氣象學(xué)與氣候?qū)W第6章課件

1、第六章 氣候的形成氣候形成的概述 太陽輻射因子 環(huán)流因子 下墊面狀況因子 人類活動的影響2022/7/241徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 1. 輻射因子 復(fù)習(xí)：第2章“天文輻射”和地氣系統(tǒng)輻射收支平衡 2. 環(huán)流因子 縱觀地球，海洋占地球表面的70.8%，到達(dá)地表的太陽輻射能約有80%的能量為海洋所吸收，且將其中85%左右的熱能儲存在大洋表層；同時，海洋還通過蒸發(fā)，向大氣提供約86%的水汽來源；此外，海洋還是CO2的儲存庫，可調(diào)節(jié)大氣中CO2含量，以此影響氣溫和大氣環(huán)流狀況。由此可見，海洋是大氣環(huán)流運(yùn)轉(zhuǎn)的能量和水汽供應(yīng)的主要源地和儲存庫。 同時，大氣環(huán)流向下輸送動量，產(chǎn)生風(fēng)應(yīng)力，促使海水上下涌動，表

2、層出現(xiàn)洋流現(xiàn)象。這樣海洋和大氣之間通過一定的物理過程發(fā)生相互作用，組成一個復(fù)雜的耦合系統(tǒng)，亦稱為：海氣的相互作用。 環(huán)流因子對氣候的影響分為： 大氣環(huán)流對氣候的影響； 洋流對氣候的影響兩部分。2022/7/242徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 2.1 大氣環(huán)流狀況（復(fù)習(xí)第3章第3節(jié)“大氣環(huán)流”內(nèi)容）2.2 洋流狀況 海洋中，海水從一個海區(qū)水平地或垂直地流向另一個海區(qū)，這種大規(guī)模的非周期性的運(yùn)動，稱之為洋流。1）分類： 按洋流本身與周圍海水的溫度狀況分： 暖洋流、冷洋流； 暖洋流低緯流向高緯；冷洋流高緯流向低緯。 按洋流形成的原因分：風(fēng)生洋流、密度流、補(bǔ)償流。 風(fēng)生洋流（風(fēng)海流）大氣運(yùn)動產(chǎn)生風(fēng)應(yīng)力，促使

3、海水上表發(fā)生流動； 密度流因海洋的水溫、鹽分及密度不均引起的； 補(bǔ)償流因某地海水流走，相鄰區(qū)域海水流入補(bǔ)充而形成的。 2022/7/243徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 2）世界大洋表層中洋流的概況： 2022/7/244徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 A）以南、北副熱帶G為中心的反氣旋大洋環(huán)流B）以北半球中高緯度D區(qū)為中心的氣旋型大洋環(huán)流 【見上頁圖】C）北印度洋季風(fēng)漂流D）南半球中高緯度海岸上西風(fēng)漂流和繞極環(huán)流2022/7/245徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 簡化的表層洋流模式2022/7/246徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 實(shí)際表層洋流與簡化模式的異同同：北半球副熱帶地區(qū)有一順時針方向的渦旋南半球副熱帶地區(qū)有一逆時

4、針方向的異：赤道逆流（補(bǔ)償流）環(huán)繞南極大陸的西風(fēng)漂流（地形作用）北大西洋高緯氣旋型渦旋更明顯海水向渦旋的中部符合，沒發(fā)生堆積表層洋流特征的原因：除風(fēng)應(yīng)力外，還有其他外力作用的綜合結(jié)果2022/7/247徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 3）洋流的作用 在暖洋流的作用下，大氣從洋面得到熱量多，同時海溫變高，水汽向上輸送，使大氣下層增暖變濕； 相反，在冷洋流作用下，大氣下層降溫，有可能會使洋面上空出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象。2022/7/248徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 2.3 環(huán)流對氣候的影響1）環(huán)流與熱量輸送 大氣環(huán)流和大洋環(huán)流對氣候系統(tǒng)中的熱量重新分配起著重要的作用。它一方面將低緯度熱量傳輸?shù)礁呔暥?，調(diào)節(jié)赤道和兩極間的

5、溫差（a）；另一方面又因大氣環(huán)流方向在海陸之間有差異，加之冷暖洋流兩性的差異，使同一緯度帶上大陸東西岸氣溫產(chǎn)生了明顯差異，破壞了天文氣候帶的地帶性分布（b）。a)“赤-極間”熱量傳輸： 就年平均而言，熱赤道約在5N左右，其中顯熱輸送從熱赤道開始向北、向南輸送，潛熱量約在南北回歸線附近向高、低緯地區(qū)輸送；而大洋環(huán)流熱通量約自2N左右的洋面向南北兩側(cè)輸送。 2022/7/249徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 據(jù)估計，在這種環(huán)流的經(jīng)向熱量輸送中，大氣環(huán)流作用占約67%，洋流作用約占30%。在赤道至低緯度（30度）間洋流輸送大于大氣環(huán)流輸送；在緯度30度以上的中高緯地區(qū)，大氣環(huán)流作用超過洋流。 這種“海洋-大

6、氣”接力式的經(jīng)向熱量輸送是維持高低緯度能量平衡的重要機(jī)制。b) “海-陸間”熱量輸送 冬季，海洋為相對熱源，陸地為冷源。在中高緯度地區(qū)，盛行西風(fēng)，大陸西岸為迎風(fēng)面，受暖洋流影響，提高了大陸西岸的氣溫；此時，形成大陸西岸暖，東岸冷的現(xiàn)象。 夏季，相反。這時，大陸通過大氣環(huán)流向海洋輸送熱量，迎風(fēng)海岸氣溫較為涼爽，尤其在冷洋流的海岸，要比大陸氣溫低很多。 2022/7/2410徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 2）環(huán)流與水分循環(huán) 水分循環(huán)的三個分量：蒸發(fā)、降水和大氣水分輸送，都與大氣環(huán)流有重要聯(lián)系。蒸發(fā)過程中，在水源充足的條件下，蒸發(fā)快慢和蒸發(fā)量的多寡，要受下墊面溫度和環(huán)流方向及速度的影響；降水產(chǎn)生，主要依靠

7、水汽凝結(jié)，水汽凝結(jié)條件中以上升運(yùn)動為主，環(huán)流可以促使上升運(yùn)動發(fā)展；水汽輸送，在低緯度Hardly環(huán)流作用明顯；在中高緯度地區(qū)主要通過大型渦旋運(yùn)動進(jìn)行。2022/7/2411徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 2.4 環(huán)流變異對氣候的影響 請復(fù)習(xí)回顧：第3章第3節(jié)中的大氣環(huán)流平均狀況（有平均緯向、經(jīng)向和水平環(huán)流）；但在某些年份，大氣環(huán)流也會脫離常態(tài)，有異常的行為，同樣，也會直接影響該期內(nèi)的天氣和氣候出現(xiàn)異常。 我們就近些年來出現(xiàn)的影響重大的、典型的、頻繁的氣候異?，F(xiàn)象厄爾尼諾/南方濤動（ENSO）現(xiàn)象為例，介紹一下環(huán)流形勢場變異時，對氣候的影響。2022/7/2412徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 1）沃克環(huán)流 (

8、Walker) 它是赤道海洋表面因水溫的東西面差異而產(chǎn)生的一種緯圈熱力環(huán)流. 由英國氣象學(xué)家沃克在20世紀(jì)20年代首先發(fā)現(xiàn)，是熱帶太平洋上空大氣循環(huán)的主要動力之一。 它是指在正常情況下較干燥的空氣在較冷的洋面上下沉，然后沿赤道向西運(yùn)動，成為赤道信風(fēng)的一部分，當(dāng)信風(fēng)到達(dá)西部洋面時，受到較暖洋面的影響而上升再向東運(yùn)行，如此形成了一個封閉的環(huán)流。 主要在馬來群島、非洲和南美中部地區(qū)，由于降水充沛，積云釋放大量潛熱，形成幾個熱源，而在非洲和南美沿海地區(qū)由于冷海水上翻，形成熱匯，從而造成水溫東西向的差異，引起緯向氣壓差，使熱源區(qū)空氣上升，流至熱匯區(qū)下沉，而低空從熱匯流向熱源區(qū)，形成了赤道地區(qū)三個東西緯向

9、上閉合的環(huán)流圈，位置分別在太平洋、大西洋和南亞處。(太平洋walker環(huán)流)2022/7/2413徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 Walker環(huán)流的上升支和熱帶太平洋西部暴雨頻繁、臺風(fēng)活躍和云層厚密有關(guān)；至于其東部的沉降支則為該區(qū)帶來干燥晴朗的天氣。 “Walker環(huán)流”對太平洋東西兩岸的氣候調(diào)節(jié)有重要作用。 對于赤道太平洋地區(qū)的walker環(huán)流來講： 如果東太平洋的洋面溫度升高，就會產(chǎn)生較暖而且濕潤的上升氣流，削弱“沃克環(huán)流”，同時美洲中部一帶會氣溫上升、暴雨成災(zāi)，這就是著名的“厄爾尼諾”現(xiàn)象。2022/7/2414徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 2）厄爾尼諾（EL Nino） 這個詞來源于西班牙文“EL

10、Nino”（原意是圣嬰）。最初表示某些年份圣誕節(jié)前后，沿南美秘魯和厄瓜多爾附近的太平洋海岸附近，出現(xiàn)季節(jié)性水溫上升的現(xiàn)象。 這種東太平洋赤道海域水溫季節(jié)性上升的現(xiàn)象，每隔幾年就又一次異常發(fā)展，可使南美西海岸（秘魯和厄瓜多爾附近）延伸至赤道東太平洋向西至日界線（180度）附近，海面異常增暖，造成原來干旱的氣候突變?yōu)槎嘤隁夂?，?yán)重的時候可形成災(zāi)害。 確定EL Nino現(xiàn)象發(fā)生的指標(biāo)，常用赤道東太平洋（0-10S, 90W-180）的表層海溫距平來指示。 凡連續(xù)兩個季以上平均海溫距平 0.5 或海溫月距平峰值達(dá)到1.0 ，定為厄爾尼諾事件；相反，如果指標(biāo)達(dá)到上述數(shù)值的負(fù)距平時，則定為反厄爾尼諾事件（

11、又稱拉尼娜事件“La Nina” ）。2022/7/2415徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 3）南方濤動（SO, Southern Oscillation） 是指印度洋赤道D區(qū)與南太平洋副G區(qū)這兩大活動中心之間的海平面氣壓變化呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。 即：當(dāng)東南太平洋的副G比常年升高（降低）時，印度洋赤道D比常年要低（升高），它們之間呈現(xiàn)此起彼伏狀，形成兩大洋上的大氣間的濤動。 近些年，北半球也發(fā)現(xiàn)了北大西洋濤動（冰島D和亞速爾G之間）和北太平洋濤動（阿留申D和北太平洋副G之間）的反相振蕩現(xiàn)象。 符淙斌和葉篤正著眼于全球的振蕩特征，將以上三大濤動統(tǒng)稱為“低緯度濤動”（Low Latitude Oscillat

12、ionA very low frequency seesaw in global tropics ，1989）。2022/7/2416徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 4）ENSO與氣候 在討論海氣相互作用和氣候變化關(guān)系時，通常將SO、EL Nino與Walker環(huán)流綜合一起分析。 因?yàn)樵贓L Nino事件發(fā)生的同時，出現(xiàn)了東南太平洋副G氣壓下降，西太平洋赤道海域的D氣壓上升，即南方濤動強(qiáng)度減弱，相應(yīng)的赤道地區(qū)的東西向環(huán)流也減弱，此時，合稱ENSO事件發(fā)生。 ENSO是低緯度地區(qū)海氣相互作用的強(qiáng)信號特征。在濤動低指數(shù)期，赤道低壓主體減弱，前端向東伸，此時太平洋上的副熱帶G減弱并向高緯移，其結(jié)果必然使信風(fēng)

13、減弱，赤道西風(fēng)發(fā)展，此狀態(tài)有利于赤道西太平洋暖水向東擴(kuò)展輸送；同時，赤道東太平洋冷水上涌現(xiàn)象減弱乃至停止，造成中、東太平洋海水溫升高，出現(xiàn)厄爾尼諾事件（EL Nino）在海面高水溫影響下，Walker環(huán)流改變，其上升分支向東移，對流現(xiàn)象在西太平洋減弱，在中東太平洋發(fā)展，在東太平洋出現(xiàn)多雨帶。 2022/7/2417徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 相反，在低緯度濤動高指數(shù)期，海上大范圍降溫，赤道主要對流區(qū)局限于西太平洋，Walker環(huán)流上升分支西移，東太平洋出現(xiàn)干旱氣候。 ENSO對氣候的影響以環(huán)赤道太平洋地區(qū)最為顯著。如厄爾尼諾年，印度尼西亞、澳大利亞、印度次大陸和巴西東北部均出現(xiàn)干旱現(xiàn)象；而赤道中太

14、平洋到南美的西岸則多雨。 同時，ENSO除影響低緯度氣候外，還可能通過遙相關(guān)影響到中高緯度地區(qū)的氣候。如厄爾尼諾年，我國東北地區(qū)和日本夏季持續(xù)低溫，有些年份我國北方地區(qū)降水偏少等等現(xiàn)象，也可能會和厄爾尼諾有關(guān)。ENSO監(jiān)測和預(yù)測研究 翟盤茂主編氣象出版社 2000年2022/7/2418徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 第六章 氣候的形成氣候形成的概述 太陽輻射因子 環(huán)流因子 下墊面狀況因子 人類活動的影響2022/7/2419徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 3 下墊面狀況因子 下墊面是大氣下層空氣運(yùn)動的邊界面，也是大氣的主要熱源和水源，影響氣候的作用十分明顯。 下墊面因素有很多，包括：海陸間差異、地形和地表性

15、質(zhì)差異、海洋中洋流的分布和強(qiáng)度、冰雪覆蓋層的影響等。3.1 海陸分布對氣候的影響1）海陸間熱力差異2）海陸分布對氣溫的影響3）海陸分布對大氣濕度影響 海洋是水汽源，陸地復(fù)雜（冬季是匯；夏季，潮濕地是源，干旱地是匯）。 海上多成霧；陸上沿海區(qū)比內(nèi)陸多霧。 海陸分布對降水量和降水時間也有著顯著影響。2022/7/2420徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 4）海陸分布對風(fēng)的影響 a)海陸風(fēng)(第3章4區(qū)域和局地尺度的環(huán)流) b)季風(fēng) 定義：大范圍地區(qū)的盛行風(fēng)，以年為周期隨季節(jié)而有顯著改變的現(xiàn)象。特點(diǎn): (1)盛行風(fēng)向有明顯季節(jié)變化； (2)風(fēng)的性質(zhì)有明顯差異（如濕潤程度、水汽含量等）； (3)影響的天氣現(xiàn)象也有

16、明顯差別。成因：主要取決于海陸熱力差異狀況和行星風(fēng)帶的季節(jié)性變化。特例分析： 東亞季風(fēng)影響區(qū)域：中國、朝鮮半島和日本等地。 主要由太平洋與亞洲的內(nèi)陸之間的海陸熱力差異為影響因子，外加青藏高原影響輔助而形成的。 2022/7/2421徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 冬季，亞洲大陸為蒙古-西伯利亞高壓盤踞控制，高壓前緣的偏北風(fēng)成為亞洲東部的冬季風(fēng)；由于蒙古高壓比較強(qiáng)大，由陸向海，風(fēng)力也較強(qiáng)。 同時該高壓帶來的是冷氣團(tuán)，因此會產(chǎn)生低溫、干燥和少雨天氣。 夏季，亞洲大陸為熱低壓控制，同時加上西太平洋副高西伸北進(jìn)，高低壓之間的偏南風(fēng)成為亞洲東部的夏季風(fēng)，但是此時高低壓之間的氣壓梯度較小，所以風(fēng)力較弱。 同時，帶

17、來的是由低緯的沿海向高緯地內(nèi)陸的氣流，會形成高溫、濕潤和多雨的 天氣。2022/7/2422徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 南亞季風(fēng)影響區(qū)域：印度半島、中南半島及中國西南部等地。 主要是行星風(fēng)帶季節(jié)性移動和青藏高原大地形作用為影響因子，同時輔助海陸熱力差異而形成的。 冬季，行星風(fēng)帶南移，赤道低壓移至南半球，亞洲陸上冷高盤踞，此高壓南部為東北風(fēng)成為南亞地區(qū)的冬季風(fēng)。此風(fēng)，由陸吹向海洋，帶來干燥少雨天氣。夏季，行星風(fēng)帶北移，赤道低壓移回北半球，其中心位于印度半島附近，同時北太平洋副高西伸北進(jìn)，高低壓之間風(fēng)向呈現(xiàn)偏南風(fēng)；加上南半球東南氣流越過赤道能到達(dá)南亞，此風(fēng)轉(zhuǎn)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，成為南亞地區(qū)的夏季風(fēng)。此風(fēng)，由洋

18、面吹向陸地，可帶來潮濕多雨天氣。2022/7/2423徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 5）海洋性氣候和大陸性氣候 根據(jù)海陸分布對溫、濕、風(fēng)等的明顯作用，可將海、陸條件下的氣候分為兩大氣候類別：海洋性氣候和大陸性氣候。 海洋性氣候某地區(qū)氣候受海洋影響較深，且能反映出海洋影響的氣候特征；大陸性氣候某地區(qū)氣候受大陸影響較深，能反映出大陸影響的氣候特征。兩者的差異：主要表現(xiàn)在氣溫和降水兩方面。（Book P181-183） 分布：主要決定于距海遠(yuǎn)近、大氣環(huán)流條件和洋流狀況的因素。 a) 大陸上，越近海洋，氣候的海洋性越強(qiáng)；越深入內(nèi)陸，氣候大陸性越強(qiáng)（在中緯度地區(qū)表現(xiàn)最突出）； b) 在信風(fēng)帶大陸西岸，風(fēng)從大陸

19、吹向海洋，并有冷洋流經(jīng)過，受不到海風(fēng)影響，會干燥少雨，呈現(xiàn)大陸性氣候特征；而此帶的大陸東岸，風(fēng)從海洋吹向陸面，并有暖洋流經(jīng)過，因?yàn)槌睗穸嘤?，呈現(xiàn)海洋性特征。 c) 歐亞大陸溫帶，大陸西岸吹向岸風(fēng)，氣流經(jīng)過暖洋面，具有典型海洋性氣候，向東到大陸內(nèi)部，不受海洋影響，呈現(xiàn)典型大陸性氣候特征。而大陸東岸，具有典型的季風(fēng)氣候特征，冬夏季不同，冬季偏大陸性，夏季偏向海洋性特征。2022/7/2424徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 3.2 地形起伏及地表特性對氣候的影響 1）地形與氣溫的影響 a)高大地形對氣溫的影響動力作用（機(jī)械阻擋）和熱力作用 可復(fù)習(xí)第3章第3節(jié)“大氣環(huán)流”影響因子 BOOK185 分析表6.1

20、0 b）中小地形對氣溫的影響 主要依賴于中小地形的坡地方位、地形凹凸型態(tài)、海拔高度狀況等因素。 有利于形成氣候的垂直地帶性。 2）地形對氣流的影響 通過山地時，大氣流場會發(fā)生變化(如氣流的繞行、爬越現(xiàn)象等)，同時，山地地形還會產(chǎn)生一些局地性環(huán)流（如高原季風(fēng)、山谷風(fēng)、焚風(fēng)、峽谷風(fēng)等等）。 可復(fù)習(xí)第3章3節(jié)“大氣環(huán)流”3）地形對降水的影響 對降水形成有促進(jìn)作用 P188 對降水分布的作用復(fù)雜 P1892022/7/2425徐師大 城市與環(huán)境學(xué)院 青藏高原 具有大陸性氣候特征 1）對氣溫影響： 青藏高原海拔高、面積大，在內(nèi)陸中如同一個大氣海洋中的一個巨大孤島。它與同高度的自由大氣相比，冬季為冷源，夏季為熱源，對四周的大氣熱量輸送有明顯作用。 2）對氣流影響： 冬季，西風(fēng)氣流遇到青藏高原的阻礙被迫分支，分別沿高原繞行，于是西北側(cè)為暖平流，西南側(cè)為冷平流，繞過高原后氣流輻合，東北側(cè)為冷平流，東南側(cè)為暖平流。 夏季青藏高原對南來的暖濕氣流的北上也有一定的阻擋作用，不過暖濕氣流一般具有不穩(wěn)定層結(jié)特征，比冷空氣容易爬升山地。 同時，青藏高原自身的熱力因素，使該地區(qū)冬夏兩季盛行風(fēng)向相反。 3）對降水影響： 夏季影響熱帶西南季風(fēng)氣