气象学与气候学第6章课件.ppt
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- 气象学 气候学 课件
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1、2022-8-4徐师大 城市与环境学院 1第六章第六章 气候的形成气候的形成气候形成的概述气候形成的概述 太阳辐射因子太阳辐射因子 环流因子环流因子 下垫面状况因子下垫面状况因子 人类活动的影响人类活动的影响2022-8-4徐师大 城市与环境学院 2 1.1.辐射因子辐射因子 复习:第复习:第2 2章章“天文辐射天文辐射”和地气系统辐射收支平和地气系统辐射收支平衡衡 2.2.环流因子环流因子 纵观地球,海洋占地球表面的纵观地球,海洋占地球表面的70.8%70.8%,到达地表的太阳辐射能约有,到达地表的太阳辐射能约有80%80%的的能量为海洋所吸收,且将其中能量为海洋所吸收,且将其中85%85%
2、左右的热能储存在大洋表层;同时,海洋还左右的热能储存在大洋表层;同时,海洋还通过蒸发,向大气提供约通过蒸发,向大气提供约86%86%的水汽来源;此外,海洋还是的水汽来源;此外,海洋还是CO2CO2的储存库,可的储存库,可调节大气中调节大气中CO2CO2含量,以此影响气温和大气环流状况。由此可见,海洋是大气含量,以此影响气温和大气环流状况。由此可见,海洋是大气环流运转的能量和水汽供应的主要源地和储存库。环流运转的能量和水汽供应的主要源地和储存库。同时,大气环流向下输送动量,产生风应力,促使海水上下涌动,表层同时,大气环流向下输送动量,产生风应力,促使海水上下涌动,表层出现洋流现象。这样海洋和大气
3、之间通过一定的物理过程发生相互作用,组出现洋流现象。这样海洋和大气之间通过一定的物理过程发生相互作用,组成一个复杂的耦合系统,亦称为:成一个复杂的耦合系统,亦称为:海气的相互作用海气的相互作用。环流因子对气候的影响分为:环流因子对气候的影响分为:大气环流对气候的影响;大气环流对气候的影响;洋流对气候的影响两部分洋流对气候的影响两部分。2022-8-4徐师大 城市与环境学院 32.1 2.1 大气环流状况(复习第大气环流状况(复习第3 3章第章第3 3节节“大气环流大气环流”内容)内容)2.2 2.2 洋流状况洋流状况 海洋中,海水从一个海区水平地或垂直地流向另一个海区,这种大规海洋中,海水从一
4、个海区水平地或垂直地流向另一个海区,这种大规模的非周期性的运动,称之为模的非周期性的运动,称之为洋流洋流。1 1)分类:)分类:按洋流本身与周围海水的温度状况分:按洋流本身与周围海水的温度状况分:暖洋流、冷洋流;暖洋流、冷洋流;暖洋流暖洋流低纬流向高纬;冷洋流低纬流向高纬;冷洋流高纬流向低纬。高纬流向低纬。按洋流形成的原因分:风生洋流、密度流、补偿流。按洋流形成的原因分:风生洋流、密度流、补偿流。风生洋流(风海流)风生洋流(风海流)大气运动产生风应力,促使海水上表发生流动;大气运动产生风应力,促使海水上表发生流动;密度流密度流因海洋的水温、盐分及密度不均引起的;因海洋的水温、盐分及密度不均引起
5、的;补偿流补偿流因某地海水流走,相邻区域海水流入补充而形成的。因某地海水流走,相邻区域海水流入补充而形成的。2022-8-4徐师大 城市与环境学院 42 2)世界大洋表层中洋流的概况:)世界大洋表层中洋流的概况:2022-8-4徐师大 城市与环境学院 5A A)以南、北副热带)以南、北副热带G G为中心的反气旋大洋环为中心的反气旋大洋环流流B B)以北半球中高纬度)以北半球中高纬度D D区为中心的气旋型大区为中心的气旋型大洋环流洋环流 【见上页图见上页图】C C)北印度洋季风漂流)北印度洋季风漂流D D)南半球中高纬度海岸上西风漂流和绕极环)南半球中高纬度海岸上西风漂流和绕极环流流2022-8
6、-4徐师大 城市与环境学院 6简化的表层洋流模式简化的表层洋流模式2022-8-4徐师大 城市与环境学院 7实际表层洋流与简化模式的异同实际表层洋流与简化模式的异同同:北半球副热带地区有一顺时针方向的涡旋南半球副热带地区有一逆时针方向的异:赤道逆流(补偿流)环绕南极大陆的西风漂流(地形作用)北大西洋高纬气旋型涡旋更明显海水向涡旋的中部符合,没发生堆积表层洋流特征的原因:除风应力外,还有其他外力作用的综合结果2022-8-4徐师大 城市与环境学院 83 3)洋流的作用)洋流的作用 在暖洋流的作用下,大气从洋面得到热量多,同时海在暖洋流的作用下,大气从洋面得到热量多,同时海温变高,水汽向上输送,使
7、大气下层增暖变湿;温变高,水汽向上输送,使大气下层增暖变湿;相反,在冷洋流作用下,大气下层降温,有可能会使相反,在冷洋流作用下,大气下层降温,有可能会使洋面上空出现逆温现象。洋面上空出现逆温现象。2022-8-4徐师大 城市与环境学院 92.3 2.3 环流对气候的影响环流对气候的影响1 1)环流与热量输送)环流与热量输送 大气环流和大洋环流对气候系统中的热量重新分配起着重要的作用。大气环流和大洋环流对气候系统中的热量重新分配起着重要的作用。它一方面将低纬度热量传输到高纬度,调节赤道和两极间的温差(它一方面将低纬度热量传输到高纬度,调节赤道和两极间的温差(a a););另一方面又因大气环流方向
8、在海陆之间有差异,加之冷暖洋流两性的差异,另一方面又因大气环流方向在海陆之间有差异,加之冷暖洋流两性的差异,使同一纬度带上大陆东西岸气温产生了明显差异,破坏了天文气候带的地使同一纬度带上大陆东西岸气温产生了明显差异,破坏了天文气候带的地带性分布(带性分布(b b)。)。a)“a)“赤赤-极间极间”热量传输:热量传输:就年平均而言,热赤道约在就年平均而言,热赤道约在5 5N N左右,其中显热输送从热赤道开始向左右,其中显热输送从热赤道开始向北、向南输送,潜热量约在南北回归线附近向高、低纬地区输送;而大洋北、向南输送,潜热量约在南北回归线附近向高、低纬地区输送;而大洋环流热通量约自环流热通量约自2
9、 2N N左右的洋面向南北两侧输送。左右的洋面向南北两侧输送。2022-8-4徐师大 城市与环境学院 10 据估计,在这种环流的经向热量输送中,大气环流作用占约据估计,在这种环流的经向热量输送中,大气环流作用占约67%67%,洋流作用约占,洋流作用约占30%30%。在赤道至低纬度(。在赤道至低纬度(3030度)间洋流输送大于度)间洋流输送大于大气环流输送;在纬度大气环流输送;在纬度3030度以上的中高纬地区,大气环流作用超过洋度以上的中高纬地区,大气环流作用超过洋流。流。这种这种“海洋海洋-大气大气”接力式的经向热量输送是维持高低纬度能接力式的经向热量输送是维持高低纬度能量平衡的重要机制。量平
10、衡的重要机制。b)“b)“海海-陆间陆间”热量输送热量输送 冬季,海洋为相对热源,陆地为冷源。在中高纬度地区,盛行西冬季,海洋为相对热源,陆地为冷源。在中高纬度地区,盛行西风,大陆西岸为迎风面,受暖洋流影响,提高了大陆西岸的气温;此风,大陆西岸为迎风面,受暖洋流影响,提高了大陆西岸的气温;此时,形成大陆西岸暖,东岸冷的现象。时,形成大陆西岸暖,东岸冷的现象。夏季,相反。这时,大陆通过大气环流向海洋输送热量,迎风海夏季,相反。这时,大陆通过大气环流向海洋输送热量,迎风海岸气温较为凉爽,尤其在冷洋流的海岸,要比大陆气温低很多。岸气温较为凉爽,尤其在冷洋流的海岸,要比大陆气温低很多。2022-8-4
11、徐师大 城市与环境学院 112 2)环流与水分循环)环流与水分循环 水分循环的三个分量:水分循环的三个分量:蒸发、降水蒸发、降水和和大气水分输送大气水分输送,都与,都与大气环大气环流流有重要联系。有重要联系。a)a)蒸发过程中,在水源充足的条件下,蒸发快慢和蒸发量的多寡,要受下蒸发过程中,在水源充足的条件下,蒸发快慢和蒸发量的多寡,要受下垫面温度和环流方向及速度的影响;垫面温度和环流方向及速度的影响;b)b)降水产生,主要依靠水汽凝结,水汽凝结条件中以上升运动为主,环流降水产生,主要依靠水汽凝结,水汽凝结条件中以上升运动为主,环流可以促使上升运动发展;可以促使上升运动发展;c)c)水汽输送,在
12、低纬度水汽输送,在低纬度HardlyHardly环流作用明显;在中高纬度地区主要通过大环流作用明显;在中高纬度地区主要通过大型涡旋运动进行。型涡旋运动进行。2022-8-4徐师大 城市与环境学院 122.4 2.4 环流变异对气候的影响环流变异对气候的影响 请复习回顾:第请复习回顾:第3 3章第章第3 3节中的大气环流平均状况(有平均纬向、节中的大气环流平均状况(有平均纬向、经向和水平环流);但在某些年份,大气环流也会脱离常态,有异常经向和水平环流);但在某些年份,大气环流也会脱离常态,有异常的行为,同样,也会直接影响该期内的天气和气候出现异常。的行为,同样,也会直接影响该期内的天气和气候出现
13、异常。我们就近些年来出现的影响重大的、典型的、频繁的气候异常我们就近些年来出现的影响重大的、典型的、频繁的气候异常现象现象厄尔尼诺厄尔尼诺/南方涛动(南方涛动(ENSOENSO)现象)现象为例,介绍一下环流形势为例,介绍一下环流形势场变异时,对气候的影响。场变异时,对气候的影响。2022-8-4徐师大 城市与环境学院 131 1)沃克环流)沃克环流 (Walker)(Walker)它是赤道海洋表面因水温的它是赤道海洋表面因水温的东西面差异而产生的一种纬圈热东西面差异而产生的一种纬圈热力环流力环流.由英国气象学家沃克在由英国气象学家沃克在2020世世纪纪2020年代首先发现,是热带太平年代首先发
14、现,是热带太平洋上空大气循环的主要动力之一。洋上空大气循环的主要动力之一。它是指在正常情况下较干燥它是指在正常情况下较干燥的空气在较冷的洋面上下沉,然的空气在较冷的洋面上下沉,然后沿赤道向西运动,成为赤道信后沿赤道向西运动,成为赤道信风的一部分,当信风到达西部洋风的一部分,当信风到达西部洋面时,受到较暖洋面的影响而上面时,受到较暖洋面的影响而上升再向东运行,如此形成了一个升再向东运行,如此形成了一个封闭的环流。封闭的环流。主要在马来群岛、非洲和南美中部地区,主要在马来群岛、非洲和南美中部地区,由于降水充沛,积云释放大量潜热,形成几个由于降水充沛,积云释放大量潜热,形成几个热源,而在非洲和南美沿
15、海地区由于冷海水上热源,而在非洲和南美沿海地区由于冷海水上翻,形成热汇,从而造成水温东西向的差异,翻,形成热汇,从而造成水温东西向的差异,引起纬向气压差,使热源区空气上升,流至热引起纬向气压差,使热源区空气上升,流至热汇区下沉,而低空从热汇流向热源区,形成了汇区下沉,而低空从热汇流向热源区,形成了赤道地区三个东西纬向上闭合的环流圈,位置赤道地区三个东西纬向上闭合的环流圈,位置分别在太平洋、大西洋和南亚处。分别在太平洋、大西洋和南亚处。(太平洋太平洋walker环流环流)2022-8-4徐师大 城市与环境学院 14 WalkerWalker环流的上升支和热带太平洋西部暴雨频繁、台风活跃和环流的上
16、升支和热带太平洋西部暴雨频繁、台风活跃和云层厚密有关;至于其东部的沉降支则为该区带来干燥晴朗的天气。云层厚密有关;至于其东部的沉降支则为该区带来干燥晴朗的天气。“WalkerWalker环流环流”对太平洋东西两岸的气候调节有重要作用。对太平洋东西两岸的气候调节有重要作用。对于赤道太平洋地区的对于赤道太平洋地区的walkerwalker环流来讲:环流来讲:如果东太平洋的洋面温度升高,就会产生较暖而且湿润的上升气如果东太平洋的洋面温度升高,就会产生较暖而且湿润的上升气流,削弱流,削弱“沃克环流沃克环流”,同时美洲中部一带会气温上升、暴雨成灾,同时美洲中部一带会气温上升、暴雨成灾,这就是著名的这就是
17、著名的“厄尔尼诺厄尔尼诺”现象。现象。2022-8-4徐师大 城市与环境学院 152)厄尔尼诺()厄尔尼诺(EL Nino)这个词来源于西班牙文这个词来源于西班牙文“EL Nino”(原意是圣婴)。最初表示某些年份(原意是圣婴)。最初表示某些年份圣诞节前后,沿南美秘鲁和厄瓜多尔附近的太平洋海岸附近,出现季节性水圣诞节前后,沿南美秘鲁和厄瓜多尔附近的太平洋海岸附近,出现季节性水温上升的现象。温上升的现象。这种东太平洋赤道海域水温季节性上升的现象,每隔几年就又一次异常这种东太平洋赤道海域水温季节性上升的现象,每隔几年就又一次异常发展,可使南美西海岸(秘鲁和厄瓜多尔附近)延伸至赤道东太平洋向西至发展
18、,可使南美西海岸(秘鲁和厄瓜多尔附近)延伸至赤道东太平洋向西至日界线(日界线(180度)附近,海面异常增暖,造成原来干旱的气候突变为多雨气度)附近,海面异常增暖,造成原来干旱的气候突变为多雨气候,严重的时候可形成灾害。候,严重的时候可形成灾害。确定确定EL Nino现象发生的指标,常用赤道东太平洋(现象发生的指标,常用赤道东太平洋(0-10S,90W-180)的表层海温距平来指示。的表层海温距平来指示。凡连续两个季以上平均海凡连续两个季以上平均海温距平温距平 0.5 0.5 或海温月距平峰值达到或海温月距平峰值达到1.0 1.0,定为厄尔尼诺事件;相反,如果指标达到上述数值的负距平时,则定为反
19、厄定为厄尔尼诺事件;相反,如果指标达到上述数值的负距平时,则定为反厄尔尼诺事件(又称拉尼娜事件尔尼诺事件(又称拉尼娜事件“La Nina”)。)。2022-8-4徐师大 城市与环境学院 163 3)南方涛动()南方涛动(SO,Southern OscillationSO,Southern Oscillation)是指印度洋赤道是指印度洋赤道D D区与南太平洋副区与南太平洋副G G区这两大活动中心之间的海平区这两大活动中心之间的海平面气压变化呈现负相关关系。面气压变化呈现负相关关系。即:当东南太平洋的副即:当东南太平洋的副G G比常年升高(降低)时,印度洋赤道比常年升高(降低)时,印度洋赤道D
20、D比比常年要低(升高),它们之间呈现此起彼伏状,形成两大洋上的大气常年要低(升高),它们之间呈现此起彼伏状,形成两大洋上的大气间的涛动。间的涛动。近些年,北半球也发现了北大西洋涛动(冰岛近些年,北半球也发现了北大西洋涛动(冰岛D D和亚速尔和亚速尔G G之间)之间)和北太平洋涛动(阿留申和北太平洋涛动(阿留申D D和北太平洋副和北太平洋副G G之间)的反相振荡现象。之间)的反相振荡现象。符淙斌和叶笃正符淙斌和叶笃正着眼于全球的振荡特征,将以上三大涛动统称为着眼于全球的振荡特征,将以上三大涛动统称为“低纬度涛动低纬度涛动”(Low Latitude OscillationA very low f
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