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1、第四章 气候观测事实,太阳辐射是大气、陆地和海洋增温的主要能源，又是形成大气中的一切物理过程和物理现象的基本动力。由于太阳辐射能在地球表面上分布不均匀，结果引起不同气流，形成大气环流。一般所说的大气环流是指具有世界规模的、行星尺度的大气运动现象，即大气运行的基本状态。,一、气象要素分布,（一）、水平面的气象要素分布 1、海平面温度场,1月(a)和7月(b)平均海平面温度分布图(缪启龙根据NCEP/NCAR1971-2000年资料绘制),2、海平面气压场,全球1月份(a)和7月份(b)1971-2000年的平均海平面气压图(单位为hPa)(缪启龙根据NCEP/NCAR1971-2000年资料绘制
2、),3、500百帕高度场,北半球1月（a）和7月（b）500hPa等高面图,4、200百帕高度场,对流层上层(200hPa)平均环流,图5.7 北半球1月（a）和7月（b）200hPa等高面图,（二）、环流的垂直结构,大气运动可分解成沿纬圈的和沿经圈的两种基本状态。1、平均纬向环流,图5.8 平均纬向环流图（上为年平均，中为冬季，下为夏季）,1、平均纬向环流图（a为年平均，b为1月，c为7月）(缪启龙根据CEP/NCAR1971-2000年资料绘制),近地面的风带与气压带图,2、平均经圈环流,大气中许多物理量的输送与经圈环流密切相关，通过经圈环流可使大气运动的动力和热力结构有机地联系在一起。由
3、风速的南北分量和垂直分量在南北向垂直剖面上组成的环流圈称做经圈环流。,平均经向环流圈（上为年平均，中为冬季，下为夏季）,3、全球风场分布,全球1月（a）和7月（b）地面风场（缪启龙根据1971-2000的NCEP资料绘制）,二、大气环流的形成与维持,通常，大气环流是以某种稳定的平均状态长期维持着，为什么大气环流会维持某种平均状态，这主要与控制大气环流状态的几个基本因子在长期作用下造成的。这些主要因子是太阳辐射、地球自转、地球表面不均匀（海陆、地形)、地面摩擦和大气本身的特殊尺度和物理特性。1、太阳辐射作用 2、地球自转作用 3、地表性质的作用(1)海陆分布的影响(2)地形状况的影响 地形起伏对
4、大气环流的影响比较复杂，它包括动力作用和热力作用两个方面,图5.12气流遇高地形时的受阻和爬行状况,图5.13气流遇高地形时的分流状况,4、地面摩擦的作用,在自转的地球上，大气对地球表面的相对运动产生了摩擦作用，地面摩擦消耗大气的动能，阻滞大气的运动，对大气环流的形成和维持有重要影响。地球自西向东旋转，偏西风表示大气比地球表面转动得快，偏东风表示大气比地球表面转动得慢，这样，西风通过摩擦作用给予地球以角动量，有使地球自转加快的趋势；反之，亦可认为是地球通过摩擦作用有使西风运动减慢的趋势。与西风相反，东风通过摩擦作用有使地球转动减慢的趋势，也可以说地球表面通过摩擦作用给予大气以角动量，角动量输送
5、存在两种过程，一种是水平输送过程，一种是垂直输送过程，水平输送主要,三、我国上空的急流,急流是指一股强而窄的气流带，中心最大风速在对流层的上部必须大于或等于30米/秒，且沿急流轴线上可有一个或几个风速最大值中心。在我国上空的急流有三种不同类型的急流轴:其中主要是东亚副热带平均急流轴，它一年四季均存在，其次是中纬度温带平均急流轴，它只存在于冬半年。另外是夏季中南半岛上空的热带对流层东风于均急流轴，仅在我国华南地区出现。,1、东亚副热带西风急流平均轴线,副热带急流是东亚最强大的一支西风急流，故又称为副热带西风急流。急流中心位于热带对流层顶与极地对流层顶的重叠处(或对流层顶的断裂处)，也就是说，急流
6、轴高度大约在12公里左右。,图5.14东亚副热带西风急流轴的季节位移,2、东亚温带急流平均轴线,东亚温带急流位于南北半球中、高纬度地区的上空，与极锋相联系，因而也称极锋急流，在东亚地区上空有二支温带急流(图5.l5)：一支为东亚高纬温带急流，位于5060N，另一支为东亚中纬度温带急流，,图5.15 10月5月东亚温带急流铀的平均位置,3、热带东风急流轴线,热带东风，急流又称赤道急流，位于副热带高压南部的对流层顶附近或平流层低层，夏季比冬季强得多。急流轴上平均风速约为25米/秒，最大风速可达50米/秒以上。,四、季风,1、季风的概念 从季风的属性出发，不仅考虑风向的季节性变换，同时盛行气团以及相
7、应的天气气候也引起变换。从季风的形成原因来考虑，就是把季风理解为是由于海、陆分布的热力差异所引起的海、陆间高低空环流相反方向的输送。2、世界季风的分布,全球地面季风的地理分布（根据李建平等2003年的图改绘）（图中竖线、斜线及横线区域分别表示热带季风区、副热带季风区和温寒带季风区）,3、季风的形成因素,1）、海、陆分布作用 由于海、陆间的热力差异以及这种差异的季节变化，产生了季风。,图5.16 因海陆热力差异而引起的冬季风(a)和夏季风(b)图示,2）、行星风带季节位移的作用,在北半球夏季，北半球为相对热源，南半球为相对冷源；冬季则相反。,图5.17 太平洋东部的季风,3）、青藏高原作用,加强
8、地面高压系统，使冬季季风环流增强。加强高原四周地区的低压系统，使夏季风加强。,4、我国东部雨带与旱涝,热带海洋气团就与北太平洋到热带高压相存关系，这两个气团之间存在一个气候学锋极锋。极锋的南侧为夏季风由海洋吹向陆地，北侧是冬季风由大陆吹向海洋。极锋显然是两个高压系统之间的一个低压槽。因而辐合上升为主。常常产生降水，所以极锋所在区域就是降水区域。极锋位置的季节变化，正是我国东部地区降水带的季节变化，也是我国东部地区冬、夏季风近退的季节变化。,五、气候的地带性和非地带性,地球上的气候有着明显的空间上的区域性分布，这是气候系统受太阳辐射和地球重力作用及各个子系统之间相互作用的结果。影响着地球上自然地
9、理环境的形成与分布，使地球的自然环境变得更加丰富多彩，也就有了纷纭繁杂的自然生态环境和生物多样性。各地的气候特征既有相似之处，又有不同特点，形成了各种各样的气候环境。与这些气候环境相适应，就产生了地球上纷纭复杂、形形式式的地貌、植被、生物种群。人类一方面适应不同的气候环境，又同时利用不同的气候资源，于是产生了多姿多彩的文化与文明。,气候系统中的能量、大气运动及气候要素在空间上的分布都具有一定带状特征，这种带状分布近似于与纬圈一致，因而使气候的差异也具有一定的带状特征，即为气候的地带性。由于受海陆分布、地形、地貌、植被等等的影响，气候要素的空间分布也常偏离纬向地带特性，甚至形成不同空间尺度的闭合
10、区。这种破坏带状特征的现象称为气候的非地带性。正是由于气候的地带性和非地带性，使得地球上气候的空间分布极其复杂。,1、气候的地带性太阳辐射在地球上的不均匀分布，使得从低纬度地区到高纬度地区的热量分布也不均匀，且与纬度有明显的一致性。古希腊人就曾注意到这一点，并在23.5(黄赤交角)的纬度和66.5的纬度处将地球分为热带、南、北温带，南、北寒带共五个气候带。热带地区太阳一年有两次出现于天顶；温带地区太阳永远不会出现在天顶，但太阳照射的时间长度冬、夏季有显著差异，夏季长、冬季短；寒带地区太阳高度角很低，冬半年有极夜现象。这种完全由于太阳辐射在地球上投射角不同所造成气候差异称天文气候带。,详细地划分
11、气候的地带性常称为纬度气候带,1、赤道带：在南北纬10之间，在此带内全年正午太阳高度角都较大，因此全年受到太阳辐射最强，年变化小。温度的年变化也小。2、热带：在纬度l025，夏半年受热最多，大部分地区一年内中午有两次受到太阳直射的机会(23.5的地区除外)，太阳辐射年变化稍大于赤道带，但较小。3、副热带：位于纬度2535间，是热带与温带间的过渡地带，也可称为亚热带。这里水平面上，已不可能布太阳直射的机会。4、温带：位于纬度3555间，全年天文辐射的季节变化很显著，有四季分明的特点。5、副寒带：位于纬度5560间，是温带与寒带的过渡地带，此带昼夜长短差别大，但无极昼、极夜现象。6、寒带：位于纬度
12、6075间，此带一年中昼夜长短差别更大，准极圈以内有极昼、极夜现象，全年天文辐射总量显著减小。7、极地带：纬度7590，此带昼夜长短差别最大，在极点半年为昼，半年为夜。即使在昼半年正午太阳高度亦甚小，是天文辐射日变化最小，年变化最大的地区。,气候的非地带性,气候的非地带性有两方面因素，一是水平方向上由于地球表面海、陆分布不均匀，洋流及陆地表面地形的复杂性，使气候的地带性受到明显的破坏，这尤其表现在海、陆交界处和大地形影响的地区。二是大地形在垂直方向上由于温度、降水随海拔高度的变化，使山地的坡地上水热条件的差异，而形成坡地上气候随海拔高度而有变化。事实上在小地形条件下气候特点也是有变化的，从而形
13、成各种地形条件下的局地小气候，就形成各自独特气候资源，也就生长着各种各样的生物，如各地的名、特、优产品。目前各地的气候资源开发利用更应着重注意这种局地小气候对生物适宜性的研究，加以引种形成规模，以利于农村经济的发展。,气候的水平非地带性首先由于海陆分布，靠近海洋的地区通常空气湿度大，降水量也多，逐渐向内陆减少。如中国东部的华北沿海逐渐向西到新疆，都处于温带气候带，但年降水量由600-800mm逐渐向西减少到新疆塔里木盆地只有50mm，在天山南坡甚至小于20mm，形成由沿海的湿润气候逐渐过渡为干燥气候。欧亚大陆的东、西两岸的温度、降水等差异显著。欧亚大陆有内陆半干燥和干燥气候，在温带内陆南缘和东
14、缘，受山地、高原阻挡的作用使印度洋、太平洋水汽无法深入，加上西风至此已成强弩之末，因而扩大了干燥区的控制范围，形成世界上纬度最高的干燥气候地区。,其次高大山脉的存在对气流运行的机械动力作用及热力作用，不仅影响局地山区气候，往往对大气环流产生影响，使山脉两侧较大的水平范围内气候状况产生很大差异。如温度、降水、云况、湿度、局地环流以至积雪分布都有明显的表现，在地面景观、植被也都有相应的差异。气候学中将这一由于地形而引起气候的水平差异现象，称为大地形对气候的屏障作用，即山脉是气候的分界线。尤其是那些山脉走向与盛行风向交角很大的高大山脉更为显著。,表5.2 秦岭南北两侧的气候差异 站点 气温（）水气压
15、（hPa）最高气温（）最低气温（）气温年较差（）总云量西安 580.2 13.3 115 417-206 28 0 62宝鸡 701.0 12.8 124 417-167 265 64安康 299.3 15.7 142 417-96 246 72汉中 889.7 14.3 145 38-101 239 74,2、垂直非地带性山脉不仅在水平方向上可以成为气候的分界线，而且在垂直方向上也同样表现出具有明显差异的垂直气候带的分布。(也有人认为应称为垂直气候分层)。这种气候的垂直分层现象还明显地从植被、士壤等自然景观的分布上反映出来。这尤其在赤道和热带地区的一些高大山脉，从山麓到山顶往往可以出现热带、温带和寒带三种不同气候带的植物种类分布。,3、气候带的自然景观气候是自然环境之一，并由此而形成相应于不同气候恃征的植被、土壤等自然景观。植物受气候的影响最为直接，最为显著。植物的类型分森林、草原与沙漠，是由气候的湿润情况而决定；植物的区系，在森林中分常绿阔叶林、落叶阔叶林与针叶林，在草原中分热带草原与温带草原等，这些则由气候的热量和水分情况而决定。自然植物在温度的基础上分成：(1)需要连续高热充分湿润的热带植物；(2)要求相当热量，能忍受短期寒冷与干旱的副热带植物；(3)要求热量不高，能忍受长期寒冷的温带植物；（4）生长在平均温度低于0的极地低矮植物。,
