《現(xiàn)代氣候?qū)W》課件：第6章海氣相互作用

1、第六章 海-氣相互作用第一節(jié) 海洋在氣候形成和變化中的重要性第二節(jié) 海、陸物理特性的差異第三節(jié) 海、陸分布對氣候的影響第四節(jié) 海洋環(huán)流第五節(jié) 海-氣能量交換第六節(jié) 熱帶海洋對氣候的影響1第六章 海-氣相互作用126.1 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)源海洋吸收的太陽輻射中，絕大部分（85%）被海洋表層吸收，通過潛熱和顯熱輸送給大氣.海洋環(huán)流熱量的經(jīng)向輸送潛熱輸送大氣輸送海洋輸送26.1 海洋在氣候形成和變化中的重要性（1）海洋是大氣的主3（2）海洋是大氣水分的主要供應(yīng)地 大氣中的水汽主要來自海表蒸發(fā)土壤水分(w)陸地水循環(huán)海洋水循環(huán)全球水循環(huán)裸地蒸發(fā)雪385111

2、3（2）海洋是大氣水分的主要供應(yīng)地土壤水分(w)陸地水循環(huán)海4（3）海洋對氣候的調(diào)節(jié)作用 海洋的熱慣性和動力慣性大，使全球氣候季節(jié)變化幅度減小，海洋氣候季節(jié)滯后于陸地 平滑大氣高頻變化4（3）海洋對氣候的調(diào)節(jié)作用5（4）、海洋對溫室效應(yīng)的緩解作用海洋對大氣中的CO2有吸收作用（ CO2的匯），減緩了全球增暖的速率。5（4）、海洋對溫室效應(yīng)的緩解作用66.2 海、陸物理特性的差異6.2.1 海、陸面積的差異海洋表面積占地球總面積的70.8%； 南北半球以及各緯度海陸分布不同.南北半球每5度緯度中海陸面積的百分比 66.2 海、陸物理特性的差異6.2.1 海、陸面積的差異6.2.2 海、陸表面輻射

3、特性的差異對太陽輻射的反射率，海水表面平均為5-6%，陸面平均為10-30%，海面輻射差額大于陸面； 海水對輻射的透射作用，使海水吸收、儲存更多的太陽輻射。 海洋透射可以到100m，陸面不到1mm6.2.2 海、陸表面輻射特性的差異對太陽輻射的反射率，海緯 度陸 地海 洋QRQR7060N6050N5040N4030N3020N2010N100N010S1020S2030S3040S4050S5060S全 球3517418753176490732775786615628069088080674151083601577892113401884242826803098330833083140297

4、22596184214652093314037684731594570347411741175787411690860294857364360299631800268037684647506651915317510845643852310419263810海、陸表面太陽總輻射和凈輻射的比較 (MJm-2年-1 ）為什么差異小緯 度陸 地海 洋QRQR7060N35179213146.2.3 海、陸向大氣熱量輸送的差異全球平均感熱輸送陸地大于海洋； 各緯度及全球平均海洋蒸發(fā)比陸地大3倍以上.6.2.4 海、陸向下熱量輸送的差異海水的熱容（是空氣的3100倍）大于土壤1-2倍； 海水有鉛直混合作用

5、：渦動、對流和分子垂直運動與；海水大規(guī)模的水平運動。6.2.5 海、陸表面的摩擦阻力的差異海面平滑、粗糙度小、平均風(fēng)速大于陸面6.2.3 海、陸向大氣熱量輸送的差異全球平均感熱輸送陸地緯度帶陸 地海 洋全 球LEHLEHLEH7060N670251129892183746160509633771968795138254450401047837280567018847544030963146540195862721963302079618844563293314087920101340175848992933978670100238792143542933894418010S2554745414

6、52513768377102018841256473137741035862030117218004438461368475430401214138234334613182586405092192121352512093293506092154414653771465377全球平均113096334333772763544海、陸表面熱量平衡各分量的緯圈年平均 (MJm-2) 緯度帶陸 地海 洋全 球LEHLEH6.3.1 海、陸分布對環(huán)流的影響(2) 海陸分布對季風(fēng)的影響副高強副高弱116.3 海、陸分布對氣候的影響6.3.1 海、陸分布對環(huán)流的影響副高強副高弱116.3 1212(1) 海陸

7、分布對西風(fēng)擾動的影響使平直氣流產(chǎn)生了槽脊波動 冷 暖 冷 暖(1) 海陸分布對西風(fēng)擾動的影響使平直氣流產(chǎn)生了槽脊波動 冷6.3.2 海、陸分布對氣溫的影響1、夏季海面氣溫低于陸地，冬季相反；2、海面氣溫的日較差和年較差都小于陸面.等壓面（hPa）月亞非大陸太平洋海平面19.212.5-3.3731.224.76.385015.56.5-1.0724.016.47.67001-1.3-0.3-1.0713.98.65.35001-16.5-14.5-2.07-4.3-6.82.53001-41.8-38.3-3.37-28.1-33.04.92001-51.57-46.5-53.47.1 在30

8、N不同高度上，海、陸氣溫及其差值（） 6.3.2 海、陸分布對氣溫的影響1、夏季海面氣溫低于陸地6.3.3 海、陸分布對大氣水份和降水的影響1）對空氣濕度的影響：海面上的空氣濕度大于陸地.2）對霧的影響：海洋、陸地哪個多平流霧、哪個多輻射霧？3）對降水的影響 對流雨：陸地上主要出現(xiàn)在夏季午后，海洋上出現(xiàn)在冬季夜間。 地形雨：陸地上 鋒面雨與氣旋雨：海洋多于陸地輻射霧：由輻射冷卻形成的，多數(shù)出現(xiàn)在晴朗、微風(fēng)、 近地面水汽比較充沛且比較穩(wěn)定或有逆溫存在的夜間和清晨平流霧：暖而濕的空氣作水平運動，經(jīng)過寒冷的地面或水面， 空氣中的水蒸汽逐漸受冷液化而形成的霧霧形成的條件一是冷卻，二是加濕，三是有凝結(jié)核

9、6.3.3 海、陸分布對大氣水份和降水的影響1）對空氣濕度海、陸對溫度和降水等氣象要素的影響海、陸對溫度和降水等氣象要素的影響全球海洋表面平均溫度 (oF)6.4 海洋環(huán)流全球海洋表面平均溫度 (oF)6.4 海洋環(huán)流18海洋的熱力狀況1）海洋溫度隨緯度增高而降低2）低緯西部海溫高于東部，中、高緯東部海溫高于西部（受寒、暖流的影響）3）北半球各緯度平均海溫高于南半球相應(yīng)緯度4）全球平均海溫（17.4）高于氣溫(14.3)，海洋是大氣的熱源5）海水溫度變化小于同緯度的大氣和大陸。18海洋的熱力狀況 洋流：受海面風(fēng)應(yīng)力作用，因此動力原因產(chǎn)生的海流 溫鹽環(huán)流：海面受熱不均、蒸發(fā)降水不均所產(chǎn)生的 溫度

10、和鹽度變化，導(dǎo)致密度分布不均勻形成 的熱力學(xué)海流大洋環(huán)流的根本原因：風(fēng)應(yīng)力、熱通量、淡水通量 海洋表層環(huán)流（風(fēng)海流）黑潮（日本暖流）：得名于其較其他正常海水的顏色深，這是由于黑潮內(nèi)所含的雜質(zhì)和營養(yǎng)鹽較少，陽光穿透過水的表面后，較少被反射回水面海洋表層環(huán)流（風(fēng)海流）黑潮（日本暖流）：得名于其較其他正?，F(xiàn)代氣候?qū)W課件：第6章-海-氣相互作用22亞洲的北海道漁場，歐洲的北海漁場，北美洲的紐芬蘭漁場都是寒暖流交匯形成的。只有南美洲的秘魯漁場，是由于秘魯沿海盛行上升補償流，將深海的營養(yǎng)鹽類帶到表層，促使浮游生物大量繁殖生長，為魚類提供了充足的餌料，因而形成世界級的大漁場。 22亞洲的北海道漁場，歐洲的北

11、海漁場，北美洲的紐芬蘭漁場都是太平洋海溫西高東低的原因？秘魯寒流沿著大陸兩側(cè)北上，其中一部分在赤道附近變成南赤道海流后向西移動；沿低緯海域由東向西吹的信風(fēng)使赤道附近的暖水積蓄在太平洋西側(cè)，通常稱為暖池；相隨于信風(fēng)沿赤道吹東風(fēng)，太平洋東側(cè)下層冷海水涌升到海表面。太平洋海溫西高東低的原因？秘魯寒流沿著大陸兩側(cè)北上，其中一部 表層洋流與赤道潛流 表層洋流與赤道潛流秘魯漁場的成因示意圖秘魯漁場的成因示意圖暖 池 熱帶西太平洋是全球海溫最高的海域，常年維持著28以上的高溫，全球大約90%的暖海水集中在這里，故稱西太平洋暖池（Western Pacific Warm Pool） 該區(qū)海溫異常制約著亞太區(qū)域

12、乃至全球的氣候變化，是大氣熱量主要供應(yīng)地。由于太陽輻射、熱量交換、自東向西信風(fēng)吹送等的作用，大量暖水逐漸積蓄在暖池區(qū)，致使該區(qū)海表面溫度比東太平洋高出39。暖 池 熱帶西太平洋是全球海溫最高的海域，常年維持著2海表鹽度分佈亞熱帶最高，熱帶次之，極帶最低海表鹽度分佈亞熱帶最高，熱帶次之，極帶最低世界鹽度最高海區(qū)：紅海（4.1%）世界鹽度最低海區(qū)：波羅的海(1%）原因：1、地處副熱帶海區(qū)，常年受副高控制， 降水少，蒸發(fā)旺盛。 2、周圍沙漠廣布，幾乎無徑流注入。原因：1、受副極地低氣壓帶和西風(fēng)影響， 降水較多，緯度高，蒸發(fā)弱。 2、周圍陸地有大量淡水匯入。世界鹽度最高海區(qū)：紅海（4.1%）世界鹽度最

13、低海區(qū)：波羅的海29溫鹽環(huán)流29溫鹽環(huán)流海氣快速相互作用的區(qū)域 示意圖海氣快速相互作用的區(qū)域 示意圖全球氣候系統(tǒng)的經(jīng)向環(huán)流體系示意圖 全球氣候系統(tǒng)的經(jīng)向環(huán)流體系示意圖 海洋環(huán)流對氣候的影響海洋環(huán)流的熱量輸送1）經(jīng)向輸送：約占總經(jīng)向輸送的30%2）緯向和垂直方向輸送2.海洋環(huán)流的水份輸送各大洋間的水份交換(mm/a) P90 表4.5大洋降水量蒸發(fā)量大陸邊緣地區(qū)的徑流與臨近大洋交換的水量大西洋印度洋太平洋北冰洋78010101210240104013801140120200706023060300130350海洋環(huán)流對氣候的影響海洋環(huán)流的熱量輸送2.海洋環(huán)流的水份輸送3. 海洋環(huán)流對氣溫的影響1

14、）調(diào)節(jié)了低緯和高緯的溫差經(jīng) 度(地區(qū))0大西洋130E歐亞大陸170W太平洋90W北美大陸1月7月平均22161974841472536582541大陸和大洋上赤道至北極圈氣溫差(C)的比較 2）東、西岸的氣溫差異4. 海洋環(huán)流對降水的影響3. 海洋環(huán)流對氣溫的影響1）調(diào)節(jié)了低緯和高緯的溫差經(jīng) 346.5 海-氣能量交換海-氣界面的物質(zhì)交換過程 1. 蒸發(fā)與降水 2 . 海鹽交換 3. CO2 和O2的交換6.5.1 海-氣能量轉(zhuǎn)換的物理過程1 海-氣界面能量交換（輻射）2 海-氣界面能量交換（熱量）4、海-氣動量交換 大氣運動給海面以應(yīng)力向海面輸送水平動量 一部分形成風(fēng)浪、一部分形成洋流的動

15、能 346.5 海-氣能量交換海-氣界面的物質(zhì)交換過程6.5.12、海-氣界面能量交換（熱量）1）海洋是大氣的主要能源供應(yīng)地，同時潛熱大于感熱；2）冬季海洋向大氣的能量輸送大于夏季.1 海-氣界面能量交換（輻射）海-氣界面輻射平衡方程為海面與下層海水通過水分子傳輸?shù)臒嵬俊?、海-氣界面能量交換（熱量）1 海-氣界面能量交換（輻地球上全年洋流垂直熱量輸送分布（單位：kcal/m 2a，負的表示下層向海表輸送） 地球上全年洋流垂直熱量輸送分布（單位：kcal/m 2a，376.6 熱帶海洋對氣候的影響全球海表面年平均溫度（單位：，等值線間隔：3）376.6 熱帶海洋對氣候的影響全球海表面年平均溫

16、度El Nio現(xiàn)象發(fā)生時間:冬季（或稱“強盛期”）周期:平均3-4年或2-7年一個循環(huán), 持續(xù)時間約12-18個月El Nio現(xiàn)象La Nia現(xiàn)象“拉尼娜” ，或稱“反厄爾尼諾”、“反圣嬰”La Nia現(xiàn)象La Nia ConditionsNormal Pacific patternEl Nio ConditionsENSO的特點1.沿著赤道，東太平洋斜溫層加深，西太平洋斜溫 層變淺。2.自東太平洋開始逐漸向西，出現(xiàn)正海表面溫度 距平，到達冬季為最強。3.ENSO開始時，在東太平洋正的海表面溫度距平 的增強，較弱了沃克環(huán)流在此的下沉支，和西太 平洋與之相反。La Nia ConditionsN

17、ormal Pacif41 厄爾尼諾（El Nio） ：海洋異?，F(xiàn)象，用來指發(fā)生在厄瓜多爾 南部和秘魯北部沿岸海面溫度異常升高 的現(xiàn)象。 拉尼娜（La Nia）: 赤道東太平洋海溫低于正常值的事件。 南方濤動(Southern Oscillation) ：大氣環(huán)流異常，用來描述熱 帶太平洋地區(qū)和熱印度洋地區(qū)的氣壓場 （SLP）反相變化的蹺蹺板現(xiàn)象。 (塔希堤島與達爾文的SLP差值 ) 41 厄爾尼諾（El Nio） ：海洋異?，F(xiàn)象，用來指現(xiàn)代氣候?qū)W課件：第6章-海-氣相互作用典型El Nino事件的發(fā)生發(fā)展過程前兆階段3-5月異常發(fā)展階段10月成熟階段11-1月恢復(fù)階段典型El Nino事件的

18、發(fā)生發(fā)展過程前兆階段異常發(fā)展階段成熟El Nio的定量方法El Nio的定量方法SOI = 海平面氣壓差（塔希提 達爾文）南方濤動(蹺蹺板) (Southern Oscillation )SOI = 海平面氣壓差（塔希提 達爾文）南方濤動(蹺蹺達爾文島（紅色）和塔希提島（綠色）海平面氣壓距平的演變南方濤動指數(shù)（SOI）：塔希提（Tahiti）島與達爾文（Darwin）島之間的氣壓差。 達爾文島（紅色）和塔希提島（綠色）海平面氣壓距平的演變南方濤南方濤動特征指數(shù) （Sourthern Oscillation Index，SOI）19世紀初由英國氣象學(xué)家沃克（Gilbert Walker ） 定義

19、：塔希提與達爾文兩地的海平面氣壓差距平值）El Nino現(xiàn)象和SOI的負值有關(guān)La Nina現(xiàn)象和SOI的正值有關(guān)南方濤動特征指數(shù) （Sourthern OscillatioENSO （ El Nio- Southern Oscillation）厄爾尼諾和南方濤動的總稱ENSO （ El Nio- Southern Oscil上圖：NINO3區(qū)海溫與其他海區(qū)海溫的相關(guān)分布圖；中圖：雅加達表面氣壓與其他區(qū)域的相關(guān)分布圖；下圖：南方濤動指數(shù)（蘭線）與赤道中太平洋海面溫度異常（紅線）時間序列。上圖：/psd/people/klaus.wolter/MEI/mei.html#ElNinoThese s

20、ix variables are: sea-level pressure (P), zonal (U) and meridional (V) components of the surface wind, sea surface temperature (S), surface air temperature (A), and total cloudiness fraction of the sky (C). /psd/p沃克環(huán)流圖沃克環(huán)流圖3. 沃克環(huán)流赤道東太平洋下沉，西太平洋上升，地面為偏東風(fēng)，高層為西風(fēng)的緯向垂直環(huán)流稱為沃克環(huán)流(Walker Circulation) 。1960年雅各布.皮葉克尼斯(Jacob Bjerknes)發(fā)現(xiàn)赤道洋面的緯向垂直環(huán)流圈 3. 沃克環(huán)流赤道東太平洋下沉，西太平洋上升，地面為偏東風(fēng)，現(xiàn)代氣候?qū)W課件：第6章-海-氣相互作用現(xiàn)代氣候?qū)W課件：第6章-海-氣相互作用El Nio現(xiàn)象正常年：海水向西移動，海洋低層低溫富有營養(yǎng)鹽的涌升流上升補充。厄爾尼諾期間：使海水向西的力量減弱，反而使表層海水向東移，低層營養(yǎng)鹽的涌升流不會上升。El Nio現(xiàn)象正常年：海水向西移動，海洋低層低溫富有營養(yǎng)現(xiàn)代氣候?qū)W課件：第6章-海