第三講海氣相互作用

第三講海氣相互作用2023/4/151第1頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大氣與海洋之間由于強(qiáng)烈的能量和物質(zhì)交換而存在著密切的關(guān)系陸地——水文學(xué)家和氣象學(xué)家可獨(dú)立進(jìn)行工作海洋——物理海洋學(xué)家和氣象學(xué)家都面臨著海氣相互作用的科學(xué)問(wèn)題，需要研究對(duì)方的問(wèn)題，合作研究第2頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、能量供給的來(lái)源和轉(zhuǎn)換海氣相互作用主要由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)46億年、恒星，成分主要是氫（占74％），其次是氦（占25％），其他元素如氧、氮、碳、硅、鐵、鎂、鈣等的質(zhì)量加起來(lái)占1％正在發(fā)生由氫轉(zhuǎn)化為氦的熱核反應(yīng)，使其核心部分的溫度高達(dá)1.5×106K，向太空輻射的能量功率高達(dá)3.8×1026w我國(guó)最大的水電站三峽電站的裝機(jī)容量為1010w量級(jí)太陽(yáng)可按照現(xiàn)在的狀況再持續(xù)約40億年

第3頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一地球接收的太陽(yáng)熱能——以地球的投影面計(jì)，接收的太陽(yáng)能為1360w/m2以地球表面平均計(jì)，則為340w/m2地球內(nèi)部的溫度很高，但地球內(nèi)部傳到地球表層的能量只有0.1w/m2（與太陽(yáng)能相比微不足道）第4頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一既然地球表面接受了如此巨大的太陽(yáng)能，這里就似乎應(yīng)該溫度不斷升高才對(duì)，而實(shí)際情況是無(wú)論陸地還是海洋，其表面溫度的平均值很多年只有很小的變化（每100年0.5K量級(jí)），是什么因素造成了這一現(xiàn)象？第5頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)一塊區(qū)域上的熱平衡方程以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析來(lái)加以說(shuō)明在一塊水平區(qū)域上，熱能的凈通量QT可表示為：QS為太陽(yáng)輻射通量，α為表面反照率QN為長(zhǎng)波輻射或行星輻射所造成的損失QE為蒸發(fā)潛熱造成的損失QH是紊動(dòng)擴(kuò)散造成的損失第6頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在海洋的低緯地區(qū)（表3-1），海水吸收熱量；而在中高緯地區(qū)海水則有熱能的支出。此外，與太陽(yáng)能到達(dá)地球表面的平均值340w/m2相比，凈能量收支值相對(duì)較小，在最大值的10°S～10°N范圍也只占10％左右表3-1海洋表面的年平均熱收支（w/m2）觀測(cè)值緯度帶QR*QEQHQT50～70°N354821-3430～50°N909318-2110～30°S～10°10°S1431378-250～30°S939011-8*QR=QS(1-α)-QN第7頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由于太陽(yáng)能在不同緯度地帶上的通量不同，因此在不同的海區(qū)海水的溫度不同另一方面，海水的密度是溫度和鹽度的函數(shù)，在大洋中鹽度的數(shù)值雖然大致相同，但水溫有較大的差異低緯地區(qū)水溫上升，體積增大，其水位也相應(yīng)上升，這樣在同層位的水體，低緯地區(qū)的壓力高于中高緯地區(qū)，從而形成壓力的水平梯度，這將造成水體的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方向是從低緯指向中高緯地區(qū)洋流的產(chǎn)生——太陽(yáng)能的輸入第8頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第9頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱帶太平洋由于水溫上升而導(dǎo)致水位上升，因而形成了向南向北運(yùn)動(dòng)的水體，黑潮就是其組成部分，其流速達(dá)到了1m/s的量級(jí)，總的流量達(dá)到了108m3/s量級(jí)（長(zhǎng)江流量為104m3/s量級(jí)）這樣一條巨大的“河流”將低緯區(qū)的暖水源源不斷地輸往中高緯地區(qū)，從而極大地影響了所流經(jīng)地區(qū)的水溫變化黑潮（Kuroshio）第10頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Kuroshio第11頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一洋流還與大氣運(yùn)動(dòng)有關(guān)，海面水體的不均勻升溫在大氣中也存在，低緯區(qū)的大氣壓力由于升溫而增大，溫度和壓力還由于來(lái)自海面的蒸發(fā)等因素而進(jìn)一步加劇因此，在熱帶地區(qū)氣流上升，高緯度地區(qū)氣流下降，形成地球行星風(fēng)系，風(fēng)作用于海面，伴隨著空氣動(dòng)能向海面之下的水體輸送。海面上空氣運(yùn)動(dòng)形成邊界層，而大氣－海面界面上的切應(yīng)力就代表了風(fēng)的動(dòng)能向水體的轉(zhuǎn)換，這一能量轉(zhuǎn)換使海水產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，稱為“風(fēng)成海流”第12頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一海洋蒸發(fā)的水汽與大氣運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，還能將水汽輸送到遠(yuǎn)離低緯地區(qū)的地區(qū)并形成降水，這個(gè)過(guò)程也造成大規(guī)模的熱能輸送，在臺(tái)風(fēng)等熱帶風(fēng)暴系統(tǒng)中這種效應(yīng)尤其明顯在平常天氣下，季風(fēng)的季節(jié)性轉(zhuǎn)換也使熱能的輸送產(chǎn)生季節(jié)性變化，總體趨勢(shì)是自低緯向高緯輸送第13頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在較大的時(shí)間尺度上，海洋中的生物作用也幫助了一部分太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)移，盡管在較小時(shí)間尺度其重要性遠(yuǎn)不及洋流和天氣系統(tǒng)生物作用將太陽(yáng)能與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相結(jié)合，經(jīng)過(guò)光合作用形成初級(jí)生產(chǎn)力，進(jìn)而使能量在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生轉(zhuǎn)移當(dāng)生物死亡時(shí)，其生物體的一部分沉降到海底，最終形成石油、天然氣等化石燃料據(jù)估算，目前所有已探明的地球上化石燃料的熱能相當(dāng)于10天內(nèi)地球表面所接受的太陽(yáng)能第14頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一通過(guò)大氣降水和海面蒸發(fā)作用，水體交換的強(qiáng)度是很可觀的，海面上的垂向水通量W可用下式計(jì)算：式中，P為降水量，E為蒸發(fā)量，均用mm/yr的單位來(lái)表示，其含義為單位面積上降落或蒸發(fā)的水量在常溫常壓下的厚度2、大氣－海水界面上的物質(zhì)交換第15頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同海區(qū)的降水量有很大區(qū)別，降水量最大的海區(qū)，如印度尼西亞附近，降水量可超過(guò)3000mm/yr，而在熱帶太平洋東部這樣的地方，降水量可在100mm/yr以下蒸發(fā)量與降水量的分布不同，它是垂向溫度梯度和風(fēng)速的函數(shù)。在熱帶信風(fēng)帶蒸發(fā)量普遍達(dá)到1500-2000mm/yr，在中緯度地區(qū)，北太平洋和北大西洋的西部蒸發(fā)量亦可達(dá)2500mm/yr就海洋整體而言，蒸發(fā)量大于降水量第16頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大氣中含有一定量的CO2，因此大氣壓力中有一部分是來(lái)自CO2，稱為二氧化碳分壓在海水中，其溶解的氣體中有部分是CO2，而且海水能夠溶解的CO2受到所謂“常態(tài)大氣均衡濃度”條件的控制，這可以表達(dá)為Henry定律，即均衡狀態(tài)下的海水CO2濃度為：

式中PA為溶解氣體的分壓（對(duì)CO2而言，為348ppm），KH為系數(shù)，它與溫度、鹽度有關(guān)，在溫度為20℃和鹽度值為35時(shí)，KH＝0.065，總體上隨溫度、鹽度和靜水壓力的升高而降低

第17頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一當(dāng)水體中溶解的CO2產(chǎn)生或失去很快時(shí)，海水不能即刻達(dá)到新的均衡態(tài)，因此，海水的CO2含量可能會(huì)處于未飽和態(tài)、飽和態(tài)或過(guò)飽和態(tài)當(dāng)處于未飽和態(tài)時(shí)，大氣當(dāng)中的CO2就會(huì)向海水中輸移，例如當(dāng)浮游植物快速生長(zhǎng)時(shí)會(huì)消耗掉水中的CO2，而且進(jìn)一步消耗進(jìn)入海水的CO2，這種由于海洋浮游植物生長(zhǎng)而導(dǎo)致的大氣CO2向海洋的轉(zhuǎn)移稱為海洋的生物泵現(xiàn)象當(dāng)處于過(guò)飽和時(shí)，海水中的CO2就會(huì)向大氣釋放，例如當(dāng)死亡的生物體被細(xì)菌所分解時(shí)此外，不同溫度、鹽度的海水發(fā)生混合時(shí)會(huì)產(chǎn)生密度升高現(xiàn)象，與此相似的是，溶解氣體飽和程度的變化也可以由于水團(tuán)混合而造成第18頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一隨大氣運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)還有粉塵——大氣降塵粉塵來(lái)源于干源區(qū)或火山噴發(fā)，是被風(fēng)力作用而被懸浮到大氣層中的粒徑很小的沉積物顆粒。我國(guó)北方經(jīng)常發(fā)生的沙塵暴就是這種過(guò)程的結(jié)果粉塵在大氣中可以被輸運(yùn)幾千公里的距離，最終降落在海洋里，與河流從陸地上攜帶入海的沉積物總量相比，大氣降塵所造成的堆積量是很小的，但在分布范圍上有很大的不同河流入海的物質(zhì)大多堆積在大陸架或其他靠近陸地的海區(qū)，而大氣降塵則可能分布在整個(gè)大洋的范圍第19頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大氣降塵中含有一部分鹽類物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此在大規(guī)模的沙塵暴事件之后可能在大氣降塵發(fā)生的海區(qū)生產(chǎn)力得以提高，例如北太平洋地區(qū)的漁業(yè)就與沙塵暴有關(guān)（北美鮭魚(yú)）這部分鹽類的輸入對(duì)于海洋的鹽度影響不大（海洋每年要接納3×1012kg鹽類物質(zhì)，其中大部分來(lái)自河流，大氣降塵的貢獻(xiàn)很小）第20頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在海洋的表層，由于水體收支的不同，鹽度值可以偏離整個(gè)大洋的平均值，降水量大于蒸發(fā)量的海區(qū)，表層鹽度可降低，而蒸發(fā)量大于降水量的地方鹽度可以升高在近岸區(qū)域，特別是河口附近，鹽度由于入海淡水的加入而降低，發(fā)生鹽度變化的水體因與周邊水體的密度不同，可能引發(fā)水體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)第21頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一綜上所述，大氣－海水界面是一個(gè)物質(zhì)交換活躍的地方對(duì)于海洋的水動(dòng)力環(huán)境而言，只有水的交換才發(fā)生了重大影響，如海洋向大氣的水汽和熱量輸送造成了種種天氣現(xiàn)象。而天氣狀況又反過(guò)來(lái)影響海洋，同時(shí)水體交換引起海洋水體鹽度的變化，也能影響水體運(yùn)動(dòng)其他物質(zhì)的交換，在短時(shí)間尺度上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有較大影響，但對(duì)水體運(yùn)動(dòng)沒(méi)有直接的影響第22頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、海氣相互作用的效應(yīng)當(dāng)信風(fēng)從亞熱帶區(qū)域的陸地吹向赤道海域時(shí)，氣團(tuán)將發(fā)生變性，原先干而熱的氣團(tuán)在海面上被降溫，水汽含量增加（由于海面蒸發(fā)）這個(gè)過(guò)程先是發(fā)生在靠近海面的幾百米范圍之內(nèi)，然后逐漸擴(kuò)大，最后厚層的氣團(tuán)全部變性為冷濕的海洋氣團(tuán)隨著這個(gè)氣團(tuán)向赤道逼近，熱量通量的方向轉(zhuǎn)化為從海面向上，并且伴隨更大強(qiáng)度的蒸發(fā)，氣團(tuán)進(jìn)一步變性，且其厚度可達(dá)2-3km第23頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在其他海區(qū)，氣團(tuán)的變性也是常見(jiàn)的過(guò)程例如在中緯地區(qū)，亞洲北部?jī)?nèi)陸的冬季，干冷空氣周期性地向北太平洋運(yùn)動(dòng)，形成寒潮，當(dāng)寒潮掠過(guò)中國(guó)東海和黑潮海區(qū)時(shí)，氣團(tuán)的溫度最初為0～20℃，水汽含量小于1g/kg，之后開(kāi)始升溫，并且提高吸收來(lái)自海面的水汽的能力，僅僅經(jīng)過(guò)300km的水平運(yùn)動(dòng)，變性氣團(tuán)的厚度就可達(dá)1～2km，當(dāng)?shù)竭_(dá)黑潮海區(qū)時(shí)，變性氣團(tuán)已吸收了大量熱能和水汽，具備了產(chǎn)生陣雨和氣旋的條件第24頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一海洋表層的水溫對(duì)于大氣系統(tǒng)的影響——熱帶氣旋的形成在我國(guó)沿海，夏秋季節(jié)常有臺(tái)風(fēng)侵襲，而臺(tái)風(fēng)就是從熱帶海域生成的氣旋演化而來(lái)的熱帶氣旋只能在海面水溫超過(guò)26℃的地方形成，那里海面蒸發(fā)強(qiáng)度高，大氣接受的蒸發(fā)潛能加劇了大氣環(huán)流，這又反過(guò)來(lái)加劇海面蒸發(fā)。這種正反饋過(guò)程可以指數(shù)式的速度進(jìn)行，直至熱帶氣旋生成，其能量的耗散主要靠海面摩擦力，當(dāng)氣旋登陸后，地面的摩擦阻力可使能量迅速地耗散第25頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

蓮花+燦鴻+浪卡（2015.07.09）?

超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)尼伯特（Nepartak）——7月10日?

熱帶風(fēng)暴盧碧（Lupit）?

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴銀河（Mirinae）?

臺(tái)風(fēng)妮妲（Nida）——8月2日?

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴奧麥斯（Omais）?

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴康森（Conson）?

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴燦都（Chanthu）?

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴電母（Dianmu）?

臺(tái)風(fēng)蒲公英（Mindule）?

超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)獅子山（Lionrock）?

熱帶風(fēng)暴圓規(guī)（Kompasu）?

強(qiáng)臺(tái)風(fēng)南川（Namtheun）?

熱帶風(fēng)暴瑪瑙（Malou）?

超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)莫蘭蒂（Meranti）——9月17日?

熱帶風(fēng)暴雷伊（Rai）?

強(qiáng)臺(tái)風(fēng)馬勒卡（Malakas）?

超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)鲇魚(yú)(Megi)——9月29日?

超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)暹芭（Chaba）?

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴艾利（Aere）?

熱帶風(fēng)暴桑達(dá)（Songda）?

熱帶風(fēng)暴莎莉嘉（Sarika）?

熱帶風(fēng)暴海馬(Haima)————2016年臺(tái)風(fēng)編號(hào)及命名26第26頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10年來(lái)最猛烈大西洋颶風(fēng)“馬修”27第27頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一海洋在大氣環(huán)流的季節(jié)變化中起重要作用。因此，天氣異常現(xiàn)象往往是海洋狀況異常引起的海水的熱容量比大氣大得多，如果沒(méi)有海洋，則大氣中的任何異常都會(huì)迅速過(guò)去，難以形成顯著的事件（如異常寒冷或暖和的冬季）海水的高熱容量使海洋的異常事件有較長(zhǎng)時(shí)間的“記憶”，通過(guò)影響大氣環(huán)流而形成較長(zhǎng)時(shí)間的季節(jié)性異常天氣。大洋表層稱為“混合層”的50～200m之內(nèi)貯存的熱能足以給季節(jié)尺度的氣候事件提供能量因此，如果要預(yù)報(bào)未來(lái)幾個(gè)月的天氣，則必須要了解海氣相互作用的特征，僅僅依靠氣象觀測(cè)資料的分析和模擬（即短時(shí)間天氣預(yù)報(bào)）方法是不夠的第28頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在更大的時(shí)間尺度上，海洋－大氣系統(tǒng)的行為也是聯(lián)系在一起的，年際的波動(dòng)可以厄爾尼諾和南方濤動(dòng)為代表，在百年至千年的尺度上，海氣相互作用也可以導(dǎo)致氣候變化季節(jié)性的異?；蜃儺愂怯捎诤Ｑ蠡旌蠈觾?nèi)的能量轉(zhuǎn)換和循環(huán)事件造成的，而長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候變化則與深層海洋環(huán)流有關(guān)第29頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在海洋表層混合層與下伏水層之間的界面稱為溫躍層，溫躍層內(nèi)的水體運(yùn)動(dòng)的周期與所處的深度有關(guān)例如，溫躍層位于500m深度，則其周期約為18年；一般而言，溫躍層環(huán)流周期的時(shí)間尺度為100～101年量級(jí)，因此，一些年代際的氣候變化與溫躍層環(huán)流是有關(guān)聯(lián)的第30頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一溫躍層以下的深海水體運(yùn)動(dòng)是海洋環(huán)流體系中時(shí)間尺度最大的環(huán)流，它是由海水的密度差異而驅(qū)動(dòng)的，在相互連通的世界大洋中，這種流動(dòng)使不同洋盆的海水得以相互交換，從而保持海水物質(zhì)組成一致性從低緯到高緯海區(qū)，水體的密度呈現(xiàn)系統(tǒng)性的變化，低緯海區(qū)表層水體的密度較低，而高緯海區(qū)的密度較高，從而在高緯地區(qū)海水呈下沉運(yùn)動(dòng)，密度最大的海水有向最深處運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（由于靜水壓力的作用），在深海由連續(xù)方程可知垂向的運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致水平運(yùn)動(dòng)，這就是深層大洋環(huán)流的形成機(jī)制第31頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一深層環(huán)流的規(guī)模可達(dá)到較大，如北大西洋深層水的流量可達(dá)20Sv（1Sv=106m3/s），按照這個(gè)流量估算，整個(gè)大洋的深層環(huán)流的時(shí)間尺度為1585年也就是說(shuō)，如果北大西洋深層水具有時(shí)間上的變化，則這種變化可能在千年尺度上對(duì)深層環(huán)流所到之處產(chǎn)生影響，造成氣候變化由此可見(jiàn)，海洋深層環(huán)流引起的氣候影響的時(shí)間尺度是與洋盆大小、環(huán)流強(qiáng)度乃至海陸分布形成有關(guān)的第32頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一厄爾尼諾——ElNino，西班牙語(yǔ)“圣嬰”南方濤動(dòng)——SouthOscillation拉尼娜——LaNia，西班牙語(yǔ)“圣女、小女孩”厄爾尼諾與南方濤動(dòng)是海－氣相互作用的年際變化的產(chǎn)物，是一個(gè)海氣相互作用的典型事例，對(duì)于太平洋地區(qū)的氣候和海洋資源有著重要影響。因此，需要對(duì)它的形成過(guò)程和機(jī)制作一些較為深入的探討過(guò)程（Process）：就是在一個(gè)系統(tǒng)里在某種動(dòng)力作用下發(fā)生的反應(yīng)機(jī)制（Mechanism）：是指若干種過(guò)程的不同組合方式所產(chǎn)生的效應(yīng)4、厄爾尼諾與南方濤動(dòng)（ENSO）第33頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一經(jīng)典的厄爾尼諾事件——一些年份的冬季（12月至1月）發(fā)生在厄瓜多爾和秘魯海岸的事件，其范圍在太平洋東岸20°N～20°S之間的海岸水域事件發(fā)生時(shí)，水溫增高2～8℃，伴隨著大雨，而且當(dāng)?shù)氐臐O業(yè)生產(chǎn)受損（鳀魚(yú)是主要的經(jīng)濟(jì)魚(yú)類，厄爾尼諾發(fā)生時(shí)產(chǎn)量銳減）這種現(xiàn)象每2～7年發(fā)生一次，每次持續(xù)幾個(gè)月第34頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Anchoa——Spanish，鳀魚(yú)第35頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在正常情況下存在著兩條輻聚帶一是熱帶輻聚帶（ITCZ），位于太平洋北半球的5～10°N范圍，從印度尼西亞向東延伸至中美洲；二是南太平洋輻聚帶（SPCZ），從澳大利亞北部向東南延伸至南太平洋中部區(qū)域第36頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在海面形成氣流的輻聚必然伴隨著熱帶大氣層上部的輻散，由于大氣在兩個(gè)輻聚帶發(fā)生降水，且上部輻散處大氣的溫度和壓力均降低了，因此向外輻散的氣流水汽含量低，這股向外的氣流向東南太平洋移動(dòng)，與海面的氣流構(gòu)成統(tǒng)一的環(huán)流（南北向分量－Hadley環(huán)流，東西分量－Walker環(huán)流）當(dāng)氣流在南東太平洋下沉?xí)r，由于大氣的絕熱升溫，空氣干燥，難以形成降水，故在ITCZ和SPCZ兩個(gè)輻聚帶之間形成了一塊“無(wú)雨地帶”同時(shí)，由于季風(fēng)將海水向赤道輸送，并且造成中美洲赤道附近海岸的上升流，因此在熱帶太平洋東部形成了一個(gè)冷水舌，南方濤動(dòng)指數(shù)相應(yīng)地出現(xiàn)高值

非厄爾尼諾年——第37頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一NormalandElNinoconditionsoverthePacificOcean第38頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Convectioncellcirculationonanon-rotatinguniformearth第39頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Hadleycells第40頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第41頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第42頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在南太平洋的低緯地帶有兩個(gè)代表性的近地面氣壓觀測(cè)地點(diǎn)，一個(gè)是西太平洋的達(dá)爾文港（澳大利亞北部，12°30’S，130°10’E），另一個(gè)是東太平洋的塔西提島（17°50’S，149°40’W，法屬波利尼西亞群島最大的島）在非厄爾尼諾年，塔西提島的氣壓高于達(dá)爾文港，這個(gè)地區(qū)以東南風(fēng)（風(fēng)向、流向）為特征厄爾尼諾發(fā)生時(shí)，氣壓梯度值發(fā)生變化，達(dá)爾文港氣壓升高，塔西提島氣壓降低，使東南季風(fēng)減弱南方濤動(dòng)——與厄爾尼諾相伴第43頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第44頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一通常將達(dá)爾文港和塔西提島兩地之間的海面氣壓差定義為“南方濤動(dòng)指數(shù)”SOI：式中，SOI為南方濤動(dòng)指數(shù)，PD為達(dá)爾文港的海面氣壓，PT為塔西提島的海面氣壓。

當(dāng)SOI處于正值時(shí)，塔西提島的氣壓高于其多年平均值，而達(dá)爾文港的氣壓則低于平均值；當(dāng)SOI為負(fù)值時(shí)，前者的氣壓低于平均值，而后者高于平均值。這兩地的氣壓值就像“蹺蹺板”一樣，一頭高，另一頭就低，因而稱為“濤動(dòng)”

第45頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一厄爾尼諾是海洋現(xiàn)象，而南方濤動(dòng)是大氣現(xiàn)象，兩者之間的相關(guān)性表明它們有著形成機(jī)制上的關(guān)聯(lián)性。研究結(jié)果表明，南方濤動(dòng)指數(shù)的變化伴隨著熱帶輻聚帶的變化厄爾尼諾發(fā)生時(shí)——太平洋東部的冷水舌被來(lái)自太平洋中部和赤道以南的暖水所取代，ITCZ向南遷移，靠近赤道，而SPCZ向東遷移；在印度尼西亞和澳大利亞北部降水較平常偏少，甚至出現(xiàn)干旱，而太平洋中、東部的無(wú)雨地帶此時(shí)卻出現(xiàn)大雨，南方濤動(dòng)指數(shù)出現(xiàn)負(fù)值第46頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一除熱帶太平洋區(qū)域外，厄爾尼諾有著更大范圍的影響，通過(guò)改變大氣環(huán)流的格局，厄爾尼諾可改變亞洲和非洲地區(qū)季風(fēng)的影響狀態(tài)，如降水量的變異此外，熱帶太平洋東部的異常海水升溫可以影響北太平洋中緯地區(qū)的大氣環(huán)流格局，使北美的冬季變得較為溫暖第47頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ElNinoLaNia第48頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一種——拉尼娜（即非厄爾尼諾的極端狀況）形成的機(jī)制熱帶太平洋海面在東向風(fēng)的作用下，形成自東向西的洋流，這是行星風(fēng)系形成后的一個(gè)必然效應(yīng)洋流使赤道太平洋東岸的水體發(fā)生虧損，于是沿岸地區(qū)就發(fā)生了海水的涌升，上升流帶來(lái)了低溫的深層海水，使海面水溫下降，進(jìn)而使近海面大氣溫度下降，加大了表層氣壓在增大的表層氣壓情況，本區(qū)域的東西氣壓差進(jìn)一步增大，即南方濤動(dòng)指數(shù)增大，從而使東向風(fēng)得到進(jìn)一步增強(qiáng)，經(jīng)過(guò)若干個(gè)正反饋周期后，南方濤動(dòng)指數(shù)將逐漸增加到極值

兩種正反饋機(jī)制——解釋厄爾尼諾和它的對(duì)立面拉尼娜第49頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一任何正反饋過(guò)程都不可能永遠(yuǎn)的持續(xù)下去，因?yàn)樵谶@個(gè)系統(tǒng)中能量的供給不是無(wú)限的在上述正反饋中，伴隨著熱帶太平洋西部區(qū)域水位