第4章氣候系統(tǒng)與氣候變化

主要內(nèi)容一、氣候形成二、氣候帶與氣候型三、氣候變化：特征、原因、影響四、氣候變化研究方法第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化學(xué)時：44.1氣候相關(guān)概念一、氣候的概念二、氣候系統(tǒng)

第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化1·定義：氣候是指某一地區(qū)多年間大氣的一般狀態(tài)及其變化特征。它既反映平均情況，也反映極端情況，是各種天氣現(xiàn)象的多年綜合。氣候和天氣是兩個不同的概念。從時間尺度上看，氣候是時間尺度很長的天氣過程，天氣則是瞬時或短時間內(nèi)的大氣狀態(tài)。從空間尺度看，天氣多指對流層的大氣物理狀況，而氣候涉及整個大氣圈。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化一、氣候的概念第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化天氣與氣候?qū)Ρ葘τ诋?dāng)前氣候，規(guī)定用剛剛過去的三個十年，共30年的平均值作為準(zhǔn)平均，每過十年更新1次。目前應(yīng)用1971－2000年準(zhǔn)平均，到2010年的當(dāng)代氣候為1981-2010年。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化2、當(dāng)代氣候二、氣候系統(tǒng)概念20世紀(jì)70年代提出的一個新概念，組成成員有5部分，是一個復(fù)合系統(tǒng)，基本屬性：1、熱力屬性2、動力屬性3、水分屬性4、靜力學(xué)屬性第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化最主要、最活躍的成員。狹義氣候的概念：低層大氣airsurfacetemperatureprecipitationsealevelpressure大氣：整體（大氣環(huán)流）大氣環(huán)流是影響局地氣候的重要因子，是形成氣候異常的直接原因。大氣的弱點：記憶力小動力：如果沒有外界能量輸入，整個大氣動能僅夠維持1周。熱力：海洋最上層100m變化1oC，整層大氣就要變化幾度。維持大氣基本狀況的兩個基本量都不持久，大氣的變化依靠下墊面和其它成員的影響，最主要是海洋。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化1、大氣圈

海洋：重要成員，全球能量的儲存庫（過去認(rèn)為）海洋傳送帶決定于海水的溫度、鹽度。在20世紀(jì)不到10年的時間提出THC（thethermohalinecirculation）。THC有幾十年的振蕩——年代際變化，數(shù)值模式也模擬出海洋的THC。

THC被認(rèn)為是氣候年代際變化的重要原因，后來發(fā)現(xiàn)也是千年尺度氣候變化的原因。過去只注意到海-氣在界面的動力、熱力、質(zhì)量交換。ENSO：年際變化的最強信號。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化2、海洋

3·冰雪圈全球陸地的10.6%被其覆蓋。作用：阻止大氣與下墊面熱量、物質(zhì)交換，主要影響反照率。冰期-間冰期旋回，其溫度變化幅度無法完全用地球軌道要素解釋，冰雪反饋作用在氣候系統(tǒng)中起到非常大的作用，是氣候變化的指示器。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化4、陸面指山脈、地表巖石、沉積物和土壤等。變化的周期長，在氣候的長期變化中起到重要的作用。自1960年代始的Sahel（位于SaharaDesert北部）干旱，植被覆蓋破壞嚴(yán)重，持續(xù)30多年的Sahel干旱是20世紀(jì)重要的氣候異?，F(xiàn)象之一。亞馬孫河流域熱帶森林大面積減少與下游徑流增加和溫度升高等。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化5、生物既改變氣候又對氣候變化產(chǎn)生響應(yīng)。最活躍部分為人類。a.人類活動對大氣成份的改變。b.人類對環(huán)境的破壞（亞瑪遜原始森林嚴(yán)重被破壞，IGBP下的新國際計劃，季風(fēng)亞洲區(qū)計劃都主要是針對人類活動可能引起的全球變化，包括環(huán)境等）。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化第二節(jié) 氣候形成氣候的形成和變化受很多因素的影響，其中主要包括：一、輻射因子二、環(huán)流因子三、地理因子四、宇宙地球物理因子五、人類活動的影響第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化一、輻射因子太陽輻射是氣候系統(tǒng)的能源，又是一切大氣物理過程和現(xiàn)象形成的基本動力，在氣候形成中起著主導(dǎo)作用。不同地區(qū)的氣候差異及氣候季節(jié)交替，主要是由太陽輻射能在地球表面分布不均勻及其變化引起的。而太陽輻射的時空分布受緯度制約，故氣候形成的輻射因子是一種緯度因素。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化1·地球上的天文氣候太陽輻射在大氣上界的空間分布由日地距離決定，稱為天文輻射；天文輻射所決定的地球表面的氣候為天文氣候。天文氣候能夠反映地球氣候的基本輪廓。研究天文氣候既可以使問題簡化，又能突出太陽輻射對氣候形成的實質(zhì)性作用。太陽天文輻射量的大小取決于日地距離、太陽高度和日照時間。在這些因子的作用下，同一緯度的天文輻射，日總量、季總量、年總量都相同。即太陽輻射總量具有與緯線圈平行呈帶狀分布的特點，這是形成氣候帶的主要原因。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化日地距離第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化I為大氣上界太陽輻射強度，a為地球公轉(zhuǎn)軌道的平均半徑，I0為太陽常數(shù)（1370W/m2），b為該時刻的日地距離。日地距離第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化日地距離不斷改變，1月經(jīng)過近日點，7月經(jīng)過遠日點，近日點比遠日點獲得太陽輻射能多7%，這樣使北半球的太陽輻射冬夏差異比南半球小。但實際上已經(jīng)被地表的海陸差異掩蓋。近日點1月3日遠日點7月4日夏至日春分日秋分日冬至日太陽高度角：太陽光線與地平面的夾角第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化郎伯定律表明：

大氣上界太陽輻射強度與太陽高度的正弦成正比，與日地距離平方成反比。

這是造成天文輻射總量因時因地變化的原因。日照時間第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化Φ為緯度，δ為太陽赤緯，2ω0為白晝長度。地球的自轉(zhuǎn)形成了地球表面的晝夜交替，為緯度的函數(shù)。（1）赤道附近太陽輻射年變化平緩，春秋分略高，冬夏至略低。

（2）極圈內(nèi)極夜為0，極晝最大，并略高于赤道。

（3）極圈與回歸線之間呈現(xiàn)單峰變化，北2半球夏至日最高，冬至日最低，南半球相反。

地球氣候帶根據(jù)太陽天文輻射空間分布，通?？砂训厍蛏蟿澐譃?個緯度氣候帶即赤道帶、熱帶、副熱帶、溫帶、副寒帶、寒帶和極地帶。二、環(huán)流因子

地表太陽輻射能量不均引起的大氣環(huán)流是熱量和水分的轉(zhuǎn)移者，也是形成氣團的基本原因。它促使不同性質(zhì)氣團發(fā)生移動，而氣團的水平交換是不同地區(qū)氣候形成及其變化的重要方式。因此，在不同緯度的環(huán)流形勢下形成的氣候類型也不同。1、熱量輸送：1）不同緯度間熱量輸送350S～350N之間輻射熱量收入大于支出，說明熱帶和副熱帶有熱量盈余。高緯度地區(qū)有熱量虧損。但熱帶并未持續(xù)增溫，極地也沒有持續(xù)降溫，表明必然存在熱量由低緯向高緯的輸送第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化上表表明大氣環(huán)流在緩和赤道與極地溫差上起著巨大作用。2）海陸間熱量輸送冬半年大陸是冷源，海洋是熱源，在盛行海洋氣團的沿海地區(qū)，熱量由海洋輸送到大陸，故迎風(fēng)海岸氣溫比同緯度內(nèi)陸高；而在大陸冷風(fēng)影響下，近陸海面氣溫比同緯度海洋表面氣溫低。夏半年大陸是熱源，海洋是冷源，熱量由大陸輸送到海洋，但輸送的熱量遠比冬季海洋向大陸的小。這種海陸熱量交換是造成同緯度大陸東岸和大陸內(nèi)部氣溫顯著差異的重要原因。2、水分輸送在副熱帶，蒸發(fā)量大于降水量，在赤道和中高緯度，降水量大于蒸發(fā)量，因此要達到水分平衡必須經(jīng)過大氣運動，把水汽從盈余地區(qū)輸送到虧損地區(qū)。大氣環(huán)流具有明顯的非周期性變化。緯圈環(huán)流減弱時，南北水平溫度梯度加大，冷暖氣團活躍，有利于鋒面、氣旋產(chǎn)生，多雨天氣相應(yīng)增多，某些地區(qū)將出現(xiàn)氣候異?，F(xiàn)象；反之，緯圈環(huán)流加強時，南北水平溫度梯度減小，冷暖氣團不活躍，某些地方往往受單一氣團控制，不利于鋒面、氣旋的形成與發(fā)展，降水天氣顯著減少，因而出現(xiàn)特別熱和干的氣候異?，F(xiàn)象。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化三、氣候形成的地理因子地理因子通過對輻射因子和環(huán)流因子的影響作用于氣候。任何氣候都與一定的地區(qū)相聯(lián)系，即氣候是結(jié)合所在的地理環(huán)境出現(xiàn)的。地理環(huán)境使得地球氣候具有緯度地帶性和非地帶性特征。因此，分析氣候成因必須考慮地理環(huán)境。（一）海陸分布對氣候的影響（二）洋流因子（三）地形對氣候的影響第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（一）海陸分布對氣候的影響海陸不同物理性質(zhì)導(dǎo)致同緯度、同季節(jié)海洋和大陸的增溫和冷卻顯著不同。海上和陸上氣溫也有明顯差異，不僅破壞溫度的緯度地帶性分布，而且還影響到氣壓分布、大氣運動方向即水平分布。（二）洋流因子洋流是大洋中任一持續(xù)不斷并主要呈水平流動的海水，它可以從低緯度向高緯度傳輸熱量，又能從高緯地區(qū)向低緯輸送海冰和冷水。據(jù)衛(wèi)星觀測，在20°

N洋流輸送的熱量占地－氣系統(tǒng)總熱量傳輸?shù)?4％，而在30～35°

N洋流傳輸?shù)臒崃渴强倐鬏敓崃康?7％，因此，洋流對氣候的形成具有重要作用。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化1、洋流的形成和分類海洋中大規(guī)模的海水沿著一定的方向從一個地方向另一個地方持續(xù)不斷的水平流動稱為海流或洋流。洋流按成因可分為：風(fēng)海流、密度流、傾斜流、補償流等；按其水溫低于或高于所經(jīng)海區(qū)的水溫可以分為寒流和暖流；按其與海岸的相對位置分為沿岸流、向岸流和離岸流。在垂直方向上，海水從深層上升的流動稱為上升流（涌流），表層海水被迫下沉的流動稱為下降流。上升流和下降流是在垂直方向發(fā)生的補償流。風(fēng)洋流又稱為風(fēng)生海流或吹送流，沿風(fēng)向流動的長期而穩(wěn)定的洋流稱為漂流，是大洋表層海水在風(fēng)的切應(yīng)力作用下而產(chǎn)生的洋流。密度流是同一深度海水密度沿水平方向分布不均勻而引起的洋流。傾斜流是因江河水的注入、降水、氣壓變化和風(fēng)力等因子造成海面傾斜而引起的海水流動，故傾斜流又稱為坡度流。補償流是在某一海區(qū)因海水的大量流出而引起海面降低，海水即由臨近海區(qū)流入而引起的洋流。補償流分為垂直補償流和水平補償流。海水從深層上升以補充表層海水流失的現(xiàn)象稱為涌升流。表層海水發(fā)生堆積被迫下沉所形成的海水流動稱為下降流。Ekman效應(yīng)：由于地轉(zhuǎn)偏向力的影響，表層海水流動方向與風(fēng)向成45°夾角，洋流與風(fēng)向的夾角隨深度逐漸增大，流速逐漸減小，至某一深度，洋流方向與表層水流方向相反，這個深度稱為摩擦深度。這種效應(yīng)稱為Ekman效應(yīng)。洋流分布的一般模型2、洋流的地理分布全球洋流分布圖秘魯寒流加那利寒流黑潮暖流比斯開灣北非西岸西非沿岸加利福尼亞秘魯索馬里和阿拉伯沿岸澳大利亞西岸3、洋流對溫度的影響（1）調(diào)節(jié)了南北溫差（2）洋流與東西岸的氣溫差異4、洋流對降水的影響專題-----大氣環(huán)流和海溫異常：ELNINO1、概念：原自西班牙語ELNINO，意思是“圣嬰”，用來表示在南美洲西海岸（秘魯和厄瓜多爾附近）向西延伸，經(jīng)過赤道東太平洋至國際日期變更線附近的海面水溫異常增暖現(xiàn)象。2、發(fā)生過程：一般在春季（2月和3月）厄瓜多爾和秘魯沿岸開始有中等程度的溫度正距平，以后向西擴展，6個月之后影響到整個熱帶太平洋。3、判定EN

NINO發(fā)生：赤道東太平洋海水溫度大體上連續(xù)三個月正距平在0.5℃或其季距平達到0.5℃以上。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化熱帶太平洋暖水區(qū)(紅色部分)從秘魯西岸向西伸延至太平洋中部。

圖中深紅色部分水溫比正常高4℃至5℃。

（資料來源：美國國家海洋及大氣管理局）圖1998年1月

爆發(fā)與結(jié)束時間長度最高SSTA(℃)SSTA最高月SSTA強度綜合強度爆發(fā)類型暖事件

1951.06－1952.0181.011WWE1953.04－1953.1180.99VWWE1957.04－1958.07161.41SME1963.70－1964.0170.810WWE1965.05－1966.03111.312MME1968.10－1970.01161.15MMC1972.04－1973.02111.912SSE1976.07－1977.0170.910WWE1979.09－1980.0260.99VWVWE1982.05－1983.09172.512VSVSC1986.09－1988.01171.69VSVSC1991.05－1992.07151.44SSC1993.03－1993.1191.15WMC1994.09－1995.0261.212WWC1997.04－1998.05142.812VSVSEELNino事件分類一覽表注釋：VS—很強，對暖（冷）事件強度指數(shù)≥18.0℃（≤－16℃）；VW—很弱，對暖（冷）事件，強度指數(shù)≤-4.5℃（≥-3.5℃）；S—強，對暖（冷）事件強度指數(shù)為17.9—14.0℃（－15.9～－12.0℃）；M—中等，對暖（冷）事件強度指數(shù)為13.9～7.0℃（－11.9～－6.0℃）；W—弱，對暖（冷）事件強度指數(shù)為6.9～4.6℃（－5.9～－3.6℃）；E—東太平洋爆發(fā)型；C—中太平洋爆發(fā)型。

爆發(fā)與結(jié)束時間長度最高SSTA(℃)SSTA最高月SSTA強度綜合強度爆發(fā)類型冷事件1954.04－1956.0425-1.711VSVSE1956.07－1956.126-0.79VWWC1964.03－1965.0111-1.112MWE1967.08－1968.0510-0.72WVWE1970.06－1971.1219-1.412SSE1973.06－1974.0512-1.412MSE1974.09－1976.0319-1.512SVSC1984.10－1985.1013-0.912MWE1988.04－1989.0514-1.612SSE1995.09－1996.048-0.511VWVWE1998.10－2000.0318-1.31SSCLaNina事件分類一覽表ELNino事件持續(xù)時間圖4、形成正常情況下赤道太平洋南美西海岸（900W）附近表面暖水在赤道偏東信風(fēng)的應(yīng)力下向西輸送在西太平洋赤道（1200E）附近海水堆積，海平面上升，海水溫度升高，氣流上升，轉(zhuǎn)為高空西風(fēng)，以補充東部冷海區(qū)的下沉氣流；而東太平洋在離岸風(fēng)的作用下，表層海水產(chǎn)生離岸漂流，海水質(zhì)量持續(xù)輻散，海平面降低，下層冷海水上涌，使海水溫度降低。這樣形成了一個低空為偏東風(fēng)、高空為偏西風(fēng)的沃克環(huán)流，如圖。結(jié)果：冷水上涌使東太平洋赤道附近魚類豐富鳥類多，空氣層結(jié)穩(wěn)定，降水少，偏干旱氣候；而西太平洋地區(qū)則海水溫度高，空氣層結(jié)不穩(wěn)定，降水多，氣候濕潤。當(dāng)偏東信風(fēng)加強時，赤道東太平洋海水上翻強烈，降水異常少；而西部則降水異常多，即形成拉尼娜事件。當(dāng)偏東信風(fēng)減弱時，表層暖水回流，導(dǎo)致赤道東太平洋海平面上升，海溫升高，本存在的秘魯冷洋流變成暖洋流。結(jié)果：破壞了大氣環(huán)流原來正常的熱量、水汽等分布的動態(tài)平衡。造成這一帶魚類、鳥類死亡，赤道太平洋中東部地區(qū)降雨量會大大增加，造成洪澇災(zāi)害，西太平洋而澳大利亞和印度尼西亞等地區(qū)則干旱無雨。沃克環(huán)流第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化5、南方濤動（SouthernOscillation，簡稱SO）指南太平洋副熱帶高壓與印度洋赤道低壓這兩大活動中心之間氣壓變化的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即南太平洋副熱帶高壓比常年增高時，印度洋赤道低壓就比常年降低，兩者氣壓的變化有“Oscillate”特征，故稱濤動。該現(xiàn)象是沃克首先在20世紀(jì)20年代發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)以復(fù)活節(jié)島為中心的高壓系統(tǒng)升高時，盤踞在印度尼西亞和北澳大利亞上空的低壓系統(tǒng)氣壓下降，為定量化此現(xiàn)象沃克定義了南方濤動指數(shù)（SOI）即東西氣壓差值計算來描述。當(dāng)為正值時越大，濤動或震蕩越強，為負(fù)值越小時，濤動越弱。研究發(fā)現(xiàn)，該值大小變化與ELNino強弱關(guān)系密切，即當(dāng)SOI從正值下降到最小值時，ELNino則達到最強。所以ELNino與SO存在內(nèi)在的成因聯(lián)系，是全球海氣相互作用的信號，合稱為ENSO。在南太平洋高壓區(qū)相關(guān)系數(shù)是負(fù)的大值，而在澳大利亞—印尼低壓區(qū)是大的正值。月平均地面氣壓圖（90oW～150oW，5oN～7oS）海表溫度距平。南方濤動指數(shù)（SOI）與對流活動的指數(shù)（COI）的時間序列（國家氣候中心診斷室）第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化海拔高度、地表形態(tài)、方位（坡向和坡角）等影響水熱條件的再分配，從而對氣候產(chǎn)生影響。（三）地形對氣候的影響第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化1）機械阻擋作用，特別對下沉冷氣流的阻擋作用1、高大地形對氣溫影響印度半島與我國地理位置斯里加那蘭州德里沅陵加爾各答香港冷空氣的堆積作用2）熱力作用（1）地球的第三極地：青藏高原由于海拔高，氣溫特別低，它雖位于副熱帶、暖溫帶的緯度上，但在高原主體北部祁連山以及巴顏喀拉山東部1月平均地面氣溫出現(xiàn)-16—-18℃的閉合等溫線，盛夏7月尚有大片面積平均氣溫＜8℃，冬夏皆比同緯度東部平原平均氣溫低18—20℃。（2）氣溫日、年較差大：（3）氣溫季節(jié)變化急，春溫高于秋溫：青藏高原地-氣系統(tǒng)逐月向四周大氣輸送的熱量1）由于坡地方位不同，日照和輻射條件各異，導(dǎo)致土溫和氣溫都有明顯的差異。在我國，多數(shù)山地都南坡的溫度高于北坡.2）地形凹凸和形態(tài)的不同，對氣溫也有明顯的影響2、中小地形對氣溫的影響（1）原來空氣層結(jié)是對流性不穩(wěn)定或條件性不穩(wěn)定的，風(fēng)經(jīng)過山地的機械阻礙作用，引起氣流的抬升運動，空氣達到凝結(jié)高度以后，在上述層結(jié)條件下，能加速上升運動繼續(xù)發(fā)展，凝云致雨；（2）當(dāng)氣流進入谷地時，由于喇叭口效應(yīng)，引起氣流輻合上升，如果空氣潮濕，層結(jié)條件又適宜，就會產(chǎn)生降水；（3）在大陸性氣候地區(qū)，夏季由于山坡南北增溫情況不同，或由于谷底與山坡增溫比谷上空氣增溫快，會產(chǎn)生局部熱力對流，形成對流雨或雷暴雨。（4）氣流經(jīng)過崎嶇不平的地形區(qū)域，因摩擦力的影響產(chǎn)生湍流上升運動，在其他條件適宜時，往往形成低層云或?qū)臃e云，產(chǎn)生小量降水，如毛毛雨、小雨等。3、地形與降水的形成4、地形對降水分布的影響最大降水量高度：在迎風(fēng)山地，由山腳向上，降水量起初是隨著高度的增加而遞增的，達到一定高度降水量最大。過此高度后，降水量又隨著高度的增加而遞減，此一定高度稱為最大降水量高度（H）一、氣候分類方法1、柯本氣候?qū)嶒灧诸?）依據(jù)：氣溫和降水兩個氣候要素，并參照自然植被的分布狀況確定氣候類型2）

類型劃分

首先，將世界氣候分為五個氣候帶并以大寫字母表示，即熱帶氣候A、干燥氣候B、溫暖氣候C、寒冷氣候D、冰雪氣候E。在五個氣候帶中，除干燥氣候外，均以等溫線為界限。具體指標(biāo)是：A帶以最冷月氣溫的18℃等溫線為界；C帶以18℃＞最冷月氣溫＞-3℃的等溫線為界；D帶以最冷月氣溫-3℃，最熱月氣溫＞10℃等溫線為界；E帶以最熱月氣溫＜10℃的等溫線為界。B帶與A、C、D帶之間，以年平均氣溫和年降水的關(guān)系劃界。第三節(jié)氣候帶與氣候型其次，同一氣候帶，根據(jù)降水量的季節(jié)分配劃分氣候類型。具體指標(biāo)是：夏季干燥，冬季最濕月降水量至少3倍于最干月降水量；冬季干燥，夏季最濕月降水量至少10倍于最干月降水量；全年多雨，全年降水量分配均勻，達不到S和W的分配比例者。在A、C、D三個氣候帶分別劃分2或3個氣候類型。B帶根據(jù)干燥程度劃分兩種氣候類型。E帶根據(jù)最暖月氣溫0℃為界限劃分兩種氣候類型。這樣，柯本氣候分類將世界氣候分為5個氣候帶、11個氣候類型。具體如下：1、柯本氣候?qū)嶒灧诸怉f熱帶雨林氣候、Aw熱帶草原氣候、Bs草原氣候、Bw沙漠氣候、Cf溫暖常濕氣候，Cw溫暖冬干氣候、Cs溫暖夏干氣候、Ds寒冷常濕氣候、Dw寒冷冬干氣候、ET苔原氣候、EF冰原氣候。柯本氣候分類表優(yōu)點:1）氣候指標(biāo)嚴(yán)格;2）界限明確，分類系統(tǒng)簡明;3）能反映世界自然植被的分布狀況;4）以各級字母組合表示氣候帶、氣候型，含義明確，便于記憶，易在圖中表示.因此，柯本氣候分類曾被世界各國廣泛應(yīng)用.不足之處:1）忽視了對氣候發(fā)生發(fā)展和形成過程的研究；2）干燥氣候的成因受眾多因子影響，在A、C、D帶均有出現(xiàn)，不宜劃分獨立的氣候帶，3）沒有考慮高度因素對氣候的影響，忽視高地的氣溫和降水的垂直分布與緯度地帶性的差異?？卤練夂蚍诸惙ㄔu議認(rèn)為天氣是氣候形成的基礎(chǔ)，又受到氣團運動的作用，因此首先根據(jù)氣團源地、分布、鋒的位置和它們的季節(jié)變化將全球氣候分為三大帶，再根據(jù)水分平衡，用年總可能蒸散量Ev、土壤缺水量D、土壤儲水量S和土壤多余水量R等項來確定氣候帶和氣候型的界限，將全球氣候分為三個氣候帶，13個氣候型和若干副型，高地氣候則另列一類。2、斯查勒氣候成因分類法第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化3個氣候帶：低緯度氣候帶中緯度氣候帶高緯度氣候帶高地氣候型二、氣候帶與氣候型第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化低緯度的氣候主要受赤道氣團和熱帶氣團所控制。全年地-氣系統(tǒng)的輻射差額是入超的，因此氣溫全年皆高，最冷月平均氣溫在15℃—18℃以上。影響氣候的主要環(huán)流系統(tǒng)有赤道氣流輻合帶、沃克環(huán)流、信風(fēng)、赤道西風(fēng)、熱帶氣旋和副熱帶高壓，有的年份會出現(xiàn)厄爾尼諾現(xiàn)象。由于上述環(huán)流系統(tǒng)的季節(jié)移動，導(dǎo)致降水量的季節(jié)變化，在厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)時，引起降水分布的明顯異常，全年可能蒸散量在1300mm以上。本帶可分為五個氣候型：（一）低緯度氣候第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化

1·赤道多雨氣候

位于赤道及其兩側(cè)，大約向南、向北伸展到5°—10°左右，各地寬窄不一，主要分布在非洲扎伊爾河流域、南美亞馬遜河流域和亞洲與大洋洲間的從蘇門答臘島到伊里安島一帶。典型臺站：秘魯?shù)囊粱兴埂＿@里全年正午太陽高度角都很大，因此長夏無冬，各月平均氣溫在25℃—28℃，年平均氣溫在26℃左右。絕對最高氣溫很少超過38℃，絕對最低氣溫也極少在18℃以下；氣溫年較差一般小于3℃，日較差可達6℃—12℃，全年多雨，無干季，年水量在2000mm以上，最少月在60mm以上。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化

1·赤道多雨氣候全年皆在赤道氣團控制下，風(fēng)力微弱，以輻合上升氣流為主，多雷陣雨，天氣變化單調(diào)，降水量的年際變化很大。這與赤道輻合帶位置的變動有關(guān)，例如新加坡平均年降水量為2282mm，最濕年（4031mm）相當(dāng)于最干年（831mm）的近5倍。由于全年高溫多雨，各月平均降水量皆大于可能蒸散量，土壤儲水量皆達最大值（300mm），適于赤道雨林生長。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化

2·熱帶海洋性氣候出現(xiàn)在南北緯10°—25°信風(fēng)帶大陸東岸及熱帶海洋中的若干島嶼上，如加勒比海沿岸及諸島、巴西高原東側(cè)沿海、馬達加斯加?xùn)|岸、夏威夷群島等。典型臺站：哈瓦那。這里正當(dāng)迎風(fēng)海岸，全年盛行熱帶海洋氣團（Tm），氣候具有海洋性，最熱月平均氣溫在28℃上下，最冷月平均氣溫在18℃—25℃間，氣溫年較差、日較差皆小，如哈瓦拉年較差僅5.6℃，年降水量在1000mm以上，一般以5—10月較集中，無明顯干季，除對流雨、熱帶氣旋雨外，沿海迎風(fēng)坡還多地形雨。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化

3.熱帶干濕季氣候出現(xiàn)在緯度5°—15°左右，也有伸達25°左右的，主要分布在上述緯度的中美、南美和非洲。4·熱帶季風(fēng)氣候出現(xiàn)在緯度10°到回歸線附近的亞洲大陸東南部如我國臺灣南部、雷州半島和海南島；中南半島；印度半島大部；菲律賓；澳大利亞北部沿海等地。5·熱帶干旱與半干旱氣候出現(xiàn)在副熱帶及信風(fēng)帶的大陸中心和大陸西岸。在南、北半球各約以回歸線為中心向南北伸展，平均位置約在緯度15°—25°間。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（二）中緯度氣候1·副熱帶干旱與半干旱氣候該氣候型位于熱帶，在熱帶干旱氣候向高緯度的一側(cè)，約在南北緯25°—35°的大陸西岸和內(nèi)陸地區(qū)。它也是在副熱帶高壓下沉氣流和信風(fēng)帶背岸風(fēng)的作用下形成的。2·副熱帶季風(fēng)氣候位于副熱帶亞歐大陸東岸，約以30°N為中心，向南北各伸展5°左右。它是熱帶海洋氣團與極地大陸氣團交綏角逐的地帶，夏秋間又受熱帶氣旋活動的影響。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（二）中緯度氣候3·副熱帶濕潤氣候位于南北美洲、非洲和澳大利亞大陸副熱帶東岸。由于所處大陸面積小，未形成季風(fēng)氣候，這里冬夏溫差比季風(fēng)區(qū)小，一年中降水分配比季風(fēng)區(qū)均勻。4·副熱帶夏干氣候（地中海氣候）該帶位于副熱帶大陸西岸，緯度30°—40°之間的地帶，包括地中海沿岸、美國加利福尼亞州沿岸、南非和澳大利亞南端。這里受副熱帶高壓季節(jié)移動的影響，在夏季正位于副高中心范圍之內(nèi)或在其東緣，氣流是下沉的，因此干燥少雨，日照強烈。冬季副高移向較低緯度，這里受極鋒影響，鋒面氣旋活動頻繁，帶來大量降水。全年降水量在300—1000mm左右。冬季氣溫比較暖和，最冷月平均氣溫在4—10℃左右。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（二）中緯度氣候

5·溫帶海洋性氣候分布在溫帶大陸西岸，緯度約在40°—60°，包括歐洲西部，阿拉斯加南部、加拿大的哥倫比亞、美國華盛頓和俄勒岡兩州、南美洲40°—60°S西岸、澳大利亞的東南角，包括塔斯馬尼亞島和新西蘭等地。這些地區(qū)終年盛行西風(fēng)，受溫帶海洋氣團控制，沿岸有暖洋流經(jīng)過。冬暖夏涼，最冷月氣溫在0℃以上。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（二）中緯度氣候

6·溫帶季風(fēng)氣候出現(xiàn)在亞歐大陸東岸緯度35°—55°地帶，包括中國的華北和東北，朝鮮大部，日本北部及俄羅斯遠東部分地區(qū)。冬季盛行偏北風(fēng)，塞冷干燥，最冷月平均氣溫在0℃以下，南北氣溫差別大。夏季盛行東南風(fēng)，溫暖濕潤，最熱月平均氣溫在20℃以上，南北溫差小。氣溫年較差比較大，全年降水量集中于夏季，降水分布由南向北，由沿海向內(nèi)陸減少。天氣的非周期性變化顯著，冬季寒潮爆發(fā)時，氣溫在24h內(nèi)可下降10余度甚至20余度。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（二）中緯度氣候7·溫帶大陸性氣候主要分布在亞歐大陸海洋性氣候區(qū)東側(cè)和北美大陸1000W以東400～600N之間的地區(qū)。氣溫、降水和溫帶季風(fēng)氣候類似，但風(fēng)向、風(fēng)力季節(jié)變化不明顯。冬季不太寒冷，冬季多雨；夏季有對流雨但不十分集中。8·溫帶干旱半干旱氣候主要分布在350～500N的亞洲和北美大陸中心地帶，南美阿根廷和大西洋沿岸巴塔哥尼亞。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（三）高緯度氣候高緯度氣候帶分布在極圈附近，盛行極地氣團和冰洋氣團。低溫?zé)o夏是該氣候帶的最顯著特征。降水雖少，但蒸發(fā)較弱，凍土發(fā)育。1·副極地大陸性氣候主要出現(xiàn)于北半球高緯度地區(qū)，約500N～650N呈連續(xù)帶狀分布。作為極地大陸氣團的源地，終年受極地海洋氣團和極地大陸氣團控制。冬季漫長而嚴(yán)寒，至少有9個月；暖季短促。年降水量較少，并集中于夏季。2·極地冰原氣候出現(xiàn)于格陵蘭、南極大陸冰凍高原和北冰洋中靠近北極的島嶼上。3·極地長寒氣候（苔原氣候）主要分布在亞歐大陸和北美大陸北部邊緣，格陵蘭沿海地帶和北冰洋中的若干島嶼上。那里全年皆冬，一年中只有1～4個月平均氣溫在0～100C之間。降水量一般在200～300mm。蒸發(fā)微弱。植被為苔蘚、地衣和小灌木等，構(gòu)成苔原景觀。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（四）高地氣候高地氣候主要出現(xiàn)在約550S～700N之間的大陸高山高原地區(qū)。自山麓到山頂各氣候要素發(fā)生規(guī)律性變化，表現(xiàn)出明顯的氣候垂直地帶性。各氣象要素的垂直變化導(dǎo)致不同高度上具有不同的水熱組合，從而形成不同的高地氣候。

第四節(jié)氣候變化一、氣候變化簡史氣候一直呈波浪式發(fā)展，冷暖波動、干濕交替。氣候變化可以是周期性的，也可以是非周期性的。根據(jù)不同的時間尺度，地球氣候史通常分為地質(zhì)時期氣候、歷史時期氣候和近代氣候三個階段。（一）地質(zhì)時期氣候變化地質(zhì)時期的氣候距今22億～1萬年，以冰期、間冰期交替出現(xiàn)為特點，時間尺度在10萬年以上，溫度振幅為10～150C。在漫長的地質(zhì)歷史時期共出現(xiàn)三次大冰期，即：震旦紀(jì)大冰期：發(fā)生在6億年前，在亞、歐、非、北美和澳大利亞都發(fā)現(xiàn)冰磧層，我國長江中下游也有冰磧層存在。石炭—二迭紀(jì)大冰期：發(fā)生在2-3億年前，主要影響南半球。第四紀(jì)大冰期：發(fā)生在200萬年以前，最盛時期在1.8萬年以前，在大陸有三個大冰川中心。這三個大冰期都具有全球性的意義，發(fā)生的時間也比較確定。震旦紀(jì)以前，還有過大冰期的反復(fù)出現(xiàn)，其出現(xiàn)時間目前尚有不同意見。在大冰期之間是比較溫暖的大間冰期。震旦石炭-二疊第四紀(jì)斯堪的那維亞冰川中心北美冰川中心

西伯利亞冰川中心

第四紀(jì)大冰期三個主要大陸冰川中心（二）歷史時期氣候變化歷史時期氣候一般指第四紀(jì)末次冰期結(jié)束以來，即1萬年的所謂“冰后期”氣候，經(jīng)歷了寒冷、溫暖相差5～100C的波動。挪威冰川學(xué)家做了1萬年的雪線升降圖來反映氣候的變遷過程。歷史時期的全球變化（三）近代時期氣候變化近代氣候則指最近一二百年中有氣象觀測記錄時期的氣候。由于積累了大量較為精確的氣象資料，人們對這段時間氣候變化的了解超過前兩個時期。近140年來全球年平均地面氣溫距平變化20世紀(jì)全球地面平均氣溫增加了0.6℃±0.2℃

20世紀(jì)90年代是一百多年來最暖的十年1998是一百多年來最暖的一年近百年中國氣溫變化（王紹武等）近百年來增暖是全國性的，增溫幅度為每百年0.37C；1998年是1880年以來最暖的一年，全國平均氣溫距平達到1.38C。總結(jié)：地球歷史上的氣候變化1、在地球過去46億年的歷史中，大部分時期比目前溫暖，90％的時段只有一極有冰，1％的時段兩極都存在冰蓋。2、自新生代以來，全球在逐漸變冷。3、自21ka末次盛冰期結(jié)束后，大概從9ka年前起,地球處于比較穩(wěn)定的間冰期。4、在過去1000年，地球還經(jīng)歷冷中世紀(jì)溫暖期和小冰期。5、過去150年，全球平均氣溫增加0.6-0.80C?，F(xiàn)象：全球在變暖嗎？近萬年中國年平均氣溫變化（王紹武等）北半球千年溫度變化距平近千年中國平均氣溫變化（王紹武等）預(yù)測：21世紀(jì)氣候會怎樣?近50年增溫速率東北、西北和華北地區(qū)氣候變暖最為明顯全球變暖的主要觀測事實：20世紀(jì)全球地面平均氣溫增加了0.6℃±0.2℃60年代末以來雪蓋面積很可能減少了10％50年代以來北半球春夏海冰面積減少了10－15％，厚度也減小20世紀(jì)山地冰川廣泛消退20世紀(jì)全球海平面平均升高了0.1－0.2米20世紀(jì)北半球大陸中高緯地區(qū)云量可能增加2％，溫度日較差減小20世紀(jì)北半球大陸大部分中高緯地區(qū)降水很可能每十年增加了0.5－1.0%，而大部分亞熱帶大陸可能減少0.3%20世紀(jì)后期北半球中高緯地區(qū)強降水頻率可能增加2－4％1950年以來極端低溫出現(xiàn)頻率很可能已減少，極端高溫出現(xiàn)頻略有增加。70年代以來ENSO發(fā)生更頻繁、持續(xù)時間更長、強度更大。近幾十年南半球部分海洋和南極大陸部分地區(qū)沒有變暖，南極海冰范圍未見明顯變化。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化二、氣候變化的原因（一）天文方面的原因

（二）地文學(xué)方面的原因（三）人類活動對氣候的影響氣候變化的因子第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（一）天文方面的原因

1、太陽輻射強度的變化

太陽輻射可能在10～109年范圍內(nèi)變化?？梢姽廨椛渥兓秶话阍?.05％～1.0％之間，最大不超過2..0％～2.5％。太陽輻射的變化主要表現(xiàn)在紫外線到X射線以及無線電波輻射部分，當(dāng)太陽活動激烈時，這部分輻射發(fā)生強烈擾動。如果太陽輻射變化1％，氣溫將變化0.65～2.00C。

第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化2·太陽活動的準(zhǔn)周期變化

研究表明，太陽活動的準(zhǔn)周期變化與氣候振動有密切關(guān)系。太陽黑子活動的平均周期為11.2年，與世界主要大河的洪水周期吻合。

第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化3·地球軌道要素的變化

地球軌道要素（地球公轉(zhuǎn)軌道橢圓偏心率、自轉(zhuǎn)軸對黃道面的傾斜度、歲差）的變化使不同緯度在不同季節(jié)接受的太陽輻射發(fā)生變化，通常用以解釋第四紀(jì)冰期與間冰期的交替?，F(xiàn)在地軸的傾斜度是23°44′，最大時可達24°24′，最小時為22.1°，變動周期約為40000年?，F(xiàn)在地球軌道的偏心率為0.016偏心率是在0.00到0.06之間變動的，其周期約為96000年地球表面重力分布的不均勻引起海平面高度的不均勻，并且使大氣產(chǎn)生變形。地軸不斷地移動，地球自轉(zhuǎn)速度也在不斷變化，這些都會使離心力的變化，相應(yīng)地也會引起海洋和大氣的變化，從而導(dǎo)致氣候變化。4、宇宙—地球物理因子第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（二）地文學(xué)方面的原因地質(zhì)時期中，下墊面的變化對氣候變化產(chǎn)生了深刻的影響。其中以地極移動（緯度變化）、大陸漂移、造山運動和火山活動影響最大。第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化（三）人類活動對氣候的影響近百年來世界氣候變化的主要影響因子，按其重要程度排序為：溫室氣體（CO2、CH4、N2O、氟氯烴等）濃度變化、城市化、海溫變化、森林破壞、氣溶膠、荒漠化、太陽活動、O3、火山爆發(fā)及人為加熱。由此可見，大氣中CO2的含量的變化以被當(dāng)作近代氣候變化的首要原因。工業(yè)化以來

溫室氣體增加情況第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化溫室氣體變化與增暖貢獻表溫室氣體成份在大氣濃度（1985）年增長率輻射吸收潛力平均壽命（a）對增暖貢獻（%）CO2345ppm0.5110050CO90ppb0.6-1.0-0.2-CH41.65ppm1.0328-1219N2O300ppb0.25150100-2004O3-2.020000.1-0.38CFCs0.18-0.28ppb3.0>1000065-11015第四章氣候系統(tǒng)與氣候變化結(jié)論：1、從目前情況看，對溫室效應(yīng)貢獻最大為CO2，CH4、氟氯烴、N2O的貢獻明顯增加。2、CH4、氟氯烴增加尤為顯著，與近年人們生活方式改變冰箱使用有關(guān)。3、氟氯烴和CH4增暖潛力最大，體現(xiàn)在增長速率和增溫效果上。4、溫室效應(yīng)與溫室氣體平均壽命有關(guān)，這主要從源和匯的概念理解。可能的影響健康天氣原因的死亡現(xiàn)象傳染病森林群落結(jié)構(gòu)地理分布健康和生產(chǎn)力水資源水量水質(zhì)用水競爭海岸帶沿岸侵蝕沿岸土地淹沒沿岸城鄉(xiāng)保護的成本自然生態(tài)區(qū)物種和棲息地的喪失農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量灌溉用水的需求變化氣候變化氣溫降水海平面上升三、氣候變化的影響已經(jīng)造成的影響——冰川退縮192019401960198020002020190051015年1970年2000年高山生態(tài)系統(tǒng)對全球變暖十分敏感一些冰川出現(xiàn)減少或退縮現(xiàn)象冰川面積（平方公里）乞里馬扎羅山已經(jīng)造成的影響——冰川退縮19941986198019731962小冰期后期以來的變化1962年以來連續(xù)退縮情況天山烏魯木齊河源1號冰川斷開已經(jīng)造成的影響——湖泊水位下降與面積萎縮年年湖水位(米)湖水位(米)1960197019801990400045005000湖面積(平方公里)年下降約12米縮小670多平方公里青海湖（a）近百年和（b）近六百年水位變化的重建曲線氣候變化的影響－水資源Source:.uk/sec5/CR_div/Brochure97/氣候變化的影響－海岸帶全球50％-70％的人口分布在海岸帶，60％的中國人口集中在距海岸線60km的范圍內(nèi)。目前，全球受風(fēng)暴潮影響的人口有4600萬。海平面上升50cm將使受災(zāi)(淹沒和風(fēng)暴潮)人口增加到9200萬；上升100cm，受災(zāi)人口將達到11800萬(沒有考慮人口增長的因素)Source:CIESIN氣候變化的影響－作物產(chǎn)量圖中的評價與IPCC第二次評估報告大致相同，即：中高緯地區(qū)為正效應(yīng)，低緯地區(qū)為負(fù)效應(yīng)；產(chǎn)量變化的區(qū)域差異較大；因CO2的肥料效應(yīng)，某些國家和