第四節(jié) 氣候的形成

1、第四節(jié) 氣候的形成一 氣候和氣候系統(tǒng)（一）氣候的概念 氣候的定義 氣候與天氣 氣候研究的時空尺度1.氣候概念n氣候氣候climate ：地區(qū)多年間大氣的一般狀態(tài)。它：地區(qū)多年間大氣的一般狀態(tài)。它既反映平均情況，也反映極端情況，是多年間各既反映平均情況，也反映極端情況，是多年間各種天氣過程的綜合表現(xiàn)。具有相對穩(wěn)定的天氣循種天氣過程的綜合表現(xiàn)。具有相對穩(wěn)定的天氣循環(huán)模式。環(huán)模式。n氣候氣候最主要評價指標最主要評價指標水、熱條件水、熱條件。n氣候氣候：長過程（最短年限：長過程（最短年限30年）、相對穩(wěn)定，時年）、相對穩(wěn)定，時(四季、二十四節(jié)氣、七十二候四季、二十四節(jié)氣、七十二候)空空（低緯、高緯、（

2、低緯、高緯、陸地、海洋、高山、盆地）陸地、海洋、高山、盆地）大尺度；大尺度；n天氣天氣：短過程（時、日）、變動、時空小尺度；：短過程（時、日）、變動、時空小尺度；(陰晴、風雨、冷暖、氣旋陰晴、風雨、冷暖、氣旋) 按水平尺度分按水平尺度分：n大氣候大氣候全球性和大區(qū)域，如：熱帶雨林氣候、全球性和大區(qū)域，如：熱帶雨林氣候、地中海（型）氣候、極地氣候、高原氣候等；地中海（型）氣候、極地氣候、高原氣候等；n中氣候中氣候小范圍自然區(qū)域，如：森林氣候、城市小范圍自然區(qū)域，如：森林氣候、城市氣候、山地氣候以及湖泊等區(qū)域的氣候；氣候、山地氣候以及湖泊等區(qū)域的氣候；n小氣候小氣候更小范圍，如：貼地氣層和小范圍地

3、方更小范圍，如：貼地氣層和小范圍地方（如一個山頭或一個谷地）內(nèi)部的氣候等。（如一個山頭或一個谷地）內(nèi)部的氣候等。氣候系統(tǒng)的組成l大氣、海洋、冰雪、陸地表面和生物圈l太陽輻射及其變化是氣候系統(tǒng)的外部驅(qū)動力 提出這一概念的意義l認識氣候變化的特征：從靜態(tài)考察到動態(tài)考察l解釋氣候變化的原因：從要素分析到系統(tǒng)綜合l進行氣候變化的預測 ：從初始條件到邊界條件（二）現(xiàn)代氣候概念氣候系統(tǒng) 氣候系統(tǒng)及氣候與氣候變化的物理過程實例n氣候是由氣候是由太陽輻射、下墊面性質(zhì)，水氣環(huán)流和人類活太陽輻射、下墊面性質(zhì)，水氣環(huán)流和人類活動等因子長期相互作用形成的動等因子長期相互作用形成的。此外，由于。此外，由于火山噴發(fā)火山噴

4、發(fā)和和人類活動人類活動等使大氣中的氣溶膠和二氧化碳含量逐漸等使大氣中的氣溶膠和二氧化碳含量逐漸增加，不斷影響著大氣的輻射過程增加，不斷影響著大氣的輻射過程,從而影響著氣候。從而影響著氣候。n太陽輻射行星氣候帶：赤道帶、熱帶、亞熱帶、溫帶、行星氣候帶：赤道帶、熱帶、亞熱帶、溫帶、亞寒帶、寒帶、極地帶亞寒帶、寒帶、極地帶n水氣環(huán)流大氣環(huán)流：行星風系、大氣環(huán)流：行星風系、海洋環(huán)流：暖流、冷流、上升流、下沉流海洋環(huán)流：暖流、冷流、上升流、下沉流n地理背景下墊面海陸分布海陸分布海洋型、大陸型海洋型、大陸型地形地形濕潤的高山、干旱的盆地；濕潤的高山、干旱的盆地； 一山有四季，十里不同天一山有四季，十里不同

5、天二 氣候的形成（一） 氣候形成的輻射因子太陽輻射強度日地距離地表反射率地球的有效溫度日地距離太陽高度日照時間天文氣候赤道帶熱帶副熱帶溫帶副寒帶寒帶極地帶日照時間長短對地表獲得太陽輻射熱能多少影響甚小。 例：高緯極晝?nèi)眨ㄏ闹粒?4h有日照，卻不能使氣溫明顯升高。為什么？ 太陽光照時間太陽高度角隨緯度增大呈遞減形式，決定著大氣層氣溫高低受到緯度因素制約而發(fā)生相應變化。太陽高度角隨緯度分布的規(guī)律，決定著全球氣候緯向分布的地帶性變化也遵循緯度變化規(guī)律太陽高度角大小決定著地表獲得太陽輻射熱多少例：低緯夏至日，雖日照時間短于極地，氣溫卻很高。 太陽高度角北半球太陽輻射和氣溫分布 熱量 大氣環(huán)流運動，將3

6、5以南（北）中、低緯盈余熱量送至中高緯，不但減小了中高緯的熱量虧損，同時與全球氣溫、氣壓、風帶的緯向地帶性變化結(jié)合，形成從赤道向極地以緯度熱量變化為主的基本氣候帶分布規(guī)律.(二） 大氣環(huán)流對氣候的影響 大氣環(huán)流調(diào)整了全球地氣系統(tǒng)的熱量和水分的分布。 例：同緯度大陸東西岸和大陸內(nèi)部氣溫顯著差異。 W岸 法國波爾多45N 1月海上暖濕SW氣流，平均氣溫5 E岸 俄羅斯符拉迪沃斯克43N, 1月大陸干寒NW氣流，平均氣溫-13.5。 另外，氣旋、反氣旋等不同氣流運動方式，則形成不同的天氣、氣候特點。 水 分 大氣環(huán)流運動，將海上較多水分送至大陸上空，經(jīng)系列大氣的物理變化成云致雨降至地面，不但緩解了海

7、陸間水分差異，同時形成了大體與海岸線平行，以經(jīng)向變化為主，干濕程度不同的若干氣候類型（濕潤、半濕潤、半干旱、干旱）。 以上全球規(guī)律性的熱量與水分變化，形成了全球規(guī)律性變化的氣候帶和氣候類型。 大氣環(huán)流與海溫異常正常情況：在赤道太平洋地區(qū)，沃克環(huán)流東西向熱成閉合環(huán)流，對應著勢力強盛的秘魯寒流。非正常情況厄爾尼諾(EL Nino) “厄爾尼諾”一詞源于西班牙語“EL Nino”音譯，意為“耶穌之子圣嬰”。原是南美沿岸在冷洋流控制的每年圣誕前后無魚類捕獲之時，總是出現(xiàn)海水增暖反向洋流，給當?shù)貪O民帶來漁業(yè)意外豐收，人們認為是上帝的恩賜或福音，故稱“厄爾尼諾”。正常正常 厄爾尼諾厄爾尼諾 “厄爾尼諾厄爾

8、尼諾” 南美赤道附近（約北緯4度至南緯4度，西經(jīng)150度至90度之間）幅度數(shù)千公里的海水帶的異常增溫現(xiàn)象。由于水的比熱要比空氣約大四倍，密度約大1000倍，因此海水溫度的微小變化所釋放的熱量就可使其上空的大氣環(huán)流發(fā)生劇烈變化，造成氣候異常。正常正常在南半球的太平洋上，強勁的東南信風向西北橫掃，將海水也由東南向西推動，結(jié)果是位于澳大利亞附近的洋面要比比南美地區(qū)的洋面高出約50厘米。南美沿岸大洋下部的冷水不停上翻（上升流），給這里的魚類和水鳥等海洋生物輸送大量養(yǎng)料。厄爾尼諾厄爾尼諾 每隔數(shù)年，強勁的東南信風漸漸變?nèi)跎踔量赡艿罐D(zhuǎn)為西風。而東太平洋沿岸的冷水上翻勢頭減弱或完全消失。于是太平洋上層的海水

9、溫度便迅速上升，并且向東回流。這股上升的厄爾尼諾洋流導致東太平洋海面比正常海平面升高二比正常海平面升高二三十厘米，溫度則升高三十厘米，溫度則升高2-5攝氏度攝氏度。 又將赤道中、東太平洋海域平均海溫出現(xiàn)正距平（暖位相海溫較常規(guī)高）時稱作“厄爾尼諾”；平均海溫出現(xiàn)負距平（冷相位海溫較常規(guī)低）時稱作“拉尼娜” （La Nina）意為上帝之女。她使原冷洋流控制的海域的海溫更低，冷洋流更強。 厄爾尼諾和拉尼娜的正、負海溫變化，直接引起了赤道中、東太平洋海域近海面大氣壓相應出現(xiàn)“變低變高”上下波動變化，科學工作者將此氣壓變化稱作“南方濤動” 。 厄爾尼諾、拉尼娜的海溫變化和氣壓變化的南方濤動統(tǒng)稱為“EN

10、SO”（厄爾尼諾和南方濤動縮寫）。 以此將海洋大氣作為一個耦合的整體系統(tǒng)分析他（她）們出現(xiàn)時，全球大氣環(huán)流變異帶來的氣候災難，故厄爾尼諾拉尼娜的稱謂，已失去“上帝恩賜”福音的原意，而成為全球氣候異?；驗暮Φ牟幌檎髡住＃òH）厄爾尼諾和拉尼娜期的氣候災變 自18641998年100多年時間，共發(fā)生31次厄爾尼諾現(xiàn)象，19971998年被世界公認為20世紀氣候異常最嚴重的一次。他打亂亞洲季風規(guī)律，甚至高緯度部分國家出現(xiàn)異常災害性天氣。 不該下雨地方下雨 地球上常年不下雨的沙漠或干旱地區(qū)，遇到了百年暴雨和洪水襲擊，影響人們?nèi)粘９ぷ鳌⑸?、甚至許多人無家可歸。例：南美智利、秘魯、厄瓜多爾等太平洋東岸國

11、家，厄爾尼諾的6個月時間，向那里的沙漠傾瀉了2500mm以上的雨量，使寸草不生的荒漠成了湖泊密布的草原，長滿了鮮花。 該下雨地方不下雨赤道西太平洋的印度尼西亞等國家和澳大利亞北部及贊比亞、馬拉維、莫桑比克、博茨瓦納、津巴布韋等南非國家，均出現(xiàn)不同程度的嚴重干旱氣候，并帶來災難。印度尼西亞年雨量20004000mm。1997年厄爾尼諾暴發(fā)時，往年9月開始的雨季推遲3個月才姍姍來遲，造成該國7月10月間發(fā)生了舉世關(guān)注的森林大火，燒毀森林約144萬畝，損失高達1250萬美元。 該冷地方不冷反而變熱 地中海區(qū)域的國家和東歐地區(qū)及亞洲一些國家，一向比較涼爽的氣候變得熱浪滾滾。 例：意大利西西里島上的錫拉

12、庫薩，1998年7月上旬T46.6。匈牙利首都布達佩斯電車輸電線因高溫變形無法運行。例：烏克蘭等東歐國家，空調(diào)、電扇被搶購一空。亞洲土耳其、塞浦路斯日Tmax分別達40、43。日本最熱地T40.3，較常年高10以上。 創(chuàng)氣象極值 墨西哥出現(xiàn)自1881年2月8日1998年12月13日116年中的最大暴風雪（積雪40cm）。俄羅斯的莫斯科1997年12月15日氣溫降至33，打破了115年來同期27.3的最低值；同日俄羅斯的阿爾奴格斯克極端Tmin42，其北部客米斯共和國低達45。 南非的約翰內(nèi)斯堡市、比勒陀利市9月氣溫常年為25以下，1997年9月29日高達30.3、35.2，造成游泳池人滿為患和

13、汽車爆胎等交通事故猛增。 巴基斯坦西北邊境省的拉瓦爾品第地區(qū)，1997年8月26日27日24h暴雨量為320mm。厄爾尼諾和拉尼娜期的自然災害 厄爾尼諾帶來海洋生物和食物鏈破壞 厄爾尼諾南美沿岸海域因溫度異常升高而使原生存在冷洋流中的海水性生物（海草、魚類）大量死亡，腐敗魚類（或海草）尸體使海水變色，形成大量硫化氫，成為海面和空氣污染嚴重的海洋之災。 海洋鳥類因海洋生物的重新分布出現(xiàn)大量死亡而影響整個食物鏈。如。秘魯鳀（Engraulis ringens）數(shù)量明顯減少使鳥類缺魚少食而大批死亡。以鳥糞作為工業(yè)的企業(yè)遭受致命打擊；以秘魯鳀魚粉作為動物飼料的企業(yè)，改用漲價的黃豆（魚粉代用品）而遭受莫

14、大經(jīng)濟損失；飼料漲價又使雞售價增加。 厄爾尼諾帶來饑荒1998年1月，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（UNFAO）在羅馬發(fā)表“糧食展望”報告指出：1997年強厄爾尼諾，造成太平洋地區(qū)、東南亞、加勒比海、南美等部分糧食產(chǎn)地大幅度減產(chǎn)，糧食總產(chǎn)量比1996年下滑15，世界糧食儲備下滑2個百分點，并引起了糧價上漲。南半球的干旱和酷熱，導致糧食大饑荒現(xiàn)象，首先出現(xiàn)在貧窮落后國家。 如：19997年世界29個受饑荒國家中，18個在非洲，亞洲、東歐各5個，拉美1個。致使眾多南非人在干旱蝗蟲增多之時，壯膽以蝗蟲充饑救命。 厄爾尼諾與中國氣候 帶來自1986年以來（除1997年外）的17次暖冬氣候。暖冬不一定由厄爾尼諾現(xiàn)象引

15、起，但暖冬發(fā)生時一般出現(xiàn)厄爾尼諾現(xiàn)象（1983年初，1998年初，2002年初春季出現(xiàn)新一輪厄爾尼諾）。帶來夏季北熱南涼氣候現(xiàn)象三大火爐的南京、武漢日Tmax36（常年日Tmax40），火爐二個熄火；廣州、香港1997年7月13日日Tmax22.8 （涼氣襲人，西瓜無人問津）。酷熱中心移至冀中南、魯西、豫北、晉南、陜西關(guān)中等黃河一線日Tmax3941，濟南7月4日日Tmax38，北京月13日日Tmax38.2 ，天津39.9 ，冰城哈爾濱3536 。 帶來南澇北旱天氣1997年華南春季雨季，廣州北部的從化、花都、清遠三市發(fā)生暴雨，5月8日10h雨量400mm以上，清遠市915mm（接近江南、蘇

16、南年總量），迄今1400多年歷史的“嶺南三大古剎”飛來禪寺5分鐘內(nèi)倒塌為一片廢墟。 7月東北、華北雨量較正常少59成，造成黃河斷流時間早、持續(xù)時間長、斷流區(qū)域上溯至河南開封市附近。長江梅雨不突出，蘇北梅雨量減少79成，蘇南偏少57成，淮河以南偏少26成。永定土樓 帶來臺風減少和異常臺風天氣1997年厄爾尼諾使登陸影響我國的臺風僅4個，較常年少一半（常年臺風形成28個以上，登陸影響只是其中一部分）。但遲來的臺風一般路徑復雜，易形成異常臺風天氣并造成較大損失。 例：9711號臺風恰逢農(nóng)歷天文大潮，風、雨、潮“三碰頭”，在浙江臺州溫嶺市登陸，帶來12級以上大風和200400mm暴雨，造成江海和江堤大

17、多漫頂、海塘決口、山洪暴發(fā)、海潮猛漲，椒江、臨海、黃巖、三門等城區(qū)進水（有的達2m）。 厄爾尼諾出現(xiàn)時間與成因 出現(xiàn)時間約每2年7年不規(guī)則出現(xiàn)。今年帶來大氣增暖現(xiàn)象明顯，厄爾尼諾現(xiàn)象頻率加大。厄爾尼諾出現(xiàn)時的一般持續(xù)時間為數(shù)月，長者可一年多。成因十分復雜、迄今仍未解開真正的謎團，是當前大氣科學、海洋科學研究的重點課題。 熱量 海洋熱容量大。白天和暖季將大量太陽輻射熱能通過海水自身上下運動，及內(nèi)部熱交換過程儲存于海洋內(nèi)部；晚上（和冷季）又將其儲存的能量釋放出來。 使海洋和沿海大陸上空，氣溫日較差、年較差減小。因此海洋既是巨大熱能儲存器，又是溫度調(diào)節(jié)器。 據(jù)統(tǒng)計：1cm3海水降溫1，可使3000c

18、m3空氣增溫1。其巨大能量使得與同緯度大陸相比具有冬暖夏涼，十分濕潤的海洋性氣候特征，大陸則相反（冬冷夏熱，干旱、半干旱、半濕潤大陸性氣候）。（三） 海陸分布對氣候的影響 水分 海上空氣濕度大、大陸空氣濕度小。干旱性氣候半干旱氣候 大陸性氣候與海洋性氣候特征比較氣 溫 日 較 差氣 溫 年 較 差氣 溫 最 高 月氣 溫 最 低 月大 陸 性大大7 月1 月海 洋 性小小8 月2 月春 溫 秋 溫（ 4 月 ） （ 10 月 ）年 降 水 分 配云 量大 陸 性正 值不 均 勻較 低海 洋 性負 值均 勻較 高地點要素 1月 2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月 12月年平均（）年總量

19、（mm）年較差上海氣溫降水3.5464.5668.77714.28419.310723.316827.513927.713223.416017.86212.2536.34115.7113524.0青島(196170)氣溫降水-2.77.3-0.613.34.916.710.933.916.951.420.867.124.824.725.6163.720.4130.214.546.27.536.20.28.211.9835.828.3蘭州（196170）氣溫降水-7.30.8-2.81.25.07.511.523.417.044.420.128.722.058.321.075.915.552.59.632.21.36.3-5.60.88.9331.531.7凡倫西亞氣溫降水7.21406.71327.21148.19411.18113.98115.09615.012213.910410.61428.91407.216710.414138.3伊爾庫次克氣溫降水-2115-18.512-10.2100.3158.03014.35817.27314.8607.840-0.217-10.215-18.220-12.036838.3幾個