气候变化及其诊断课件 第一章气候变化的事实-ZCY2.28

• 碳循环的重要性
– 大气中的CO2是与辐射传输等能量过程有关的重要的气体组成成分； – 另一原因是由于人类活动造成的包括CO2在内的温室气体的大量排放
已经引起了全球气候的变化，将来很可能会引起更显著的气候变化 。
2+5+50+50-102+90-92=3
There are fast and slow processes in the carbon cycle
相关网址
• 国家气候中心 • / • / • http://www.ecmwf.int/ • 动力论坛-/bbs/index.php
内容
• 第一章 气候变化的事实

• 第二章 气候变化的研究方法
1.1 气候变化的基本知识
✓ 基本概念：
① 气候：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天气的 长期统计状态。世界气象组织（WMO）规定 把30年（1970-1999年/1981-2010）作为气候 标准时段。
② 气候变化：由气候系统各种要素(如气温、降水等) 所表征的气候状态在较长时段内统计特征的 变化，即某一气候要素与平均态的偏差或气 候状态间的变化。其变化的主要形式有趋势 变化、气候突变、气候波动等。
Climate
• 经典气候的定义
– “气候是一定地点或一定地区上大气的平均状 况”、“气候代表天气的一般综合”
– “气候是地球上某一地区大气多年的一般状态 ，它既反映平均情况，也反映极端情况，是多 年间各种天气过程的综合表现；气象要素的各 种统计量是表述气候的基本依据”
• 现代气候的定义
– 气候系统的全部成分在较长时段内的平均统计 特征
– 王绍武，赵宗慈，龚道溢等．现代气候学概论，北京 ：气象出版社，2005
– 高国栋，气候学教程，北京：气象出版社，1996
– 缪启龙等，气候学，北京：气象出版社
– 丁裕国，江志红，极端气候研究方法导论，北京：气 象出版社，2009
– 缪启龙，江志红等，现代气候学，北京：气象出版社 ，2010
– 魏凤英．现代气候统计诊断与预测技术，北京：气象 出版社，2007
发和渗透等等进而影响陆气相互作用的各个环节。
Global Energy Budget
Energy Balance
Global Energy Budget
地表面的能量平衡方程式
地表吸收总辐射＝地表向大气的净长波辐射十 蒸发潜热十湍流感热，
168 = 50% =
390 - 324 20%
+ 78 + 24 （W/m2） + 24% + 6%
气候变化及其诊断
• 2011年春季以来，长江中下游无降水 日数达55天，为1951年以来历史同期 最长，最长连续无降水日数达11天， 为近45年来历史同期最长。长江中下 游地区出现中度以上气象乾旱日数为 近10年来最多。截至5月25日，湖北 、湖南、江西、江苏、安徽、浙江等
长江中下游地区中度以上气象乾旱影 响面积达21.1万平方公里。
1.1 气候变化的基本知识
✓ 基本概念：
③ 气候异常：超过一定程度的气候变化。
④ 气候趋势：气候的长期变化倾向，即在记录时期具 有平滑而单调地上升或下降特点的气候 变化。
⑤ 气候波动（振荡）：气候呈现准周期性的平滑的变 化趋势。
⑥ 气候突变：气候从一种稳定态（或稳定持续的变化 趋势）跳跃式地转变到另一种稳定态 （或稳定持续的变化趋势）的现象。
• 2011年以来长江中下游地区降水与多年同 期相比偏少四至六成，为1961年以来同期 最少年份。
• 江西遭遇历史罕见春夏连旱，1月1日至5月 18日，江西省平均降水量仅391毫米，较常 年同期偏少47%，降水量之少位居历史同 期第一位。23.5万人出现饮水困难。
• 境内中国最大淡水湖鄱阳湖水域面积“瘦 身”至1326平方公里，仅为历史同期多年 平均面积的一半，创有卫星记录以来最小 水面。
，一般都大于数百年，甚至可达几百万年。
• Litosphere
– 陆地面积约占全球面积的29%。如山脉、高原、平原 等等。
– 陆地表面主体变化的特征时间尺度最长，一般都在数 百万年以上。
• Biosphere
– 陆地上的自然植被、农作物、大陆动物群、海洋生物 和人类等组成。
– 调节和控制温室气体(主要是C02和CH4)通量的大小。 – 对地表植被影响，通过影响地面反照率、粗糙度、蒸
1.1 基本知识
① 天气 – 气候 ② 气候系统 ③ 全球能量平衡 ④ Hydrological Cycle ⑤ Carbon Cycle ⑥ Climate Change
天气 – 气候
Weather
• Daily fluctuating state of the atmosphere, characterized by temperature, wind, precipitation and other weather elements.
时间尺度
地质时期气候变化
主要特征、 形成原因
历史时期气候变化
资料来源、 分析和研究方法
现代气候变化
不同时间尺度的气候变化（王绍武，1994）
气候变化类型
时间尺度（a）
振幅（℃）
（1）地质时期
a.大冰期
107-108
10
b.冰期-间冰期
104-105
10
c.气候振荡
103
5-7
（2）冰后期-历史时期
2011年入汛以来部分大中城市强降水事件
时间 城市
降水量
影响
5月22日
深圳 全市平均降水量75毫米，最大降 雨量253毫米，最大1小时降雨量 达95毫米
全市出现约40处短时积涝，造成部分 地区交通瘫痪；机场近百出港航班延 误。
6月18-19日 杭州 过程累计降水量91.5毫米
城区10厘米以上积水54处，局地区积 水深超过50厘米；西湖水位上升
水分输送，各种形式的降水以及径流。
• 陆地水分平衡方程
– E L=rL - fL-o – 陆地蒸发=陆地降水量- 陆地流入海洋的径流
– 71=111-40
– 16%=23% - 7%
• 海洋水分平衡方程
– E O=rO + fL-o – 海洋蒸发=海洋降水量+ 陆地流入海洋的径流 – 425=385+40 – 84%=77%+7%
7月2-3日 成都 部分地方出现大暴雨；最大降雨 部分道路和低洼处积水，局部内涝严
量达到215.9毫米。
重，交通受阻。
7月18-19日 南京 市区大部地区出现特大暴雨，玄 多条道路积水，隧道被淹，城北交通 武湖1小时最大雨量达94.8毫米 一度瘫痪
暴雨标准：24小时50毫米，12小时30毫米，1小时16毫米
6月18日
武汉 当日降水量达193毫米，创下1998 城区多处变成一片汪洋，交通瘫痪 年以来13年来单日降水量最高记 录。
6月23日
北京 全市平均降水量超过50毫米，城 区平均降雨量达73毫米，局地达 到214.9毫米。
多条环路及主干道积水，3条地铁线路 出现险情，首都机场航班延误。
6月28日
长沙 6小时降水量54毫米，局部3小时 造成城区部分地区积水，交通受阻。 降水达122毫米。
• 气候系统是指由大气、海洋、陆地表 面、冰雪圈和生物圈等组成的相互作 用的整体。
Climate System
• Atmosphere
气候系统中最容易变化的部分，是气 候系统的主体部分，大气和气候系统 其他成员间的热量、水分和物质交换 是气候系统中各圈层之间相互作用的 最基本过程
• Hydrosphere: the oceans, rivers & inland water masses
全球温度异常变化序列
1970-1999年冬季全球平均温度（2m）的空间分布 （单位为℃）（ECMWF）
1980-1999与1950-1969年均SST差值场 （年代际变 化）
1.2 地质时期的气候变化
问题 • 地质时期气候变化的主要特点是什么？ • 现代气候所处的地质气候背景是什么？
气候变化阶段的划分
102-103
2
（3）现代气候变化
101-102
• Cryosphere:
– 包括格陵兰和南极冰原、大陆冰川、雪盖、海冰和 冻土带等等。
– 相对稳定的冰原和冰川覆盖了地球面积的将近10％ 。
– 海冰和雪盖都有很大的季节变化和较大的年际变化 。
– 冰雪圈和气候系统的其他成员之间有着非常复杂和 重要的相互作用。
– 雪盖和海冰具有从数月到几十年的时间变化尺度， 冰雪圈中的其他组成部分变化的特征时间尺度很长
总入射太阳辐射＝地气系统总太阳辐射反射+ 大气向外长波辐射+ 地面长波辐射透射
342 = 107
+
100%= 6%+20%+4% +
195 + 40 38%+26% + 6%
Global Hydrological Cycle
• 水分循环 气候系统中水分的运动和相态的变化。 • 水分循环有4个环节：地球表面的蒸发，大气中的
• 第三章 气候变化的影响因素
• 第四章 极端气候
• 第五章 气候诊断
• 实习
8
第一章 气候变化的事实
➢1.1 气候变化的基本知识 ➢1.2 地质时期的气候变化 ➢1.3 历史时期的气候变化 ➢1.4 现代气候变化
1.1 基本知识
学习内容和目标：了解气候、气候变化等定义， 理解其含义
学习重点：掌握气候变化等定义
大气内部能量平衡方程式
大气吸收太阳辐射十大气吸收长波辐射十蒸发潜热 +湍流感热＝大气向外发射长波辐射