PPTChap2shengtai全球气候系统
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压力梯度在盛行风带造成地理变异
西伯利 亚高压 阿留申低压 百慕大高压 太平洋 高压 热带辐合带
冰岛低压
纬度
经度
In summer at 60 ºN & S, air descends over cold ocean (high pressure) and rises over warm land (low pressure)
1.向赤道方向流动的凉爽的空气流在大陆西海岸 2.向极地方向运动的温暖的空气流在大陆东海岸
Creates planetary waves
产生行星波动
冰岛低压
西伯利 亚低压
百慕大高压
太平洋高压
热带辐合带 热低压
纬度
经度
Ocean currents are similar to wind patterns:
环境
地球系统科学 气候学
水文
生态系统生态学
群落生态学 土壤学
地球化学 种群生态学
机制
生理生态学
Major goals in this lecture
这节课的主要目标
• Understand how the climate system works
理解气候系统是如何工作的
• Enable you to predict the climate any place on Earth
Chapter 2 The system of global climate
第2章 全球气候系统
Climate is the state factor that most strongly governs the global pattern of ecosystem structure and function 气候是状态因素，最强有力地控制着全球的生态系统结构和功能的模式
2. 硫酸盐气溶胶反射辐射增加(小f幅度降温影响) 3. 温室气体浓度增加(大幅度增温影响)
3. Increased greenhouse gas concentrations (large warming effect) 4. Land-cover change creates a darker surface (large warming effect)
赤道比两极加热程度大 1.太阳光线直射程度大 2.大气渗透少 太阳光 大气
Therefore 1. Net gain of energy at equator 2. Net loss of energy at poles
因此
1.在赤道地区能量是净增加的
2.在两极地区能量是净损耗的
地表
地轴
Air rises at equator and subsides at poles (vertical circulation)
土地覆盖变化造成了更暗的表面(大幅度增暖影响)
温 度 异 常
Most major greenhouse gases are increasing in atmospheric concentrations
Alaska’s July temperature
阿拉斯加七月气温
Warming leads to thawing of permafrost (thermokarst) in Alaska 气候变暖会导致永久冻土融化(热岩溶)在阿拉斯加
Uneven heating of Earth’s surface causes atmospheric circulation
温暖气 流上升
热带辐合带
Earth’s rotation determines 东南信风 wind direction 哈德莱环流/ (horizontal circulation) 低纬环流 (Coriolis force) 西风带 tropical easterlies temperate westerlies 费雷尔环境圈/
大气从底部被加热，通过长波 辐射和对流/传递
大气
地表反射 净长波 二次辐 射 直接太 阳辐射 的吸收 天空漫反射的 吸收与云辐射 感热通量/显热通量 潜热通量
地表
The temperature of a body determines wavelengths of energy emitted
身体的温度决定能量释放的波长
– Rain shadow 雨影 – Effects of aspect 坡向的影响 – Air drainage (inversion) 空气流泄（反向）
Vegetation effects on climate
植被对气候的影响
蒸 散 / 土 壤 水 分 蒸 发 蒸 腾 损 失 总 量
森林 草地
高 度
电离层/热层
中间层顶
中间层/逸散层 平流层顶/ 同温层上线 平流层/ 同温层
珠穆朗玛峰
对流层顶 对流层
温度
Uneven heating of Earth’s surface causes atmospheric circulation 地球表面的不均匀加热会导致大气环流
Greater heating at equator than poles 1. sun’s rays hit more directly 2. less atmosphere to penetrate
地表发射出较低的能量(长波)辐射，可以 被大气吸收
吸 收 率
可见区域
波长
The atmosphere is heated from the bottom 从底部加热大气 Therefore it is warmest near the and gets colder with increasing elevation 因此，在底部附近是最温暖的， 随着海拔增加会逐渐更冷
Solar radiation has high energy (shortwave) that readily penetrates the atmosphere
太阳辐射具有较高的能量(短波)，容易穿透 大气层
太 阳 入 射 辐 射
地面输出辐射
Earth emits low-energy (longwave) radiation that is absorbed by the atmosphere
在夏季时，在60º N和60º S，空气在寒冷的海洋(高压)上下降，在温暖的陆地(低压)上上升
1. Cool equator-ward flow of air on W coast of continents 2. Warm poleward flow of air on E coasts of continents
使你能预测地球上任何地方的气候
空间
能量输入=能量输出
射出辐射
Energy in = energy out
Half of solar radiation reaches Earth
一半的太阳辐射到达地球
入射太阳辐射 短波 长波 对流
由H2O、CO2、O3 所造成的辐射
The atmosphere is transparent to shortwave but absorbs longwave radiation (greenhouse effect)
空气在赤道上升，在极地下降 (垂直循环)
费雷尔环境圈/ 中纬度环流圈 西风带
寒冷空气下沉 温暖气流上升
极地环流圈
极锋
Circulation cells explain global distribution of rainfall
环流圈解释全球降水的分布
寒冷空气下沉
副热带高压
东北信风
哈德莱环流/ 低纬环流
倾斜角
度
时间（数千年前 ）
Climate effects on vegetation 气候对植被的影响
花粉丰度
Earth’s climate is now warmer than at any time in the last 1000 years 现在地球的气候比过去1000年的任何时候都温暖 1. increased solar input (small warming effect) 输入太阳能增加(小幅度变暖影响) 2. Increased sulfate aerosols reflects radiation (small cooling effect)
At 60 ºN & S, air descends over cold land (high pressure) and rises over warm ocean (low pressure)
在60º N和60º S，空气在寒冷的陆地(高压)上下降，在温暖的海洋(低压)上上升
Pressure gradients create geographic variation in prevailing winds
表 面 温 度 / 地 表 温 度 降 水
森林 草地 森林 草地
Changes in solar orbit causes long-term variations in solar input to Earth 太阳轨道的变化会导致输入地球太阳能的长期变化
偏心率/离心率
百分比
岁差
六月时的日地距离
地球自转决定了风向 (水平循环) (科里奥利力) 热带东风带 (温带)西风带
中纬度环流圈 极地环流圈
副热带高压 寒冷空气下沉
极锋
温暖气流上升
寒冷空气下沉
At 30ºN & S, air descends more strongly over cold ocean than over land
在30º N和30º S，空气在寒冷的海洋比陆地下降更强烈
大气对短波是透明的，但是会 吸收长波辐射（温室效应）
由大气造成 的后向散射
H2O、尘埃、O3 的吸收
由云层造成 的后向散射
云层辐射/发射 云层、CO2、O3的净吸收
云的吸收
对流混合
The atmosphere is heated from the bottom by longwave radiation and convection
洋流与风的模式相似：
1. Driven by Coriolis forces 2. Driven by winds
1.由科里奥利力驱动 2.由风驱动
北大西洋漂流
北太平洋漂流 黑潮暖流 墨西哥湾流
西风漂流
本格拉海流 洪堡海流源自文库即秘鲁寒流
纬度
经度
Climate of any region is predictable from topography, wind and ocean currents 任何地区的气候都可以从地形、风力和洋流中预测
地形 气候
干扰 干扰机制 微气候/小气候 生态系统过程 资源
时间
生态系统的发展 演替
功能类型
母质
潜在的生物
Climate is a key mechanism by which ecosystems interact with the total Earth System
气候是一个关键机制,通过生态系统与整个地球系统交互
表面(温暖)洋流流向两极 深海(冷)洋流朝赤道方向移动
太阳光 大气
地轴
Ocean currents move 40% of “excess heat” from equator to poles 洋流从赤道向两极移动40%的“多余热量” Driven by circulation of deep ocean waters Deepwater formation occurs near Greenland and in Antarctic
由深海水体流动所驱动 深海构造发生在格陵兰岛和南极附近
温暖的浅层海流
寒冷的含盐深层海流
Landform effects on climate
地形对气候的影响
• Land-water interactions
– Monsoons 季风 – Land-sea breezes 海陆风
陆-水相互作用
• Mountain effects 山脉影响
地球表面的不均匀加热会导致大气环流
60% of heat transport is carried by atmosphere through storms that Move along pressure gradients
60%的热传输是通过大气中的暴风，沿压力梯度移动
40% is carried by ocean currents (conveyor belt) surface (warm) currents move poleward deep (cold) currents move equatorward 40%是由洋流（输送带）携带的
西伯利 亚高压 阿留申低压 百慕大高压 太平洋 高压 热带辐合带
冰岛低压
纬度
经度
In summer at 60 ºN & S, air descends over cold ocean (high pressure) and rises over warm land (low pressure)
1.向赤道方向流动的凉爽的空气流在大陆西海岸 2.向极地方向运动的温暖的空气流在大陆东海岸
Creates planetary waves
产生行星波动
冰岛低压
西伯利 亚低压
百慕大高压
太平洋高压
热带辐合带 热低压
纬度
经度
Ocean currents are similar to wind patterns:
环境
地球系统科学 气候学
水文
生态系统生态学
群落生态学 土壤学
地球化学 种群生态学
机制
生理生态学
Major goals in this lecture
这节课的主要目标
• Understand how the climate system works
理解气候系统是如何工作的
• Enable you to predict the climate any place on Earth
Chapter 2 The system of global climate
第2章 全球气候系统
Climate is the state factor that most strongly governs the global pattern of ecosystem structure and function 气候是状态因素，最强有力地控制着全球的生态系统结构和功能的模式
2. 硫酸盐气溶胶反射辐射增加(小f幅度降温影响) 3. 温室气体浓度增加(大幅度增温影响)
3. Increased greenhouse gas concentrations (large warming effect) 4. Land-cover change creates a darker surface (large warming effect)
赤道比两极加热程度大 1.太阳光线直射程度大 2.大气渗透少 太阳光 大气
Therefore 1. Net gain of energy at equator 2. Net loss of energy at poles
因此
1.在赤道地区能量是净增加的
2.在两极地区能量是净损耗的
地表
地轴
Air rises at equator and subsides at poles (vertical circulation)
土地覆盖变化造成了更暗的表面(大幅度增暖影响)
温 度 异 常
Most major greenhouse gases are increasing in atmospheric concentrations
Alaska’s July temperature
阿拉斯加七月气温
Warming leads to thawing of permafrost (thermokarst) in Alaska 气候变暖会导致永久冻土融化(热岩溶)在阿拉斯加
Uneven heating of Earth’s surface causes atmospheric circulation
温暖气 流上升
热带辐合带
Earth’s rotation determines 东南信风 wind direction 哈德莱环流/ (horizontal circulation) 低纬环流 (Coriolis force) 西风带 tropical easterlies temperate westerlies 费雷尔环境圈/
大气从底部被加热，通过长波 辐射和对流/传递
大气
地表反射 净长波 二次辐 射 直接太 阳辐射 的吸收 天空漫反射的 吸收与云辐射 感热通量/显热通量 潜热通量
地表
The temperature of a body determines wavelengths of energy emitted
身体的温度决定能量释放的波长
– Rain shadow 雨影 – Effects of aspect 坡向的影响 – Air drainage (inversion) 空气流泄（反向）
Vegetation effects on climate
植被对气候的影响
蒸 散 / 土 壤 水 分 蒸 发 蒸 腾 损 失 总 量
森林 草地
高 度
电离层/热层
中间层顶
中间层/逸散层 平流层顶/ 同温层上线 平流层/ 同温层
珠穆朗玛峰
对流层顶 对流层
温度
Uneven heating of Earth’s surface causes atmospheric circulation 地球表面的不均匀加热会导致大气环流
Greater heating at equator than poles 1. sun’s rays hit more directly 2. less atmosphere to penetrate
地表发射出较低的能量(长波)辐射，可以 被大气吸收
吸 收 率
可见区域
波长
The atmosphere is heated from the bottom 从底部加热大气 Therefore it is warmest near the and gets colder with increasing elevation 因此，在底部附近是最温暖的， 随着海拔增加会逐渐更冷
Solar radiation has high energy (shortwave) that readily penetrates the atmosphere
太阳辐射具有较高的能量(短波)，容易穿透 大气层
太 阳 入 射 辐 射
地面输出辐射
Earth emits low-energy (longwave) radiation that is absorbed by the atmosphere
在夏季时，在60º N和60º S，空气在寒冷的海洋(高压)上下降，在温暖的陆地(低压)上上升
1. Cool equator-ward flow of air on W coast of continents 2. Warm poleward flow of air on E coasts of continents
使你能预测地球上任何地方的气候
空间
能量输入=能量输出
射出辐射
Energy in = energy out
Half of solar radiation reaches Earth
一半的太阳辐射到达地球
入射太阳辐射 短波 长波 对流
由H2O、CO2、O3 所造成的辐射
The atmosphere is transparent to shortwave but absorbs longwave radiation (greenhouse effect)
空气在赤道上升，在极地下降 (垂直循环)
费雷尔环境圈/ 中纬度环流圈 西风带
寒冷空气下沉 温暖气流上升
极地环流圈
极锋
Circulation cells explain global distribution of rainfall
环流圈解释全球降水的分布
寒冷空气下沉
副热带高压
东北信风
哈德莱环流/ 低纬环流
倾斜角
度
时间（数千年前 ）
Climate effects on vegetation 气候对植被的影响
花粉丰度
Earth’s climate is now warmer than at any time in the last 1000 years 现在地球的气候比过去1000年的任何时候都温暖 1. increased solar input (small warming effect) 输入太阳能增加(小幅度变暖影响) 2. Increased sulfate aerosols reflects radiation (small cooling effect)
At 60 ºN & S, air descends over cold land (high pressure) and rises over warm ocean (low pressure)
在60º N和60º S，空气在寒冷的陆地(高压)上下降，在温暖的海洋(低压)上上升
Pressure gradients create geographic variation in prevailing winds
表 面 温 度 / 地 表 温 度 降 水
森林 草地 森林 草地
Changes in solar orbit causes long-term variations in solar input to Earth 太阳轨道的变化会导致输入地球太阳能的长期变化
偏心率/离心率
百分比
岁差
六月时的日地距离
地球自转决定了风向 (水平循环) (科里奥利力) 热带东风带 (温带)西风带
中纬度环流圈 极地环流圈
副热带高压 寒冷空气下沉
极锋
温暖气流上升
寒冷空气下沉
At 30ºN & S, air descends more strongly over cold ocean than over land
在30º N和30º S，空气在寒冷的海洋比陆地下降更强烈
大气对短波是透明的，但是会 吸收长波辐射（温室效应）
由大气造成 的后向散射
H2O、尘埃、O3 的吸收
由云层造成 的后向散射
云层辐射/发射 云层、CO2、O3的净吸收
云的吸收
对流混合
The atmosphere is heated from the bottom by longwave radiation and convection
洋流与风的模式相似：
1. Driven by Coriolis forces 2. Driven by winds
1.由科里奥利力驱动 2.由风驱动
北大西洋漂流
北太平洋漂流 黑潮暖流 墨西哥湾流
西风漂流
本格拉海流 洪堡海流源自文库即秘鲁寒流
纬度
经度
Climate of any region is predictable from topography, wind and ocean currents 任何地区的气候都可以从地形、风力和洋流中预测
地形 气候
干扰 干扰机制 微气候/小气候 生态系统过程 资源
时间
生态系统的发展 演替
功能类型
母质
潜在的生物
Climate is a key mechanism by which ecosystems interact with the total Earth System
气候是一个关键机制,通过生态系统与整个地球系统交互
表面(温暖)洋流流向两极 深海(冷)洋流朝赤道方向移动
太阳光 大气
地轴
Ocean currents move 40% of “excess heat” from equator to poles 洋流从赤道向两极移动40%的“多余热量” Driven by circulation of deep ocean waters Deepwater formation occurs near Greenland and in Antarctic
由深海水体流动所驱动 深海构造发生在格陵兰岛和南极附近
温暖的浅层海流
寒冷的含盐深层海流
Landform effects on climate
地形对气候的影响
• Land-water interactions
– Monsoons 季风 – Land-sea breezes 海陆风
陆-水相互作用
• Mountain effects 山脉影响
地球表面的不均匀加热会导致大气环流
60% of heat transport is carried by atmosphere through storms that Move along pressure gradients
60%的热传输是通过大气中的暴风，沿压力梯度移动
40% is carried by ocean currents (conveyor belt) surface (warm) currents move poleward deep (cold) currents move equatorward 40%是由洋流（输送带）携带的