气候成因

第三章气候成因4、各圈层的相互作用（内部因子）（1）大气圈－水圈的相互作用①热量对比海洋占全球总面积的70.8％，海气相互作用是气候异常与气候振荡的主要原因。

在考虑几个月－几十年时间尺度内的气候变化时，假定陆地表层活动层（表层温度和湿度能发生明显变化的范围）为5米，这5米所含的热量与其上的大气热量基本相同。

而海洋热容量约为土壤的2倍，且海洋的活动层比土壤深得多，假定为100米，则相同面积上海洋活动层所包含的热量约为陆地的40倍，这样我们就可以得到海洋、陆地及其上空大气所含有的热量：T AO为海洋上空大气；T AL为陆地上空大气；T O为海洋；T L为陆地。

因此从热力学角度来看，海洋状况在气候系统变化中起着举足轻重的作用。

②主要作用海洋对大气的作用主要时供给给大气热量和水汽。

1981年Schlesinger和Gates进行了一系列的数值试验，结果发现：如果地球表面没有海洋，则冬半球气温要比现在低30ºC，夏半球温度要高15ºC。

冬半球的降水将明显减少。

③海气相互作用过程举例a、ENSO（一）什么是ENSOENSO包括两个过程，即发生于大气中的“南方涛动（SO）”现象和发生于海洋中的“厄尔尼诺”现象。

1、南方涛动最早发现南方涛动现象的是希尔德布兰德逊（1897），他在研究悉尼于布宣诺思艾利斯德的海面气压时发现这两个地区气压的变化经常呈相反的关系。

后来1902年罗基尔又证实了气压变化的“跷跷板”现象。

但直到1924年才正式将这种现象命名为“SO”。

沃克指出：南方涛动是指印度洋上各站（如开罗、印度西北、达尔文港、毛里求斯、澳大利亚东南及开普敦）气压下降时，太平洋各站（旧金山、东京、火奴鲁鲁、撒摩亚及南美）德气压及爪哇的降水增加的趋势。

这种定义中包含了太平洋和印度洋的气压，也包含了一些站的降水、气温，甚至尼罗河洪水。

但这种定义过于复杂。

现在有很多人只用气压来定义“SO”，并把这种定义称为南方涛动指数（South Oscillation Index，SOI）。

2、厄尔尼诺厄尔尼诺是西班牙文“圣婴”的意思。

过去主要是秘鲁渔民用以称呼每年年终圣诞节前后南美沿岸海温上升的现象。

后来气象学家和海洋学家专门用来指那些海温上升异常激烈的年份。

一般3－4年就有一年春、夏（指南半球）海温上升特别强，造成比多年平均高许多的海温正距平。

一般11月或12月海温正距平最高。

（二）ENSO成因天气学中介绍过在热带太平洋地区有一纬向沃克环流存在。

在正常年份沃克环流如图。

(三) ENSO的气候影响70年代以来，人们对ENSO的气候效应进行了大量的研究。

研究发现降水与厄尔尼诺关系最好的时是印度尼西亚干旱、澳大利亚干旱、印度干旱、巴西东北的干旱及赤道东太平洋的多雨，其它一些地区的关系比较复杂。

比如中国夏季降水雨厄尔尼诺的关系就不太明显，只河套地区的干旱与厄尔尼诺有一定联系。

B、季风（海陆气三者相互作用）1、海陆风2、季风是一种大范围的海陆风。

（亚洲季风受到其它许多因素的控制和影响，如高原、西北干旱区等）补充：海－气相互作用。

一、海洋与大气无时无刻不处于相互作用中一般而言，由于两个气候系统成员的物理属性不同，所以海洋对大气的也许主要是热力影响为主，而大气对海洋的影响则主要以动力为主。

大气以快变过程为主，海洋以慢变过程为主。

大气对海洋的响应较快，而海洋对大气的响应较慢。

二、海洋对大气的影响海洋对大气的影响主要包括三个方面的作用，即热力影响、水分循环影响和洋流及CO2循环的影响。

1、海洋在气候系统能量循环中的作用①海洋是气候系统中巨大的热量贮存器气候系统中热量的最终来源是太阳，但是太阳辐射进入气候系统后，大气对太阳辐射的直接吸收并不多，实际上，大部分太阳辐射被下垫面，特别为海洋所吸收。

根据美国科学院最新的计算结果，进入地－气系统的太阳辐射为345瓦/米2，其中，大气仅吸收了19％，被云和空气散射或反射回太空的占26％，大部分太阳辐射，约占51％，穿过大气后到达地表，被下垫面，主要是海洋所吸收。

气候系统辐射的收支有着明显的季节变化，显然，只有夏季夏半球才有净的辐射收入，而冬半球则为净辐射支出，从冬到夏，贮藏在大气中的热量仅占11％，剩下的89%都储存在地球表层，尤其是海洋中，由此可以看出，海洋是气候系统的巨大热量贮存器。

②海洋是气候系统的热量源地地表吸收太阳辐射后又以各种能量形式供给大气，其中以潜热形式提供23％的热量，长波辐射提供了21％，以可感热量的形式提供了7％，可见，推动大气这部热机的主要燃料来自地球表面，特别是海洋。

海洋把入射的太阳辐射积累和贮存起来，并不断地释放给大气。

一般是在夏季，海洋上层贮存热量，冬季将热量释放回大气，因而改善了大气温度的季节行极端状况。

因此，海洋对全球气候起着调节作用和稳定化的影响，是气候变化的调节器。

③海洋在全球热量平衡中的作用地－气系统年平均净辐射随纬度的变化表面，全球热带是辐射剩余区，即热源，高纬则是辐射亏损区，即热汇。

但是，实际上热带的温度并没有增加，高纬地区的温度也没有逐年减小，因此，高低纬度若能维持这钟热量平衡，必定有一种机制把剩余的热量由热带向高纬输送。

为了维持全球的热量平衡，除了通过大气中的涡旋等输送热量外，海洋的作用也是巨大的，根据最新估算表明，海洋的经向热量输送已经超过了大气，特别在低纬度。

可见，海洋的热力作用对全球气候的形成和演变有重大贡献。

2、海洋在气候系统水文循环中的作用全球水文循环是地球气候之关键，而海洋既是水文循环的源泉，又是水文循环的归宿。

①海洋是气候系统中巨大的水分贮存器海洋是一个巨大的水体，据估计，全球总水量约为1.5×106立方公里，其中，93％是海水，2％是极冰等冻结物，5％是陆地水，包括地下水、湖泊水和土壤水，大气中的水仅占0.001％就全球而言，可以划分为四个储水库，即海洋、极冰、陆地水和大汽水，他们之间由水文循环的通量项，即降水、蒸发和径流等联系起来，如果不考虑水的制造和损失，4个贮水库的总和可视为常数。

可见海洋是水分贮存器。

②海洋在水文循环中的作用在太阳辐射的影响下，海洋中的水得以蒸发，在一定条件下凝结成云，被气流输送到大陆上空，在那里降下雨、雹或雪。

部分液体水渗入地下，缓慢地通过蓄水层流到河床，或直接流到海洋。

留在地面上的水，部分蒸发回到大气，部分称为地面径流汇入河流，最终归入海洋，从而保持了海洋上的水分平衡，这就是水文的大循环。

一般说来，海洋既是大气水分的源泉，有时水分的归宿。

③海洋在气候系统水分平衡中的作用对不同纬度带内的年平均降水量、蒸发量、降水量与蒸发量之间差额的计算表明，两个半球40º以外和南北纬10º以内的赤道带降水量超过蒸发量，相反，在两半球10－40纬度带内，蒸发量超过降水量，年平均蒸发量超过年降水的区域必然输出水汽。

总的来说，海洋由蒸发失去的水分比由降水获得的水分多，是主要的水分源地。

还可看出，西半球的副热带纬度蒸发最大，大致在热带洋面的信风区。

海上信风区以潜热和可感热的形式，为推动大气运动提供了大部分能量，这些能量最初在近海面以相当稳定的信风气流向赤道输送，在赤道带，这些水汽又通过巨大的对流云系，如热塔、云团等上升，主要以潜热和可感热形式加热大气并提高位能，然后由高空向高位输送。

此外，在北半球平均降水量超过蒸发量，而南半球相反，为了达到平衡，每年还必须通过赤道由南半球向北输送约1647×1013千克的水汽。

3、洋流的影响（温盐环流的影响）海洋洋流对气候也有着重要影响。

一般而言，在洋流区，海温高时，气压下降，气温上升，云量增加。

其海－气相互作用中，以海洋影响大气为主。

在非洋流区则不同。

海－气相互作用中大气可能占主导地位，另外，大洋中的温盐环流也对全球气候的形成、分布和演变有着重要影响。

4、对全球CO2的影响，海洋可吸收大气CO2是一个重要的碳汇。

三、海洋对大气的影响大气对海洋的影响主要以动力影响为主。

1、对洋流的影响风从海洋表面吹过，由于风应力的作用，必然会引起海洋表层海水的流动，从而产生洋流。

2、对海温的影响全球海温场的分布状态，最终取决于气候的分布状态，一般在热带地区，海温高，温带地区海温较低，寒带地区海温低，这与气候的水平分布是基本一致的。

风应力导致的洋流现象，也会对海温分布产生影响，但这从根本上说也是由于大气运动而产生的。

3、大气风应力的作用可能是ENSO现象形成和演变的原因之一。

ENSO事件是海－气相互作用最典型的例子，对全球气候变化有着重要影响。

（2）大气圈－冰雪圈①冰雪圈的重要性1、若冰雪圈融化可能造成海平面上升，如果格陵兰冰盖全部融化，海平面降上升7－8米，若南极大陆冰盖融化，海平面降上升70－80米。

有地质历史时期的资料表明，在大冰期，全球无永久冰雪覆盖，那是海平面比现代高80米。

而在第四纪的冰河期，海平面可能比现代低80－100米，显然冰雪圈的变化是地球环境变化的一个重要因素。

2、冰雪圈在气候形成中的重要作用，还可以用全球平均温度的季节变化来说明。

如果不考虑日地距离的变化，作为全球平均，一年四季接受到的太阳辐射应该是一个常数，那么全球平均温度也应该是接近一个常数，而没有明显季节变化。

但实际上都并非如此。

1月份的全球平均温度远低于7月。

而实际上，目前东至日为近日点，近日点比远日点太阳辐射约高7％也就是说，1月份地球大气系统接收的太阳辐射应比7月多，平均气温应比7月高。

造成这种现象的一个主要原因可能就是冰雪覆盖面积的季节变化造成的。

②冰雪圈对气候的影响（高反照率和低热导率，水文效应）1、南极海冰的影响彭公炳指出，150º－180ºW范围的南极海冰的北界与西太副高强度指数之间有很好的一致性:北界偏南，海水面积小，西太副高弱。

偏北海冰面积大，西太副高偏强。

符淙斌认为，年末南极海冰面积与下年中国梅雨长度呈反相关。

海冰面积小，则出梅晚，梅雨长。

2、高原雪盖对季风的影响1884年Blan ford指出，喜马拉雅山的冬季积雪对印度半岛夏季降水有影响，冬季雪盖大，其后印度夏季风降水减少。

对中国季风的影响；范广洲的工作；新的进展③气候对冰雪圈的影响高原积雪，南极雪盖（3）大气圈－岩石圈大气影响岩石圈（土壤温度、湿度、地表特征）①摩擦作用（天气学中：东风带获得西风角动量，西风带失去西风角动量）城市粗糙度大，摩擦强，降水系统不易移出城市地区，使城市成为“热岛”②高达地形作用：高原（对季风的影响，对干旱区的影响）①火山活动1、火山灰的传播a、垂直传播大的火山喷发可将火山灰喷射到40km高空，并可在大气中停留2－10年之久。

b、水平传播一般火山喷发后的火山灰在20天左右时间内可绕地球一周。

在赤道地区喷发的火山灰，在5个月内可扩散至70ºN附近，可见火山灰完全有可能扩散至半球乃至全球。