气象学与气候学第6章

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3 下垫面状况因子
下垫面是大气下层空气运动的边界面，也是大气的主要热源和水源，影响气候 的作用十分明显。
下垫面因素有很多，包括：海陆间差异、地形和地表性质差异、海洋中洋流的分 布和强度、冰雪覆盖层的影响等。
3.1 海陆分布对气候的影响
1）海陆间热力差异 2）海陆分布对气温的影响 3）海陆分布对大气湿度影响
2.2 洋流状况 海洋中，海水从一个海区水平地或垂直地流向另一个海区，这种大规模 的非周期性的运动，称之为洋流。
1）分类： 按洋流本身与周围海水的温度状况分： 暖洋流、冷洋流；
暖洋流——低纬流向高纬；冷洋流——高纬流向低纬。
按洋流形成的原因分：风生洋流、密度流、补偿流。
风生洋流（风海流）——大气运动产生风应力，促使海水上表发生流动； 密度流——因海洋的水温、盐分及密度不均引起的； 补偿流——因某地海水流走，相邻区域海水流入补充而形成的。
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2）厄尔尼诺（EL Nino）
这个词来源于西班牙文“EL Nino”（原意是圣婴）。最初表示某些年份 圣诞节前后，沿南美秘鲁和厄瓜多尔附近的太平洋海岸附近，出现季节性水 温上升的现象。
这种东太平洋赤道海域水温季节性上升的现象，每隔几年就又一次异常 发展，可使南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至 日界线（180度）附近，海面异常增暖，造成原来干旱的气候突变为多雨气候， 严重的时候可形成灾害。
第六章 气候的形成
气候形成的概述 太阳辐射因子 环流因子 下垫面状况因子 人类活动的影响
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1. 辐射因子—— 复习：第2章“天文辐射”和地气系统辐射收支平衡
2. 环流因子 纵观地球，海洋占地球表面的70.8%，到达地表的太阳辐射能约有80%的
能量为海洋所吸收，且将其中85%左右的热能储存在大洋表层；同时，海洋 还通过蒸发，向大气提供约86%的水汽来源；此外，海洋还是CO2的储存库， 可调节大气中CO2含量，以此影响气温和大气环流状况。由此可见，海洋是 大气环流运转的能量和水汽供应的主要源地和储存库。
同时，带来的是由低纬的沿海向高纬地内 陆的气流，会形成高温、湿润和多雨的 天气。
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☆ 南亚季风——影响区域：印度半岛、中南半岛及中国西南部等地。 主要是行星风带季节性移动和青藏高原大地形作用为影响因子，同
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2.4 环流变异对气候的影响
请复习回顾：第3章第3节中的大气环流平均状况（有平均纬向、经 向和水平环流）；但在某些年份，大气环流也会脱离常态，有异常的 行为，同样，也会直接影响该期内的天气和气候出现异常。
我们就近些年来出现的影响重大的、典型的、频繁的气候异常现象 ——厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）现象为例，介绍一下环流形势场变 异时，对气候的影响。
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2）世界大洋表层中洋流的概况：
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A）以南、北副热带G为中心的反气旋大洋环 流
B）以北半球中高纬度D区为中心的气旋型大 洋环流
【见上页 图】
C）北印度洋季风漂流
D）南半球中高纬度海岸上西风漂流和绕极环 流
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这种“海洋-大气”接力式的经向热量输送是维持高低纬度能量平 衡的重要机制。
b) “海-陆间”热量输送 冬季，海洋为相对热源，陆地为冷源。在中高纬度地区，盛行西风，
大陆西岸为迎风面，受暖洋流影响，提高了大陆西岸的气温；此时， 形成大陆西岸暖，东岸冷的现象。 夏季，相反。这时，大陆通过大气环流向海洋输送热量，迎风海岸 气温较为凉爽，尤其在冷洋流的海岸，要比大陆气温低很多。
(2)风的性质有明显差异（如湿润程度、水汽含量等）； (3)影响的天气现象也有明显差别。 成因：主要取决于海陆热力差异状况和行星风带的季节性变化。
特例分析： ☆ 东亚季风——影响区域：中国、朝鲜半岛和日本等地。
主要由太平洋与亚洲的内陆之间的海陆热力差异为影响因子，外加 青藏高原影响辅助而形成的。
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大气环流和大洋环流对气候系统中的热量重新分配起着重要的作用。它 一方面将低纬度热量传输到高纬度，调节赤道和两极间的温差（a）；另 一方面又因大气环流方向在海陆之间有差异，加之冷暖洋流两性的差异， 使同一纬度带上大陆东西岸气温产生了明显差异，破坏了天文气候带的地 带性分布（b）。
a)“赤-极间”热量传输： 就年平均而言，热赤道约在5°N左右，其中显热输送从热赤道开始向北、
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4）ENSO与气候
在讨论海气相互作用和气候变化关系时，通常将SO、EL Nino与 Walker环流综合一起分析。
因为在EL Nino事件发生的同时，出现了东南太平洋副G气压下降， 西太平洋赤道海域的D气压上升，即南方涛动强度减弱，相应的赤道 地区的东西向环流也减弱，此时，合称ENSO事件发生。
向南输送，潜热量约在南北回归线附近向高、低纬地区输送；而大洋环流 热通量约自2°N左右的洋面向南北两侧输送。
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据估计，在这种环流的经向热量输送中，大气环流作用占约67%， 洋流作用约占30%。在赤道至低纬度（<30度）间洋流输送大于大气 环流输送；在纬度30度以上的中高纬地区，大气环流作用超过洋流。
确定EL Nino现象发生的指标，常用赤道东太平洋（0°-10°S, 90°W-180° ）的表层海温距平来指示。
凡连续两个季以上平均海温距平≧ 0.5℃ 或海温月距平峰值达到1.0℃ ， 定为厄尔尼诺事件；相反，如果指标达到上述数值的负距平时，则定为反厄 尔尼诺事件（又称拉尼娜事件“La Nina” ）。
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简化的表层洋流模式
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实际表层洋流与简化模式的异同
同： 北半球副热带地表除区层风有洋应一流力顺特外时征，的还针原有方因其向：他的外涡力旋 南半球副热带地作区用有的一综逆合时结果针方向的 异： 赤道逆流（补偿流） 环绕南极大陆的西风漂流（地形作用） 北大西洋高纬气旋型涡旋更明显 海水向涡旋的中部符合，没发生堆积
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3）洋流的作用 在暖洋流的作用下，大气从洋面得到热量多，同时海温
变高，水汽向上输送，使大气下层增暖变湿； 相反，在冷洋流作用下，大气下层降温，有可能会使洋
面上空出现逆温现象。
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2.3 环流对气候的影响 1）环流与热量输送
(太平洋walker环流)
主要在马来群岛、非洲和南美中部地区， 由于降水充沛，积云释放大量潜热，形成几个 热源，而在非洲和南美沿海地区由于冷海水上 翻，形成热汇，从而造成水温东西向的差异， 引起纬向气压差，使热源区空气上升，流至热 汇区下沉，而低空从热汇流向热源区，形成了 赤道地区三个东西纬向上闭合的环流圈，位置 分别在太平洋、大西洋和南亚处。
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2）环流与水分循环
水分循环的三个分量：蒸发、降水和大气水分输送，都与大气环 流有重要联系。 a) 蒸发过程中，在水源充足的条件下，蒸发快慢和蒸发量的多寡，要受下 垫面温度和环流方向及速度的影响； b) 降水产生，主要依靠水汽凝结，水汽凝结条件中以上升运动为主，环流 可以促使上升运动发展； c) 水汽输送，在低纬度Hardly环流作用明显；在中高纬度地区主要通过大 型涡旋运动进行。
同时，ENSO除影响低纬度气候外，还可能通过遥相关影响到中高 纬度地区的气候。如厄尔尼诺年，我国东北地区和日本夏季持续低温， 有些年份我国北方地区降水偏少等等现象，也可能会和厄尔尼诺有关。
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第六章 气候的形成
气候形成的概述 太阳辐射因子 环流因子 下垫面状况因子 人类活动的影响
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1）沃克环流 (Walker)
它是赤道海洋表面因水温的东 西面差异而产生的一种纬圈热力 环流.
由英国气象学家沃克在20世纪 20年代首先发现，是热带太平洋 上空大气循环的主要动力之一。
它是指在正常情况下较干燥的 空气在较冷的洋面上下沉，然后 沿赤道向西运动，成为赤道信风 的一部分，当信风到达西部洋面 时，受到较暖洋面的影响而上升 再向东运行，如此形成了一个封 闭的环流。
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相反，在低纬度涛动高指数期，海上大范围降温，赤道主要对流区 局限于西太平洋，Walker环流上升分支西移，东太平洋出现干旱气 候。
《ENSO监测和预测研 究》 翟盘茂主编
气EN象SO出对版气社候的2影0响0以0年环赤道太平洋地区最为显著。如厄尔尼诺年，
印度尼西亚、澳大利亚、印度次大陆和巴西东北部均出现干旱现象； 而赤道中太平洋到南美的西岸则多雨。
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Walker环流的上升支和热带太平洋西部暴雨频繁、台风活跃和 云层厚密有关；至于其东部的沉降支则为该区带来干燥晴朗的天气。
∴ “Walker环流”对太平洋东西两岸的气候调节有重要作用。 对于赤道太平洋地区的walker环流来讲：
如果东太平洋的洋面温度升高，就会产生较暖而且湿润的上升气流， 削弱“沃克环流”，同时美洲中部一带会气温上升、暴雨成灾，这就 是著名的“厄尔尼诺”现象。
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3）南方涛动（SO, Southern Oscillation）
是指印度洋赤道D区与南太平洋副G区这两大活动中心之间的海平面 气压变化呈现负相关关系。
即：当东南太平洋的副G比常年升高（降低）时，印度洋赤道D比常 年要低（升高），它们之间呈现此起彼伏状，形成两大洋上的大气间 的涛动。
同时，大气环流向下输送动量，产生风应力，促使海水上下涌动，表层出现 洋流现象。这样海洋和大气之间通过一定的物理过程发生相互作用，组成一 个复杂的耦合系统，亦称为：海气的相互作用。
环流因子对气候的影响分为： 大气环流对气候的影响； 洋流对气候的影响两部分。
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2.1 大气环流状况（复习第3章第3节“大气环流”内容）
ENSO是低纬度地区海气相互作用的强信号特征。在涛动低指数期， 赤道低压主体减弱，前端向东伸，此时太平洋上的副热带G减弱并向 高纬移，其结果必然使信风减弱，赤道西风发展，此状态有利于赤道 西太平洋暖水向东扩展输送；同时，赤道东太平洋冷水上涌现象减弱 乃至停止，造成中、东太平洋海水温升高，出现厄尔尼诺事件（EL Nino）——在海面高水温影响下，Walker环流改变，其上升分支向 东移，对流现象在西太平洋减弱，在中东太平洋发展，在东太平洋出 现多雨带。
近些年，北半球也发现了北大西洋涛动（冰岛D和亚速尔G之间）和 北太平洋涛动（阿留申D和北太平洋副G之间）的反相振荡现象。
符淙斌和叶笃正着眼于全球的振荡特征，将以上三大涛动统称为 “低纬度涛动”（Low Latitude Oscillation－A very low frequency seesaw in global tropics ，1989）。
海洋是水汽源，陆地复杂（冬季是汇；夏季，潮湿地是源，干旱地是汇）。 海上多成雾；陆上沿海区比内陆多雾。 海陆分布对降水量和降水时间也有着显著影响。
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4）海陆分布对风的影响
a)海陆风(第3章4区域和局地尺度的环流)
b)季风 ☆ 定义：大范围地区的盛行风，以年为周期随季节而有显著改变的现象。 特点: (1)盛行风向有明显季节变化；
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冬季，亚洲大陆为蒙古-西伯利亚高压盘 踞控制，高压前缘的偏北风成为亚洲东部的冬 季风；由于蒙古高压比较强大，由陆向海，风 力也较强。
同时该高压带来的是冷气团，因此会产生 低温、干燥和少雨天气。
夏季，亚洲大陆为热低压控制，同时加上 西太平洋副高西伸北进，高低压之间的偏南风 成为亚洲东部的夏季风，但是此时高低压之间 的气压梯度较小，所以风力较弱。