氣候變化 ppt課件 Lecture6new

第一章氣候系統(tǒng)

第六講氣候系統(tǒng)各圈層之間的相互作用1本次課程學(xué)習(xí)圍繞的問(wèn)題氣候系統(tǒng)中各圈層的相互作用

(1)海-氣相互作用

(2)陸-氣相互作用(陸面過(guò)程）氣候系統(tǒng)各圈層相互作用的意義？2（2）冰-氣相互作用海冰大氣①海冰的高反照率減少海面吸收的太陽(yáng)輻射有海冰－－海水吸收太陽(yáng)輻射的30～50％

無(wú)海冰－－海水吸收太陽(yáng)輻射的85～95％②海冰是強(qiáng)的絕緣體限制了海氣界面的熱量、質(zhì)量、動(dòng)力和化學(xué)成分的交換。③海冰的生成、融化海水的鹽度海洋的垂直密度層結(jié) 海冰的生成－－－脫鹽－－－海水鹽度↑ 海冰的融化－－淡水通量－－海水鹽度↓

2023/4/153大氣海冰

①動(dòng)力作用：大氣風(fēng)應(yīng)力是海冰運(yùn)動(dòng)和海冰邊緣的第一驅(qū)動(dòng)力；

②大氣的風(fēng)、溫度、濕度冰氣界面的能量平衡海冰的維持、生長(zhǎng)和融化有重要作用；

2023/4/154陸-氣相互作用

這是氣候系統(tǒng)中最基本的相互作用之一，包括冰凍圈中的積雪、冰川、凍土及巖石圈和地表生物圈與大氣的相互作用；包括各種物質(zhì)、熱量、水汽輸送與轉(zhuǎn)換以及土地利用變化等。關(guān)鍵問(wèn)題為：陸氣之間的水與能量交換如何改變地球上的氣候與痕量氣體的排放和沉降？陸面大量的中小尺度過(guò)程如何一起影響大尺度天氣過(guò)程？人類引起的陸面覆蓋變化在陸氣界面過(guò)程以及整個(gè)氣候系統(tǒng)中的作用是什么？為人類提供食物與纖維的生態(tài)系統(tǒng)怎樣受到氣候變化與人類利用的影響？2023/4/155陸地下墊面湖泊冰川森林草地62023/4/156陸地下墊面沙漠河流濕地戈壁72023/4/157氣候變化引起區(qū)域水文生態(tài)過(guò)程的變化地表地下水文及陸地覆蓋變化引起氣候的改變氣候與植被、地表水、地下水有重要的相互作用土地沙化生態(tài)環(huán)境惡化

北方干旱南方洪澇高原冰川退化河道干枯地下水位下降植被減少82023/4/158

陸面過(guò)程（也稱為陸氣相互作用）：是指發(fā)生在陸地表面的熱力、動(dòng)力、水文以及生物物理、生物化學(xué)等一系列復(fù)雜過(guò)程，以及這些過(guò)程與大氣的相互作用。陸面過(guò)程的時(shí)間尺度：從秒到萬(wàn)年?？臻g尺度：從分子到全球。陸面過(guò)程涉及的的幾大過(guò)程：1.陸面物理過(guò)程

2.陸面生物化學(xué)過(guò)程

3.陸面生態(tài)過(guò)程9陸地－大氣相互作用2023/4/159陸面物理過(guò)程：主要是指發(fā)生在陸面和陸其界面的能量平衡、水分平衡和動(dòng)量交換過(guò)程。（1）熱力過(guò)程（能量平衡過(guò)程）：輻射過(guò)程、感熱潛熱交換過(guò)程（2）水文過(guò)程（水分平衡過(guò)程）：降水、蒸發(fā)，徑流、冰雪融化（3）動(dòng)量過(guò)程：地面和植被對(duì)風(fēng)的摩擦、阻擋作用（4）物質(zhì)交換過(guò)程：水汽、其他化學(xué)氣體和氣溶膠的向上輸送，大氣懸浮物的沉落。

輻射LWSWGLESH熱量動(dòng)量CO2等痕量氣體徑流rain水分102023/4/15102.陸面生物化學(xué)過(guò)程:是指與陸地植被或陸地生態(tài)系統(tǒng)中

的碳同化，氣孔傳導(dǎo)、蒸騰、光合作用以及碳、氮等化學(xué)

元素循環(huán)轉(zhuǎn)化有關(guān)的時(shí)間尺度較長(zhǎng)的過(guò)程。3.陸面生態(tài)過(guò)程:

是指月至年到年際時(shí)間尺度上陸地生態(tài)系統(tǒng)的演變及其與氣候之間的相互作用過(guò)程。包含了植被的生長(zhǎng)、演替以及各種擾動(dòng)（如火災(zāi)、蟲(chóng)災(zāi)、土地利用等）對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響，同時(shí)還考慮植被與土壤之間碳氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換過(guò)程。112023/4/1511

反照率地表反照率的變化是陸面異常的最重要的特性之一，反照率的變化通過(guò)影響地表能量平衡直接對(duì)大氣產(chǎn)生影響。土壤水分的異常植被的變化地表反照率的變化積雪覆蓋的異?！馛harneyetal(1975，1977)提出了沙漠化理論機(jī)制：地球生物—物理反饋機(jī)制：陸面狀況的變化→反照率的異常→影響地面輻射平衡→氣候變化

；

陸面過(guò)程對(duì)大氣的作用2023/4/1512

土壤濕度土壤是地表水循環(huán)的重要組成部分，土壤濕度的變化不僅對(duì)地表水循環(huán)產(chǎn)生影響，而且會(huì)改變地表的蒸發(fā)，從而直接影響地氣之間的水分交換和潛熱通量。2023/4/1513土壤溫度(地表熱狀況異常）土壤的熱容量遠(yuǎn)大于空氣，土壤的熱狀況及其變化將會(huì)對(duì)大氣的陸面下邊界起重要的作用。土壤溫度度的變化可以直接影響地氣之間的感熱通量。土壤溫度的變化還會(huì)影響地氣之間的輻射通量，從而對(duì)氣候變化起到反饋?zhàn)饔?。另外，土壤溫度或地表熱狀況的異?？梢愿淖兊乇淼钠渌匦?，近而產(chǎn)生間接的影響。2023/4/1514積雪積雪是氣候系統(tǒng)中的一個(gè)重要而活躍的組成部分，積雪的異常可以引起下墊面能量和水分的異常，改變地表與大氣之間的熱量和水汽交換，從而對(duì)氣候變化產(chǎn)生重要的影響。積雪異常的氣候效應(yīng)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:反照率效應(yīng):積雪的高反射率,引起地面吸收的太陽(yáng)輻射減少,產(chǎn)生凈的冷卻效應(yīng),改變地表的熱力狀況及地氣之間的熱量交換;積雪水分效應(yīng):積雪異常通過(guò)融雪對(duì)地表的水平衡產(chǎn)生影響,引起土壤水分及蒸發(fā)的異常,影響地氣系統(tǒng)之間的水汽、能量交換;

雪蓋異常引起的大氣異常的遙響應(yīng):雪蓋異常的局地效應(yīng),通過(guò)大氣對(duì)它的響應(yīng)以及大氣環(huán)流的調(diào)整,對(duì)更大范圍乃至對(duì)全球氣候產(chǎn)生影響.2023/4/1515

陸面為不同類型的植被所覆蓋，由于植被存在，使得陸面過(guò)程變得更加復(fù)雜。植被的生理及形態(tài)特性對(duì)陸面過(guò)程具有十分重要的影響。其影響主要表現(xiàn)為：（1）攔截作用（2）輻射的吸收（3）蒸散（4）土壤濕度（5）改變動(dòng)量輸送（6）生物通量

植被2023/4/1516生物對(duì)氣候的負(fù)反饋

17氣候與生物之間的正反饋?zhàn)饔脷夂蜃兣?冷大氣中CO2濃度升高/降低植被光合作用強(qiáng)/弱大陸植被增加/減少（CO2吸收增加/減少大氣中CO2濃度降低/升高氣候變冷/暖2023/4/1517陸面熱力過(guò)程：發(fā)生在大氣、植被和土壤表面的輻射過(guò)程（直接輻射、反射輻射和長(zhǎng)波輻射）、土壤、植被、大氣間的感熱和潛熱交換；地面以下土壤的熱傳導(dǎo)與氣隙中的熱輸送。陸面水文過(guò)程：大氣降水、蒸發(fā)和植物蒸騰、凝結(jié)、地表徑流以及冰雪融化和凍結(jié)；大氣降水、地面水的滲漏和深層水的上吸、植物根系的吸收、地下水流及土壤凍結(jié)和融化。陸面動(dòng)量交換：地面對(duì)風(fēng)的摩擦和植被的阻擋；陸面與大氣的物質(zhì)交換：氣體、氣溶膠、煙塵向上輸送和大氣懸垂物的沉落；陸面過(guò)程主要方面的總結(jié)182023/4/1518陸面過(guò)程在氣候系統(tǒng)中的作用決定了大氣動(dòng)力學(xué)控制方程發(fā)展的下邊界條件-預(yù)報(bào)源/匯項(xiàng)大氣控制方程中:動(dòng)量方程（決定風(fēng)速變化）中的摩擦力項(xiàng)能量方程（決定大氣溫度變化）中的感熱項(xiàng)水汽方程（決定大氣濕度變化）中的潛熱項(xiàng)等氣候系統(tǒng)對(duì)不同的陸地下墊面的敏感性地表反照率土壤濕度表面粗糙度土地利用/土地覆蓋變化在氣候模式及氣象預(yù)報(bào)中的地位（如森林、草原、沙漠）通過(guò)對(duì)風(fēng)速的影響影響大氣動(dòng)力過(guò)程如，城市化，沙漠化，伐林開(kāi)荒，農(nóng)田植被的變化地表反照率土壤濕度表面粗糙度土地利用/土地覆蓋變化19降水陸面的干、濕狀態(tài)、地表水循環(huán)；

大氣的風(fēng)、溫度、濕度地氣界面的能量平衡引起地表狀況的變化；大氣的溫度、降水植被的分布大氣對(duì)陸面過(guò)程的影響2023/4/1520氣候系統(tǒng)各圈層相互作用的意義2023/4/1521

在各圈層相互作用過(guò)程中，主要進(jìn)行水、碳以及熱量的交換與循環(huán)過(guò)程。氣候系統(tǒng)中最大的水源區(qū)在地幔中?；鹕奖l(fā)時(shí)，地幔中的水向外噴發(fā)。估計(jì)在地球生命中只有5%的水被釋放出來(lái)。水源質(zhì)量存留時(shí)間水源質(zhì)量存留時(shí)間大氣0.01幾天格陵蘭島冰川510000年淡水（湖泊、河流）0.6幾天到幾年南極冰川5310000年淡水（地下水）15上百年海洋2700高山冰川0.2上百年地殼和地幔200001011年氣候系統(tǒng)中單位面積上各種水源的質(zhì)量（103kgm-2）及留存時(shí)間2023/4/1522地氣系統(tǒng)的水分平衡（水循環(huán))(HydrologicalCycle）水循環(huán)的基本過(guò)程：蒸發(fā)、蒸騰（蒸散）降水（凝結(jié)）、地表徑流、水汽輸送：海洋洋流的循環(huán)輸送、徑流輸送、大氣中的水汽輸送地下水水循環(huán)過(guò)程的重要性：

大氣中的水循環(huán)過(guò)程

熱力過(guò)程密切相關(guān)2023/4/1523全球碳循環(huán)示意圖全球碳庫(kù)：大氣碳庫(kù)：750GtC陸地碳庫(kù)：1750GtC海洋碳庫(kù)：37400GtC巖石圈中的碳：65.5×1010GtCG=1000000000(1billion).2023/4/1524地球上的水因蒸發(fā)成為水汽，經(jīng)輸送、上升、冷卻、凝結(jié)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，再降落到地面。這種蒸發(fā)—凝結(jié)—降水—再蒸發(fā)不斷循環(huán)過(guò)程，稱為水循環(huán)。

水循環(huán)包括了多種的復(fù)雜過(guò)程，如蒸發(fā)、水汽輸送、冷凝、降水、植物截留、滯蓄、下滲、徑流等。其中最重要的基本現(xiàn)象是蒸發(fā)、降水、下滲、徑流。地球上的水分循環(huán)2023/4/1525水循環(huán)自然界的水在地理環(huán)境中通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。1、概念：2、類型海陸間循環(huán)（大循環(huán)）海上內(nèi)循環(huán)陸上內(nèi)循環(huán)262023/4/1526425385407111141全球水循環(huán)：年輸送量1000km32023/4/1527地下水含水層融雪徑流土壤水下滲湖泊冰雪海洋海洋蒸發(fā)蒸散發(fā)水面蒸發(fā)徑流降水降水水平對(duì)流凝結(jié)凝結(jié)升華全球水循環(huán)框架282023/4/1528111385全球水循環(huán)數(shù)量（單位：1000km3）292023/4/1529（1）促進(jìn)地球上各種水體的更新，維護(hù)全球水的動(dòng)態(tài)平衡；水循環(huán)意義聯(lián)系地球各大圈層:（2）促進(jìn)地球表層各圈層的物質(zhì)遷移和能量交換；（3）塑造地表形態(tài)。302023/4/1530地氣系統(tǒng)的熱量（能量）平衡（EnergyBalance)地球氣候系統(tǒng)是一個(gè)熱力系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)各種不同方式保持得到的熱量和失去的熱量之間的平衡關(guān)系。對(duì)地球表面、大氣和地-氣系統(tǒng)的熱量收支是氣候?qū)W研究的基本問(wèn)題。全球熱量（能量）平衡是氣候系統(tǒng)最基本的物理過(guò)程之一。主要通過(guò)大氣、云、地表之間的輻射傳輸?shù)却罅康姆答佭^(guò)程來(lái)維持。地氣系統(tǒng)能量（熱量）傳輸?shù)幕具^(guò)程：太陽(yáng)短波輻射長(zhǎng)波輻射感熱通量（湍流熱通量）潛熱通量熱量的水平、垂直輸送。2023/4/1531地氣系統(tǒng)的能量平衡（EnergyBalance）太陽(yáng)短波輻射長(zhǎng)波輻射地表能量平衡2023/4/1532能量平衡（EnergyBalance）大氣獲得能量主要通過(guò)4種方式：（1）潛熱（23％）（2）太陽(yáng)短波輻射（19％）（3）吸收下墊面放射的長(zhǎng)波輻射（15％）（4）感熱（7％）2023/4/1533洋流與熱量輸送（1）海洋與大氣的向極熱量輸送總量相當(dāng)；（2）低緯的熱量輸送，海洋多于大氣；中、高緯的熱量輸送，則大氣多于海洋。2023/4/1534碳循環(huán)1個(gè)體水平細(xì)胞水平食物鏈水平地質(zhì)大循環(huán)2023/4/1535碳的儲(chǔ)存庫(kù)碳循環(huán)大氣圈：儲(chǔ)量最小，二氧化碳等巖石圈：儲(chǔ)量最大，碳酸鹽巖等水圈：儲(chǔ)量中等生物圈：2000年的估計(jì)數(shù)據(jù),全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量約24770億t,其中植被4660億t,土壤20110億t。森林為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳儲(chǔ)庫(kù),森林植被的碳儲(chǔ)量約占全球植被的77%,森林土壤的碳儲(chǔ)量約占全球土壤的39%

。2023/4/1536

碳循環(huán)過(guò)程由圖表示。碳儲(chǔ)存在大氣、海洋、生物圈與地殼中。它們之間發(fā)生著明顯而復(fù)雜的交換（通量），最后調(diào)劑和決定著大氣中碳的濃度。即兩種溫室氣體的濃度：CO2和CH4。2023/4/1537人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響碳循環(huán)工業(yè)革命以前,大氣中的CO2

濃度平均值約為280×10-6

ppm,變化幅度大約在10×10-