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1、第四章 海 气相互作用 第一节 海洋在气候形成和变化中的重要性 第二节 海 陆物理特性的差异 第三节 海 陆分布对气候的影响 第四节 海 气能量 物质及动量交换 第五节 热带海洋对气候的影响 第一节 海洋在气候形成和变化中的重要性 一 海洋是大气的主要能量供应源 1 太阳辐射绝大部分 85 被海洋表层 吸收 通过潜热和显热输送给大气 2 海洋环流热量的经向输送 二 海洋是大气水分的主要供应地 大气中的水汽主要来自海表蒸发 三 海洋对气候的调节作用 1 海洋的热惯性和动力惯性大 使全球气候季节变 化幅度减小 海洋气候季节滞后于陆地 2 平滑大气高频变化 四 海洋对温室效应的缓解作用 释放到大气中
2、的CO2有一半左右被海洋吸收 减缓 了全球增暖的速率 第二节 海 陆物理特性的差异 一 海 陆面积的差异 1 海洋表面积占地球总面积的70 8 2 南北半球以及各纬度海陆分布不同 南北半球每5度纬度中海陆面积的百分比 第二节 第二节 二 海 陆表面辐射特性的差异 1 对太阳辐射的反射率 海水表面平均为5 6 陆面平均为10 30 海面辐射差额大于陆 面 2 海水对辐射的透射作用 使海水吸收 储存 更多的太阳辐射 纬 度陆 地海 洋 QRQR 70 60 N 60 50 N 50 40 N 40 30 N 30 20 N 20 10 N 10 0 N 0 10 S 10 20 S 20 30 S
3、 30 40 S 40 50 S 50 60 S 全 球 3517 4187 5317 6490 7327 7578 6615 6280 6908 8080 6741 5108 3601 5778 921 1340 1884 2428 2680 3098 3308 3308 3140 2972 2596 1842 1465 2093 3140 3768 4731 5945 7034 7411 7411 7578 7411 6908 6029 4857 3643 6029 963 1800 2680 3768 4647 5066 5191 5317 5108 4564 3852 3104 192
4、6 3810 海 陆表面太阳总辐射和净辐射的比较 MJm 2 年 1 三 海 陆向大气热量输送的差异 第二节 1 全球平均感热输送陆地大于海洋 2 各纬度及全球平均海洋蒸发比陆地大 3倍以上 纬度带陆 地海 洋全 球 LEIILEIILEII 70 60 N6702511298921837461 60 5096337719687951382544 50 40104783728056701884754 40 30963146540195862721963 30 20796188445632933140879 20 101340175848992933978670 10 0238792143542
5、933894418 0 10 S255474541452513768377 10 201884125647313774103586 20 301172180044384613684754 30 401214138234334613182586 40 5092192121352512093293 50 6092154414653771465377 全球平均113096334333772763544 海 陆表面热量平衡各分量的纬圈年平均 MJ m 2 太阳总辐总辐 射 W M2 月份 1 7 北非 阿 拉伯 174 3 375 7 我国东东部 87 2 180 6 太平洋中 部 116 2 233
6、 4 辐辐射差额额 W M2 1 7 43 6 121 5 40 2 108 0 58 1 193 7 潜热热通量 W M2 1 7 7 3 2 9 4 8 42 1 154 9 96 8 193 7 104 1 显热显热 通量 W M2 1 7 36 3 127 5 8 2 60 5 67 8 0 82 潜热热通量 显热显热 通量 W M2 1 7 43 6 130 4 132 3 50 3 215 5 216 9 106 5 1 7月沿北纬30上各经度辐射 显热 及潜热通量 四 海 陆向下及水平热量输送的差异 第二节 1 海水的热容 是空气的3100倍 大于 土壤1 2倍 2 海水有铅直混
7、合作用 涡动 对流和 分子垂直运动与 3 海水大规模的水平运动 五 海 陆表面摩擦阻力的差异 海面平滑 粗糙度小 平均风速大于陆面 第三节 海 陆分布对气候的影响 一 海 陆分布对环流的影响 1 海 陆分布对近地层环流 季风环流 的影响 季风环流 夏季大陆为低压 海洋为高压 气流由海洋吹向陆 地 夏季风 冬季大陆为高压 海洋为低压 气 流由陆地吹向海洋 冬季风 1 季风的定义 4 东亚季风的特点 2 季风的形成 5 东亚季风指数 3 东亚季风的形成 6 东亚副热带季风指数 1 季风的定义 大范围地区的盛行风随季节具有 显著改变的大气运动现象 海陆间的热力差异以及这种差异的季节变化 行星风系季节
8、位移作用 2 季风的形成 冬夏 NE G NW 10 N 10 S G G SW SE 夏季赤道辐合 带 冬季赤道辐合 带 0 3 东亚季风的形成 海陆间的热力差异以及这种差异的季节变化 青藏高原的作用 4 东亚季风的特点 冬季风由北而南依次为西北风 北风和东北风 夏季风为偏南风 冬季风强于夏季风 影响我国东部 朝鲜 韩国和日本 5 东亚季风指数 定量描述东亚季风强度及其变化的参数 SCS monsoon southwest monsoon shear vorticity north south thermal contrast east west thermal contrast 东亚季风指
9、数 李建平和曾庆存 2002 提出的东亚季风指数 10 40 N 110 140 E 区域平均的850hPa 的西南 u v 风 该指数可以很好地表征季风 环流和降水型 6 东亚副热带季风指数 东亚副热带季风区 22 5 32 5 N 112 5 135 E 东亚副热带季风指数 东亚季风区平 均的 标准化西南风 标准化OLR 该指数与长江中下游地区夏季降水具 有显著的相关 降水与西南气流相关降水和OLR相关 东亚副热带季风指数 与降水的相关分布 全球 7月海平面平均气压 环流 图 全球1月份海平面平均气压 环流 图 2 海 陆分布对高空气流的影响 使平直气流产生了槽脊波动 二 海 陆分布对气温
10、的影响 1 夏季海面气温低于陆地 冬季相反 2 海面气温的日较差和年较差都小于陆面 等压压面 hPa 月 亚亚非大 陆陆 太平洋 海平面19 212 5 3 3 731 224 76 3 85015 56 5 1 0 724 016 47 6 7001 1 3 0 3 1 0 713 98 65 3 5001 16 5 14 5 2 0 7 4 3 6 82 5 3001 41 8 38 3 3 3 7 28 1 33 04 9 2001 51 5 7 46 5 53 47 1 在30 N不同高度上海 陆气温及其差值 三 海 陆分布对大气水份和降水的影响 1 对空气湿度的影响 海面上的空气湿度
11、大于陆 地 2 对雾的影响 海洋多平流雾 陆地多辐射雾 3 对降水的影响 对流雨 陆地上主要出现在夏季午后 海洋上出 现在冬季夜间 地形雨 陆地上 锋面雨与气旋雨 海洋多于陆地 海 气能量 物质和动量交换 第四节 一 海 气能量交换 R0 海面的净辐射通量 LE H分别为海面与大气间的潜热和感热通量 为海面与下层海水通过水分子传输的热通量 1 海 气界面能量平衡方程 透过海面向下传输的太阳辐射通量 水分子热量交换系数 2 海气之间的热量交换特点 1 海洋是大气的主要能源供应地 同时潜热大于 感热 2 冬季海洋向大气的能量输送大于夏季 太阳总辐总辐 射 W M2 月份 1 7 北非 阿 拉伯 1
12、74 3 375 7 我国东东部 87 2 180 6 太平洋中 部 116 2 233 4 辐辐射差额额 W M2 1 7 43 6 121 5 40 2 108 0 58 1 193 7 潜热热通量 W M2 1 7 7 3 2 9 4 8 42 1 154 9 96 8 193 7 104 1 显热显热 通量 W M2 1 7 36 3 127 5 8 2 60 5 67 8 0 82 潜热热通量 显热显热 通量 W M2 1 7 43 6 130 4 132 3 50 3 215 5 216 9 106 5 1 7月沿北纬30上各经度辐射 显热 及潜热通量 二 海 气界面的物质交换过程
13、 1 蒸发与降水 2 海盐交换 3 CO2 和O2的交换 三 海 气动量交换 1 大气环流向海洋输送动量 是海洋环流和风浪 的主要动力 2 海流定义 海水沿着一定方向有规律的较大规 模的水平运动现象称为洋流 即海流 3 海流分类 按成因分为 风海流 密度流 补偿流 按本身与周围海水温度的差异分为暖流和寒流 暖流 指海流水温比流经海区水温高的海流 寒流则 相反 l 海洋表层环流 风海流 密度流 由于海水密度水平方向的不均匀分布引 起等压面倾斜而产生的洋流称为密度流 地中海 大西洋密度流 表层流为大西洋流向地中海 大西洋地中海 红海 印度洋密度流 表层印度洋流向红海 大西洋 波罗地海密度流 表层波
14、罗地海流向大西洋 直 布 罗 陀 岩 床 盐度3 8 温盐环流 表层海水向极地流动时 由于蒸发和冷却在高 纬度盐度 密度 增大而下沉 从大洋底部流向 低纬地区形成的深层海水流动现象称为温盐环流 全球海洋环流示意图 海气快速相互作用的区域 示意图 全球气候系统的经向环流体系示意图 四 海洋环流对气候的影响 1 海洋环流的热量输送 2 1 经向输送 约占总经向输送的30 3 2 纬向和垂直方向输送 2 海洋环流的水份输送 各大洋间的水份交换 mm a 大洋降水量蒸发量大陆边缘 地 区的径流 与临近大洋 交换的水量 大西洋 印度洋 太平洋 北冰洋 780 1010 1210 240 1040 138
15、0 1140 120 200 70 60 230 60 300 130 350 地球上全年洋流垂直热量输送分布 单位 kcal m 2 a 负的表示下层向海表输送 3 海洋环流对气温的影响 1 调节了低纬和高纬的温差 经 度 地区 0 大西洋 130 E 欧亚 大陆 170 W 太平 洋 90 W 北美 大陆 1月 7月 平均 22 16 19 74 8 41 47 25 36 58 25 41 大陆和大洋上赤道至北极圈气温差 C 的比较 2 东 西岸的气温差异 1 低纬度 大洋西部沿岸的气温高于大洋东部沿岸 高纬度大洋东部沿岸的气温高于大洋西部沿岸 2 上述气温的差异取决于两个因素 沿岸的风
16、向及大小 海洋与陆地气温差异的大小 4 海洋环流对降水的影响 1 暖流沿岸多降水 冷流沿岸多雾 海陆风雾 海雾 2 影响效应与沿岸风向及大小有关 热带海洋对气候的影响 第五节 一 ENSO循环 1 厄尔尼诺 El Nino 事件 1 定义 赤道中东太平洋或秘鲁沿岸海表温度 SST 每隔几年就发生一次异常升高现象 赤道太平洋El Nino区分布图 2 Nino指数 定量描述El Nino事 件的参数 常用 Nino区海域平均 SST表示 Nino 1 2区 90 80 W 10 S 0 Nino 3区 150 90 W 5 S 5 N Nino 4区 160 E 150 W 5 S 5 N NINO3 4区 170 120 W 5 S 5 N 3 El Nino 事件的判定 Nino区月平均SST距平连续半年超过0 5 C 最高正距 平在1 0 C以上 即判定为一次El Nino 现象 1948 1999平均年SST 分布 4 El Nino事件发生区域与赤道SST气候场的关系 5 典型El Nino事件的发生发展过程 前兆阶段 3 5月 异常发展阶段 10月 成熟阶段 11 1月 恢复
