自然地理学课件：第三章气候第三节气候系统.ppt

1、一、风级名称陆地状况海面状况0级Calm无风轻烟垂直上升。海面平静如镜。1级Light Air软风轻烟徐徐飘扬。鳞片状柔和波纹，无白沫。2级Light Breeze轻风脸部始觉有风，树叶微动。玻璃状之浪峰而不破碎。3级Gentle Breeze微风树叶摆动，旗帜开始飘扬。浪峰较大，开始破碎，间中有白头浪。4级ModerateBreeze和风小树枝摆动，碎纸飘扬。有小浪，并开始拖长，白头浪较频密。5级Fresh Breeze清风小树开始摆动。有中浪，并显著拖长，更多白头浪，间中有浪花。6级Strong Breeze强风全树摆动，逆风而行受阻。海浪堆栈，白沫吹成条纹。7级Near Gale疾风全树

2、摆动，逆风而行受阻。海浪堆栈，白沫吹成条纹。8级Gale大风小树枝折断，逆风而行举步维艰。中高浪，海浪更长，条纹更觉显著9级Strong Gale烈风大树枝折断，建筑物轻微损毁。高浪汹涌，条纹浓厚，视野开始受阻。浦浦 福福 氏氏 风风 级级 表表风级名称陆地状况海面状况10级Storm狂风狂风把树木连根拔起，建筑物受明显破坏。海面白茫茫，非常大浪，波涛互相冲击，视野受阻。11级Violent Storm暴风广泛破坏。有巨浪，白沫遍布海面，波涛澎湃，视野明显受阻。12级Hurricane飓风大树剧烈摇晃，极度破坏。陆上甚少见此情况。有如排山倒海之极巨浪，浪花四射，视野严重受阻。13级最严重及广泛

3、破坏。陆上极罕见这些情况。有如排山倒海之极巨浪，浪花四射，视野严重受阻。14级最严重及广泛破坏。陆上极罕见这些情况。有如排山倒海之极巨浪，浪花四射，视野严重受阻。15级最严重及广泛破坏。陆上极罕见这些情况。有如排山倒海之极巨浪，浪花四射，视野严重受阻。16级最严重及广泛破坏。陆上极罕见这些情况。有如排山倒海之极巨浪，浪花四射，视野严重受阻。17级最严重及广泛破坏。陆上极罕见这些情况。有如排山倒海之极巨浪，浪花四射，视野严重受阻。气压梯度大气压梯度大气压梯度小气压梯度小np sinvm2A rVC2 。北半球风从冷区流向暖区，则。北半球风从冷区流向暖区，则热成风偏左。从暖区流向冷区，则热成风偏右

4、。（热成热成风偏左。从暖区流向冷区，则热成风偏右。（热成风明显说明两地温差大，因此锋面高空热成风明显）风明显说明两地温差大，因此锋面高空热成风明显）摩擦风中的风向，在北半球，背摩擦风而立，高压在右后，低压在左前。摩擦风中的风向，在北半球，背摩擦风而立，高压在右后，低压在左前。北半球埃克曼北半球埃克曼 风速螺旋曲线风速螺旋曲线ChapterI全球环流全球环流季风环流季风环流局地环流局地环流20大气环流大气环流21Atmospheric Circulation:。气压带、风带气压带、风带三圈环流三圈环流高空西风带波动与急流高空西风带波动与急流一、全球环流一、全球环流三圈环流三圈环流哈德雷环流24在

5、18世纪，航海已相当发达，根据多年航海的经验，人们已知道在赤道的北侧存在东北信风，赤道的南侧存在东南信风。1875年，英国气候学家Hadely根据地面观测到的热带信风推测，由于热带地区较热，空气上升，在大气高层向两极流去，在极地变冷下沉，在地面向赤道流去，构成一个闭合的单圈环流。单圈环流假想 (G. Hadley, 1735)25单圈环流是哈德雷根据热力作用的结果提出来的，并没有考虑地球的自转作用。如果没有地球自转，大气在经圈方向的环流并是单圈的。但由于地球自转，经圈环流并不是单圈的。三圈环流26由于地球的自转，当大气自赤道流向高纬度时，科氏力的作用使得气流逐渐偏向东，再加上辐射形成的南北温度

6、梯度的限制，哈德雷环流只能在大约南北纬30度的地方下沉。在20世纪20年代人们提出了旋转地球上三圈环流的理论模型:1. 哈德雷环流（低纬度）2. 费雷尔环流（中纬度）3. 极地环流费雷尔环流27 低层由副热带高压带向高纬流去的气流在地转偏力的作用下，在北半球偏成西南风，在南半球偏成西北风。这种从低纬流来的暖气流与从极地高压流出的冷气流在纬度60附近相遇，并在冷空气上滑升，到高空后有一部分气流以带有北风分量（北半球）和南风分量（南半球）的偏西风流回副热带高压。平均来说，锋面和气旋的多发区是在大约南北纬60度的地方，在那里由于锋面的作用，南边来的暖气团平均来说呈上升运动。所以，费雷尔环流是动力驱动

7、的。极地环流28和哈德雷环流一样，极区环流在较暖的地方上升，在较冷的地方下沉，也是由于热力驱动的环流。分布于高纬度约分布于高纬度约 60 与极地之间地带。地面由极地高与极地之间地带。地面由极地高压带吹向副极地低压带（东风），高空由副极地低压压带吹向副极地低压带（东风），高空由副极地低压带返回（西风）。带返回（西风）。经圈环流造成的气压带、风带、雨带随纬度的带状分布经圈环流造成的气压带、风带、雨带随纬度的带状分布29气压带气压带不同纬度的雨带分布不同纬度的雨带分布31热带辐合带(Inter-tropical convergence zone, ITCZ)32热带东北信风和东南信风在赤道附近地区形

8、成的辅合热带东北信风和东南信风在赤道附近地区形成的辅合区。上图可以清楚地看出在赤道地区有一个辅合带。区。上图可以清楚地看出在赤道地区有一个辅合带。高空西风带的波动与急流高空长波槽前对应地面气旋或气旋族。长波稳定时天气比较稳定，当长波调整时，天气过程将发生剧烈变化。急流是西风带中的最大的风速区。全球大气环流的重要环节，与天气系统的发生、发急流是西风带中的最大的风速区。全球大气环流的重要环节，与天气系统的发生、发展有着密切关系。急流下方即是锋区。展有着密切关系。急流下方即是锋区。北半球冬夏近地面风场36在北半球，我们通常用12-2月份的平均代表冬季、6-8月份的平均代表夏季。右图所示的是近地面风的

9、分布，箭头代表气流的方向。无论是冬季或夏季，中高纬度一般吹西风，热带吹东风。为什么？二、季风环流二、季风环流世界季风区世界季风区亚洲季风区亚洲季风区 非洲季风区非洲季风区 澳洲季风区澳洲季风区 亚洲亚洲夏季风夏季风 冬冬季季风风东亚季风与南亚季风东亚季风与南亚季风东亚季风东亚季风南亚季风南亚季风分布区分布区东亚东亚青藏高原以南（南亚、青藏高原以南（南亚、我国西南部分地区）我国西南部分地区）成因成因巨大的海陆热力差异巨大的海陆热力差异行星风系季节移动行星风系季节移动盛盛行行风风夏季夏季 东南风（海洋东南风（海洋陆地）陆地）西南风（海洋西南风（海洋陆地）陆地）气压气压变化变化亚洲低压切断副高，亚洲

10、低压切断副高，使其只保留在海上使其只保留在海上东南信风越过东南信风越过赤道转为西南风赤道转为西南风冬季冬季 西北风（陆地西北风（陆地海洋）海洋）东北风（陆地东北风（陆地海洋）海洋）气压气压变化变化亚洲高压切断副极地低亚洲高压切断副极地低压，使其只保留在海上压，使其只保留在海上东北信风东北信风三、三、局地环流局地环流海陆风与山谷风海陆风与山谷风谷风谷风地形雨与焚风地形雨与焚风 大气中引起天气变化的各种尺度的运动系统，称天气系统。一般多指温压场和风场中的大气长波、气旋、反气旋、锋面、台风、龙卷风等。根据水平尺度和生命史，天气系统可分为：三、主要的天气系统三、主要天气系统三、主要天气系统（一）气团和

11、锋（一）气团和锋1、气团的分类、气团的分类2、锋及其分类、锋及其分类锋面云锋面云锋的分类锋的分类3、锋面天气、锋面天气冷锋天气冷锋天气锋的符号冷锋冷锋暖锋冷锋与暖锋天气冷锋与暖锋天气 梅雨锋梅雨锋梅雨卫星云图锢锢囚囚锋锋天天气气（二）气旋和反气旋（二）气旋和反气旋1月气压中心7月气压中心气旋与反气旋气旋与反气旋1、锋面气旋（温带气旋）、锋面气旋（温带气旋）锋面气旋锋锋面面气气旋旋的的形形成成与与消消亡亡北半球冬季的气旋、锋面系统北半球冬季的气旋、锋面系统2、热带气旋、热带气旋热带气旋按中心附近地面最大风速划分热带气旋按中心附近地面最大风速划分台风的形成台风的形成台风形成的基本条件台风形成的基本

12、条件台台风风的的流流场场台风的特征台风的特征台风的结构与天气台风的结构与天气台风的移动路径台风的移动路径西移路径西移路径西北移路径西北移路径转向转向路径路径台风的命名台风的命名3、反气旋、反气旋台风形成过程台风形成过程第四节第四节 气候的形成与分类气候的形成与分类 一、气候和气候系统一、气候和气候系统（一）气候的概念（一）气候的概念气候气候1气候气候2气候气候3气候气候4气候气候5气候气候7气候气候8（二）气候系统（二）气候系统一般来说，完整的气候系统由五个部分组成。一般来说，完整的气候系统由五个部分组成。1.大气圈大气圈: 是气候系统的主体，也是系统最易是气候系统的主体，也是系统最易变化和最

13、敏感的部分。变化和最敏感的部分。2.海洋海洋: 海洋是气候系统的热量储存库。海洋是气候系统的热量储存库。3.冰雪圈冰雪圈 :他们是气候变化的指示器，又对气他们是气候变化的指示器，又对气候长期变化产生反馈，在地球热平衡中起着重要作候长期变化产生反馈，在地球热平衡中起着重要作用。用。4.陆面（岩石圈）陆面（岩石圈）:5. 生物圈生物圈 :是地球生命物质构成的圈层。他们是地球生命物质构成的圈层。他们不仅对气候变化敏感，也影响气候。不仅对气候变化敏感，也影响气候。生物对气候的负反馈生物对气候的负反馈 当大气中二氧化碳、甲烷等温室气体增加时，气候当大气中二氧化碳、甲烷等温室气体增加时，气候将会变暖，与此

14、同时植物的光合作用加强。光合作用的将会变暖，与此同时植物的光合作用加强。光合作用的增强，将会使植物从大气吸收的二氧化碳的数量增加，增强，将会使植物从大气吸收的二氧化碳的数量增加，从而降低大气二氧化碳的浓度，降低温室效应，使气候从而降低大气二氧化碳的浓度，降低温室效应，使气候变暖幅度减小或变冷。这就是生物对气候变化或对温室变暖幅度减小或变冷。这就是生物对气候变化或对温室效应的负反馈作用。相反，如果大气二氧化碳浓度降低，效应的负反馈作用。相反，如果大气二氧化碳浓度降低，将会导致气候的变冷和植物光合作用强度的减弱。植物将会导致气候的变冷和植物光合作用强度的减弱。植物光合作用强度的减弱，将使得从大气吸

15、收的二氧化碳的光合作用强度的减弱，将使得从大气吸收的二氧化碳的数量减少，从而抑制大气二氧化碳浓度减低的速度和气数量减少，从而抑制大气二氧化碳浓度减低的速度和气候变冷的幅度，甚至使气候变暖。候变冷的幅度，甚至使气候变暖。二、气候的形成二、气候的形成辐射因子辐射因子环流因子环流因子地理因子地理因子（一）气候形成的辐射因子（一）气候形成的辐射因子 （一）气候形成的辐射因子（一）气候形成的辐射因子天天 文文 辐辐 射射 的的 时时 空空 分分 布布 1.大气环流与热量输送大气环流与热量输送350S350N之间辐射热量收入大于支出，说明热之间辐射热量收入大于支出，说明热带和副热带有热量盈余。高纬度地区有

16、热量亏损。带和副热带有热量盈余。高纬度地区有热量亏损。但热带并未持续增温，极地也没有持续降温，表但热带并未持续增温，极地也没有持续降温，表明必然存在热量有低纬向高纬的输送。明必然存在热量有低纬向高纬的输送。表明大气环流在缓和赤道与极地温差上起着巨表明大气环流在缓和赤道与极地温差上起着巨大作用。大作用。o 大气环流还调节海陆间的热量。大气环流还调节海陆间的热量。o 法国波尔多（法国波尔多（45N）一月均温为）一月均温为5；o 海参崴（海参崴（43N），一月均温），一月均温-13.5 N90 60 40 20 0 20 40 60 90S 全球降水与蒸发的纬度变化全球降水与蒸发的纬度变化降水蒸发1

17、000km2.大气环流与水分循环大气环流与水分循环在副热带，蒸发量大在副热带，蒸发量大于降水量，在赤道和于降水量，在赤道和中高纬度，降水量大中高纬度，降水量大于蒸发量，因此要达于蒸发量，因此要达到水分平衡必须经过到水分平衡必须经过大气运动，把水汽从大气运动，把水汽从盈余地区输送到亏损盈余地区输送到亏损地区。地区。30N附近蒸发的过量水附近蒸发的过量水汽通过中纬度盛行西风及汽通过中纬度盛行西风及东北信风分别向北、向南东北信风分别向北、向南输送，从而成云致雨，形输送，从而成云致雨，形成不同雨带。成不同雨带。3.3.大气环流与海温异常大气环流与海温异常 海温变化存在明显的年季振荡，最著名的事例，就是

18、厄尔海温变化存在明显的年季振荡，最著名的事例，就是厄尔尼诺现象。厄尔尼诺现象是指赤道东太平洋海面水温异常尼诺现象。厄尔尼诺现象是指赤道东太平洋海面水温异常增暖现象。增暖现象。 1998年年1月当厄尔尼诺达成熟期时，热带太平洋暖水区月当厄尔尼诺达成熟期时，热带太平洋暖水区(红色红色部份部份)从秘鲁西岸向西伸延至太平洋中部。图中深红色部份水温比从秘鲁西岸向西伸延至太平洋中部。图中深红色部份水温比正常高正常高4至至5度。（资料来源：美国国家海洋及大气管理局）度。（资料来源：美国国家海洋及大气管理局）沃克环流（纬向环流）沃克环流（纬向环流）赤道地区大洋的东侧是下层冷赤道地区大洋的东侧是下层冷海水上升作

19、用为强烈的地区。在海水上升作用为强烈的地区。在东赤道太平洋地区强烈的海水上东赤道太平洋地区强烈的海水上翻，使得其海洋表层温度与西赤翻，使得其海洋表层温度与西赤道太平洋地区的道太平洋地区的“暖地暖地”之间形之间形成强烈的对比。在东太平洋冷水成强烈的对比。在东太平洋冷水域的上空大气强烈下沉，西赤域的上空大气强烈下沉，西赤道太平洋印度尼西亚海洋大陆上道太平洋印度尼西亚海洋大陆上空大气对流强烈，大气以上升为空大气对流强烈，大气以上升为主，这样就形成一个闭合的东西主，这样就形成一个闭合的东西向环流圈，称为沃克环流。向环流圈，称为沃克环流。沃克环流是赤道地区海气作沃克环流是赤道地区海气作用的产物，并通过大

20、气的动力影用的产物，并通过大气的动力影响到世界其它地区，整个赤道均响到世界其它地区，整个赤道均存在沃克环流。存在沃克环流。厄尔尼诺的成因厄尔尼诺的成因 在东风加强的时期，赤道东太平洋地区海水上翻加强，表面海水温度降低。由于水温低于气温，空气层结稳定，对流不宜发展，赤道东太平洋地区降雨偏少，气候偏干；而赤道西太平洋海水温度异常偏高，降水异常多，这就是拉尼娜事件。可是每隔数年，东向信风减弱，西太平洋冷水上翻现象消失，表层暖水向东回流，导致赤道东太平洋海平面上升，海面水温升高，秘鲁、厄瓜多尔沿岸由冷洋流转变为暖洋流。下层海水中的无机盐类营养成分不再涌向海面，导致当地的浮游生物和鱼类大量死亡，大批鸟类

21、亦因饥饿而死。形成一种严重的灾害。与此同时，原来的干旱气候转变为多雨气候，甚至造成洪水泛滥，这就是厄尔尼诺厄尔尼诺。相反情况则是拉尼娜现象。厄尔尼诺和拉尼娜引发气候异常厄尔尼诺和拉尼娜引发气候异常厄尔尼诺对我国气候的影响厄尔尼诺对我国气候的影响http:/ 气候变化气候变化 气候变化（气候变化（climate change）主要表现为三方面：）主要表现为三方面：全球气全球气候变暖候变暖（Global Warming）、）、酸雨酸雨（Acid Deposition）、）、臭臭氧层氧层破坏（破坏（Ozone Depletion），其中全球气候变暖是人类目），其中全球气候变暖是人类目前最迫切的问题，

22、关乎到人类的未来！前最迫切的问题，关乎到人类的未来！ 气候变化的幅度与周期气候变化的幅度与周期（一）、地质时期的气候变化（一）、地质时期的气候变化 8亿年以来的气候变化亿年以来的气候变化（二）历史时期的气候变化（二）历史时期的气候变化（三）近代气候变化（三）近代气候变化近代气候变化近代气候变化二、气候变化的原因二、气候变化的原因岁差岁差岁差：当地球自转轴旋进时，春分点岁差：当地球自转轴旋进时，春分点西移，故地球自传不到西移，故地球自传不到周即可两次周即可两次经过春分点，这就是岁差。经过春分点，这就是岁差。http:/ 1）气温变化的热量来源）气温变化的热量来源太阳辐射：太阳常数、太阳太阳辐射：

23、太阳常数、太阳辐射过程（进入、衰减、地面吸收与反射），地气系统热辐射过程（进入、衰减、地面吸收与反射），地气系统热量平衡（看懂图）。量平衡（看懂图）。 2）蒸发和降水过程）蒸发和降水过程湿度物理表达量（湿度物理表达量（e、E、f、d、Td ）、蒸发条件及其影响因素、凝结条件与现象、降水）、蒸发条件及其影响因素、凝结条件与现象、降水发生过程（云滴增大过程）降水类型与分布发生过程（云滴增大过程）降水类型与分布 3）、大气水平运动：风的作用力与各类风的风向判断、）、大气水平运动：风的作用力与各类风的风向判断、 4）大气环流：全球环流（三圈环流及其风、雨带分布结）大气环流：全球环流（三圈环流及其风、雨

24、带分布结果，高空大气长波（槽脊格局）与急流（名称），季风环果，高空大气长波（槽脊格局）与急流（名称），季风环流、局地环流流、局地环流 5）气候形成的因子：太阳辐射（地气辐射温度、天文气）气候形成的因子：太阳辐射（地气辐射温度、天文气候带）、大气环流（三圈环流、沃克环流与异常）、地理候带）、大气环流（三圈环流、沃克环流与异常）、地理因子（海陆差异与地形作用）因子（海陆差异与地形作用）3、重要的天气系统（锋、气旋与反气旋）、重要的天气系统（锋、气旋与反气旋）抗击气候变化抗击气候变化7大工程大工程 人造火山人造火山 沙漠造林沙漠造林 生物炭生物炭 海藻农场海藻农场 造云船造云船 白屋顶白屋顶 向海洋撒铁向海洋撒铁 要避免气候变化带来最严重影响，有两种切实要避免气候变化带来最严重影响，有两种切实可行的解决方案：利用可再生能源和提高能源使用可行的解决方案：利用可再生能源和提高能源使用效率效率