第四章 海气相互作用优秀PPT.ppt

第四章海气相互作用第一页，本课件共有58页第第一一节节海洋在气候形成和变化中的重要海洋在气候形成和变化中的重要性性一、海洋是大气的主要能量供应源一、海洋是大气的主要能量供应源1.太阳辐射绝大部分（太阳辐射绝大部分（85%）被海洋表层）被海洋表层吸收，通过潜热和显热输送给大气吸收，通过潜热和显热输送给大气.2.海洋环流热量的经向输送。海洋环流热量的经向输送。二、海洋是大气水分的主要供应地二、海洋是大气水分的主要供应地大气中的水汽主要来自海表蒸发大气中的水汽主要来自海表蒸发 第二页，本课件共有58页三、海洋对气候的调节作用三、海洋对气候的调节作用1.海洋的热惯性和动力惯性大，使全球气候季节变海洋的热惯性和动力惯性大，使全球气候季节变化幅度减小，海洋气候季节滞后于陆地；化幅度减小，海洋气候季节滞后于陆地；2.平滑大气高频变化平滑大气高频变化.四、海洋对温室效应的缓解作用四、海洋对温室效应的缓解作用释放到大气中的释放到大气中的CO2有一半左右被海洋吸收，减缓有一半左右被海洋吸收，减缓了全球增暖的速率。了全球增暖的速率。第三页，本课件共有58页第第二二节节海、陆物理特性的差异海、陆物理特性的差异一、海、陆面积的差异一、海、陆面积的差异1.海洋表面积占地球总面积的海洋表面积占地球总面积的70.8%；2.南北半球以及各纬度海陆分布不同南北半球以及各纬度海陆分布不同.第四页，本课件共有58页南北半球每南北半球每5度纬度中海陆面积的百分比度纬度中海陆面积的百分比 第第二二节节第五页，本课件共有58页第第二二节节二、海、陆表面辐射特性的差异二、海、陆表面辐射特性的差异1.对太阳辐射的反射率，海水表面平均为对太阳辐射的反射率，海水表面平均为5-6%，陆，陆面平均为面平均为10-30%，海面辐射差额大于陆面；，海面辐射差额大于陆面；2.海水对辐射的透射作用，使海水吸收、储存更多的海水对辐射的透射作用，使海水吸收、储存更多的太阳辐射。太阳辐射。第六页，本课件共有58页纬 度陆 地海 洋QRQR7060N6050N5040N4030N3020N2010N100N010S1020S2030S3040S4050S5060S全 球351741875317649073277578661562806908808067415108360157789211340188424282680309833083308314029722596184214652093314037684731594570347411741175787411690860294857364360299631800268037684647506651915317510845643852310419263810海、陆表面太阳总辐射和净辐射的比较海、陆表面太阳总辐射和净辐射的比较(MJm-2年年-1）第七页，本课件共有58页三、海、陆向大气热量输送的差异三、海、陆向大气热量输送的差异第第二二节节1.全球平均感热输送陆地大于海洋；全球平均感热输送陆地大于海洋；2.各纬度及全球平均海洋蒸发比陆地大各纬度及全球平均海洋蒸发比陆地大3倍倍以上以上.第八页，本课件共有58页纬度带陆 地海 洋全 球LEIILEIILEII7060N670251129892183746160509633771968795138254450401047837280567018847544030963146540195862721963302079618844563293314087920101340175848992933978670100238792143542933894418010S255474541452513768377102018841256473137741035862030117218004438461368475430401214138234334613182586405092192121352512093293506092154414653771465377全球平均113096334333772763544海、陆表面热量平衡各分量的纬圈年平均海、陆表面热量平衡各分量的纬圈年平均(MJm-2)第九页，本课件共有58页太阳总辐射（W/M2）月份17北非，阿拉伯174.3375.7我国东部87.2180.6太平洋中部116.2233.4辐射差额（W/M2）1743.6121.540.2108.058.1193.7潜热通量（W/M2）177.32.9-4.842.1154.996.8-193.7104.1显热通量（W/M2）1736.3127.58.260.567.80.82潜热通量+显热通量（W/M2）1743.6130.4-132.350.3215.5216.9106.51,7月沿北纬月沿北纬30上各经度辐射、显热及潜上各经度辐射、显热及潜热通量热通量第十页，本课件共有58页四、海、陆向下及水平热量输送的差异四、海、陆向下及水平热量输送的差异第第二二节节1.海水的热容（是空气的海水的热容（是空气的3100倍）大于倍）大于土壤土壤1-2倍；倍；2.海水有铅直混合作用：涡动、对流和分子海水有铅直混合作用：涡动、对流和分子垂直运动与；垂直运动与；3.海水大规模的水平运动。海水大规模的水平运动。五、海、陆表面摩擦阻力的差异五、海、陆表面摩擦阻力的差异海面平滑、粗糙度小、平均风速大于陆面海面平滑、粗糙度小、平均风速大于陆面第十一页，本课件共有58页第第三三节节海、陆分布对气候的影响海、陆分布对气候的影响一、海、陆分布对环流的影响一、海、陆分布对环流的影响1、海、陆分布对近地层环流（季风环流）的影响、海、陆分布对近地层环流（季风环流）的影响季季风环流：风环流：夏季大陆为低压，海洋为高压，气流由海洋吹向陆夏季大陆为低压，海洋为高压，气流由海洋吹向陆地（夏季风）；冬季大陆为高压，海洋为低压，气地（夏季风）；冬季大陆为高压，海洋为低压，气流由陆地吹向海洋（冬季风）。流由陆地吹向海洋（冬季风）。1）季风的定义）季风的定义 4）东亚季风的特点）东亚季风的特点2）季风的形成）季风的形成 5）东亚季风指数）东亚季风指数3）东亚季风的形成）东亚季风的形成 6）东亚副热带季风指数）东亚副热带季风指数第十二页，本课件共有58页1）季风的定义）季风的定义:大范围地区的盛行风随季节具有显著大范围地区的盛行风随季节具有显著改变的大气运动现象。改变的大气运动现象。海陆间的热力差异以及这种差异的季节变化海陆间的热力差异以及这种差异的季节变化行星风系季节位移作用行星风系季节位移作用2）季风的形成）季风的形成第十三页，本课件共有58页第十四页，本课件共有58页冬冬夏夏NEGNW10N10N10SGGSWSE夏季赤道辐合夏季赤道辐合带带冬季赤道辐合冬季赤道辐合带带0第十五页，本课件共有58页3）东亚季风的形成）东亚季风的形成海陆间的热力差异以及这种差异的季节变化海陆间的热力差异以及这种差异的季节变化青藏高原的作用青藏高原的作用4）东亚季风的特点）东亚季风的特点 冬季风由北而南依次为西北风、北风和东北风；冬季风由北而南依次为西北风、北风和东北风；夏季风为偏南风，夏季风为偏南风，冬季风强于夏季风冬季风强于夏季风。影响我国东部、朝鲜、韩国和日本影响我国东部、朝鲜、韩国和日本5）东亚季风指数）东亚季风指数定量描述东亚季风强度及其变化的参数定量描述东亚季风强度及其变化的参数第十六页，本课件共有58页SCSmonsoonsouthwestmonsoonshearvorticitynorthsouththermalcontrasteastwestthermalcontrast东亚季风指数第十七页，本课件共有58页李建平和曾庆存（李建平和曾庆存（2002）提出的东亚季风指数：）提出的东亚季风指数：（1040 N,110140 E）区域平均的）区域平均的850hPa的的西南（西南（u,v）风，该指数可以很好地表征季风环流和）风，该指数可以很好地表征季风环流和降水型。降水型。第十八页，本课件共有58页6）东亚副热带季风指数）东亚副热带季风指数东亚副热带季风区：东亚副热带季风区：22.532.5 N,112.5135 E 东亚副热带季风指数东亚副热带季风指数=东亚季风区平均东亚季风区平均的（标准化西南风的（标准化西南风-标准化标准化OLR）该指数与长江中下游地区夏季降水具该指数与长江中下游地区夏季降水具有显著的相关。有显著的相关。第十九页，本课件共有58页降水与西南气流相关降水与西南气流相关降水和降水和OLR相关相关东东亚亚副副热热带带季季风风指指数数与与降降水水的的相相关关分分布布第二十页，本课件共有58页全球全球 7 7月海平面平均气压（环流）图月海平面平均气压（环流）图第二十一页，本课件共有58页全球全球1月份海平面平均气压（环流）图月份海平面平均气压（环流）图第二十二页，本课件共有58页2、海、陆分布对高空气流的影响、海、陆分布对高空气流的影响使平直气流产生了槽脊波动使平直气流产生了槽脊波动第二十三页，本课件共有58页二、海、陆分布对气温的影响二、海、陆分布对气温的影响1、夏季海面气温低于陆地，冬季相反；、夏季海面气温低于陆地，冬季相反；2、海面气温的日较差和年较差都小于陆面、海面气温的日较差和年较差都小于陆面.等压面（hPa）月亚非大陆太平洋海平面19.212.5-3.3731.224.76.385015.56.5-1.0724.016.47.67001-1.3-0.3-1.0713.98.65.35001-16.5-14.5-2.07-4.3-6.82.53001-41.8-38.3-3.37-28.1-33.04.92001-51.57-46.5-53.47.1 在在30N不同高度上海、陆气温及其差值（不同高度上海、陆气温及其差值（）第二十四页，本课件共有58页三、海、陆分布对大气水份和降水的影响三、海、陆分布对大气水份和降水的影响1）对空气湿度的影响：）对空气湿度的影响：海面上的空气湿度大于陆海面上的空气湿度大于陆地地.2）对雾的影响：）对雾的影响：海洋多平流雾、陆地多辐射雾海洋多平流雾、陆地多辐射雾3）对降水的影响）对降水的影响 对流雨：陆地上主要出现在夏季午后，海洋上出对流雨：陆地上主要出现在夏季午后，海洋上出现在冬季夜间。现在冬季夜间。地形雨：陆地上地形雨：陆地上 锋面雨与气旋雨：海洋多于陆地锋面雨与气旋雨：海洋多于陆地第二十五页，本课件共有58页海海-气能量、物质和动量交换气能量、物质和动量交换第第四四节节一、一、海海-气能量交换气能量交换R0 海面的净辐射通量海面的净辐射通量LE，H分别为海面与大气间的潜热和感热通量，分别为海面与大气间的潜热和感热通量，为海面与下层海水通过水分子传输的热通量。为海面与下层海水通过水分子传输的热通量。1、海、海-气界面能量平衡方程气界面能量平衡方程第二十六页，本课件共有58页透过海面向下传输的太阳辐射通量透过海面向下传输的太阳辐射通量水分子热量交换系数水分子热量交换系数2、海气之间的热量交换特点、海气之间的热量交换特点1）海洋是大气的主要能源供应地，同时潜热大于感热；）海洋是大气的主要能源供应地，同时潜热大于感热；2）冬季海洋向大气的能量输送大于夏季）冬季海洋向大气的能量输送大于夏季.第二十七页，本课件共有58页太阳总辐射（W/M2）月份17北非，阿拉伯174.3375.7我国东部87.2180.6太平洋中部116.2233.4辐射差额（W/M2）1743.6121.540.2108.058.1193.7潜热通量（W/M2）177.32.9-4.842.1154.996.8-193.7104.1显热通量（W/M2）1736.3127.58.260.567.80.82潜热通量+显热通量（W/M2）1743.6130.4-132.350.3215.5216.9106.51,7月沿北纬月沿北纬30上各经度辐射、显热及潜上各经度辐射、显热及潜热通量热通量第二十八页，本课件共有58页二、海二、海-气界面的物质交换过程气界面的物质交换过程1.蒸发与降水蒸发与降水2.海盐交换海盐交换3.CO2 和和O2的交换的交换第二十九页，本课件共有58页三、海三、海-气动量交换气动量交换1.大气环流向海洋输送动量，是海洋环流和风浪的大气环流向海洋输送动量，是海洋环流和风浪的主要动力；主要动力；2.海流定义海流定义：海水沿着一定方向有规律的较大规模的海水沿着一定方向有规律的较大规模的水平运动现象称为洋流，即海流水平运动现象称为洋流，即海流.3.海流分类海流分类 按成因分为：按成因分为：风海流、密度流、补偿流风海流、密度流、补偿流 按本身与周围海水温度的差异分为暖流和寒流按本身与周围海水温度的差异分为暖流和寒流暖流：暖流：指指海流水温比流经海区水温高的海流海流水温比流经海区水温高的海流寒流寒流则则相反相反。第三十页，本课件共有58页l海洋表层环流（海洋表层环流（风海流风海流）第三十一页，本课件共有58页密度流密度流：由于海水密度水平方向的不均匀分布引起等：由于海水密度水平方向的不均匀分布引起等压面倾斜而产生的洋流称为压面倾斜而产生的洋流称为密度流密度流。地中海地中海-大西洋密度流：表层流为大西洋流向地中海大西洋密度流：表层流为大西洋流向地中海大西洋大西洋地中海地中海红海红海-印度洋密度流：表层印度洋流向红海印度洋密度流：表层印度洋流向红海大西洋大西洋-波罗地海密度流：表层波罗地海流向大西洋波罗地海密度流：表层波罗地海流向大西洋直直布布罗罗陀陀岩岩床床盐度盐度3.8%第三十二页，本课件共有58页 温盐环流温盐环流 表层海水向极地流动时，由于蒸发和冷却在高纬表层海水向极地流动时，由于蒸发和冷却在高纬度盐度（密度）增大而下沉，从大洋底部流向低纬度盐度（密度）增大而下沉，从大洋底部流向低纬地区形成的深层海水流动现象称为地区形成的深层海水流动现象称为温盐环流温盐环流.第三十三页，本课件共有58页全球海洋环流示意图全球海洋环流示意图第三十四页，本课件共有58页海气快速相互作用的区域海气快速相互作用的区域 示意图示意图第三十五页，本课件共有58页全球气候系统的经向环流体系示意图全球气候系统的经向环流体系示意图 第三十六页，本课件共有58页四、海洋环流对气候的影响四、海洋环流对气候的影响1.海洋环流的热量输送海洋环流的热量输送1）经向输送：约占总经向输送的）经向输送：约占总经向输送的30%2）纬向和垂直方向输送）纬向和垂直方向输送2.海洋环流的水份输送海洋环流的水份输送各大洋间的水份交换各大洋间的水份交换(mm/a)大洋降水量蒸发量大陆边缘地区的径流与临近大洋交换的水量大西洋印度洋太平洋北冰洋78010101210240104013801140120200706023060300130350第三十七页，本课件共有58页地球上全年洋流垂直热量输送分布（单位：地球上全年洋流垂直热量输送分布（单位：kcal/m 2a，负的表示下层向海表输送），负的表示下层向海表输送）第三十八页，本课件共有58页3.海洋环流对气温的影响海洋环流对气温的影响1）调节了低纬和高纬的温差调节了低纬和高纬的温差经 度(地区)0大西洋130E(欧亚大陆)170W(太平洋)90W(北美大陆)1月7月平均22161974841472536582541大陆和大洋上赤道至北极圈气温差大陆和大洋上赤道至北极圈气温差(C)的比的比较较 2）东、西岸的气温差异）东、西岸的气温差异（1）低纬度，大洋西部沿岸的气温高于大洋东部沿岸；高纬）低纬度，大洋西部沿岸的气温高于大洋东部沿岸；高纬度大洋东部沿岸的气温高于大洋西部沿岸。度大洋东部沿岸的气温高于大洋西部沿岸。第三十九页，本课件共有58页（2）上述气温的差异取决于两个因素）上述气温的差异取决于两个因素 沿岸的风向及大小；沿岸的风向及大小；海洋与陆地气温差异的大小海洋与陆地气温差异的大小;4.海洋环流对降水的影响海洋环流对降水的影响1）暖流沿岸多降水，冷流沿岸多雾（海陆风雾、海雾）暖流沿岸多降水，冷流沿岸多雾（海陆风雾、海雾）；2）影响效应与沿岸风向及大小有关。）影响效应与沿岸风向及大小有关。第四十页，本课件共有58页热带海洋对气候的影响热带海洋对气候的影响第第五五节节一、一、ENSO循环循环1.厄尔尼诺（厄尔尼诺（El Nino)事件事件1）定义）定义:赤道中东太平洋或秘鲁沿岸海表温度赤道中东太平洋或秘鲁沿岸海表温度(SST)每隔几年就发生一次每隔几年就发生一次异常升高异常升高现象。现象。赤道太平洋赤道太平洋El Nino区分布图区分布图2）Nino指数指数定量描述定量描述El Nino事件事件的参数。常用的参数。常用Nino区海域平均区海域平均SST表表示。示。第四十一页，本课件共有58页Nino 1+2区：区：90-80W，10S-0Nino 3区：区：150-90W，5S-5NNino 4区：区：160E-150W，5S-5NNINO3.4区：区：170-120W，5S-5N3)El Nino 事件的判定事件的判定Nino区月平均区月平均SST距平连续半年超过距平连续半年超过0.5C，最高正距，最高正距平在平在1.0C以上，即判定为一次以上，即判定为一次El Nino 现象现象.第四十二页，本课件共有58页1948-1999平均年平均年SST 分布分布4）El Nino事件发生区域与赤道事件发生区域与赤道SST气候场的关系气候场的关系第四十三页，本课件共有58页5）典型典型El Nino事件的发生发展过程事件的发生发展过程前兆阶段前兆阶段3-5月月异常发展阶段异常发展阶段10月月成熟阶段成熟阶段11-1月月恢复阶段恢复阶段第四十四页，本课件共有58页2.南方涛动（南方涛动（SO）：）：东南太平洋副热带高压与印东南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压之间气压变化的负相关关系，即度洋赤道低压之间气压变化的负相关关系，即两者气压变化的跷跷板现象。两者气压变化的跷跷板现象。南方涛动指数（南方涛动指数（SOI）：）：定量描述南方涛动振幅大定量描述南方涛动振幅大小的参数，一般用南太平洋塔希堤岛小的参数，一般用南太平洋塔希堤岛(14305W,1753S)的海平面气压与同时期澳大利的海平面气压与同时期澳大利亚北部的达尔文港亚北部的达尔文港(13059E，1220S)的海平的海平面气压的差值，经过一定的数学处理来计算。面气压的差值，经过一定的数学处理来计算。ENSO：将历年赤道东太平洋将历年赤道东太平洋SST与同时期南方涛动与同时期南方涛动指数指数SOI进行对比，发现当发生厄尔尼诺时，南方涛进行对比，发现当发生厄尔尼诺时，南方涛动指数动指数SOI出现异常低位相，故将厄尔尼诺和南方涛出现异常低位相，故将厄尔尼诺和南方涛动合称动合称ENSO。第四十五页，本课件共有58页3.沃克环流沃克环流赤道东太平洋下沉，西太平洋上升，地面为偏东风，赤道东太平洋下沉，西太平洋上升，地面为偏东风，高层为西风的纬向垂直环流称为高层为西风的纬向垂直环流称为沃克环流沃克环流。赤道洋面的纬向垂直环流圈赤道洋面的纬向垂直环流圈 第四十六页，本课件共有58页1.沃克环流是怎么形成的？沃克环流是怎么形成的？2.ENSO 事件时，沃克环流是减弱还是增强？即赤事件时，沃克环流是减弱还是增强？即赤道东太平洋的垂直运动是距平上升还是距平下沉？对道东太平洋的垂直运动是距平上升还是距平下沉？对应赤道中东太平洋及其沿岸的降水是增加还是减少？应赤道中东太平洋及其沿岸的降水是增加还是减少？为什么？为什么？3.ENSO遥相关的影响途径有哪些？遥相关的影响途径有哪些？第四十七页，本课件共有58页4.ENSO循环循环El Nino 事件对应的暖位相和事件对应的暖位相和La Nino事件对应的冷水事件对应的冷水位相以及东南太平洋与印度洋海平面气压的反位相变位相以及东南太平洋与印度洋海平面气压的反位相变化非周期性重复出现，称为化非周期性重复出现，称为ENSO循环。循环。La Nino 事件：赤道中东太平洋事件：赤道中东太平洋SST低于正常低于正常状态的事件。状态的事件。第四十八页，本课件共有58页二、印度洋二、印度洋SST1.偶极子模（偶极子模（IOD)1）基本概念：赤道东南印度洋海水异常变冷，）基本概念：赤道东南印度洋海水异常变冷，赤道西印度洋海水异常变暖，即西暖东冷为赤道西印度洋海水异常变暖，即西暖东冷为正偶极子事件，反之为负偶极子事件。正偶极子事件，反之为负偶极子事件。印度洋偶极子关键海温区域印度洋偶极子关键海温区域 暖暖冷冷正偶极子正偶极子事件事件第四十九页，本课件共有58页2）IOD指数指数印度洋西部（印度洋西部（50 70 E，10 S10 N）和东部）和东部（90 110 E，10 S0）区域平均的）区域平均的SST距平之距平之差定义为差定义为IOD指数指数2.印度洋海盆一致模（印度洋海盆一致模（IOBM），印度洋，印度洋SST为一致为一致正异常的模态称为正异常的模态称为印度洋海盆一致模（印度洋海盆一致模（IOBM）。与。与El Nino有较好的关系，近年来的研究表明，有较好的关系，近年来的研究表明，El Nino 对对次年气候的影响是通过印度洋海盆次年气候的影响是通过印度洋海盆SST一致模来实现的。一致模来实现的。第五十页，本课件共有58页三、热带海洋对气候的影响三、热带海洋对气候的影响1.ENSO对气候的影响对气候的影响1）直接的影响：热带地区）直接的影响：热带地区印度尼西亚、澳大利亚、印度尼西亚、澳大利亚、印度、巴西印度、巴西、秘鲁、智利、厄瓜多尔等；、秘鲁、智利、厄瓜多尔等；2）遥相关（遥响应）：海气相互作用）遥相关（遥响应）：海气相互作用(ENSO)对远处的对远处的气候及气候异常产生影响的现象气候及气候异常产生影响的现象.遥相关型有遥相关型有EPA型、型、PNA型等。型等。（1）同一地区的气候变化对不同）同一地区的气候变化对不同ENSO过程的响应过程的响应不同；不同；（2）不同地区的气候变化对同一次）不同地区的气候变化对同一次ENSO的响应不同。的响应不同。第五十一页，本课件共有58页ABC C东亚太平洋(EAP)遥相关型500hPa位势高度的异常分布。第五十二页，本课件共有58页ABCD以（以（55 N，115 W）为基点的）为基点的11月月500hPa相关场相关场第五十三页，本课件共有58页2.印度洋印度洋SST对气候的影响对气候的影响Wang Bin et al.,PacificEast Asian Teleconnection:How Does ENSO Affect East Asian Climate?*,J.Climate,2000;13:1517-1536.1）IOD对气候的影响对气候的影响2）IOBM(Indian Ocean Basin Mode)对气候的影响对气候的影响第五十四页，本课件共有58页Yang Jianling et al.,2010:Linking Observations of the Asian Monsoon to the Indian Ocean SST:Possible Roles of Indian Ocean Basin Mode and Dipole Mode,J Climate,23,5889-5902.第五十五页，本课件共有58页 Nino 3 SST(150-90 W,5 S-5 N)IOBM指数指数（40-110 E,20 S-20 N）El Nino 事件，事件，Nino 3 指数和指数和IOBM指数标准化合成指数标准化合成ENSO（0）发）发展年展年ENSO（1）衰减）衰减年年第五十六页，本课件共有58页本章小结本章小结海陆物理性质的差异海陆物理性质的差异海陆分布对气候的海陆分布对气候的影响影响全球气候的影响效应全球气候的影响效应局地气候的影响效应局地气候的影响效应海陆气候特征的差异海陆气候特征的差异环流环流海洋环流海洋环流局地气候的影响效应局地气候的影响效应热带海洋热带海洋遥响应遥响应第五十七页，本课件共有58页作业作业4：1.为什么海洋上多平流雾，陆地上多辐射雾？为什么海洋上多平流雾，陆地上多辐射雾？2.简述海洋环流对我国气候的影响；简述海洋环流对我国气候的影响；3.海气相互作用对气候影响的复杂性表现在哪些方面海气相互作用对气候影响的复杂性表现在哪些方面？4.任选文献（任选文献（Bin Wang 2000 or Yang Jianling 2010)阅阅读，完成问题：文章做了什么主要工作、使用了什么方读，完成问题：文章做了什么主要工作、使用了什么方法、得到了什么成果等。法、得到了什么成果等。第五十八页，本课件共有58页