气象学与气候学第6章.ppt

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1、第六章 气候的形成,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,2,第六章 气候的形成,气候形成的概述,太阳辐射因子,环流因子,下垫面状况因子,人类活动的影响,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,3,1. 辐射因子 复习：第2章“天文辐射”和地气系统辐射收支平衡,2. 环流因子 纵观地球，海洋占地球表面的70.8%，到达地表的太阳辐射能约有80%的能量为海洋所吸收，且将其中85%左右的热能储存在大洋表层；同时，海洋还通过蒸发，向大气提供约86%的水汽来源；此外，海洋还是CO2的储存库，可调节大气中CO2含量，以此影响气温和大气环流状况。由此可见，海洋是大气环流运转的能量和水汽供应的主要源地

2、和储存库。 同时，大气环流向下输送动量，产生风应力，促使海水上下涌动，表层出现洋流现象。这样海洋和大气之间通过一定的物理过程发生相互作用，组成一个复杂的耦合系统，亦称为：海气的相互作用。 环流因子对气候的影响分为： 大气环流对气候的影响； 洋流对气候的影响两部分。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,4,2.1 大气环流状况（复习第3章第3节“大气环流”内容） 2.2 洋流状况 海洋中，海水从一个海区水平地或垂直地流向另一个海区，这种大规模的非周期性的运动，称之为洋流。 1）分类： 按洋流本身与周围海水的温度状况分： 暖洋流、冷洋流； 暖洋流低纬流向高纬；冷洋流高纬流向低纬。 按洋流形成

3、的原因分：风生洋流、密度流、补偿流。 风生洋流（风海流）大气运动产生风应力，促使海水上表发生流动； 密度流因海洋的水温、盐分及密度不均引起的； 补偿流因某地海水流走，相邻区域海水流入补充而形成的。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,5,2）世界大洋表层中洋流的概况：,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,6,A）以南、北副热带G为中心的反气旋大洋环流 B）以北半球中高纬度D区为中心的气旋型大洋环流 【见上页图】 C）北印度洋季风漂流 D）南半球中高纬度海岸上西风漂流和绕极环流,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,7,简化的表层洋流模式,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院

4、,8,实际表层洋流与简化模式的异同,同： 北半球副热带地区有一顺时针方向的涡旋 南半球副热带地区有一逆时针方向的 异： 赤道逆流（补偿流） 环绕南极大陆的西风漂流（地形作用） 北大西洋高纬气旋型涡旋更明显 海水向涡旋的中部符合，没发生堆积,表层洋流特征的原因： 除风应力外，还有其他外力作用的综合结果,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,9,3）洋流的作用 在暖洋流的作用下，大气从洋面得到热量多，同时海温变高，水汽向上输送，使大气下层增暖变湿； 相反，在冷洋流作用下，大气下层降温，有可能会使洋面上空出现逆温现象。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,10,2.3 环流对气候的影响 1

5、）环流与热量输送 大气环流和大洋环流对气候系统中的热量重新分配起着重要的作用。它一方面将低纬度热量传输到高纬度，调节赤道和两极间的温差（a）；另一方面又因大气环流方向在海陆之间有差异，加之冷暖洋流两性的差异，使同一纬度带上大陆东西岸气温产生了明显差异，破坏了天文气候带的地带性分布（b）。 a)“赤-极间”热量传输： 就年平均而言，热赤道约在5N左右，其中显热输送从热赤道开始向北、向南输送，潜热量约在南北回归线附近向高、低纬地区输送；而大洋环流热通量约自2N左右的洋面向南北两侧输送。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,11,据估计，在这种环流的经向热量输送中，大气环流作用占约67%，洋流

6、作用约占30%。在赤道至低纬度（30度）间洋流输送大于大气环流输送；在纬度30度以上的中高纬地区，大气环流作用超过洋流。 这种“海洋-大气”接力式的经向热量输送是维持高低纬度能量平衡的重要机制。 b) “海-陆间”热量输送 冬季，海洋为相对热源，陆地为冷源。在中高纬度地区，盛行西风，大陆西岸为迎风面，受暖洋流影响，提高了大陆西岸的气温；此时，形成大陆西岸暖，东岸冷的现象。 夏季，相反。这时，大陆通过大气环流向海洋输送热量，迎风海岸气温较为凉爽，尤其在冷洋流的海岸，要比大陆气温低很多。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,12,2）环流与水分循环 水分循环的三个分量：蒸发、降水和大气水分输

7、送，都与大气环流有重要联系。 蒸发过程中，在水源充足的条件下，蒸发快慢和蒸发量的多寡，要受下垫面温度和环流方向及速度的影响； 降水产生，主要依靠水汽凝结，水汽凝结条件中以上升运动为主，环流可以促使上升运动发展； 水汽输送，在低纬度Hardly环流作用明显；在中高纬度地区主要通过大型涡旋运动进行。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,13,2.4 环流变异对气候的影响 请复习回顾：第3章第3节中的大气环流平均状况（有平均纬向、经向和水平环流）；但在某些年份，大气环流也会脱离常态，有异常的行为，同样，也会直接影响该期内的天气和气候出现异常。 我们就近些年来出现的影响重大的、典型的、频繁的气候

8、异常现象厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）现象为例，介绍一下环流形势场变异时，对气候的影响。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,14,1）沃克环流 (Walker) 它是赤道海洋表面因水温的东西面差异而产生的一种纬圈热力环流. 由英国气象学家沃克在20世纪20年代首先发现，是热带太平洋上空大气循环的主要动力之一。 它是指在正常情况下较干燥的空气在较冷的洋面上下沉，然后沿赤道向西运动，成为赤道信风的一部分，当信风到达西部洋面时，受到较暖洋面的影响而上升再向东运行，如此形成了一个封闭的环流。,主要在马来群岛、非洲和南美中部地区，由于降水充沛，积云释放大量潜热，形成几个热源，而在非洲和南美沿海地

9、区由于冷海水上翻，形成热汇，从而造成水温东西向的差异，引起纬向气压差，使热源区空气上升，流至热汇区下沉，而低空从热汇流向热源区，形成了赤道地区三个东西纬向上闭合的环流圈，位置分别在太平洋、大西洋和南亚处。,(太平洋walker环流),2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,15,Walker环流的上升支和热带太平洋西部暴雨频繁、台风活跃和云层厚密有关；至于其东部的沉降支则为该区带来干燥晴朗的天气。 “Walker环流”对太平洋东西两岸的气候调节有重要作用。 对于赤道太平洋地区的walker环流来讲： 如果东太平洋的洋面温度升高，就会产生较暖而且湿润的上升气流，削弱“沃克环流”，同时美洲中部一

10、带会气温上升、暴雨成灾，这就是著名的“厄尔尼诺”现象。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,16,2）厄尔尼诺（EL Nino） 这个词来源于西班牙文“EL Nino”（原意是圣婴）。最初表示某些年份圣诞节前后，沿南美秘鲁和厄瓜多尔附近的太平洋海岸附近，出现季节性水温上升的现象。 这种东太平洋赤道海域水温季节性上升的现象，每隔几年就又一次异常发展，可使南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至日界线（180度）附近，海面异常增暖，造成原来干旱的气候突变为多雨气候，严重的时候可形成灾害。 确定EL Nino现象发生的指标，常用赤道东太平洋（0-10S, 90W-180）的表层

11、海温距平来指示。 凡连续两个季以上平均海温距平 0.5 或海温月距平峰值达到1.0 ，定为厄尔尼诺事件；相反，如果指标达到上述数值的负距平时，则定为反厄尔尼诺事件（又称拉尼娜事件“La Nina” ）。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,17,3）南方涛动（SO, Southern Oscillation） 是指印度洋赤道D区与南太平洋副G区这两大活动中心之间的海平面气压变化呈现负相关关系。 即：当东南太平洋的副G比常年升高（降低）时，印度洋赤道D比常年要低（升高），它们之间呈现此起彼伏状，形成两大洋上的大气间的涛动。 近些年，北半球也发现了北大西洋涛动（冰岛D和亚速尔G之间）和北太平

12、洋涛动（阿留申D和北太平洋副G之间）的反相振荡现象。 符淙斌和叶笃正着眼于全球的振荡特征，将以上三大涛动统称为“低纬度涛动”（Low Latitude OscillationA very low frequency seesaw in global tropics ，1989）。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,18,4）ENSO与气候 在讨论海气相互作用和气候变化关系时，通常将SO、EL Nino与Walker环流综合一起分析。 因为在EL Nino事件发生的同时，出现了东南太平洋副G气压下降，西太平洋赤道海域的D气压上升，即南方涛动强度减弱，相应的赤道地区的东西向环流也减弱，此时

13、，合称ENSO事件发生。 ENSO是低纬度地区海气相互作用的强信号特征。在涛动低指数期，赤道低压主体减弱，前端向东伸，此时太平洋上的副热带G减弱并向高纬移，其结果必然使信风减弱，赤道西风发展，此状态有利于赤道西太平洋暖水向东扩展输送；同时，赤道东太平洋冷水上涌现象减弱乃至停止，造成中、东太平洋海水温升高，出现厄尔尼诺事件（EL Nino）在海面高水温影响下，Walker环流改变，其上升分支向东移，对流现象在西太平洋减弱，在中东太平洋发展，在东太平洋出现多雨带。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,19,相反，在低纬度涛动高指数期，海上大范围降温，赤道主要对流区局限于西太平洋，Walker

14、环流上升分支西移，东太平洋出现干旱气候。 ENSO对气候的影响以环赤道太平洋地区最为显著。如厄尔尼诺年，印度尼西亚、澳大利亚、印度次大陆和巴西东北部均出现干旱现象；而赤道中太平洋到南美的西岸则多雨。 同时，ENSO除影响低纬度气候外，还可能通过遥相关影响到中高纬度地区的气候。如厄尔尼诺年，我国东北地区和日本夏季持续低温，有些年份我国北方地区降水偏少等等现象，也可能会和厄尔尼诺有关。,ENSO监测和预测研究 翟盘茂主编 气象出版社 2000年,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,20,第六章 气候的形成,气候形成的概述,太阳辐射因子,环流因子,下垫面状况因子,人类活动的影响,2021/6/

15、4,徐师大 城市与环境学院,21,3 下垫面状况因子,下垫面是大气下层空气运动的边界面，也是大气的主要热源和水源，影响气候的作用十分明显。 下垫面因素有很多，包括：海陆间差异、地形和地表性质差异、海洋中洋流的分布和强度、冰雪覆盖层的影响等。 3.1 海陆分布对气候的影响 1）海陆间热力差异 2）海陆分布对气温的影响 3）海陆分布对大气湿度影响 海洋是水汽源，陆地复杂（冬季是汇；夏季，潮湿地是源，干旱地是汇）。 海上多成雾；陆上沿海区比内陆多雾。 海陆分布对降水量和降水时间也有着显著影响。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,22,4）海陆分布对风的影响 a)海陆风(第3章4区域和局地尺度

16、的环流) b)季风 定义：大范围地区的盛行风，以年为周期随季节而有显著改变的现象。 特点: (1)盛行风向有明显季节变化； (2)风的性质有明显差异（如湿润程度、水汽含量等）； (3)影响的天气现象也有明显差别。 成因：主要取决于海陆热力差异状况和行星风带的季节性变化。 特例分析： 东亚季风影响区域：中国、朝鲜半岛和日本等地。 主要由太平洋与亚洲的内陆之间的海陆热力差异为影响因子，外加青藏高原影响辅助而形成的。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,23,冬季，亚洲大陆为蒙古-西伯利亚高压盘踞控制，高压前缘的偏北风成为亚洲东部的冬季风；由于蒙古高压比较强大，由陆向海，风力也较强。 同时该高

17、压带来的是冷气团，因此会产生低温、干燥和少雨天气。 夏季，亚洲大陆为热低压控制，同时加上西太平洋副高西伸北进，高低压之间的偏南风成为亚洲东部的夏季风，但是此时高低压之间的气压梯度较小，所以风力较弱。 同时，带来的是由低纬的沿海向高纬地内陆的气流，会形成高温、湿润和多雨的 天气。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,24, 南亚季风影响区域：印度半岛、中南半岛及中国西南部等地。 主要是行星风带季节性移动和青藏高原大地形作用为影响因子，同时辅助海陆热力差异而形成的。,冬季，行星风带南移，赤道低压移至南半球，亚洲陆上冷高盘踞，此高压南部为东北风成为南亚地区的冬季风。此风，由陆吹向海洋，带来干燥

18、少雨天气。,夏季，行星风带北移，赤道低压移回北半球，其中心位于印度半岛附近，同时北太平洋副高西伸北进，高低压之间风向呈现偏南风；加上南半球东南气流越过赤道能到达南亚，此风转向为西南风，成为南亚地区的夏季风。此风，由洋面吹向陆地，可带来潮湿多雨天气。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,25,5）海洋性气候和大陆性气候 根据海陆分布对温、湿、风等的明显作用，可将海、陆条件下的气候分为两大气候类别：海洋性气候和大陆性气候。 海洋性气候某地区气候受海洋影响较深，且能反映出海洋影响的气候特征； 大陆性气候某地区气候受大陆影响较深，能反映出大陆影响的气候特征。 两者的差异：主要表现在气温和降水两方

19、面。（Book P181-183） 分布：主要决定于距海远近、大气环流条件和洋流状况的因素。 a) 大陆上，越近海洋，气候的海洋性越强；越深入内陆，气候大陆性越强（在中纬度地区表现最突出）； b) 在信风带大陆西岸，风从大陆吹向海洋，并有冷洋流经过，受不到海风影响，会干燥少雨，呈现大陆性气候特征；而此带的大陆东岸，风从海洋吹向陆面，并有暖洋流经过，因为潮湿多雨，呈现海洋性特征。 c) 欧亚大陆温带，大陆西岸吹向岸风，气流经过暖洋面，具有典型海洋性气候，向东到大陆内部，不受海洋影响，呈现典型大陆性气候特征。而大陆东岸，具有典型的季风气候特征，冬夏季不同，冬季偏大陆性，夏季偏向海洋性特征。,202

20、1/6/4,徐师大 城市与环境学院,26,3.2 地形起伏及地表特性对气候的影响 1）地形与气温的影响 a)高大地形对气温的影响动力作用（机械阻挡）和热力作用 可复习第3章第3节“大气环流”影响因子 BOOK185 分析表6.10 b）中小地形对气温的影响 主要依赖于中小地形的坡地方位、地形凹凸型态、海拔高度状况等因素。 有利于形成气候的垂直地带性。 2）地形对气流的影响 通过山地时，大气流场会发生变化(如气流的绕行、爬越现象等)，同时，山地地形还会产生一些局地性环流（如高原季风、山谷风、焚风、峡谷风等等）。 可复习第3章3节“大气环流” 3）地形对降水的影响 对降水形成有促进作用 P188

21、对降水分布的作用复杂 P189,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,27, 青藏高原 具有大陆性气候特征 1）对气温影响： 青藏高原海拔高、面积大，在内陆中如同一个大气海洋中的一个巨大孤岛。它与同高度的自由大气相比，冬季为冷源，夏季为热源，对四周的大气热量输送有明显作用。 2）对气流影响： 冬季，西风气流遇到青藏高原的阻碍被迫分支，分别沿高原绕行，于是西北侧为暖平流，西南侧为冷平流，绕过高原后气流辐合，东北侧为冷平流，东南侧为暖平流。 夏季青藏高原对南来的暖湿气流的北上也有一定的阻挡作用，不过暖湿气流一般具有不稳定层结特征，比冷空气容易爬升山地。 同时，青藏高原自身的热力因素，使该地区冬

22、夏两季盛行风向相反。 3）对降水影响： 夏季影响热带西南季风气流的北上，使高原西南处形成雨带；同时绕流的西南季风分支往东，长驱深入，到达东部江南地区，促进我国东部夏季降水；绕流的另一分支，可至我国西部，缓解西部干旱旱情。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,28,3.3 冰雪覆盖对气候的影响 冰雪圈是气候系统组成部分之一，地球上水分总量约为 ，其中2.15%为冰雪，占了全球总淡水量的80%， 主要分布在中高纬地区。它包括：季节性雪被、高山冰川、大陆冰盖、永冻土、海冰等多种形式，他们同陆地、海洋的物理属性完全不同，形成一种特殊的下垫面。 当然，它们对气候形成和变化也有很大的影响。作为大气重

23、要的冷源地，对大气热力环流和高低纬度之间的能量都有重要作用。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,29,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,30,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,31,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,32,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,33,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,34,雪线def： 指某一高度以上，周围视线以内有一半以上为积雪覆盖且终年不化的现象出现，则这个高度称为雪线（snow line）。 其作用：直接标示常年积雪的下界，即年降雪量与年消融量相等的平衡线。故雪线是一种气候标志线。其分布高度主要决定于气温、降水量和地形条件。,2021/6/4,徐师大 城市与环境学院,35,总 结 思 考 ： 气 候 形 成（内因） ？,