第十一章 海洋-大气相互作用

海洋在气候系统中的作用
• 大气中水汽量的86%由海洋提供。尤其低纬度海 洋，是大气水汽的主要源地。
海洋在气候系统中的作用
• 海洋有极大的热力学 和动力学惯性，对大 气运动起到调谐作用 • 海洋是地球大气系统 中CO2的最大的汇， 减缓温室效应
海洋与大气相互作用的基本特征
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海洋对大气的热力作用： 海洋，特别是热带海洋，是驱动大气系统运动的重 要能量来源。提供热量方式有潜热和感热两种，主要 是潜热，要求水汽辐合上升，即相应的大气环流条 件。 大气对海洋的风应力强迫： 大洋环流与风应力强迫有密切关系。 海洋上混合层 混合层的辐合、辐散过程通过Ekman抽吸效应影响 深层海洋环流；深层海洋环流通过改变混合层的状况 对大气运动影响。 太阳辐射能通过影响混合层而成为驱动整个海洋运动 的重要原动力。
南方涛动与厄尔尼诺的反相关
• 当赤道东太平洋表层水温（SST）出现正 （负）距平时，南方涛动指数Байду номын сангаас负（正）值 （？）
• 将负SOI与厄尔尼诺视为大气-海洋耦合系统 的两方面表现，简称ENSO
ENSO对大气环流及全球气候变异的影响
• 由于赤道东太平洋SST异常(El Niño现象)， 大气中的Hadley环流将会增强。ITCZ(赤道 辐合带)的位置有明显的东移趋势，这必将影 响西太平洋台风运动。 • 对西太平洋副热带高压活动有明显的影响， 包括副高位置和强度。与 El Niño年ITCZ位 置偏南相匹配，西太副高也偏南。而在La Niña年副高脊线较常年偏北。
• Gilbert Thomas Walker (1868-1958）英国 数学家和气象学家，曾任印度气象局长
ENSO对全球气候的影响
• ENSO 是厄尔尼诺 (El Niño) 和南方涛动 （Southern Oscillation）的合称，二者有 非常好的相关关系。 • 当赤道东太平洋表层水温（SST）正距 平，南方涛动指数往往是负。 • ENSO成为大尺度海气相互作用以及气候变 化研究的中心课题。
南方涛动与沃克环流
• 南方涛动（Southern Oscillation）：热带东 太平洋与热带中太平洋 气压场反相变化的跷跷 板现象 • 南方涛动指数 （SOI）：塔希提 （Tahiti）岛与达尔文 岛之间的气压差 • 沃克环流（Walker cell）
赤道西太平洋的“暖池”
南方涛动与沃克环流
上层海洋与低层大气 -国际SOLAS计划
ENSO及其对气候的影响
• 厄尔尼诺 El Niño：圣诞前后，沿厄瓜多尔和 秘鲁沿岸，出现一弱的洋流，代替了通常对应 的冷水。 • 近年指整个赤道东太平洋表现振幅达几摄氏度 的增暖。与此相联系，海洋和大气环流发生很 大的异常。 • 拉尼娜 La Niña ：冷水事件。是El Niño恢复 到正常状态的过渡过程。
ENSO事件对大气环流及全球气候变异的影响
• 南美东岸的环流上升支西移到了南美西岸，积云对流 活动在秘鲁沿岸极为强烈，造成哥伦比亚、厄瓜多尔 和秘鲁等地持续大雨(83~84秘鲁340倍)。而南亚、印 度尼西亚和东南非洲的大范围干旱。 • 厄尔尼诺使中高纬度西风加强，阿留申低压往往比正 常时强，因而常给北美西岸造成频繁的强风暴活动， 暴风雨和风暴浪潮严重。 • 对中国气候也有明显影响。 • 众多的气候灾害说明厄尔尼诺和拉尼娜现象影响大气 环流从而导致全球气候异常。
厄尔尼诺使印尼干旱
正常
厄尔尼诺
厄尔尼诺的监测
• 在1982-83年的厄尔尼诺 后，美国、日本和法国在横 跨赤道太平洋的洋面上串起 了70个浮标。 • 这些被称为‘热带大气海洋 （TAO）排列’的浮标，监测 着500米深的水温以及风、 气温和相对湿度。是一个厄 尔尼诺的早期警报体系。 • 厄尔尼诺警报可用卫星高度 计测量海平面的高度。暖流 会使海面升高
第十一章 海洋-大气相互作用
海洋-大气相互作用
• 气候系统由5部分组成，分别为 大气圈、水圈（海洋）、冰雪 圈、岩石圈和生物圈
• 在热带地区有太阳辐射能量的 净收入，提供了气候系统的基 本原动力
气候系统的性质
• 1）各子系统是开放的非孤立系统。 从各子系统保持相对独立，能量交换保持开 放状态物理过程包括穿越边界的能量、动量 和物质输送，且形成了大量反馈机制。 • 2）各子系统内部是非均匀的热力学-动力学 系统。可以用化学组成，热力学及力学状态 加以描述。 • 3）不同物理量的时间和空间尺度在不同子系 统之间变化很大，甚至在同一个子系统内变 化也很大
气候系统的性质
• 气候系统各不同分量的响应时间尺度差别很大，从几 周到几千年，不可能也不必要同时考虑全部子系统 • 气候系统主要由两个外强迫来制约其全球行为：太阳 辐射和重力
海洋在气候系统中的作用
• 海洋吸收的太阳辐射约占进入地球大气顶 的总太阳辐射量的70%；被贮存的能量将 以潜热、感热交换和长波辐射的形式输送 给大气，驱动大气运动 • 全球平均有近70%的经向能量输送由大气 完成，30%由海洋来承担 • 在中低纬度主要由海洋环流把低纬度的多 余热量向较高纬度输送（西边界流） • 在中纬度50ºN附近，通过海气间的强烈热 交换，海洋将热量输送给大气，再由大气 环流将能量向更高纬度输送