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1、第四节 气候的形成,一 气候和天气系统（一）气候的概念 1 定义：气候是指某一地区多年间大气的一般状态及其变化特征。它既反映平均情况，也反映极端情况，是各种天气现象的多年综合。气候和天气是两个不同的概念。从时间尺度上看，气候是时间尺度很长的天气过程，天气则是瞬时或短时间内的大气状态。2 当代气候对于当前气候，规定用刚刚过去的三个十年，共三十年的平均值作为准平均每过十年更新一次。目前应用19712000年准平均。,（二）气候系统气候系统：特性 耦合 定义 一般说来，完整的气候系统由五个部分组成。1 大气圈 是气候系统的主体，也是气候系统最易变化和最敏感的部分。2 海洋 海洋约占地球表面积的70.
2、8仅100m深的表层海水就占整个气候系统总热量的95.6。因此，可以认为海洋是气候系统的热量储存库。低通滤波,3 冰雪圈 冰原体积和范围的变化是气候变化的指示器，对气候长期变化产生反馈，在地球热平衡中起着重要的作用。4 陆面（岩石圈）陆地位置、高度和地形发生变化的时间尺度，在气候系统中是最长的，在季节、年际以至十年尺度的气候变化中可以忽略。但是土壤作为大气颗粒的主要来源之一，在气候变化中有重要作用。5 生物圈,二 气候的形成 气候的形成受很多因素的影响，其中主要包括：（一）辐射因子 太阳辐射是气候系统的能源，又是一切大气物理过程和现象形成的基本动力，在气候形成中起着主导作用。不同地区的气候差异
3、及气候季节交替，主要是由太阳辐射能在地球表面分布不均匀及其变化引起的。而太阳辐射的时空分布受纬度制约，故气候形成的辐射因子是一种纬度因素。1 地球上的天文气候 地球表面因辐射平衡温度随纬度和季节的分布形成的简单气候模式，称为天文气候。天文气候能够反映地球气候的基本轮廓。研究天文气候既可以使问题简化，又能突出太阳辐射对气候形成的实质性作用。,太阳天文辐射量的大小取决与日地距离、太阳高度和日照时间。在这些因子的作用下，同一纬度的天文辐射，日总量、季总量、年总量都相同。即太阳辐射总量具有与纬线圈平行呈带状分布的特点，这是形成气候带的主要原因。根据太阳天文辐射空间分布，通常可把地球上划分为7各纬度气候
4、带即 赤道带、热带、副热带、温带、副寒带、寒带和极地带。,地球气候带,（二）气候形成的环流因子 地表太阳辐射能量不均引起的大气环流是热量和水分的转移者，也是形成气团的基本原因。它促使不同性质气团发生移动，而气团的水平交换是不同地区气候形成及其变化的重要方式。因此，在不同纬度的环流形势下形成的气候类型也不同。1 大气环流与热量输送和水分循环 35S35N之间辐射热量收入大于支出，说明热带和副热带有热量盈余。高纬度地区有热量亏损。但热带并未持续增温，极地也没有持续降温，表明必然存在热量有低纬向高纬的输送。,上表表明大气环流在缓和赤道与极地温差上起着巨大作用。大气环流还调节海陆间的热量。冬半年大陆是
5、冷源，海洋是热 源，在盛行海洋气团的沿海地区，热量由海洋输送到大陆，故迎 风海岸气温比同纬度内陆高；而在大陆冷风影响下，近陆海面气 温比同纬度海洋表面气温低。夏半年大陆是热源，海洋是冷源，热量由大陆输送到海洋，但输送的热量远比冬季海洋向大陆的 小。这种海陆热量交换是造成同纬度大陆东岸和大陆内部气温显 著差异的重要原因。,冷风影响下，近陆海面气温比同纬度海洋表面气温低；夏半年大陆是热源，海洋是冷源，热量由大陆输送到海洋，但输送量比冬季海洋向大陆输送的少。在副热带，蒸发量大于降水量，在赤道和中高纬度，降水量大于蒸发量，因此要达到水分平衡必须经过大气运动，把水汽从盈余地区输送到亏损地区。大气环流具有
6、明显的非周期性变化。纬圈环流减弱时，南北水平温度梯度加大，冷暖气团活跃，有利于锋面、气旋产生，多雨天气相应增多，某些地区将出现气候异常现象；反之，纬圈环流加强时，南北水平温度梯度减小，冷暖气团不活跃，某些地方往往受单一气团控制，不利于锋面、气旋的形成与发展，降水天气显著减少，因而出现特别热和干的气候异常现象。,2海气相互作用的现象 海温变化存在明显的年季振荡，最著名的事例，就是厄而尼诺现象。指赤道东太平洋海面水温异常增暖现象。,圖 1998年1月當厄爾尼諾達成熟期時，熱帶太平洋暖水區(紅色部份)從秘魯西岸向西伸延至太平洋中部。圖中深紅色部份水溫比正常高4至5度。（資料來源：美國國家海洋及大氣管
7、理局）,1、气候的异常现象（1）厄尔尼诺：西班牙语“EL Nino”原意为“对婴”表示在有年份圣诞节前后，沿南美厄瓜多尔、秘鲁沿岸有一支微弱且向南移动的暖海流，使这一带海温异常偏高，造成山洪暴发的现象。后来气象科学家将赤道东太平洋几千公里范围内出现的海面温度异常偏高的现象，称为厄尔尼诺现象。厄尔尼诺现象平均34年出现一次，每次持续半年。厄尔尼诺年间，瓦克环流东移，使西太平洋的澳大利亚、印尼、菲律宾等地区本来多雨地区，降雨量大幅度减少，同时发生干旱。（2）拉尼娜现象：当赤道东太平洋几千公里范围内出现的海面温度异常偏低的现象，则称拉尼娜现象,http:/海水运动_WEBQUEST/jxnr/jxn
8、rzn/jxnryczn.htm,正常情况下赤道太平洋形成一个纬圈环流 如图,厄尔尼诺现象发生时，由于海温的异常增高，导致海洋上空大气层气温升高，破坏了大气环流原来正常的热量、水汽等分布的动态平衡。这一海气变化往往伴随着出现全球范围的灾害性天气：该冷不冷、该热不热，该天晴的地方洪涝成灾，该下雨的地方却烈日炎炎焦土遍地。一般来说，当厄尔尼诺现象出现时，赤道太平洋中东部地区降雨量会大大增加，造成洪涝灾害，而澳大利亚和印度尼西亚等太平洋西部地区则干旱无雨。,（三）气候形成的地理因子 地理因子通过对辐射因子和环流因子的影响作用于气候。任何气候都与一定的地区相联系，即气候是结合所在的地理环境出现的。地理
9、环境使得地球气候具有纬度地带性，由具有非地带性特征。因此，分析气候成因必须考虑地理环境。1 海陆分布对气候的影响 海陆不同物理性质导致同纬度、同季节海洋和大陆的增温和冷却显著不同。海上和陆上气温也有明显差异，不仅破坏温度的纬度地带性分布，而且还影响到气压分布、大气运动方向即水平分布，使同一纬度带出现海洋性气候和大陆性气候的差异。大陆性气候与海洋性气候的特征可概括为：,大陆性与海洋性气候比较,2 洋流对气候的影响 洋流是大洋中任一持续不断并主要呈水平流动的海水，它可以从低纬度向高纬度传输热量，又能从高纬地区向低纬输送海冰和冷水。据卫星观测，在200N洋流输送的热量占地气系统总热量传输的74，而在
10、30350N洋流传输的热量是总传输热量的47，因此，洋流对气候的形成具有重要作用。,3、地形与气候,影响气候的地形因素有：海拔、山脉走向、长度、坡向、坡度、地表形态、组成物质等，它们对太阳辐射、空气温度、湿度和降水等都有影响1、地瑚对辐射状况的影响2、地形对气温的影响3、地形对降水的影响（1）促进降水的形成：,山脉对气流的机械阻障，强近抬升，加强对流，促进凝云致雨；,山地阻挡气团和低值系统移动，使之缓行或停滞，延长降水时间增加降水强度；,当气流进入山谷时，由于喇叭口效应引起气流辐合上升，成云致雨；,山区地形复杂，各部分受热不均匀，容易产生局部热力对流，促进雷阵雨或热雷雨；,山地崎岖不平，因磨擦
11、作用产生湍流上升也会促进降水。,3、地形对降水的影响（2）影响降水的分布,（A）高大地形影响四周大范围降水分布,（B）地形本身各部分降水分布差异悬殊,A）高原内部降水量随着海拔增高而递减；,B）山地降水量随着海拔增高而增多，但有一个最大限度，超过此高度，山地降水量不再随着高度递增；,C）迎风坡多雨，为“雨坡”，背风坡雨少，为“雨影”,D）山地多夜雨，主要在凹洼的河谷或盆地。因为夜间地面辐射冷却，密度在原冷空气沿山坡下沉谷底，汇聚后被近抬升，如果盆地中原来的空气比较潮湿，则被抬升后即能成云致雨。,4、青藏高原对气候的影响（1）青藏高原的冷热源作用：高原地面与同高度的自由大相比：A）冬季青藏高原是
12、冷源，四周大气向高原地气系统输送热量，以12月及1月最大B）春、夏季青藏高原是热源，向四周大气输送热量（2）青藏高原的动力作用A）对下部流场的机械屏障作用B）对下部流场的分支作用,5、冰雪覆盖与气候,1、冰雪类型和分布2、冰雪覆盖对气候的影响（1）冰雪覆盖的辐射特性（2）冰雪覆盖的热力特性（3）冰雪覆盖的水分特性（4）冰雪覆盖与环流,三 气候带和气候型（一）低纬度气候 低纬度的气候主要受赤道气团和热带气团所控制。全年地-气系统的辐射差额是入超的，因此气温全年皆高，最冷月平均气温在1518以上。影响气候的主要环流系统有赤道气流辐合带、沃克环流、信风、赤道西风、热带气旋和副热带高压，有的年份会出现
13、厄尔尼诺现象。由于上述环流系统的季节移动，导致 降水量的季节变化，在厄尔尼诺现象出现时，引起降水分布的明显异常，全年可能蒸散量在1300mm以上。本带可分为五个气候型：,1 赤道多雨气候 位于赤道及其两侧，大约向南、向北伸展到510左右，各地宽窄不一，主要分布在非洲扎伊尔河流域、南美亚马逊河流域和亚洲与大洋洲间的从苏门答腊岛到伊里安岛一带。典型台站：秘鲁的伊基托斯。这里全年正午太阳高度角都很大，因此长夏无冬，各月平均气温在2528，年平均气温在26左右。绝对最高气温很少超过38，绝对最低气温也极少在18以下；气温年较差一般小于3，日较差可达612，全年多雨，无干季，年水量在2000mm以上，最
14、少月在60mm以上。,全年皆在赤道气团控制下，风力微弱，以辐合上升气流为主，多雷阵雨，天气变化单调，降水量的年际变化很大。这与赤道辐合带位置的变动有关，例如新加坡平均年降水量为2282mm，最湿年（4031mm）相当于最干年（831mm）的近5倍。由于全年高温多雨，各月平均降水量皆大于可能蒸散量，土壤储水量皆达最大值（300mm），适于赤道雨林生长。,2热带海洋性气候 出现在南北纬1025信风带大陆东岸及热带海洋中的若干岛屿上，如加勒比海沿岸及诸岛、巴西高原东侧沿海、马达加斯加东岸、夏威夷群岛等。典型台站：哈瓦那。这里正当迎风海岸，全年盛行热带海洋气团（Tm），气候具有海洋性，最热月平均气温在
15、28上下，最冷月平均气温在1825间，气温年较差、日较差皆小，如哈瓦拉年较差仅5.6，年降水量在1000mm以上，一般以510月较集中，无明显干季，除对流雨、热带气旋雨外，沿海迎风坡还多地形雨。,3 热带干湿季气候 出现在纬度515左右，也有伸达25左右的，主要分布在上述纬度的中美、南美和非洲。4 热带季风气候 出现在纬度10到回归线附近的亚洲大陆东南部如我国台湾南部、雷州半岛和海南岛；中南半岛；印度半岛大部；菲律宾；澳大利亚北部沿海等地。5 热带干旱与半干旱气候 出现在副热带及信风带的大陆中心和大陆西岸。在南、北半球各约以回归线为中心向南北伸展，平均位置约在纬度1525间。,（二）中纬度气候
16、 1 副热带干旱与半干旱气候 该气候型位于热带，在热带干旱气候向高纬度的一 侧，约在南北纬2535的大陆西岸和内陆地区。它也是在副热带高压下沉气流和信风带背岸风的作用下形成的。2 副热带季风气候 位于副热带亚欧大陆东岸，约以30N为中心，向南北各伸展5左右。它是热带海洋气团与极地大陆气团交绥角逐的地带，夏秋间又受热带气旋活动的影响。,3 副热带湿润气候 位于南北美洲、非洲和澳大利亚大陆副热带东岸。由于所处大陆面积小，未形成季风气候，这里冬夏温差比季风区小，一年中降水分配比季风区均匀。4 副热带夏干气候（地中海气候）该带位于副热带大陆西岸，纬度3040之间的地带，包括地中海沿岸、美国加利福尼亚州
17、沿岸、南非和澳大利亚南端。这里受副热带高压季节移动的影响，在夏季正位于副高中心范围之内或在其东缘，气流是下沉的，因此干燥少雨，日照强烈。冬季副高移向较低纬度，这里受极锋影响，锋面气旋活动频繁，带来大量降水。全年降水量在3001000mm左右。冬季气温比较暖和，最冷月平均气温在410左右。,5 温带海洋性气候 分布在温带大陆西岸，纬度约在4060，包括欧洲西部，阿拉斯加南部、加拿大的哥伦比亚、美国华盛顿和俄勒冈两州、南美洲4060S西岸、澳大利亚的东南角，包括塔斯马尼亚岛和新西兰等地。这些地区终年盛行西风，受温带海洋气团控制，沿岸有暖洋流经过。冬暖夏凉，最冷月气温在0以上。,6 温带季风气候 出
18、现在亚欧大陆东岸纬度3555地带，包括中国的华北和东北，朝鲜大部，日本北部及俄罗斯远东部分地区。冬季盛行偏北风，塞冷干燥，最冷月平均气温在0以下，南北气温差别大。夏季盛行东南风，温暖湿润，最热月平均气温在20以上，南北温差小。气温年较差比较大，全年降水量集中于夏季，降水分布由南向北，由沿海向内陆减少。天气的非周期性变化显著，冬季寒潮爆发时，气温在24h内可下降10余度甚至20余度。,7 温带大陆性气候 主要分布在亚欧大陆海洋性气候区东侧和北美大陆1000W以东400600N之间的地区。气温、降水和温带季风气候类似，但风向、风力季节变化不明显。冬季不太寒冷，冬季多雨；夏季有对流雨但不十分集中。8
19、 温带干旱半干旱气候 主要分布在350500N的亚洲和北美大陆中心地带，南美阿根廷和大西洋沿岸巴塔哥尼亚。（三）高纬度气候 高纬度气候带分布在极圈附近，盛行极地气团和冰洋气团。低温无夏是该气候带的最显著特征。降水虽少，但蒸发较弱，冻土发育。,1 副极地大陆性气候 主要出现于北半球高纬度地区，约500N650N呈连续带状分布。作为极地大陆气团的源地，终年受极地海洋气团和极地大陆气团控制。冬季漫长而严寒，至少有9个月；暖季短促。年降水量较少，并集中于夏季。2 极地冰原气候 出现于格陵兰、南极大陆冰冻高原和北冰洋中靠近北极的岛屿上。3 极地长寒气候（苔原气候）主要分布在亚欧大陆和北美大陆北部边缘，格
20、陵兰沿海地带和北冰洋中的若干岛屿上。那里全年皆冬，一年中只有14个月平均气温在0100C之间。降水量一般在200300mm。蒸发微弱。植被为苔藓、地衣和小灌木等，构成苔原景观。,（四）高地气候 高地气候主要出现在约550S700N之间的大陆高山高原地区。自山麓到山顶各气候要素发生规律性变化，表现出明显的气候垂直地带性。各气象要素的垂直变化导致不同高度上具有不同的水热组合，从而形成不同的高地气候。,指第四纪末次冰期结束以来，即1万年的所谓“冰后期”气候，经历了冷暖相差5100C的波动。近代气候则指最近一二百年中有气象观测记录时期的气候。由于积累了大量较为精确的气象资料，人们对这段时间气候变化的了
21、解超过前两个时期。（一）地质时期的气候变化 地质时期地球经历过几次大冰期气候。,（二）历史时期的气候变化 大约1.8万年前末次冰期达到最盛。1.4万年前冰盖开始迅速融化，从而进入冰后期，即全新世。此期气候回暖，冰盖消融，大陆冰川后退。（三）近代气候变化 通常指近一二百年间发生的气候变化。这段时期始于小冰期末的冷期中，以后气温上升，在20世纪2040年代变暖达到高峰。以后气温略有下降。80年代以来再次回暖，故有时候统称为20世纪变暖。气候变化的原因（一）天文方面的原因,1 太阳辐射强度的变化 太阳辐射可能在10109年范围内变化。可见光辐射变化范围一般在0.051.0之间，最大不超过2.02.5
22、。太阳辐射的变化主要表现在紫外线到X射线以及无线电波辐射部分，当太阳活动激烈时，这部分辐射发生强烈扰动。如果太阳辐射变化1，气温将变化0.652.00C。2 太阳活动的准周期变化 研究表明，太阳活动的准周期变化与气候振动有密切关系。3 地球轨道要素的变化 地球轨道要素（地球公转轨道椭圆偏心率、自转轴对黄道面的倾斜度、岁差）的变化使不同纬度在不同季节接受的太阳辐射发生变化，通常用以解释第四纪冰期与间冰期的交替,地球古气候史地质年代表,（二）地文学方面的原因 地质时期中，下垫面的变化对气候变化产生了深刻的影响。其中以地极移动（纬度变化）、大陆漂移、造山运动和火山活动影响最大。（三）人类活动对气候的影响 近百年来世界气候变化的主要影响因子，按其重要程度排序为：CO2浓度变化、城市化、海温变化、森林破坏、气溶胶、荒漠化、太阳活动、O3、火山爆发及人为加热。由此可见，大气中CO2的含量的变化以被当作近代气候变化的首要原因。,未来气候的可能变化 目前正处于第四纪大冰期中一个相对温暖的副间冰期后期。国际上关于未来气候变化的预测主要有两种截然相反的看法。部分学者认为未来将会变冷，另一部分学者则认为将要变暖。,(第三章完),
