海洋与气候优秀PPT.ppt

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1、海洋地質學概論海洋地質學概論一、太陽與地球一、太陽與地球n n水星水星(Mercury)自轉很慢，可能有大氣，黑暗面溫度300K。n n金星金星(Venus):表面溫度 685K(Voyager 2 探測資料，海員二號)。n n火星火星(Mars):赤道旁边平均溫度赤道旁边平均溫度 270K，南極地區則為南極地區則為 210K，火星平均之溫度，火星平均之溫度日變化可達日變化可達 120C，無海洋，水份稀有。，無海洋，水份稀有。n n木星木星(Jupiter)雲頂溫度可能低於雲頂溫度可能低於-120C，中心溫度可能高達，中心溫度可能高達30,000C（是太陽表面溫度的五倍）。（是太陽表面溫度的五

2、倍）。n土星土星(Saturn)、天王星天王星(Uranus)、海海王星王星(Neptune)、冥王星冥王星(Pluto)等溫差均大。n地球地球(Earth):太陽系中唯一有生命（火星是否亦有生命跡象？）的行星，具有大氣、海洋、陸地，有大量水份供應。太平洋在北緯 40 處海面溫度之年變化約為6 8C，但同緯度之中亞地區（亞洲大陸內陸）年變化則在 38C左右（從-4C至 34C）。顯然，海洋是造成表面溫度能夠維持平穩的重要因素二、溫室效應二、溫室效應 n n日光進入大氣後，部份反射回太空，大部份則穿透大氣照到陸地和海洋，然後被吸取。海洋與陸地增暖向太空發射長波輻射，另外亦經由對流與傳導，結果大氣

3、因而增暖，同時再向地表與太空發出長波輻射。平均而言，熱帶地區短波輻射超過長波輻射，有熱量剩餘。高緯地區則反之，熱量虧欠。地球的熱平衡，顯示熱量進出的各種途徑。數字表示佔總熱流的百分比。留意只有50%的入射熱真正能抵達地球表面，其中又有5%被反射，而只有總入射量的45%被地表吸取。地表黑體輻射出104%，溫室效應之輻射又還回88%n大氣與海洋之南北冷熱對比造成空氣與水的循環，生成風與海流，將低緯度地區多餘的熱量搬到兩極，使地球表面溫度對比不致太大。n地球上的熱平衡過程可以視為一個低效率的引擎。低緯度地區低效率的引擎。低緯度地區熱源，熱源，高緯度地區高緯度地區冷源，海洋冷源，海洋鍋爐，鍋爐，太陽太

4、陽燃料，熱媒燃料，熱媒水，工作現象水，工作現象風與海流。風與海流。大氣中最重要的南北熱交換過程是透過季風、颱風與熱帶風暴來完成，海洋中則經由大規模之海洋環流系統來達成。n全球暖化現象全球暖化現象(Global warming)溫室效應使地表溫度能維持在平穩而適宜的範圍，但隨人類工業化後造成環境的改變，溫室效應亦促成了全球暖化的現象。n大氣中二氧化碳、氟氯碳化物(Chlorofluorocarbons,CFCs)、氧化氮(Nitrous oxide)、甲烷(Methane)等含量逐年增加，雖然與大氣中全部氣體總質量相比其量仍小，但這些額外的人為物質卻開始損害了地球精致的熱平衡過程。n主要是這些氣

5、體會選擇性地截留住長波輻射的能量，使地表向外太空之反輻射不易穿透大氣層，因此促成了暖化現象。其中有些氣體更會破壞臭氧層，而使紫外線較易射到地表，對生物會產生致命的傷害，對暖化現象也有貢獻。因人為缘由造成全球暖化現象之預因人為缘由造成全球暖化現象之預估發展趨勢估發展趨勢 三、海洋表層海水扮演的角色三、海洋表層海水扮演的角色 n表層海水與大氣間的相互作用造成了地球上的氣候狀況。熱帶地區由於強烈的日照促成增暖以及蒸發，因此表層海水溫度、鹽度均較高。n中緯度地區，表面海水特性当然會隨季節變化甚大，但仍比深層海水要暖且輕。高緯度極區海水本就很冷，每屆冬季表層水溫更為降低，海水密度增大、下沈，並與深層海水

6、相混合這也就是深層海水之來源。n極區海水對全球氣候影響較小，有三個缘由 n（一）由於球面分佈，極區面積遠小於溫帶與熱帶，n（二）極區海面多覆有冰塊，隔絕了海氣交互作用，n（三）當水溫低時，海氣間熱交換過程亦較慢，效率較差。n海洋對氣候變化扮演了穩定作用的角色，主要是因為海洋有很大的熱慣性。這是因為（一）水的比熱大，（二）光線可穿入很深，（三）水的混合很快，（四）水具有相變化，潛熱很大。n水的比熱約為土壤的五倍，因此加入或移出同樣的熱量，土壤就比水要快五倍，故地表简洁溫差大。其次，土壤透光性差，日照熱能便集中於地表，但水中則可穿透相當厚的水層，故地表增溫快。表層降溫時，水會產生對流，故溫差不大。

7、n水的潛熱亦促使蒸發時吸熱，凝結時釋熱，和增、減溫過程正好背道而駛，故可相對保持穩定。極區結冰與融冰之過程亦有類似效應。不過，冰塊亦造成隔絕作用，使海洋無法影響到上層之大氣。四、水的相變化與氣候之關係四、水的相變化與氣候之關係 n白晝或夏季時，水的蒸發作用會吸取熱能，因此可減緩氣溫上升。n以全球平均，從海洋傳入大氣的熱能中，約53%是經由蒸發作用所輸送。在夜間或冬季，當水汽凝結時會釋出熱能，因此可減緩氣溫下降的幅度。n n陸地上降雨超過蒸發，其缘由為 n n(1)陸地上水域面積小，故蒸發量本就小 n n(2)陸地日夜以及季節溫差大，多達15 25C，有利於水汽凝結 n n(3)陸地地形凹凸起伏

8、大，因氣溫隨高度遞減，故山坡迎風面水汽易凝結而多雨。氣流爬坡可形成地形雨，下坡則可氣流爬坡可形成地形雨，下坡則可形成焚風形成焚風 上升氣流促成水汽凝結，降水，釋上升氣流促成水汽凝結，降水，釋出潛熱，加熱空氣，使上升氣流加出潛熱，加熱空氣，使上升氣流加強，促進氣旋發展強，促進氣旋發展 n n n大氣層中水汽含量雖小但卻蘊涵了大量的熱能，對氣旋發展供应了熱力來源。颶風颶風Andrew(1992年年8月月 25日日)侵襲墨侵襲墨西哥灣海疆時之衛星雲圖西哥灣海疆時之衛星雲圖 n在高緯度地區，水的結冰以及冰的溶化過程對氣溫變化也可造成類似的緩和效果。n高緯度地區當冰溶化時將吸取外界熱量，因此春季化冰時氣

9、溫不會上升很快。當氣溫下降水結冰時，也會放出潛熱，因而遲緩氣溫下降的速度。這些過程所造成之潛熱變動正好和氣溫之變化相反，所以能使氣候變化比較和緩。海水結冰海水結冰(1)n鹽度在千分之廿五以上的均勻海水，表面冷卻，則表面層密度增大，產生對流運動，直至表面的水冷至冰點，即開始結冰，以至全部凝固。海水結冰海水結冰(2)n先形成修長之純冰晶體，因表面水之鹽度增大，對流現象持續不斷，冰晶成長後會將部份滷汁形成直立管狀夾在其中，凝結愈快則所封閉之滷汁愈多。如溫度續降，則夾在冰晶間之滷汁亦開始凝結，逐漸使液態之滷汁細胞濃度增大，體積變小，海水結冰海水結冰(3)n冰如冷卻至甚低之溫度，則固態之鹽也能結晶析出。

10、由於對流作用，水體並不易結冰但如水表層覆蓋了一淺層鹽度較低的海水，海冰便較易生成。大風、大浪時海面混合強烈，不易結冰。結冰多在風力平靜時發生。海面一旦結冰後，便形成海、氣間良好的隔絕體，阻挡了二者間熱量、水汽的有效交換。海水結冰海水結冰(4)n初生之海冰多呈片狀或餅狀，極區則有多年不化之老冰，其厚度在廿公分以上，甚至達到數公尺以上。高緯海面常出現之冰山浮冰則係陸地冰川斷裂入海所致，非海上原產。n n海水結冰過程受海水分層狀況影響頗大海水結冰過程受海水分層狀況影響頗大 n n圖為結冰初期薄冰層受風或浪作用後，裂开形成之圖為結冰初期薄冰層受風或浪作用後，裂开形成之荷葉狀冰塊荷葉狀冰塊(Pancak

11、e ice)(Pancake ice)分佈情形分佈情形 五、全球風系五、全球風系n赤道地區空氣受熱上昇，極區空氣因冷下沈，前者在緯度30度旁边下沈，後者則源於緯度60度處上昇之氣流。如此則在經向剖面上形成了三胞形狀的垂直環流構造 大氣環流的三胞構造大氣環流的三胞構造(左圖左圖)以及對應以及對應風系狀況示意圖風系狀況示意圖(右右)。n n在30度下沈之氣流，向南吹時因地轉效應偏向形成貿易風（東風）向北吹者則偏向形成西風。在極區下沈之氣流，何南吹時亦偏向形成極地東風。如此構成了全球海面主要的風系分佈情形，這種環流構造亦受海陸分佈的影響很大。冬季，大陸較冷，空氣流往海洋，受地轉偏向後便是冬季風（如本

12、地之東北季風）夏季，大陸較熱，空氣由海吹往內陸，形成夏季風。n n暖池暖池(warm pool)以及以及El Nino。赤道太。赤道太平洋西部，在民答那峨與新幾內亞連平洋西部，在民答那峨與新幾內亞連線以東有一大片暖水堆積在那裡，稱線以東有一大片暖水堆積在那裡，稱為暖池。每隔若干年，赤道地區東風為暖池。每隔若干年，赤道地區東風會減弱，此時暖水即東移至太平洋東會減弱，此時暖水即東移至太平洋東岸，造成祕魯沿岸海溫上升，原先之岸，造成祕魯沿岸海溫上升，原先之湧升流及冷海流消逝，漁產大減甚至湧升流及冷海流消逝，漁產大減甚至造成漁業與肥料業不景氣（百年六次）造成漁業與肥料業不景氣（百年六次），當地稱此為，

13、當地稱此為El Nino(The Little Boy or Christ Child in Spanish，故中譯亦，故中譯亦有稱其為聖嬰現象者有稱其為聖嬰現象者)。n(1997)發生El Nino 造成東南亞苦旱，印尼大火燒山造成霾害 本章習題本章習題n n1,哪些地理現象,可以說明海洋與氣候的穩定有關?n n2,由熱量的傳遞說明地球表面的溫室效應如何產生?n n3,請說明地球上的熱平衡過程為何可以視為一個低效率的引擎低效率的引擎?n n4,地球的熱交換由哪些系統完成?n n5,全球的暖化現象是如何造成的?n n6,何謂海水的熱慣性?n n7,地球表面的增溫為何比海洋大?n n8,地形雨與焚風是如何形成?n n9,請說明中南美洲的颶風是如何形成?n n10,在高緯度地區，水的結冰以及冰的溶化過程對氣溫變化有何影響?n n11,全球風系是如何形成?n n12,請說明全球暖池的位置與聖嬰現象