現(xiàn)代氣候?qū)W第6章 海-氣相互作用_2016

1、上節(jié)回顧季風(fēng)（定義）形成因素季風(fēng)指數(shù)氣候的地帶性與非地帶性1長白山長白山第六章 海-氣相互作用第一節(jié)第一節(jié) 海洋在氣候形成和變化中的重要性海洋在氣候形成和變化中的重要性第二節(jié)第二節(jié) 海、陸物理特性的差異海、陸物理特性的差異第三節(jié)第三節(jié) 海、陸分布對氣候的影響海、陸分布對氣候的影響第四節(jié)第四節(jié) 海洋環(huán)流海洋環(huán)流第五節(jié)第五節(jié) 海海-氣能量交換氣能量交換第六節(jié)第六節(jié) 熱帶海洋對氣候的影響熱帶海洋對氣候的影響23 All Earth71% water29% land海氣相互作用的基本特征海氣相互作用的基本特征 4 研究意義：研究意義： 不僅有助于揭示預(yù)報大氣和海洋環(huán)境方不僅有助于揭示預(yù)報大氣和海洋環(huán)境

2、方面的需要了解的一些面的需要了解的一些科學(xué)問題科學(xué)問題;而且對漁而且對漁業(yè)、航海、海洋資源的業(yè)、航海、海洋資源的開發(fā)利用開發(fā)利用和隨之和隨之而起的海洋工程而起的海洋工程;對全球氣候乃至人類生對全球氣候乃至人類生存環(huán)境變化的存環(huán)境變化的預(yù)測預(yù)測等方面都有十分重要等方面都有十分重要的實際意義。的實際意義。揭示海氣相互作用的物理揭示海氣相互作用的物理過程及機理是提高短期過程及機理是提高短期/長期氣候預(yù)測能長期氣候預(yù)測能力的關(guān)鍵力的關(guān)鍵.5第一節(jié)第一節(jié) 海洋在氣候形成和變化中的重要性海洋在氣候形成和變化中的重要性第二節(jié)第二節(jié) 海、陸物理特性的差異海、陸物理特性的差異第三節(jié)第三節(jié) 海、陸分布對氣候的影響

3、海、陸分布對氣候的影響第四節(jié)第四節(jié) 海洋環(huán)流海洋環(huán)流第五節(jié)第五節(jié) 海海-氣能量交換氣能量交換第六節(jié)第六節(jié) 熱帶海洋對氣候的影響熱帶海洋對氣候的影響66.16.1 海洋在氣候形成和變化中的重要性海洋在氣候形成和變化中的重要性（1）海洋是大氣的主要能量供應(yīng)源）海洋是大氣的主要能量供應(yīng)源海洋吸收的太陽輻射中，絕大部分（85%）被海洋表層海洋表層吸收，通過輻射、潛熱和感熱輸送給大氣。海洋環(huán)流熱量的經(jīng)向輸送 (占熱量經(jīng)向輸送的33%）潛熱輸送海洋輸送大氣輸送正值向北負值向南地地-氣系統(tǒng)向極能量輸送各分量的年平均緯度分布氣系統(tǒng)向極能量輸送各分量的年平均緯度分布7（2）海洋是大氣水分的主要供應(yīng)地）海洋是大氣

4、水分的主要供應(yīng)地 大氣中的水汽主要來自海表蒸發(fā)（86%）土壤水分(w)陸地水循環(huán)陸地水循環(huán)海洋水循環(huán)海洋水循環(huán)全球水循環(huán)全球水循環(huán)裸地裸地蒸發(fā)蒸發(fā)雪雪3851118（3）海洋對氣候具有重要的調(diào)節(jié)作用）海洋對氣候具有重要的調(diào)節(jié)作用 海洋的熱慣性和動力慣性大 熱帶太平洋海溫、北太平洋海溫、北極海冰和700百帕高度月平均自相關(guān)系數(shù)（橫坐標(biāo)表示時間，單位：月；縱坐標(biāo)表示相關(guān)系數(shù)）海洋的運動和變化具有明顯的緩慢性以和持續(xù)性，這一特性可以使1)海洋具有“記憶”能力，通過海氣相互作用將大氣變化信息儲存在海洋中，然后再對大氣運動產(chǎn)生作用；2）海洋的熱慣性使海洋狀況具有滯后效應(yīng)，如海洋氣候季節(jié)滯后于陸地1個月左

5、右；3）通過海氣相互作用，平滑大氣高頻變化910（4）海洋對溫室效應(yīng)的緩解作用）海洋對溫室效應(yīng)的緩解作用海洋對大氣中的海洋對大氣中的CO2有吸收作用（有吸收作用（ CO2的匯），減緩了全球增暖的速率。的匯），減緩了全球增暖的速率。海洋海洋: 38000單位單位大氣：大氣：730陸地：陸地：2000 海水溫度分布（垂直）海水溫度分布（垂直）11 根據(jù)海水根據(jù)海水垂直分布垂直分布的特點的特點,可分為三層可分為三層:由海面向下由海面向下數(shù)十米左右的表層一般稱數(shù)十米左右的表層一般稱為為混合層混合層,以下以下100-1500m的范圍叫的范圍叫溫躍層溫躍層,再下就再下就是是底層底層. 海洋的表層在海氣相互

6、海洋的表層在海氣相互作用下作用下,水體性質(zhì)因充分水體性質(zhì)因充分混合而均一混合而均一,接近同溫狀接近同溫狀態(tài)態(tài),稱為稱為混合層混合層 6.2.16.2.1 海洋基本特性海洋基本特性混合層：海洋的表層在混合層：海洋的表層在海氣相互作用海氣相互作用下下,水體水體性質(zhì)因充分混合而均一性質(zhì)因充分混合而均一,接近同溫狀態(tài)接近同溫狀態(tài), （暖，密度低暖，密度低）深水層：深水層：冷，密度高冷，密度高溫躍層：溫度和密度變化梯度大溫躍層：溫度和密度變化梯度大1213 海水的溫度分布（水平）海水的溫度分布（水平）6.2.1 海洋的基本特性海洋的基本特性1 1月份月份7 7月份月份14年平均年平均15166.2.16

7、.2.1 海洋基本特性海洋基本特性海水鹽度隨緯度的變化海水鹽度隨緯度的變化17海水鹽度（海水鹽度（ Salinity ）：1KG海水中溶解的全部固體物質(zhì)，通常以每千克海水中所含的克數(shù)表示，單位Annual mean surface salinity (PSS: 1978 Practical Salinity Scale ) 海表鹽度降水18海表鹽度分布海表鹽度分布亞熱帶最高，熱帶次之，極帶最低亞熱帶最高，熱帶次之，極帶最低19世界鹽度最高海區(qū)：世界鹽度最高海區(qū)：紅海（紅海（4.1%4.1%）世界鹽度最低海區(qū)：世界鹽度最低海區(qū)： 波羅的海波羅的海(1%(33的月份數(shù)的月份數(shù)1919等級等級33的

8、月份數(shù)的月份數(shù)1010115厄爾尼諾與江淮流域夏季旱澇（厄爾尼諾與江淮流域夏季旱澇（1950-1991年年）厄爾尼諾年1953195719581963196519691972正常澇旱澇澇澇澇197619821983198619871991正常澇特澇旱澇特澇厄爾尼諾次年1954195819591964196619701973特澇旱特旱正常特旱正常澇197719831984198719881992正常特澇正常澇旱旱在厄爾尼諾事件當(dāng)年夏季江淮流域發(fā)生洪澇的較多，而在厄在厄爾尼諾事件當(dāng)年夏季江淮流域發(fā)生洪澇的較多，而在厄爾尼諾的次年洪澇較少發(fā)生。爾尼諾的次年洪澇較少發(fā)生。116117El Nino 發(fā)

9、展年 JJA降水距平El Nino 衰亡年 JJA降水距平ENSOENSO與中國夏季氣候異常：與中國夏季氣候異常：西太平洋和南海臺風(fēng)的數(shù)目，以及登陸中國大陸西太平洋和南海臺風(fēng)的數(shù)目，以及登陸中國大陸的臺風(fēng)數(shù)，都是在的臺風(fēng)數(shù)，都是在El NinoEl Nino年偏少而在年偏少而在La NinaLa Nina年年偏多；偏多；在在El NinoEl Nino年夏季，中國東北氣溫往往偏低，而在年夏季，中國東北氣溫往往偏低，而在La NinaLa Nina年夏季，中國東北氣溫多偏高；年夏季，中國東北氣溫多偏高；El NinoEl Nino年華北汛期降水量容易偏少年華北汛期降水量容易偏少, ,江淮流域降江

10、淮流域降水偏多水偏多,La Nina,La Nina年華北汛期降水量容易偏多年華北汛期降水量容易偏多, ,江淮江淮流域降水偏少。流域降水偏少。El nino 盛期：盛期：東亞偏南風(fēng)東亞偏南風(fēng)異常異常冬季風(fēng)減弱冬季風(fēng)減弱ENSO 與異常東亞冬季風(fēng)相互作用過程與異常東亞冬季風(fēng)相互作用過程西太平洋副高強度和西伸強度的年際變化ElNino年，副高較常年偏強、面積大、西伸明顯；而在年，副高較常年偏強、面積大、西伸明顯；而在LaNina年副高偏弱、面積小、位置偏東。年副高偏弱、面積小、位置偏東。120ENSO與西太平洋臺風(fēng)活動的聯(lián)系與西太平洋臺風(fēng)活動的聯(lián)系 臺風(fēng)是發(fā)生在熱帶海洋上的一種猛烈的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)

11、。它臺風(fēng)是發(fā)生在熱帶海洋上的一種猛烈的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)。它生成的必要條件之一是在生成的必要條件之一是在海溫超過海溫超過26.5的洋面上。所以，的洋面上。所以，西北太平洋廣闊的西北太平洋廣闊的暖池區(qū)暖池區(qū)成為成為全球熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)最高、全球熱帶氣旋發(fā)生頻數(shù)最高、強度最大強度最大的海區(qū)。顯然，的海區(qū)。顯然，在厄爾尼諾年，西北太平洋海溫變在厄爾尼諾年，西北太平洋海溫變冷，必然會抑制臺風(fēng)的發(fā)生和發(fā)展。冷，必然會抑制臺風(fēng)的發(fā)生和發(fā)展。而在拉尼娜年，西北太而在拉尼娜年，西北太平洋海溫增暖，必將促進臺風(fēng)的發(fā)生和發(fā)展。平洋海溫增暖，必將促進臺風(fēng)的發(fā)生和發(fā)展。121(a) Warm(b) Cold(Wang a

12、nd Chan, 2002)(Li, 2012)熱帶氣旋生成熱帶氣旋生成122(a) El nino(b) La nina平均值最多值最少值厄爾尼諾年6.794正常年8.0125拉尼娜年9.312540年平均8.0厄爾尼諾與登陸中國臺風(fēng)個數(shù)（19501989年）平均值最多值最少值厄爾尼諾26.13320正常年28.13522拉尼娜30.5402340年平均28.2厄爾尼諾與臺風(fēng)發(fā)生總數(shù)（19501989年）熱帶氣旋路徑熱帶氣旋路徑124(a) El nino(b) La nina 美國哥倫比亞大學(xué)教授，開發(fā)了簡單海氣耦合模式，是第一個用于預(yù)測的動力模式，成功預(yù)報了和El Nino事件，但對，三

13、次 El Nino事件預(yù)測不成功ENSO 預(yù)測An example of prediction of El Nio SST by a NCEP coupled ocean-atmosphere model six months in advance during 1997-98 El Nio event.Prediction of El Nio SSTPredictions by the coupled ocean-atmosphere model of ECMWF 1997-98 El Nio event and verification with observations. The bla

14、ck curve is the observations. Each bunch of colored lines represent an ensemble of prediction. Ensemble of predictionEnsemble of prediction哥倫比亞大學(xué)IRIInternational Research Institute for Climate and SocietySeasonLa NiaNeutralEl NioASO 200760%39%1%SON 200758%41%1%OND 200756%42%2%NDJ 200853%44%3%DJF 200

15、850%45%5%JFM 200845%48%7%FMA 200840%50%10%MAM 200835%51%14%AMJ 200830%51%19%MJJ 200825%50%25%IRI Probabilistic ENSO Forecast for NINO3.4 Region - Made in August 2007 131La nina 6.6.2 印度洋海氣相互作用印度洋海氣相互作用第一模態(tài)第一模態(tài)132第二模態(tài)第二模態(tài)1331）偶極子模（）偶極子模（IOD, Indian Ocean Dipole) 基本概念：赤道東南印度洋海水異常變冷，赤道西印度洋海水異常變暖，即西暖東冷為

16、正偶極子事件，反之為負偶極子事件。印度洋偶極子關(guān)鍵海溫區(qū)域 暖冷正偶極子事件1341997.11Saji N.H., Goswami B.N., Vinayachandran P.N., Yamagata T., 1999: A dipole mode in the tropical Indian Ocean, Nature, 401, 360-363.135136IOD指數(shù)印度洋西部（5070E，10S10N）和東部（90 110E，10S0）區(qū)域平均的SST距平之差定義為IOD指數(shù)2）印度洋海盆一致模（）印度洋海盆一致模（IOBM, Indian Ocean Basin Mode ）印度洋SST為一致正異常的模態(tài)稱為印度洋海盆一致模（IOBM） 。與El Nino有較好的關(guān)系，近年來的研究表明， El Nino 對次年氣候的影響是通過印度洋海盆SST一致模來實現(xiàn)的。137138Nino3IOBM(Yang et al., 2007)IOBM模態(tài)是對ENSO的響應(yīng)139印