ch11海气相互作用 海洋学

1 第十一章第十一章 海洋海洋——大气相互作用大气相互作用 •• 第一节：气候系统第一节：气候系统 •• 一、气候系统一、气候系统 •• 二、海洋在气候系统中的地位二、海洋在气候系统中的地位 •• 第二节：海洋第二节：海洋——大气相互作用大气相互作用 •• 一、海洋与大气相互作用的基本特征一、海洋与大气相互作用的基本特征 •• 二、二、ENSOENSO 一、气候系统一、气候系统 11．气候系统的组成：由五个主要分量构成的综．气候系统的组成：由五个主要分量构成的综 合系统，这五个相互联系和相互作用的分量是：合系统，这五个相互联系和相互作用的分量是： 大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈。大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈。 •• 概念：既包括大气和海洋等子系统内部的各种概念：既包括大气和海洋等子系统内部的各种 过程，又反映了各个子系统间的相互作用。过程，又反映了各个子系统间的相互作用。 •• 天文因素（主要是太阳活动）是影响气候系统天文因素（主要是太阳活动）是影响气候系统 的主要外部因素。的主要外部因素。 •• 大气运动及气候的状态和变化同太阳辐射 有重大气运动及气候的状态和变化同太阳辐射 有重 要的关系。太阳辐射为大气和海洋的运动以至要的关系。太阳辐射为大气和海洋的运动以至 生物活动提供了最基本的能源。太阳活动引起生物活动提供了最基本的能源。太阳活动引起 的太阳辐射的改变也必然对地球气候及其变化的太阳辐射的改变也必然对地球气候及其变化 发生重要影响。发生重要影响。 22．气候系统的性质．气候系统的性质：： •• 11）各子系统是开放的非孤立系统。）各子系统是开放的非孤立系统。 从能量角度看是非孤立系统，其内部是串级系统；从物从能量角度看是非孤立系统，其内部是串级系统；从物 质交换角度看则是准孤立系统，内部是一个准封闭的串质交换角度看则是准孤立系统，内部是一个准封闭的串 级系统。物理过程包括穿越边界的能量、动量和物质输级系统。物理过程包括穿越边界的能量、动量和物质输 送，且生成了大量反馈机制。送，且生成了大量反馈机制。 •• 22）各分量是非均匀的热力学）各分量是非均匀的热力学————动力学系统。动力学系统。 他们可以用化学组成，热力学及力学状态加以描述。他们可以用化学组成，热力学及力学状态加以描述。 •• 33）各不同分量的估计时间尺度在不同子系统之）各不同分量的估计时间尺度在不同子系统之 间变化很大，间变化很大，甚至在同一个子系统内变化 也很大。研甚至在同一个子系统内变化 也很大。研 究时可依序考虑内部系统和外部系统。究时可依序考虑内部系统和外部系统。 •• 44）气候系统主要由两个外强迫来制约全球行为。）气候系统主要由两个外强迫来制约全球行为。 即太阳辐射和重力。太阳辐射是主要因子， 提供了驱动即太阳辐射和重力。太阳辐射是主要因子， 提供了驱动 气候系统的几乎所有能量气候系统的几乎所有能量。。 3.海洋——大气子系统 • 最活跃、信号最强，在气候系统中 最重要。 二、海洋在气候系统中的地位二、海洋在气候系统中的地位 海洋是地球气候系统的最重要组成部分。海洋是地球气候系统的最重要组成部分。 具有如下性质：具有如下性质： •• 11）全球海洋吸收）全球海洋吸收的的QQss占进入大气占进入大气顶的总顶的总QQss 的的70%70%左右。因此，海洋，尤其是热带海左右。因此，海洋，尤其是热带海 洋，是大气运动的重要能源洋，是大气运动的重要能源。。 •• 22）海洋有着极大的热容量。相对大气运）海洋有着极大的热容量。相对大气运 动，海洋比较稳定动，海洋比较稳定 ,,运动和变化比较缓慢。运动和变化比较缓慢。 •• 33）海洋是地球大气系统）海洋是地球大气系统总总COCO22最大的汇。最大的汇。 以上性质，决定了海洋对大气运动和气候以上性质，决定了海洋对大气运动和气候 变化具有不可忽视的影响变化具有不可忽视的影响。。 2 •• 11、、海洋对大气系统热力平衡的影响海洋对大气系统热力平衡的影响 （（11））吸收吸收QQss的的70%70%的绝大部分（的绝大部分（ 85%85%）储存于海洋表层）储存于海洋表层 （混合层）中。这些能量将以潜热、长波辐射和感热交换（混合层）中。这些能量将以潜热、长波辐射和感热交换 的形式输送给大气，驱动大气的运动。的形式输送给大气，驱动大气的运动。 （（22）海洋环流在大气系统能量输送和平衡中的重要作用。）海洋环流在大气系统能量输送和平衡中的重要作用。 30%30%的经向能量输送由海洋承担。的经向能量输送由海洋承担。 •• 22、、海洋对水汽循环的影响海洋对水汽循环的影响 大气中水汽量的大气中水汽量的86%86%由海洋提供。尤其低纬度海洋，是大由海洋提供。尤其低纬度海洋，是大 气水汽的主要源地。气水汽的主要源地。 •• 33、海洋对大气运动的调谐作用、海洋对大气运动的调谐作用 海洋的运动和变化具有明显的缓慢性和持续性。一是将大海洋的运动和变化具有明显的缓慢性和持续性。一是将大 气环流变化信息存于海洋中，再对大气产生作用。二是海气环流变化信息存于海洋中，再对大气产生作用。二是海 洋的热惯性使海洋状况的变化有滞后效应。洋的热惯性使海洋状况的变化有滞后效应。 •• 44、海洋对温室效应的缓解作用、海洋对温室效应的缓解作用 海洋环流减小了低纬大气的增热，使高纬大气加热，降水海洋环流减小了低纬大气的增热，使高纬大气加热，降水 量亦相应改变。而且大气对某些因素变化的敏感性降低。量亦相应改变。而且大气对某些因素变化的敏感性降低。 减少大气中减少大气中COCO22含量。含量。 第二节：海洋第二节：海洋——大气相互作用大气相互作用 •• 一、海洋与大气相互作用的基本特一、海洋与大气相互作用的基本特 征征 在相互制约的大气在相互制约的大气————海洋系统中，海洋对大气的作海洋系统中，海洋对大气的作 用主要是热力的，大气对海洋的作用主要是动力的。用主要是热力的，大气对海洋的作用主要是动力的。 •• 11．海洋对大气的热力作用：．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。潜热，要求水汽辐合上升，即相应的大气环流条件。 大洋环流影响海洋热含量的分布及向大气的热量输送大洋环流影响海洋热含量的分布及向大气的热量输送 过程。是全球尺度特征。过程。是全球尺度特征。 •• 22．大气对海洋的风应力强迫：．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。大洋环流与风应力强迫有密切关系。 •• 33．海洋上混合层．海洋上混合层(UML,(UML,简称海洋混合层简称海洋混合层))：： 对气候和大气环流变化，海洋混合层十分重要。混合层的对气候和大气环流变化，海洋混合层十分重要。混合层的 辐合、辐散过程通过辐合、辐散过程通过EkmanEkman抽吸效应影响深层海洋环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。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。要原动力。 二、二、ENSOENSO及其对大气环流的影响及其对大气环流的影响 11．． ENSOENSO，， El NiEl Niññoo、、南方南方涛动涛动 和和La La NiNiññaa定义：定义： •• ENSOENSO是厄尔尼诺是厄尔尼诺 ((El NiEl Niñño) o) 和南方和南方涛动（涛动（Southern Southern OscillationOscillation））的合称，二者有非常好的相关关系。当的合称，二者有非常好的相关关系。当 赤道东太平洋表层水温（赤道东太平洋表层水温（SSTSST））正距平，南方涛动指正距平，南方涛动指 数往往是负。数往往是负。ENSOENSO成为大尺度海气相互作用以及气成为大尺度海气相互作用以及气 候变化研究的中心课题。候变化研究的中心课题。 •• 厄尔尼诺厄尔尼诺 El NiEl Niññoo：：圣诞前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿圣诞前后，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。近年岸，出现一弱的洋流，代替了通常对应的冷水。近年 指一种更大尺度的海洋异常现象，整个赤道东太平洋指一种更大尺度的海洋异常现象，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。气环流发生很大的异常。 •• 南方涛动：描述热带东太平洋地区与热带印度洋地区南方涛动：描述热带东太平洋地区与热带印度洋地区 气压场反相变化的跷跷板现象。气压场反相变化的跷跷板现象。 南方涛动指数（南方涛动指数（SOISOI））：：塔希提（塔希提（TahitiTahiti））岛与达尔岛与达尔 文岛之间的气压差。文岛之间的气压差。 塔希提岛(Tahiti) 法属,南纬17°32′，西经149°34′ 南太平洋上的波里尼西亚群岛118个岛中的最大之岛 总面积1042平方公里 形状从空中鸟瞰似尾鱼 人口约有十万余人 “太平洋上的明珠”，“世界乐园” 3 达尔文（Darwin）(130°59′E, 12°20′S) 位于澳洲西北海岸的城市，人口10万8千人（2003年），属 于热带气候，一年之中只分为雨季和旱季（5月-9月），雨 季时，降水最多的是12月至3月期间，湿度超过70%，经常 受到雷暴和龙卷风的侵袭，最早有的龙卷风发生在 1867年，1974年的龙卷风几乎毁灭了整个城市。 达尔文是澳洲土著居民最集中的 城市，还有很大一部分是从东南 亚和东亚移居的，所以达尔文被 称为是「澳洲多元文化的首 府」，距离亚洲最近，是重要的 出口港口，主要出口活牲畜（牛、 羊）和矿物。达尔文也是澳洲重 要的軍事基地和北部海岸巡逻艇 的基地。 •• 拉尼娜拉尼娜 La La NiNiññaa：冷水事件。是：冷水事件。是El NiEl Niññoo恢恢 复到正常状态的过渡过程。复到正常状态的过渡过程。 22．．El NiEl Niññoo和和La NiLa Niññaa事件对大气环流及全事件对大气环流及全 球气候变异的影响球气候变异的影响:: •• 由于赤道东太平洋由于赤道东太平洋SSTSST异常异常 ((El NiEl Niññoo现象现象))，大气中的，大气中的 HadleyHadley环流将会增强。环流将会增强。ITCZ(ITCZ(赤道辐合带赤道辐合带))的位置有明显的的位置有明显的 东移趋势，这必将影响西太平洋台风运动。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。与和强度。与 El NiEl Niññoo年年ITCZITCZ位置偏南相匹配，西太副高也位置偏南相匹配，西太副高也 偏南。而在偏南。而在La La NiNiññaa年副高年副高脊线较常年偏北。脊线较常年偏北。 •• 全球范围的气候异常。南美东岸的环流上升支西移到了南全球范围的气候异常。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亚、厄瓜多尔和秘鲁等地持续大雨(83~84(83~84秘鲁秘鲁340340倍倍))。而。而 南亚、印度尼西亚和东南非洲的大范围干旱。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。风暴浪潮严重。 •• 对中国气候也有明显影响。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。从而导致全球气候异常。 对中国气候影响对中国气候影响 • 中国西北地区沙漠化趋势 • 华北的干旱 • 东部的旱涝和低温