现代气候复习资料剖析

绪论

1）气候系统的定义：

大气圈、与水圈（海洋）、冰雪圈、岩石圈和生物圈相互作用的整体。

2）天气：

某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气现象（风、云、雨、雪、干、湿、雷、电等）及其状态（温度、压强、湿度、密度等）的综合。

3）天气的平均状态

在某一时间段内气候要素的平均值和变率的统计描述

4）气候的定义：

气候是一定地点或一定地区上大气的长年状况，用各种气候要素的统计值表示；气候是一地区天气的平均状态和一般过程，研究各种天气系统、大气环流的平均状态；

5）现代气候的定义：

在太阳辐射和气候系统各子系统相互作用下，地球上某一区域在某一特定时段内气候要素的平均值和变率的统计状态。

世界气象组织（WMO）规定把30年（1971-2000年、1980-2010年）作为气候标准时段。

6）现代气候学与传统气候学的区别：

传统气候学：描述一定区域的气候特点

现代气候学：气候形成和变化的原因，要求预测某个地区或全球范围的各个时间尺度的气候变化，即围绕平衡态的扰动或对平衡态的偏差或距平

7）现代气候学的研究内容基本包括：

1．研究气候系统的一般特性；如大气圈、水圈、冰雪圈、陆地表面、生物圈等的组成物质的微观性质(包括物质组成、密度、范围和结构等)、宏观性质(包括热力学和动力学属性等)；

2．研究气候系统及其子系统中各种能量的源汇、性质、转换和输送等；

3．研究气候系统及其子系统在各种时空尺度上变化；

4．预报未来各种时空尺度上气候系统的状态；

5．研究气候变化对自然环境和人类社会产生的影响，研究由于人类活动可能引起的气候变化；

6．研究人类在何种程度上、以什么样的方式影响气候系统

7）现代气候学的分支：

1．按研究尺度可分为：大气候学、中气候学和小气候学；

2．按研究所用的原理和方法可分为：天气气候学、物理气候学、动力气候学、卫星气候学、统计气候学和地理气候学；

3．按研究时段和所用资料可分为地质时期气候学、历史时期气候学和现代气候学。

8）现代气候学阶段的三个特点：

4．从气候变化来研究气候；

5．从气候系统来研究气候；

6．从气候动力学来研究气候。

第二章气候系统

1）气候系统的定义：

大气圈、水圈（海洋）、冰雪圈、岩石圈和生物圈相互作用的整体。

这5个部分的物理、化学性质差异很大，功能各不相同，这5个组成虽相互作用，但又长期独立存在。

大气+水 = 气候的内系统（大气、海洋、冰雪等）

全部陆地+地球外的宇宙 = 气候的外系统

2）气候系统的变化中最为重要的外强迫因子：

太阳辐射、地球本身的结构作用

3）大气圈

地球大气圈是几乎均匀地分布在地球表面上薄薄的一层（地球半径的0.5%厚）气体混合物。

*大气是气候系统中最活跃、变化最大的部分，是气候系统的主体部分。大气圈对于施加在其上的变化的响应时间比气候系统中任何其它分量短得多。

*大气和气候系统其他成员间的热量、水分和物质交换是气候系统各圈层之间相互作用的最基本过程：

4）温室效应（大气的保温效应）：大气中的温室气体对太阳辐射的吸收很少，但却能强烈地吸收地面辐射，同时又向地面放射长波辐射，补偿地面因放射辐射而损失的能量，使地面气温升高的效应．

5）阳伞效应：气溶胶对太阳辐射的散射和吸收，使到达地面的太阳辐射减弱，引起地面气温的下降，其效应类似于阳伞效果，故称为阳伞效应．

6）水圈：水圈由分布在地球上的所有液态水构成。它包括海洋、内海、湖泊、河流及地下水。

对于气候研究，海洋是水圈中最重要的，它们覆盖了约三分之二的地球表面。海洋的响应时间变化大，在混合层内为数周到几个月

7）冰雪圈

*组成及结构：大陆冰原、高山冰川、海冰和地面雪盖。

*热力性质：反射率大

*变化的时间尺度：

陆地雪盖：季节~年际变化;

海冰：季节~几十年际变化;

大陆冰原和高山冰川：几百年~几百万年.

*对气候的影响：冰雪面-大气相互作用

8）岩石圈（陆地圈）

*组成及结构：地球表层的固体表面，由岩石、土壤和沉积物组成。包括高原、平原、山地、丘陵、盆地等。

*热力性质: 热容量小,热惯性小.

*变化的时间尺度:

山脉形成:105~108年;

大陆漂移: 106~109年;

陆块位置和高度变化:109年以上.

*对气候的影响：地形的动力作用、地表的热力作用、陆面水循环。通过质量、角动量、感热的输送以及通过大气边界层的摩擦对动能的耗散，岩石圈与大气有很强的相互作用。

9）生物圈

生物圈指的是陆地上和海洋中的植物以及生存在大气、海洋和陆地的动物。包括人类本身。

*生物圈对大气圈的气候变化是敏感的。

10）气候系统的基本特性：

气候系统是一个复杂的、高度非线性的、开放的巨系统

*有规则的周期性变化：日变化、年变化等

*较规则的周期性变化：准双周振荡、准两年振荡等

*不规则的变化：百年增暖、大气环流的突变

11）气候系统的性质：

1．开放的非孤立系统

2．响应时间差异很大，可分为内部系统和外部系统

3．不稳定的高度耗散系统

12）反馈：气候系统不同属性（变量）之间的相互作用，引起气候属性的变化，称为反馈。包括正反馈过程和负反馈过程。

正反馈：反馈过程造成的气候变化与原变化同号，使气候变化加剧，产生气候不稳定称为正反馈。

负反馈：反馈过程造成的气候变化与原变化反号，抑制气候的变化和异常，使气候趋于稳定，称为负反馈。

13）气候系统的可预报性：

第一类气候预报：对未来某一具体时段气候状态的预报，其可预报性取决于作用于气候系统的外力和气候系统相互作用对大气影响的可预报性。

第二类气候预报：与时间无关，预测气候对某一影响因素变化的响应。

第三章 气候系统能量平衡

1.辐射基本知识

2.辐射基本定律

3.1）太阳常数：大气上界、日地平均距离处、垂直于太阳光线方向、单位时间、单位面积接收到的所有波长的太阳辐射能

2

071367-±=W M I

2）太阳高度角：太阳光的入射方向和地平面之间的夹角

3）赤纬角：太阳赤纬又称赤纬角，是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角

4）时角的计算公式：)(t ω1215-?=

5.天文辐射：

6大气对太阳辐射的 吸收：瑞丽散射，米散射

7.大气窗区：

8.大气质量数：

第四章 气候系统的水循环

1.气候系统中的水：

海洋水：海洋是水圈的主体，是地球上水的最大源地。约占地球总水量的96%～97%。

陆地水：河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川。

2.气候系统水的更新速度

3.水分循环：地球上各种形态的水，在太阳辐射、地球引力以及大气运动等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。

外循环（大循环）：水分由海洋输送到陆地，又回到海洋的循环；

内循环（小循环）：由海洋（陆地）通过蒸发的水汽，再以降水的形式直接落 到海洋（陆地）的循环。

水分循环的尺度：

(1)、全球水分循环：海陆间的水分循环—大循环，循环的过程慢，水汽运行的路程长．

(2)、区域水分循环：海洋或陆地内的水分循环— 小循环的过程快，水汽运行的路程短。（开放式循环系统）

(3)、水-土-植系统水分循环：土壤、植物和水分构成的相互作用的系统。（开放式循环系统）

水分循环是由空间尺度几米到几千米、时间尺度几小时到几个月的相互交叉融合的复杂过程

4.蒸发：水分从物体表面既蒸发面向大气逸散的现象称为蒸发

蒸发率：单位时间从蒸发面单位面积上逸散到大气中的水分子数与从大气中返回到蒸发面的水分子数的差值（当为正值时）称为蒸发率（或地面水汽输送通量) 计算公式：LE H /=βH 感热通量 LE 潜热通量L 为蒸发潜热系数

5.大气中水含量（大气中水汽输送的计算）的计算 ?∞=z a dz z a W 0)(

?∞-=p p a dp p q g W 0)(1a(z)为高度z 处的空气绝对湿度 6.径流形成过程：由降水到水流汇集至出口断面的整个物理过程

1．降水过程；

2．流域的蓄渗过程：植物截留、下渗、洼地蓄水等过程；

3．坡面漫流过程；

4．河网汇流阶段.

7.水量平衡概念:水分循环的数量表示，即任一区域在某一时段内,水分收入与支出的差等于该区域在该时段内的水量变化,长期意义下,任一区域水量保持收支平衡.

8.地面水量平衡方程

第五章大气系统的平均状态

1.平均温度结构：

第六章海气相互作用

1.海洋在气候形成和变化中的重要性

（1）海洋是大气的主要能量供应源

（2）海洋是大气水分的主要供应地

（3）海洋对气候具有重要的调节作用，海洋的热惯性和动力惯性大

（4）海洋对温室效应的缓解作用，海洋对大气中的CO2有吸收作用（ CO2的汇），减缓了全球增暖的速率。

2.海气相互作用的基本含义：海洋通过加热影响大气运动，大气运动通过切应力对海流产生影响，使海水产生风吹流和上翻运动，使海温分布发生变化，从而影响到加给大气的热量。

3.海陆物理特征的差异

1）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

2）海陆便面辐射特性差异

1．对太阳辐射的反射率，海水表面平均为5-6%，陆面均为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。海洋透射可以到100m，陆面不到1mm

3）海陆向大气热量输送的差异

3．全球平均感热输送陆地大于海洋；

4．各纬度海洋潜热大于陆地，全球平均海洋蒸发耗热比陆地大3倍以上.

4)海陆向下热量输送的差异

5．海水的热容（是空气的3100倍）大于土壤1-2倍；

6．海水有铅直混合作用：涡动、对流和分子垂直运动；

7．海水大规模的水平运动。

5)海、陆表面的摩擦阻力的差异

海面平滑、粗糙度小、平均风速大于陆面

4.海陆分布对气候的影响

1）海陆分布对环流的影响

1．海陆分布对西风扰动的影响，使平直气流产生了槽脊波动

2．海陆分布对季风的影响

2）海陆分布对气温的影响

3．夏季海面气温低于陆地，冬季相反；

4．海面气温的日较差和年较差都小于陆面.

3）海陆分布对大气水分的影响

1．对空气湿度的影响：海面上的空气湿度大于陆地.

2．对雾的影响：海洋、陆地哪个多平流雾、哪个多辐射雾？

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

5.海洋环流：海水及海水中各种物理量、化学量循环于世界大洋的一种自然现象，简称海流，分为风生环流，热盐环流。

6.海洋环流对气候的影响：

1）海洋环流的热量输送：经向输送：约占总经向输送的33%

纬向和垂直方向输送

2）海洋环流的水份输送

3）海洋环流对气温的影响：调节了低纬和高纬的温差

4）海洋环流对降水的影响：暖流沿岸多降水，冷洋流沿岸多雾

8.大洋环流的成因

9.温盐环流的重要性

10.ENSO的概念