海-陆-气相互作用-第一讲

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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。
8
研究意义:不仅有助于揭露预报大气和海
洋环境方面的需要了解的一些科学问题,而
且对渔业、航海、海洋资源的开发利用和随
之而起的海洋工程、对全球气候乃至人类生
风生环流及部分热盐环流仅仅发生在海洋 1~2000m左右以上的海洋上、中 层,即海洋斜压层(又称海洋对流层)中,而海洋深层(即海洋平流层)
大洋环流形成的根本原因:风应力、热通量、淡水通量 全部为热盐环流。
48
海洋表层环流(风生环流)
黑潮(日本暖流):得名于其较其他正常海水的颜色深,这是由于黑潮内所
(5)海水的流动性:海水是一种流体,通过水平和 垂直运动,可使海洋获得的热量通过平流和乱流向 其他地方和海洋深层传播。
因此,热带海洋在调节大气环流和气候变化 中起着非常重要的作用。 结论:海洋不仅是大气的热源和水源而且积 极参与大气的热量平衡和水分平衡,海洋和 大气之间存在着广泛的物质和能量的交换。
The climate system
4
Sun
9
.008916 .074074
Atmosphere
7
.188615 .336077
5
.500000 .663923
3
.811385
1
2
3
水 分
动 量
Sea Ice
热 量
.925926
1 1 3 5
.991084
25 75 125 180 255 360 500 680 900 1160 1455 1775 2115 2475 2850 3235 3625 4015 4405 4800
海-陆-气相互作用
周顺武
南京信息工程大学大气科学学院
课程主要讲述内容
热带海气相互作用
1、热带太平洋海气相互作用 (ENSO,季风-ENSO相互作用) 2、热带大西洋海气相互作用 3、热带印度洋海气相互作用 中高纬度海气相互作用
陆气相互作用
主要参考书
1. 刘秦玉等:热带海洋-大气相互作用(2013) 2. Wang Chunzai, Shang-Ping Xie, James carton, Earth’s Climate:
巨大变化的薄薄一层。
由于在开阔海域,盐度几乎是稳定的,而压力对
密度只有很轻微的影响,因此温度就成为影响海
水密度的一个最重要的因素。大洋表面的海水温
度较高,因此它的密度就比深处的冷水要小。
温度和密度在温跃层发生迅速变化,使得温跃层
成为生物以及海水环流的一个重要分界面。
正常风场条件下,沿赤道太平洋海平面高度呈西高东低的分布
Land
Ocean
7 9
11
13 15
17
19
All Earth 71% water 29% land Northern Hemisphere 61% water 39% land Southern Hemisphere 81% water 19% land

7
海气相互作用的基本特征
含的杂质和营养盐较少,阳光穿透过水的表面后,较少被反射回水面
49
洋流
洋流又称海流(Ocean current):海水大规 模相对稳定的流动,它是海洋中大规模的海 水以相对稳定的速度所作的定向流动。地球 上的洋流分布主要受盛行风、海水密度不均
匀、地转偏向力、海底地形、海岸轮廓和岛
屿等影响。流动方向既有水平方向的,也有
原因:1、地处副热带海区,常年受副高控制,
降水少,蒸发旺盛。 2、周围沙漠广布,几乎无径流注入。
世界盐度最低海区: 波罗的海(<1%)
原因:1、受副极地低气压带和西风影响, 降水较多,纬度高,蒸发弱。 2、周围陆地有大量淡水汇入。
为什么长江口附近海域夏季盐 度远低于冬季?
夏季陆地降水量大,河流注入海洋的
Ocean-Atmosphere Interaction. (AGU,2004)
3. 张学洪等:大洋环流和海气相互作用的数值模拟讲义
(2013)
4. 李建平等主编:亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短
期气候的影响(上、下卷)(2011)
5. 董文杰等:陆-气相互作用对我国气候变化的影响(2005)
海—气相互作用
混和层和温跃层
海洋上层的温度比深层要高,受到大气影响,在
海洋表面向下的几十米的水层里,风浪和海流引
起的湍流混合十分强烈,海水温度的垂直变化很
小,因此被称为混合层。但到某一个高度以后,
很快遇到一个教薄的水层,其海水温度随深度的
变化特别剧烈,这一区域被称之为温跃层。
赤道太平洋
混和层
温跃层
温跃层
位于海面以下100—200 m左右的、温度和密度有
降水量>蒸发量:盐度小
(1)气候: 降水量<蒸发量:盐度大 (2)淡水注入: (3)洋流 盐度小 暖流:盐度大 寒流:盐度小
海洋表层盐度随纬度的变化
A B
北半球高纬盐 度低,因为陆 地多,有淡水 注入。
D
蒸发 > 降水
C
降水 >
蒸发 > 降水
蒸发
E
波罗的海
红海
世界大洋平均盐度:3.5%
世界盐度最高海区:红海(4.1%)
一.海洋的气候学特征(海洋对大气的重要性)
二.全球海温分布(温跃层) 三.海水盐度 四.海水运动 (洋流、信风)
§1. 海洋的气候学意义
(1)海洋的巨大面积和质量:海洋表面积大,约占 地球表面71%,因而达到地球表面的太阳辐射能大 部分被洋面吸收再转化为其他形式的能量稳定地加
热大气。
因此,海洋是大气主要热源。
上,有时能达到1a或更长时间。
1月份北太平洋各点海温与(130E, 30N)海温异常的相关系数分布
20
2、在时间上的持续性要持续到月的量级
1 0.8
0.6
北太平洋海温 海 冰 热带太平洋海温 700hPa高度场
0.4
0.2
0 1 -0.2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
-0.4
热带太平洋海温、北太平洋海温、北极海冰和700hPa高度月自相关系数 (横坐标表示时间,单位:月;纵坐标表示相关系数)
(4)海水巨大的热惯性:由于海水比热大,比土壤, 更比空气具有更大的热惯性,海水的热容量约为大气 的1200倍,成为巨大的热量“储存器”。海洋巨大的 热惯性使得海面温度的变化比陆面温度的变化小得多, 它对大气温度的变化起着缓冲器和调节器的作用。如 果将100m深的全球海洋的温度降低0.1℃,则释放出 来的热量能使全球对流层中的空气温度升高6℃。
洋流
全球海表面年平均温度(℃)
夏 季 平 均 海 温
冬 季 平 均 海 温
海表面温度分布特征
结论:海表面温度成条带状,沿纬度增加而逐
渐减小,一般来说,低纬度海区的水温,高于高
纬度海区的水温。同一海区的水温,夏季高些,
冬季低些;同纬度海区,有暖流流经的海区水温
要比有寒流流经的海区高。东、西边界等温线弯
海温随深度增加而递减:表层高,随深度增加而降低。
根据海水垂直分布的特点,可分为三层:
由海面向下数10m左右的表层一般称为混
合层,以下100-1500m的范围叫温度跃层,
再下就是冷水层。海洋的表层在海气相互
作用下,水体性质因充分混合而均一,接
近同温状态,称为混合层 。
33
海水的温度分布(垂直)
34
淡水比冬季多,稀释作用更强。
海水表面盐度的分布规律:
总的来说,从低纬到高纬,海水盐度主要
取决与蒸发量和降水量之差。
由南北半球副热带海区,分别向两侧高、 低纬度递减。
大 西 洋
盐度大 密度大 水位低
密度流
补偿流 地 中 海
盐度小 密度小 水位高
直布罗陀岩床 直布罗陀海底山脊
温盐环流(热盐环流)
Deep ocean currents
21
3、在强度上要大到长波辐射量的1/10,即 大约22W/m2。
海面温度变化1K,感热及潜热输送可变化20
~30W/m2,在强对流情况下可变化40~ 80W/m2。
因此,海温是短期气候预测最主要因子。
22
§2. 全球海温分布
一、全球海表面温度(Sea Surface Temperature)分布 海水热量收入:太阳辐射;海水热量支出:海水蒸发
(2)海洋面积大,海水质量大约为大气的250倍,海
面蒸发约占地表总蒸发的84%,此外,全球约90% 的降水在海洋;约10%的降水在陆地。 可见,海洋是大气主要水源。
海气相互作用:主要指物质(水)和能量(热)的交换。
(3)海水的辐射特性:海水对太阳的短波辐散具有吸 收率高、渗透率高的特性,海水对太阳短波辐散的吸 收率在84~95%之间,比陆地高出10~20%;此外, 陆地对太阳辐射的吸收仅在地表,而海水可达几十米, 有利于热量的存储。
2、在时间的持续性要具有与天气异常同量级 的周期,月尺度; 3、在强度上要大到长波辐射量的1/10,即45卡 /cm2· 日。
海洋热源完全符合异常热源的三个标准。
1、在几何的广度上至少要大于1000km;
海水温度异常一般是大尺度的,例如经常北太平洋面积的 1/2到1/3保持同一符号的海温距平,并且时间可维持0.5a以
亏损,为保持整个系统的能量平衡,在低纬和高纬之
间需要很强的经向能量输送,而海洋环流在经向能量
输送中发挥重要作用。
2. 到达地球的辐射有一半被表面蒸发潜能所平衡,而蒸 发过程主要发生在海洋表面。 因此对发生在海气交界面上的物理过程及其变化的理 解水平和模拟能力将直接影响气候预测的准确程度。
11
海洋的大尺度特征(若干事实)及 其在气候上的重要性
温跃层把热带海洋分隔成上下两个不同热力性 质的海水层,上层为暖水层,而下层则为冷水层。赤 道太平洋东部20℃等温线一般位于50m深处,但向西 逐渐倾斜,在赤道太平洋西部一般位于200m深处。 因此,温跃层也被气象和海洋学家成为斜温层。
§3. 海水表面盐度
1、概念:
海水中溶解盐质量/海水质量
2、影响因素:
海-气热量交换
太阳辐射 海洋 潜热输送 海洋长波辐射
大气逆辐射
大气
海洋是大气最主要的热量储存库。
海-气水分交换
蒸发 降水
海洋
Fra Baidu bibliotek大气
海洋是大气中水气最主要的来源。
异常热源
对于一个能够造成气候异常的热源,必须具备 三个条件: 1、在几何空间上应大到与温度、气压异常的 空间尺度相当的量级,≥103km;
北半球海水热量收支随纬度的变化
海水温度随纬度变化。
原因:太阳辐射的纬度变化,气温的纬度变化(除此
之外,沿岸地形、洋流等对海水温度也有影响。)
全球海表面纬向平均温度随纬度分布(℃)
全球海表面温度分布
(1)变化规律: 从赤道向两极递减 (2)影响因素:
时间 太阳辐射 空间 夏季温度高 冬季温度低
低纬温度高 高纬温度低 暖流温度高 寒流温度低
曲方向相反。太平洋西暖东冷。
§2. 全球海温分布
二、深层海水温度变化规律(海温的垂直分布)
2004年6月沿赤道太平洋次表层月平均海温深度-经度剖面
印 度 洋 海 水 温 度 剖 面 图
深层海水温度变化规律
原因:太阳辐射入海的光能被表层海水吸收,因此 海表面温度高于海洋内部。 1000m以内,降温快;1000m以下,变化小。
垂直方向的。

90
60
90
60
西南风 海
东北信风 东南信风 西北风
30 0 30 60
西风漂流 30 北赤道暖流 0 南赤道暖流 西风漂流 30
60
流 90
90
总结:世界洋流模式图 (1)BC----中低纬洋流 90 北顺南逆 东寒西暖 A 60 (2)A---北半球中高纬 逆时针 东暖西寒 30 B (3)南半球中高纬 0 横贯东西的西风漂流 C ( 4 )北印度洋 --季风洋流 30 冬---东北风---向西流—逆 60 夏---西南风—向东流—顺
46
§3. 海水运动
一、海水运动形式
1、波浪 (风浪、海啸) 2、潮汐 3、洋流
二、洋流
1、分类:
暖流
(1)按性质分类: 寒流
赤道
风海流
(2)按成因分类:
密度流
补偿流
海洋环流
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。
海流按其成因分为两种:
风生环流:大洋中由盛行的稳定风系所生成的海流,自成 循环体系。动力学原因所生成的海流,亦是通常所说的洋 流。 热盐环流:由于广大洋面受热、冷却、蒸发和降水不均匀 所造成的海水温度和盐度变化,导致密度分布的不均匀形 成的热力学海流,称为热盐环流,也成温盐环流。
存环境变化的预测等方面都有十分重要的实 际意义。
9
气候预测能力的提高归根结底取决于对影响
气候变化因子及机理的揭示,对关键物理过
程的认识和高性能气候模式的发展,而海陆
气相互作用是决定短期气候变化的根本原因。 因此,揭示海气相互作用的物理过程及机理 是提高短期气候预测能力的关键。
10
海气相互作用在气候系统圈层相互作用的研究中占有 重要地位。 1.大气上界的净辐射通量在低纬地区盈余,在高纬地区
相关文档
最新文档