青藏高原大地形对大气环流的影响课件.ppt

1、青藏高原大地形对青藏高原大地形对大气环流的影响大气环流的影响青藏高原青藏高原 总面积总面积250万平方公里，境内面积万平方公里，境内面积240万平方万平方公里，平均海拔公里，平均海拔4000 5000米，有米，有“世界屋世界屋脊脊”和和“第三极第三极”之称。之称。大部在中国西南部，包括西藏自治区和青海省大部在中国西南部，包括西藏自治区和青海省的全部、四川省西部、新疆维吾尔自治区南部的全部、四川省西部、新疆维吾尔自治区南部,以及甘肃、云南的一部分。以及甘肃、云南的一部分。整个青藏高原还包括不丹、尼泊尔、印度、巴整个青藏高原还包括不丹、尼泊尔、印度、巴基斯坦、阿富汗、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦基斯坦

2、、阿富汗、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦的部分。的部分。是中国最大的高原，也是世界平均海拔最高是中国最大的高原，也是世界平均海拔最高的高原。的高原。是亚洲许多大河的发源地。是亚洲许多大河的发源地。由于其高度,青藏高原上空的空气干燥,稀薄,太阳辐射强,气温低，素有高原无夏之称。由于其地形的复杂和多变,青藏高原上气候随地区的不同变化很大。大地隆升对大气环流的影响大地隆升对大气环流的影响 在高原持续隆升的过程中在高原持续隆升的过程中,不仅其冷热源作用随着高原不仅其冷热源作用随着高原的抬高而增大的抬高而增大,以至形成以至形成高原季风体系高原季风体系,而且其动而且其动力作用在不断加强。力作用在不断加强。青藏高

3、原主体位于西风带青藏高原主体位于西风带,当西风急流越过高原时将在当西风急流越过高原时将在其迎风坡被迫抬升其迎风坡被迫抬升,产生分支和绕流产生分支和绕流,而在高原下风方而在高原下风方常常形成背风波。常常形成背风波。大地形对西风带强迫抬升和摩擦作用造成大地形对西风带强迫抬升和摩擦作用造成大气的定大气的定常扰动常扰动。另一方面，从冬到夏另一方面，从冬到夏海陆热力对比海陆热力对比发生了根本性发生了根本性变化，但大地形的影响使得变化，但大地形的影响使得对流层中部平均槽脊的对流层中部平均槽脊的位置无相应的改变位置无相应的改变。因此因此地形与非绝热加热都是形成准定常行星波地形与非绝热加热都是形成准定常行星波

4、。当高原隆起的垂直高度大于影响气候的临界高度当高原隆起的垂直高度大于影响气候的临界高度(1500(15002000m)2000m)时时,纬向气流明显受到地形阻挡纬向气流明显受到地形阻挡,并并从以爬坡分量为主从以爬坡分量为主,转变成以绕流分量为主。转变成以绕流分量为主。冬季高原大气相对于周围的冷源作用增强冬季高原大气相对于周围的冷源作用增强,夏季地夏季地面净辐射开始增加面净辐射开始增加,水汽的相对凝结高度降低水汽的相对凝结高度降低,高原高原上大气浑浊度大大减小。上大气浑浊度大大减小。当高原大气因感热加热变得不稳定时当高原大气因感热加热变得不稳定时,便导致积云便导致积云对流活跃对流活跃,大量的凝结

5、潜热随上升气流被输送到对大量的凝结潜热随上升气流被输送到对流层高层流层高层,并在那里建立起青藏高压并在那里建立起青藏高压,于是于是深厚而深厚而稳定的高原季风稳定的高原季风从此建立。从此建立。高原季风稳定出现的时间大约在上新世末和第四纪高原季风稳定出现的时间大约在上新世末和第四纪初期。初期。高原隆起与亚洲季风系统的形成和发展高原隆起与亚洲季风系统的形成和发展 亚洲季风区是世界上最显著的季风区。亚洲季风区是世界上最显著的季风区。季风区雨热同季季风区雨热同季,利于植物的生长利于植物的生长,养育养育着众多的人口着众多的人口(中国和印度两个人口最多中国和印度两个人口最多的国家的国家)。亚洲季风系统中存在

6、着三个相对独立的亚洲季风系统中存在着三个相对独立的子系统：南亚季风、东亚季风和高原季子系统：南亚季风、东亚季风和高原季风。风。南亚季风的形成南亚季风的形成 青藏高原大地形不仅直接控制着冬季西伯利青藏高原大地形不仅直接控制着冬季西伯利亚高压的位置和强度亚高压的位置和强度,而且决定着夏季风的而且决定着夏季风的建立与发展。建立与发展。由于从早渐新世到晚中新世由于从早渐新世到晚中新世,欧亚大陆的古欧亚大陆的古地理环境发生了巨大的变化地理环境发生了巨大的变化,Paratethys海海的退缩导致欧亚大陆面积扩大的退缩导致欧亚大陆面积扩大,从而使亚洲从而使亚洲季风及其降水季风及其降水(主要指主要指30N以南

7、地区以南地区)显著显著增强。增强。Paratethys海退缩引起的海陆分布变化在对海退缩引起的海陆分布变化在对亚洲季风的驱动作用比较亚洲季风的驱动作用比较高原隆升的作用高原隆升的作用同等重要。同等重要。综合各种模拟及地质记录的分析结果来看综合各种模拟及地质记录的分析结果来看,即即使在高原强烈隆起之前、地形高度还很低的使在高原强烈隆起之前、地形高度还很低的情况下情况下,南亚季风就已经存在南亚季风就已经存在,这几乎是可以这几乎是可以肯定的。肯定的。随着高原隆升加大了南亚地区由海陆分布所随着高原隆升加大了南亚地区由海陆分布所奠定的经向热力对比奠定的经向热力对比,使南亚季风进一步加使南亚季风进一步加强

8、。强。高原季风的出现与稳定高原季风的出现与稳定 高原季风是大气环流对高原与其周围平原地高原季风是大气环流对高原与其周围平原地区热力差异季节性改变的响应在风场上的反区热力差异季节性改变的响应在风场上的反映。映。冬季高原上大气是个冷源，在高原近地面为冬季高原上大气是个冷源，在高原近地面为反气旋式环流，这样高原邻近地区的大气环反气旋式环流，这样高原邻近地区的大气环流就呈现出冬季风。流就呈现出冬季风。夏季高原上大气是个热源，在高原近地面为夏季高原上大气是个热源，在高原近地面为气旋式环流，这样高原邻近地区的大气环流气旋式环流，这样高原邻近地区的大气环流就呈现出夏季盛行风。就呈现出夏季盛行风。在高原隆起过

9、程中在高原隆起过程中,高原季风逐步发展高原季风逐步发展 当高原隆起水平尺度超过斜压大气地转适当高原隆起水平尺度超过斜压大气地转适应的临界尺度时应的临界尺度时,高原热力作用形成的气压高原热力作用形成的气压场才能维持场才能维持,风场向气压场调整。风场向气压场调整。由于冬、夏季高原大气具有反向的热力作由于冬、夏季高原大气具有反向的热力作用用,于是形成一种浅薄的高原季风于是形成一种浅薄的高原季风,当时气候当时气候的纬向性显著的纬向性显著,而不具有现代季风气候的特而不具有现代季风气候的特征。征。东亚季风形成与高原隆升的关系东亚季风形成与高原隆升的关系 过去对东亚季风形成的研究较少过去对东亚季风形成的研究

10、较少,至今尚缺乏清晰至今尚缺乏清晰和全面的认识。这里首先澄清几个概念。和全面的认识。这里首先澄清几个概念。有人曾经认为有人曾经认为,在地质时期东亚冬、夏季风形成的在地质时期东亚冬、夏季风形成的时代不同。时代不同。一种说法认为夏季风早就存在一种说法认为夏季风早就存在,而冬季风是上新世而冬季风是上新世或第四纪以来才开始出现的。或第四纪以来才开始出现的。这种提法未必合适这种提法未必合适,因为季风的基本定义是指盛行因为季风的基本定义是指盛行风向冬夏反向的现象风向冬夏反向的现象,所以冬夏季风必然是相伴相所以冬夏季风必然是相伴相随的。在一个没有冬季风的时代谈不上夏季风随的。在一个没有冬季风的时代谈不上夏季

11、风,反反之亦然。之亦然。其次其次,东亚季风的存在以什么为标志？东亚季风的存在以什么为标志？以前有人发现第三纪甚至更早我国东部已有较好的以前有人发现第三纪甚至更早我国东部已有较好的植被植被,即认为当时有较多的降水即认为当时有较多的降水,因此判定必然存在因此判定必然存在夏季风夏季风;还有一些人仅从反映风成沉积的某些记录来推断东还有一些人仅从反映风成沉积的某些记录来推断东亚季风的形成等看来都有失全面。亚季风的形成等看来都有失全面。事实上事实上,一个完整的季风系统应当包含一个完整的季风系统应当包含“季风风系季风风系”和和“季风雨系季风雨系”两个方两个方面。面。有学者认为现代意义上的东亚季风建有学者认为

12、现代意义上的东亚季风建立应满足以下两个条件立应满足以下两个条件:第一第一,在东亚在东亚30N以北地区存在季节以北地区存在季节性交替的夏季偏南而冬季偏北的盛行性交替的夏季偏南而冬季偏北的盛行风风;第二第二,冬夏反向的气流来自物理性质不冬夏反向的气流来自物理性质不同的气团同的气团,因而造成冬季干冷、夏季相因而造成冬季干冷、夏季相对湿热的气候。对湿热的气候。只有青藏高原达到足够的高度才能真正维持现代的只有青藏高原达到足够的高度才能真正维持现代的东亚季风形势。东亚季风形势。所以在高原隆起过程中南亚季风与东亚季风可能是所以在高原隆起过程中南亚季风与东亚季风可能是非同步发展的，这一看法还有待更多数值模拟和

13、地非同步发展的，这一看法还有待更多数值模拟和地质证据的检验。质证据的检验。关于东亚季风形成的具体时代也需要进一步的研究关于东亚季风形成的具体时代也需要进一步的研究来确定。来确定。高原隆升引起的气候突变与渐变高原隆升引起的气候突变与渐变 高原隆升是地质气候变化的重要驱动力。高原隆升是地质气候变化的重要驱动力。高原隆升的形式不同高原隆升的形式不同,则对气候的影响也不一样。则对气候的影响也不一样。在线性驱动的情况下在线性驱动的情况下,当高原逐步地缓速隆起时当高原逐步地缓速隆起时,将导致气候逐渐而缓慢地变化；将导致气候逐渐而缓慢地变化；但当高原跳跃式阶段性隆起时但当高原跳跃式阶段性隆起时,则会引起气候

14、突则会引起气候突变。变。然而，实际情况并非如此简单。由于气候系统中的非线性作然而，实际情况并非如此简单。由于气候系统中的非线性作用，在某些气候突变点附近，渐变式的高原隆起却可以导致用，在某些气候突变点附近，渐变式的高原隆起却可以导致气候突变。气候突变。在无地形条件下北半球平均的地面气温随太阳辐射增强基本在无地形条件下北半球平均的地面气温随太阳辐射增强基本上呈线性增加；但当中纬度存在高原时，在某个临界值附近，上呈线性增加；但当中纬度存在高原时，在某个临界值附近，当太阳辐射略有变化即可导致气候突变。当太阳辐射略有变化即可导致气候突变。最近完成的数值试验表明，在高原隆升达到现代高度的一半最近完成的数

15、值试验表明，在高原隆升达到现代高度的一半之前，东亚大约之前，东亚大约3030N N以北地区近地面风冬夏反向意义下的以北地区近地面风冬夏反向意义下的季风现象是不存在的。季风现象是不存在的。因此在高原高度超过现代的一半左右时，东亚北方季风可能因此在高原高度超过现代的一半左右时，东亚北方季风可能经历了一次从量变到质变的飞跃。经历了一次从量变到质变的飞跃。综上所述综上所述,青藏高原是全球构造运动的产物青藏高原是全球构造运动的产物,而高原隆起又对现代大气环流格局的构成，而高原隆起又对现代大气环流格局的构成，亚洲季风体系的建立，区域及全球气候的亚洲季风体系的建立，区域及全球气候的变化变化,高原冰雪、湖河水

16、系及生态系统的发高原冰雪、湖河水系及生态系统的发展、演化，以至人类的起源与进化都造成展、演化，以至人类的起源与进化都造成了深刻的影响，因此青藏高原隆升是过去了深刻的影响，因此青藏高原隆升是过去全球变化研究中一个极为重要的课题全球变化研究中一个极为重要的课题。在与高原隆升相关的诸多问题中在与高原隆升相关的诸多问题中,研究高原隆研究高原隆升对大气环流与气候的影响可能更为重要升对大气环流与气候的影响可能更为重要,这这是理解环境演化的基础。是理解环境演化的基础。虽然近年来对此已取得了不少新的认识，但其虽然近年来对此已取得了不少新的认识，但其中许多问题仍不明确，例如，东亚季风的形成，中许多问题仍不明确，例如，东亚季风的形成，高原隆升对气候突变的影响，地质气候记录与高原隆升对气候突变的影响，地质气候记录与古气候模拟结果的可比性等，这些在今后的工古气候模拟结果的可比性等，这些在今后的工作中值得深入研究。作中值得深入研究。