气候系统课件.pptx
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- 气候 系统 课件
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1、 气候系统的提出是气候学进入一个新阶段气候系统的提出是气候学进入一个新阶段的重要标志之一。因此,研究范围包括:的重要标志之一。因此,研究范围包括:气候系统大气内部过程对气候的影响大气内部过程对气候的影响海洋海洋冰雪冰雪陆面陆面生物圈生物圈物理过程物理过程化学过程化学过程生物过程生物过程平均状态平均状态各种时间尺各种时间尺度度气候系统还应包括天文因素(太阳活动)气候系统还应包括天文因素(太阳活动)大范围的大气运动一般大范围的大气运动一般就被称为大气环就被称为大气环流,它的主要流,它的主要状况状况(形势形势)往往就决定着全球往往就决定着全球或区域或区域的的天气和气候类型及其变化。尤其天气和气候类型
2、及其变化。尤其是气候异常是气候异常(例如例如大范围旱涝的发生大范围旱涝的发生)往往同往往同大气环大气环流的某种持续异常有关流的某种持续异常有关因此大气因此大气环流形势持续环流形势持续异常对认识异常对认识和了解气候及其和了解气候及其气候变化气候变化是非常是非常重要的。重要的。2.1.1 大气环流大气环流短波辐射,长波辐射,能量向极地输送短波辐射,长波辐射,能量向极地输送 能量的向极输送不仅对维持大气能量平衡有能量的向极输送不仅对维持大气能量平衡有作用,而且还减小了因辐射过程造成的经向温度作用,而且还减小了因辐射过程造成的经向温度梯度。梯度。1)冬季的经向)冬季的经向梯度大于夏季梯度大于夏季 2)
3、南半球大于)南半球大于北半球北半球 3)夏季平流层)夏季平流层在赤道附近温度在赤道附近温度最低最低4)对流层分布特)对流层分布特征,有效位能转征,有效位能转化为动能,维持化为动能,维持大气运动大气运动根据热成风原理根据热成风原理在对流层顶附近有在对流层顶附近有西风急流,冬强,西风急流,冬强,30N附近;夏季附近;夏季较弱,较弱,40N附近。附近。地面:赤道附近为地面:赤道附近为东风带,在极区附东风带,在极区附近的近地面层有高近的近地面层有高纬的东风带纬的东风带在平流层,围绕夏季极区,整个半球为东风控制、在平流层,围绕夏季极区,整个半球为东风控制、围绕冬季的极区,却是西风带,且在高纬度地区围绕冬
4、季的极区,却是西风带,且在高纬度地区存在强西风的极夜急流存在强西风的极夜急流(中心在平流层中部中心在平流层中部)。平均经圈环流是在涡动输送和外源强迫作平均经圈环流是在涡动输送和外源强迫作用下用下产生的产生的种次级环流。种次级环流。大大气气环环流流主主要要成成员员东西风带(西风急流)东西风带(西风急流)平均经圈环流平均经圈环流准定常槽脊准定常槽脊相互作用相互作用相互制约相互制约构成一个整体构成一个整体比如:波流相互作用,西风强度决定大型扰比如:波流相互作用,西风强度决定大型扰动的强度以及速度;西风切变动力稳定度和动的强度以及速度;西风切变动力稳定度和扰动的发展扰动的发展2.1.2 大气成分大气成
5、分 在近地面在近地面2530KM以内,大气由一些固以内,大气由一些固有气体和气溶胶组成。有气体和气溶胶组成。氧气氧气氮气氮气大气的大气的99%,对气候变化而言可以,对气候变化而言可以忽略忽略2.1.2 大气成分大气成分 在近地面在近地面2530KM以内,大气由一些固以内,大气由一些固有气体和气溶胶组成。有气体和气溶胶组成。氧气氧气氮气氮气大气的大气的99%,对气候变化而言可以,对气候变化而言可以忽略忽略水汽水汽含量小含量小热力学过程热力学过程相变和辐射相变和辐射过程过程作用非常大作用非常大臭氧:臭氧:10-50km存在,存在,20-28km层有最大含量,叫层有最大含量,叫做臭氧层做臭氧层含量少
6、,作用大含量少,作用大吸收紫外线,导致平流层温吸收紫外线,导致平流层温度向上递增度向上递增对地球生物起保护作用对地球生物起保护作用30km是源地是源地30km以下,大气环流的动力以下,大气环流的动力作用,是源地作用,是源地 对流层上,平流层下层,在中高纬低层有明显的对流层上,平流层下层,在中高纬低层有明显的垂直运动,大气环流的作用总是将垂直运动,大气环流的作用总是将25-30km臭氧输注入臭氧输注入到平流层低层和对流层上层,然后通过大气环流输送到平流层低层和对流层上层,然后通过大气环流输送作用,造成各地臭氧总量及其垂直分布上的差异作用,造成各地臭氧总量及其垂直分布上的差异 温室气体:温室气体:
7、Co2,甲烷,氟利昂,甲烷,氟利昂 气溶胶气溶胶:气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。雾、烟、霾、轻雾(霭)、微尘和烟雾等,都是天然的或人为的原因造成的大气气溶胶 它们能作为水滴和冰晶的凝结核(大气凝结核、大气冰核)、太阳辐射的吸 收体和散射体,并参与各种化学循环,是大气的重要组成部分。温室气体:温室气体:Co2,甲烷,氟利昂,甲烷,氟利昂 气溶胶气溶胶火山灰火山灰烟尘烟尘海面等海面等直接效应直接效应间接效应间接效应气候变冷气候变冷 气溶胶间接效应气溶胶间接效应:直接辐射强迫是指颗粒物通过吸收和散射长波和短波辐射,从而改变地球大气系统辐射平衡。大气中的颗粒物作为云凝结核或者冰核而改变云的
8、微物理和光学特征以及降水效率,从而间接影响气候,称为间接辐射强迫 气溶胶直接效应气溶胶直接效应:大气气溶胶的气候效应大气气溶胶的气候效应:气候系统变化过程示意图2.1.3 大气与外界的相互作用:大气与外界的相互作用:当讨论大气运动的基本规律时或讨论短期数值预报,大气视为孤立系统长期天气预报和气候变化来讲,必须考虑大气与外界的相互作用,甚至外界的强迫影响是最重要的因素 动量交换动量交换 能量交换能量交换 质量(物质)交换质量(物质)交换大气与外界的相互作用大气与外界的相互作用 海洋海洋大气相互作用大气相互作用 陆地陆地大气相互作用大气相互作用 海冰一大气相互作用海冰一大气相互作用 宇宙空间一大气
9、相互作用宇宙空间一大气相互作用 略略2.2 大气基本运动方程组大气基本运动方程组 海洋在地球气候的形成和变化中的重要作用海洋在地球气候的形成和变化中的重要作用巳越来越为人们所认识,被认为巳越来越为人们所认识,被认为是地球气候系是地球气候系统统的最重要的组成部分。的最重要的组成部分。80年代的研究结果清楚地年代的研究结果清楚地表明、海洋一大气相互作用是气表明、海洋一大气相互作用是气候变化候变化问题的核问题的核心内容,心内容,对于几年到几十年时间尺度的气候变化及其对于几年到几十年时间尺度的气候变化及其预测只有在充分了解大气预测只有在充分了解大气海洋的海洋的相互互作相互互作用及其动力学的基础上才可用
10、及其动力学的基础上才可能得到解决。能得到解决。2.3海洋海洋2.3.1 海洋的基本特性及其影响海洋的基本特性及其影响 从大气运动及其变化的角度:海洋具备三个从大气运动及其变化的角度:海洋具备三个重要特性:重要特性:1)海洋,尤其是热带海洋,是大气运动的重要能)海洋,尤其是热带海洋,是大气运动的重要能源;源;2)热容量大,相比较大气尤其是热带海洋,是大)热容量大,相比较大气尤其是热带海洋,是大气运动的重要能源;气运动的重要能源;3)海洋是地球大气系统中海洋是地球大气系统中co的最大的汇。的最大的汇。海洋对气候变化的影响:海洋对气候变化的影响:1)对地球大气热力系统的影响(太阳能绝大部分)对地球大
11、气热力系统的影响(太阳能绝大部分储存在海洋表层中,以潜热、长波辐射和感热交储存在海洋表层中,以潜热、长波辐射和感热交换的形式输送给大气,驱动大气运动。换的形式输送给大气,驱动大气运动。因此,海洋热状况的变化以及海面蒸发的强度因此,海洋热状况的变化以及海面蒸发的强度如何都将对大气运动的能量发生重要影响,从而如何都将对大气运动的能量发生重要影响,从而引起气候的变化引起气候的变化。海洋并非是静止的流体,海洋环流在地球大气的能量输送和平衡中海洋并非是静止的流体,海洋环流在地球大气的能量输送和平衡中也有重要作用:大气运动比海洋一般要快也有重要作用:大气运动比海洋一般要快100倍,倍,0.1-1.0m/s
12、.黑潮地球能量的分布,低纬度获得的净辐射能大地球能量的分布,低纬度获得的净辐射能大于高纬度,为了保持能量平衡,低涡流向高于高纬度,为了保持能量平衡,低涡流向高纬纬全球而言:全球而言:70%由大气完成由大气完成 30%由海洋完成由海洋完成低纬度:海洋输送大于大气低纬度:海洋输送大于大气,20N达到最大达到最大30N以外地区:大气输送大于海洋以外地区:大气输送大于海洋,50N达达到最大到最大对地球大气系统的能量平衡而言:对地球大气系统的能量平衡而言:中低纬:海洋环流向高纬度输送中纬度50N附近:通过强烈的相互作用,海洋把多余的热量输送给大气,再由大气以特定的环流形势输送到高纬度地区所以:海洋对热量
13、的经向输送的强度所以:海洋对热量的经向输送的强度及位置无疑对气候变化有重要影响及位置无疑对气候变化有重要影响 水汽及其含量既是气候变化的表征之一,又水汽及其含量既是气候变化的表征之一,又会对气候产生影响。会对气候产生影响。2)对水汽循环的影响:)对水汽循环的影响:低纬度海洋是大气水汽的主要来源低纬度海洋是大气水汽的主要来源 在同海洋的热力学和动力学惯性相联系。海洋的运动和变化有明显的缓慢性和持续性。海洋的这种特性一方面使海洋有较强的“记忆性。可以把大气环流的变化通过海气相互作用把信息贮存于海洋中。然后再对大气运动产生作用 另一方面,海洋的热惯性使得海洋状况的变化有滞后效应。通过海气耦合作用还可
14、以使较高频率的大气变化(扰动)减频,高频波的频率变低后再作用于大气,就相当于大气中的较高频变化转而成为较低频的变化。3)对大气运动的调谐作用:)对大气运动的调谐作用:海洋,尤其是海洋环流,不仅减小了大气的增热,使高纬大气加热,降水量亦发生相应的改变,而且海洋环流对热量的向极输送所引起的大气环流的变化,还使得大气对某些因素变化的敏感性降低。例如大气中CO 含量增加的温室效应就因海洋的存在而被减弱。4)对温室效应的缓解作用:)对温室效应的缓解作用:2.3.2 海气耦合相互作用海气耦合相互作用三者变化的总趋势相当一致三者变化的总趋势相当一致海气相互作用的物理机制是什么?海气相互作用的物理机制是什么?
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