Chap2shengtai全球氣候系統(tǒng)詳解

Chapter2Thesystemofglobalclimate第2章全球氣候系統(tǒng)Climateisthestatefactorthatmoststronglygovernstheglobalpatternofecosystemstructureandfunction氣候是狀態(tài)因素，最強有力地把握著全球的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造和功能的模式地形氣候母質(zhì)潛在的生物時間微氣候/小氣候干擾機制資源功能類型生態(tài)系統(tǒng)過程干擾演替生態(tài)系統(tǒng)的進展ClimateisakeymechanismbywhichecosystemsinteractwiththetotalEarthSystem氣候是一個關(guān)鍵機制,通過生態(tài)系統(tǒng)與整個地球系統(tǒng)交互地球系統(tǒng)科學生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學生理生態(tài)學群落生態(tài)學種群生態(tài)學環(huán)境機制氣候?qū)W水文土壤學地球化學MajorgoalsinthislectureUnderstandhowtheclimatesystemworksEnableyoutopredicttheclimateanyplaceonEarth這節(jié)課的主要目標理解氣候系統(tǒng)是如何工作的使你能猜測地球上任何地方的氣候Energyin=energyoutHalfofsolarradiationreachesEarthTheatmosphereistransparenttoshortwavebutabsorbslongwaveradiation(greenhouseeffect)Theatmosphereisheatedfromthebottombylongwaveradiationandconvection能量輸入=能量輸出一半的太陽輻射到達地球大氣對短波是透亮的，但是會吸取長波輻射〔溫室效應〕大氣從底部被加熱，通過長波輻射和對流/傳遞

空間入射太陽輻射短波射出輻射長波對流由H2O、CO2、O3所造成的輻射云層輻射/放射云層、CO2、O3的凈吸取對流混合凈長波二次輻射由大氣造成的后向散射由云層造成的后向散射地表反射天空漫反射的吸取與云輻射直接太陽輻射的吸取云的吸取地表大氣H2O、塵埃、O3的吸取感熱通量/顯熱通量潛熱通量ThetemperatureofabodydetermineswavelengthsofenergyemittedSolarradiationhashighenergy(shortwave)thatreadilypenetratestheatmosphereEarthemitslow-energy(longwave)radiationthatisabsorbedbytheatmosphere身體的溫度準備能量釋放的波長太陽輻射具有較高的能量(短波)，簡潔穿透大氣層地表放射出較低的能量(長波)輻射，可以被大氣吸取太陽入射輻射地面輸出輻射可見區(qū)域吸取率波長TheatmosphereisheatedfromthebottomThereforeitiswarmestneartheandgetscolderwithincreasingelevation從底部加熱大氣因此，在底部四周是最溫和的，隨著海拔增加會漸漸更冷高度電離層/熱層中間層頂中間層/逸散層平流層頂/同溫層上線平流層/同溫層對流層頂對流層溫度珠穆朗瑪峰UnevenheatingofEarth’ssurfacecausesatmosphericcirculationGreaterheatingatequatorthanpoles1.sun’srayshitmoredirectly2.lessatmospheretopenetrate地球外表的不均勻加熱會導致大氣環(huán)流赤道比兩極加熱程度大1.太陽光線直射程度大2.大氣滲透少Therefore1.Netgainofenergyatequator2.Netlossofenergyatpoles因此1.在赤道地區(qū)能量是凈增加的2.在兩極地區(qū)能量是凈損耗的大氣地軸地表太陽光Airrisesatequatorandsubsidesatpoles(verticalcirculation)CirculationcellsexplainglobaldistributionofrainfallEarth’srotationdetermineswinddirection(horizontalcirculation)(Coriolisforce)tropicaleasterliestemperatewesterlies空氣在赤道上升，在極地下降(垂直循環(huán))環(huán)流圈解釋全球降水的分布地球自轉(zhuǎn)準備了風向(水平循環(huán))(科里奧利力)熱帶東風帶(溫帶)西風帶嚴寒空氣下沉溫和氣流上升嚴寒空氣下沉溫和氣流上升溫和氣流上升嚴寒空氣下沉嚴寒空氣下沉極鋒副熱帶高壓副熱帶高壓極鋒極地環(huán)流圈極地環(huán)流圈哈德萊環(huán)流/低緯環(huán)流哈德萊環(huán)流/低緯環(huán)流費雷爾環(huán)境圈/中緯度環(huán)流圈費雷爾環(huán)境圈/中緯度環(huán)流圈西風帶西風帶東北信風東南信風熱帶輻合帶At30oN&S,airdescendsmorestronglyovercoldoceanthanoverlandAt60oN&S,airdescendsovercoldland(highpressure)andrisesoverwarmocean(lowpressure)Pressuregradientscreategeographicvariationinprevailingwinds在30oN和30oS，空氣在嚴寒的海洋比陸地下降更猛烈在60oN和60oS，空氣在嚴寒的陸地(高壓)上下降，在溫和的海洋(低壓)上上升壓力梯度在盛行風帶造成地理變異緯度經(jīng)度西伯利亞高壓太平洋高壓百慕大高壓冰島低壓阿留申低壓熱帶輻合帶Insummerat60oN&S,airdescendsovercoldocean(highpressure)andrisesoverwarmland(lowpressure)1.Coolequator-wardflowofaironWcoastofcontinents2.WarmpolewardflowofaironEcoastsofcontinentsCreatesplanetarywaves在夏季時，在60oN和60oS，空氣在嚴寒的海洋(高壓)上下降，在溫和的陸地(低壓)上上升1.向赤道方向流淌的涼快的空氣流在大陸西海岸2.向極地方向運動的溫和的空氣流在大陸東海岸產(chǎn)生行星波動緯度經(jīng)度熱帶輻合帶西伯利亞低壓太平洋高壓冰島低壓百慕大高壓熱低壓Oceancurrentsaresimilartowindpatterns:1.DrivenbyCoriolisforces2.Drivenbywinds洋流與風的模式相像：1.由科里奧利力驅(qū)動2.由風驅(qū)動緯度經(jīng)度西風漂流北大西洋漂流墨西哥灣流本格拉海流洪堡海流，即秘魯寒流

黑潮暖流北太平洋漂流

Climateofanyregionispredictablefromtopography,windandoceancurrents

Alaska’sJulytemperature任何地區(qū)的氣候都可以從地形、風力和洋流中猜測阿拉斯加七月氣溫Warmingleadstothawingofpermafrost(thermokarst)inAlaska氣候變暖會導致永久凍土溶化(熱巖溶)在阿拉斯加UnevenheatingofEarth’ssurfacecausesatmosphericcirculation60%ofheattransportiscarriedbyatmospherethroughstormsthatMovealongpressuregradients40%iscarriedbyoceancurrents(conveyorbelt)surface(warm)currentsmovepolewarddeep(cold)currentsmoveequatorward地球外表的不均勻加熱會導致大氣環(huán)流60%的熱傳輸是通過大氣中的暴風，沿壓力梯度移動40%是由洋流〔輸送帶〕攜帶的外表(溫和)洋流流向兩極深海(冷)洋流朝赤道方向移動大氣太陽光地軸Oceancurrentsmove40%of“excessheat”fromequatortopolesDrivenbycirculationofdeepoceanwatersDeepwaterformationoccursnearGreenlandandinAntarctic洋流從赤道向兩極移動40%的“多余熱量”由深海水體流淌所驅(qū)動深海構(gòu)造發(fā)生在格陵蘭島和南極四周溫和的淺層海流嚴寒的含鹽深層海流LandformeffectsonclimateLand-waterinteractionsMonsoonsLand-seabreezesMountaineffectsRainshadowEffectsofaspectAirdrainage(inversion)地形對氣候的影響陸-水相互作用季風海陸風山脈影響雨影坡向的影響空氣流泄〔反向〕Vegetationeffectsonclimate植被對氣候的影響森林森林森林草地草地草地蒸散/土壤水分蒸發(fā)蒸騰損失總量外表溫度/地表溫度降水

Changesinsolarorbitcauseslong-termvariationsinsolarinputtoEarth太陽軌道的變化會導致輸入地球太陽能的長期變化偏心率/離心率歲差傾斜角時間〔數(shù)千年前〕度六月時的日地距離百分比Climateeffectsonvegetation氣候?qū)χ脖坏挠绊?/p>

花粉豐度Earth’sclimateisnowwarmerthanatanytimeinthelast1000years1.increasedsolarinput(smallwarmingeffect)2.Increasedsulfateaerosolsreflectsradiation(smallcoolingeffect)3.Increasedgreenhousegasconcentrations(largewarmingeffect)4.Land-coverchangecreatesadarkersurface(largewarmingeffect)現(xiàn)在地球的氣候比過去1000年的任何時候都溫和輸入太陽能增加(小幅度變暖影響)2.硫酸鹽氣溶膠反射輻射增加(小f幅度降溫影響)3.

溫室氣體濃度增加(大幅度增溫影響)土地掩蓋變化造成了更暗的外表(大幅度增暖影響)溫度特殊Mostmajorgreenhousegasesareincreasinginatmosphericconcentrations最主要的溫室氣體在大氣中的濃度增加濃度Climateiswarmingmostrapidlyathighlatitudes

ThiswarmingismostpronouncedinSiberiaandwesternNorthAmerica在高緯度地區(qū)，氣候變暖最快這種氣候變暖在西伯利亞和美國北部最為明顯Howcantheatmospherewarm?1.Moresolarradiation variationinEarth’sorbit2.Lessreflectedshortwave lesssulfateaerosols darkersurfaceofEarth (land-coverchange)3.Moreabsorbedlongwavemore“greenhousegases”大氣如何變暖？1.更多的太陽輻射地球軌道變化2.短波反射較少硫酸鹽氣溶膠較少地球外表較暗〔土地覆被變化〕3.吸取的長波更多更多的“溫室氣體”空間入射太陽輻射短波射出輻射長波對流由H2O、CO2、O3所造成的輻射云層輻射/發(fā)射云層、CO2、O3的凈吸收對流混合凈長波二次輻射由大氣造成的后向散射由云層造成的后向散射地表反射天空漫反射的吸收與云輻射直接太陽輻射的吸收云的吸收地表大氣H2O、塵埃、O3的吸收感熱通量/顯熱通量潛熱通量InterannualclimatevariationENSOeventsTeleconnectionscarrytheseclimateeffectsthroughouttheglobe(e.g.,ElNi?ocreateswarmwintersinAKandCalif)氣候年際變化厄爾尼諾大事(大氣)遙相關(guān)攜帶這些氣候影響普及全球(例如，厄爾尼諾導致阿拉斯加和加利福尼亞的暖冬)正常狀況厄爾尼諾大事高空西風東來信風中高壓/溫存的高壓斜溫層/溫躍層

斜溫層/溫躍層

上涌冷海水上涌暖海水ThePacificOceanstronglyinfluencestheclimatesystembecauseItisthelargestoceanbasinNormaloceancurrentandwinddirectio