现代气候学期末复习

1、气候:在太阳辐射与气候系统各子系统相互作用下,地球上某一地区在某一特定的时段内天气的长期统计状态。

2、气候系统:包括大气圈、水圈、陆圈(陆地表面)、冰雪圈与生物圈在内的,能够决定气候形成与变化的统一的物理系统。

3、现代气候学:围绕平衡态的扰动或对平衡态的偏差或距平。

特点:1)从气候变化来研究气候。从变动中认识气候,不再仅仅局限于追求解释气候平均值,推动气候预测研究发展;2)从气候系统来研究气候,即包括大气、海洋、冰雪、陆地、生物圈;3)从气候动力学来研究气候,现代气候学研究的灵魂。

与传统气候学的联系与差别:联系:现代气候学与传统气候学都就是研究气候的学科,前者就是后者的发展。差别:1)对气候的认识。在传里,阐明气候与生态(主要就是植被)的关系时采用气候带的概念。在现中仍就是有意义的概念,但为了描述气候异常或气候距平的全球分布,揭露不同地区距平之间的相互关系及其中的动力学问题,需引入气候距平型。2)对气候系统概念的引入。传着重描述各个系统因子的时空特征,即只考虑大气本身的一些参数。现主要研究气候变化,决定气候变化的因子不单就是大气内部的种种过程,还决定于发生在大气上、下界处的各种物理与化学过程。3)研究内容与方法。传中的统计方法与定性描述方法在地理气候学中就是有用的,现更需要推理与定量的研究,并要求对气候系统进行定量的大规模观测与综合分析,高度重视气候系统的相互作用动态过程的物理——动力学理论研究及对气候形成与演变的数值模拟。

4、气候系统的组成:大气、海洋、冰雪圈、岩石圈与生物圈

5、大气圈的组成:干洁大气(干空气)、水汽、悬浮在大气中的固液态杂质

结构:对流层(17～18km)、平流层(18～55km)、中间层(55～85km)、热层、散逸层。

特性:1)热惯性小:其热力响应时间约为1个月;2)输送作用强:热量、水汽、动量、气溶胶、二氧化碳、臭氧等;3)动力作用活跃:水平运动与垂直对流形成各种天气现象。

6、水圈的组成:海洋、河流、湖泊、地下水与地表上的一切液态水

特性:反射率小,热容量大,流速小,动力、热力惯性大

对气候的影响:对温度的调节作用,水汽的发源地;海—气相互作用

7、岩石圈的组成:地球表层的固体表面,由岩石、土壤与沉积物组成。包括高原、平原、山地、丘陵、盆地等

特性:反照率较海洋大在0、10～0、80之间;热容量小,热惯性小

对气候的影响:动力作用、热力作用、物质交换

8、冰雪圈的组成:大陆冰原、高山冰川、海冰与地面雪盖,包括格林兰、南极、大陆冰川、冻土等

特性:反射率大

作用:淡水的重要来源,高反射率对气候有重要影响

9、生物圈的组成:陆地与海洋中植物、空气、海洋与陆地生活的动物,包括人类

作用:调节温室气体及其她大气成分(二氧化碳、甲烷、水分等)

植被的作用:影响地表反照率、蒸发、蒸腾、径流、表面粗糙度、二氧化碳平衡等10、温室效应(大气的保温效应):大气中的温室气体对太阳辐射的吸收很少,但却能强烈

地吸收地面辐射,同时又向地面放射长波辐射,补偿地面因放射辐射而损失的能量,使地面气温升高的效应。

11、阳伞效应:气溶胶对太阳辐射的散射与吸收,使到达地面的太阳辐射减弱,引起地面气温的下降,其效应类似于阳伞效果,故称为阳伞效应。

12.气候系统的基本特性

气候系统就是一个复杂的、高度非线性的开放系统 ;各个气候子系统间显著的热力学与动力学属性差异;气候系统的反馈性;气候系统的可预报性

13、气候系统的反馈过程(正反馈、逆反馈)

反馈:将系统的部分输出作为输入重新输进系统,从而使系统的净响应得到改变

正反馈:反馈过程造成的变化与原变化同号,系统偏离稳定状态向一个极端方向发展

负反馈:反馈过程造成的变化与原变化反号,抑制变化与异常的发展,系统状态在平衡态附近振动

正反馈过程举例:冰雪反照率与全球温度;水汽与地面温度;CO2与全球温度;植被–反照率–稳定度反馈;高云(或云顶高度)—逸出辐射—温度

负反馈过程举例:温度与全球云量;大气温度–长波辐射;(中低)云量多—太阳辐射少—稳定度大—云量少;蒸发量大—水面温度低—蒸发小;极赤温差大—热量输送大—赤道、极地温差小

14、气候系统的可预报性

第一类可预报性(时间意义上的可预报性):初始误差(扰动)随时间的增长问题,直接与大气统计性质的预报有关,主要表现为按时间顺序预报气候状态的可能程度

第二类可预报性(与时间无关的敏感性预报):外强迫发生变化后,气候变化的模拟与预报能力

15、气候系统的研究内容:气候监测、气候诊断、气候重建、气候模拟、气候预测

16、辐射:自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量,这种传播能量的方式称为辐射。辐射特点:辐射透过空间并不需要媒介物质,真空中也可以进行能量的传输辐射能:通过辐射传播的能量,称为辐射能,也简称为辐射。

辐射通量:单位时间内通过某一截面的辐射能,又称辐射功率,单位为瓦。其中波长为λ的辐射通量与λ值有关。

辐射通量密度(E,单位:W/m2 ): 单位时间内通过单位面积的辐射能量。入射辐射通量密度:投射来的辐射;放射辐射通量密度:自物体表面射出的辐射。

辐射强度(I,单位:W/m2):单位时间内,通过垂直于选定方向上的单位面积(对球面坐标系,即单位立体角)的辐射能。

E与I的关系:平行光辐射情况下, I = E / cosθθ为辐射体表面的法向与选定方向间的夹角。

17、基尔霍夫定律(Kirchhoff热辐射定律):它用于描述物体的发射率与吸收比之间的关系。在同样的温度下,各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等,并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。

18、维恩位移定律:在一定温度下,绝对黑体的温度与辐射本领最大值相对应的波长λ