保持過(guò)程、蒸騰過(guò)程以及植被生理過(guò)程等對(duì)地球水文循環(huán)造成影響；四、大氣圈－生物圈（2）可以通過(guò)改變地表粗糙度等改變大氣動(dòng)力過(guò)程，從而改變?nèi)虼髿庋h(huán)；（3）可以通過(guò)改變地表反照率、土壤熱容量等改變地表熱力狀況，從而改變地－氣熱量交換；（4）可以通過(guò)吸收和釋放CO2、大氣塵埃以及蒸發(fā)水分等過(guò)程，改變大氣成分，從而影響全球氣候變化。4、可以說(shuō)氣候和陸地生態(tài)系統(tǒng)是共存于一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的兩個(gè)方面。四、大氣圈－生物圈

5、植被與氣候變化的相互作用主要可以分為兩個(gè)過(guò)程，一是生物—地球物理反饋；一是生物地球化學(xué)反饋過(guò)程。（1）生物—地球物理反饋主要是指生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)改變生物圈與大氣圈之間的熱量和動(dòng)量交換，從而影響氣候變化的過(guò)程。（2）生物地球化學(xué)反饋過(guò)程主要是指生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)光合作用和呼吸作用影響氣候系統(tǒng)碳循環(huán)的過(guò)程。生物地球物理反饋：亞馬遜河流域雨林變?yōu)椴菰?，降水減少，氣溫升高；西北地區(qū)綠化；撒哈拉地區(qū)；高原地區(qū)；季風(fēng)區(qū)等，很多工作。反照率生物地球化學(xué)反饋五、陸面過(guò)程地表熱源=H+LE+Rl五、陸－氣相互作用一、陸地表面對(duì)大氣的影響陸地表面對(duì)大氣的影響主要是通過(guò)熱量循環(huán)過(guò)程（包括感熱、潛熱、輻射等），水分循環(huán)過(guò)程以及動(dòng)力作用等來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1、熱量循環(huán)過(guò)程

①陸地表面是主要熱量提供系統(tǒng)之一。氣候系統(tǒng)中熱量的最終來(lái)源是太陽(yáng)，但太陽(yáng)輻射進(jìn)入氣候系統(tǒng)以后，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的直接吸收是不多的。而大部分太陽(yáng)輻射將被下墊面吸收，其中陸地表層是除海洋以外的一個(gè)重要的