氣候形成與觀測(cè)事實(shí)全套ppt

第五章氣候形成與觀測(cè)事實(shí)世界1月海平面氣溫（攝氏度）的分布外部因子：影響氣候而本身不受氣候影響的因子稱(chēng)為外部因子，如太陽(yáng)輻射、火山活動(dòng)等；內(nèi)部因子：影響氣候而本身又受氣候影響的因子稱(chēng)為內(nèi)部因子。如氣候系統(tǒng)內(nèi)部因素。影響氣候形成和變化的因子氣候形成和變化因子太陽(yáng)輻射宇宙地球物理因子環(huán)流因子：大氣環(huán)流和洋流下墊面因子：海陸分布、地形、地面特性人類(lèi)活動(dòng)氣候形成的輻射因子一、太陽(yáng)輻射與天文氣候第一節(jié)1.定義：由天文輻射決定的氣候稱(chēng)為天文氣候.熱帶北溫帶南溫帶北寒帶南寒帶北極圈北回歸線(xiàn)赤道南回歸線(xiàn)南極圈地球的五帶第一節(jié)1）天文氣候的年變化：具有以一年為周期的季節(jié)性變化特點(diǎn)，但不同緯度具有不同的變化特點(diǎn)，中高緯度的年變化顯著，低緯度的年變化小。2）天文氣候的空間變化：具有隨緯度增高而減小的趨勢(shì)。不同季節(jié)或不同區(qū)域這種趨勢(shì)有強(qiáng)弱差異。緯度（φ）

0°10°20°30°40°年輻射總量（kJ./cm2）

13241325126911831062年平均氣溫（℃）

32．831．628．222．113．7緯度（φ）

50°60°70°80°90°年輻射總量（kJ./cm2）

920763635575557年平均氣溫（℃）

2．6-10.9-24.1-32.0-34.8北半球太陽(yáng)輻射和氣溫分布第一節(jié)二、氣候系統(tǒng)輻射過(guò)程與氣候形成第一節(jié)1.地面、大氣的輻射收支特征與其各自的平均溫度的關(guān)系；2.地面輻射差額對(duì)地表溫度的影響;3.低緯與高緯地-氣系統(tǒng)輻射收支的差與大氣環(huán)流的形成。

氣候形成的環(huán)流因子第二節(jié)環(huán)流包括大氣環(huán)流和洋流一、大氣環(huán)流的形成及狀態(tài)1）太陽(yáng)輻射_單圈環(huán)流2）地球自轉(zhuǎn)_三圈環(huán)流、三風(fēng)四帶3）下墊面非均勻性：海陸分布、高大地形_大氣活動(dòng)中心、高空槽脊4）地表摩擦近地層三風(fēng)四帶第二節(jié)1）水平方向地面上有大型高、低壓系統(tǒng)，北半球冬季:西伯利亞高壓、阿留申低壓、北美高壓和冰島低壓。夏季:西北太平洋副高、印度低壓、北美低壓和亞速爾高壓。大氣活動(dòng)中心：平均海平面氣壓分布圖上的大型高壓和低壓系統(tǒng)。分為永久性和半永久性（季節(jié)性）活動(dòng)中心。高空：大型槽、脊系統(tǒng)。冬季：東亞大槽、北美大槽和歐洲淺槽。第二節(jié)ab全球1月份(a)和7月份(b)1971-2000年的平均海平面氣壓圖(單位為hPa)1月份7月份DDGGGDG北半球1月（a）和7月（b）500hPa等高面圖1月7月hpaabc平均緯向環(huán)流的剖面結(jié)構(gòu)年平均1月7月2）經(jīng)圈方向三圈環(huán)流：哈德萊環(huán)流、費(fèi)雷爾環(huán)流和極地環(huán)流圈。平均經(jīng)圈環(huán)流：南北向沿經(jīng)圈的垂直剖面上，由風(fēng)速的平均北、南分量和垂直分量構(gòu)成的平均環(huán)流圈.第二節(jié)經(jīng)向上的三圈環(huán)流第二節(jié)平均經(jīng)向環(huán)流圈平均冬季夏季1赤道與極地間的熱量輸送

--減小了高低緯間的溫差2海陸間的熱量傳輸

--使同一緯度大陸東西岸和大陸內(nèi)部氣溫產(chǎn)生顯著的差異.第二節(jié)二、環(huán)流對(duì)溫度的影響

緯度0o10o20o30o40o50o60o70o80o90o輻射差額溫度393632228-6-20-32-41-44觀測(cè)溫度26272520146-1-9-18-22溫度差數(shù)-13-9-7-261219232322環(huán)流對(duì)熱量的調(diào)節(jié)低緯和高緯間輻射差額溫度與實(shí)際溫度的比較緯度大陸東岸

大陸西岸57.2oN奈因-19.9oC阿伯丁2.9oC59.4oN鄂霍次克-22.4oC亞庫(kù)塔特-2.6oC中高緯度大陸東西岸１月平均氣溫的對(duì)比第二節(jié)世界1月海平面氣溫（攝氏度）的分布xyvABCDxzA1B1C1D1第二節(jié)z單位時(shí)間通過(guò)ABCD面的空氣質(zhì)量為,通過(guò)的顯熱為:水汽輸送為3.大氣熱量輸送計(jì)算單位：Js-1單位：kgs-1從地面到某一高度,單位x方向距離的顯熱輸送潛熱輸送沿y方向單位x方向距離、垂直方向單位hPa、單位時(shí)間的熱量和水汽輸送：?jiǎn)挝唬篔s-1m-1hPa-1單位：kgs-1m-1hPa-1單位：Js-1m-1南北向熱量輸送隨緯度和季節(jié)的變化特征１顯熱輸送在５oＮ左右分別向北，南輸送，最大值在２０和５０－６０o間；２潛熱輸送在回歸線(xiàn)附近分別向高，低緯度輸送，向高緯輸送的最大值在４０o左右，向低緯輸送的高值在１０o左右；南半球向低緯輸送的潛熱可跨越赤道到５oＮ左右;３洋流熱通量從２oＮ左右分別向南，向北輸送，在２０度附近達(dá)最高值,占總經(jīng)向熱量輸送的30%左右；４總熱通量平均以４０o附近為最大，從季節(jié)變化來(lái)看，冬季大，夏季?。?/p>

蒸發(fā)過(guò)程云和降水的形成以及降水量的大小水汽輸送第二節(jié)三、環(huán)流對(duì)水分的影響實(shí)線(xiàn):降水虛線(xiàn):蒸發(fā)2.環(huán)流對(duì)水分的影響緩解了海陸間水分差異；同時(shí)形成了大體與海岸線(xiàn)平行，以經(jīng)向變化為主，干濕程度不同的若干氣候類(lèi)型（濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)、半干旱、干旱）。

第二節(jié)401046369水分輸送過(guò)程中水汽減少示意圖海洋陸地沿海降水徑流降水蒸發(fā)徑流蒸發(fā)內(nèi)陸三、氣候形成的下墊面因子1海陸分布對(duì)氣候形成的影響2地形對(duì)氣候形成的影響陸面過(guò)程與氣候形成冰雪過(guò)程與氣候形成第三節(jié)第三節(jié)1)海陸分布對(duì)氣溫的影響海陸與大氣熱量交換的差異

海陸物理性質(zhì)的差異：反射率、熱容量、動(dòng)力屬性、海陸面積；

海陸與大氣熱量交換的差異:輻射差額、顯熱通量、潛熱通量。海陸表面溫度的差異.1海陸分布對(duì)氣候形成的影響太陽(yáng)總輻射（W/M2）月份17北非，阿拉伯174.3375.7我國(guó)東部87.2180.6太平洋中部116.2233.4輻射差額（W/M2）1743.6121.540.2108.058.1193.7潛熱通量（W/M2）177.32.9-4.842.1154.996.8-193.7104.1顯熱通量（W/M2）1736.3127.58.260.567.80.82潛熱通量+顯熱通量（W/M2）1743.6130.4-132.350.3215.5216.9106.51,7月沿北緯30上各經(jīng)度輻射、顯熱及潛熱通量海陸氣溫的對(duì)比等壓面（hPa）月份（1）亞非大陸（2）太平洋（1）-（2）海平面179.231.012.524.7-3.36.3850175.524.06.516.4-1.07.670017-1.313.9-0.38.6-1.05.350017-16.5-4.3-14.5-6.8-2.02.530017-41.8-28.1-38.5-33.0-3.34.9在北緯30度不同高度上海陸氣溫及其差值2)海陸分布對(duì)大氣水分的影響對(duì)空氣濕度的影響對(duì)霧的影響：世界上霧頻率出現(xiàn)高的有哪些地區(qū)？海洋多平流霧、陸地多輻射霧對(duì)降水的影響

對(duì)流雨：陸地上主要出現(xiàn)在夏季午后，海洋上出現(xiàn)在冬季夜間。地形雨：陸地上鋒面雨與氣旋雨：海洋多于陸地第一節(jié)第三節(jié)第一節(jié)3)海陸分布對(duì)環(huán)流的影響對(duì)高空環(huán)流的影響：平直氣流產(chǎn)生了槽、脊波動(dòng)。季風(fēng)環(huán)流（1）季風(fēng)的定義：大范圍地區(qū)的盛行風(fēng)隨季節(jié)具有顯著改變的大氣運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。（2）季風(fēng)的形成：海陸間的熱力差異以及這種差異的季節(jié)變化第三節(jié)第三節(jié)行星風(fēng)系季節(jié)位移作用——西南季風(fēng)（又稱(chēng)印度

季風(fēng)或南亞季風(fēng)）

FcFc冬夏NEGNW10°N0°10°SGGSWSE（3）東亞季風(fēng)的形成海陸間的熱力差異以及這種差異的季節(jié)變化青藏高原的作用（4）東亞季風(fēng)的特點(diǎn)

冬季風(fēng)由北而南依次為西北風(fēng)、北風(fēng)和東北風(fēng)；夏季風(fēng)為偏南風(fēng)，冬季風(fēng)強(qiáng)于夏季風(fēng)。影響我國(guó)東部、朝鮮、韓國(guó)和(5)東亞季風(fēng)指數(shù)第三節(jié)SCSmonsoonsouthwestmonsoonshearvorticitynorth-souththermalcontrasteast-westthermalcontrast東亞季風(fēng)指數(shù)李建平研究員和曾慶存院士提出的東亞季風(fēng)指數(shù)，NOAA氣候預(yù)報(bào)中心經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的評(píng)估驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)該指數(shù)可以很好地表征季風(fēng)環(huán)流和降水型。年起將他們提出的東亞季風(fēng)指數(shù)投入日常業(yè)務(wù)應(yīng)用。（6）東亞副熱帶季風(fēng)指數(shù)東亞副熱帶季風(fēng)區(qū)：22.5~32.5°N,112.5~135°E東亞副熱帶季風(fēng)指數(shù)=東亞季風(fēng)區(qū)平均的（標(biāo)準(zhǔn)化西南風(fēng)-標(biāo)準(zhǔn)化OLR）長(zhǎng)江中下游夏季降水指數(shù)和同期的850hPa西南氣流(a)以及OLR(b)的相關(guān)分布圖（淺色陰影區(qū)為通過(guò)95%顯著性檢驗(yàn)，深色陰影區(qū)為通過(guò)99%顯著性檢驗(yàn)，矩形區(qū)為本文定義的東亞副熱帶季風(fēng)區(qū)）降水與西南氣流相關(guān)降水和OLR相關(guān)850hPa環(huán)流差值圖（東亞副熱帶夏季風(fēng)強(qiáng)年減弱年）ACAAC200hPa環(huán)流差值圖（東亞副熱帶夏季風(fēng)強(qiáng)年減弱年）AC東亞副熱帶季風(fēng)指數(shù)與我國(guó)160站夏季降水的同期相關(guān)分布（淺色陰影區(qū)為通過(guò)95%顯著性檢驗(yàn)，深色陰影區(qū)為通過(guò)99%顯著性檢驗(yàn)）亞洲季風(fēng)（a為冬季；b為夏季）第一節(jié)第三節(jié)（7）南亞季風(fēng)形成：行星風(fēng)帶的季節(jié)位移、海陸熱力差異特點(diǎn)：冬季風(fēng)為東北風(fēng)，夏季風(fēng)為西南風(fēng)，夏季風(fēng)強(qiáng)于冬季風(fēng)。海陸風(fēng)白天風(fēng)從海洋吹向陸地，夜間風(fēng)從陸地吹向海洋，這種風(fēng)稱(chēng)為海陸風(fēng)。海陸分布對(duì)氣候形成的影響陸地與海洋氣候特點(diǎn)對(duì)比、海洋（洋流）在局地及全球氣候形成中的作用陸地與海洋氣溫差異產(chǎn)生的環(huán)流對(duì)陸地氣候的影響第三節(jié)2地形對(duì)氣候形成的影響1)對(duì)氣溫的影響(1)高大地形動(dòng)力作用

機(jī)械阻擋作用,對(duì)北風(fēng)的阻擋使地形南側(cè)的氣溫高于同緯度其它地區(qū)繞流分支作用(2)高大地形熱力作用

高原氣溫的年、日變化特點(diǎn)；地面輻射差額（氣溫）隨海拔高度升高而減?。ń档停垂直氣候帶；高原氣溫日較差大于平原，高原氣溫年較差小于平原。高原日較差平原日較差h最高氣溫l最低氣溫n夜間d白天高原與同高度自由大氣氣溫的對(duì)比：夏季高原上的氣溫高于同高度的自由大氣，冬季相反。長(zhǎng)白山的垂直氣候帶第三節(jié)(3)中小地形對(duì)氣溫的影響坡地方位：平均南坡高于北坡地形形態(tài)：凹下地形的日較差、年較差大于凸出地形；谷地氣溫的垂直分布特點(diǎn)：冷湖、暖帶2)地形對(duì)環(huán)流的影響(1)動(dòng)力作用

機(jī)械阻擋作用:迎風(fēng)坡形成高壓脊,背風(fēng)坡形成低壓槽.分支繞流作用:西風(fēng)氣流形成南槽北脊.第三節(jié)(2)熱力作用青藏高原季風(fēng)定義:由青藏高原與四周自由大氣的熱力差異所引起的冬夏相反的盛行風(fēng)系,稱(chēng)為青藏高原季風(fēng).影響我國(guó)對(duì)流層低層的季風(fēng)厚度增厚青藏高原上空形成青藏高壓（南壓高壓），破壞對(duì)流層中部的行星氣壓帶和行星環(huán)流。第三節(jié)山谷風(fēng)定義:當(dāng)大范圍水平氣壓場(chǎng)較弱時(shí),白天地面風(fēng)從谷地吹向山坡，夜間地面風(fēng)從山坡吹向谷地的局地?zé)崃Νh(huán)流。形成：特點(diǎn)：山谷風(fēng)是山區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，午后達(dá)到最大，有明顯的季節(jié)變化，冬季山風(fēng)強(qiáng)于谷風(fēng)，夏季則谷風(fēng)強(qiáng)于山風(fēng)。第三節(jié)3)地形對(duì)降水的影響(1)地形促進(jìn)降水的形成(2)地形對(duì)降水分布的影響

改變大范圍的降水分布迎風(fēng)坡降水遠(yuǎn)多于背風(fēng)坡最大降水高度：在迎風(fēng)山地，由山足向上，降水量起初是隨著高度的增加而遞增的，達(dá)到一定高度降水量達(dá)最大，過(guò)此高度后，降水量又隨著高度的增加而遞減，此一定高度稱(chēng)為最大降水高度。第三節(jié):不同高度降水量分布

最大降水高度：印度SW側(cè)沿海山地——500—700m；

黃山——1000m±

新疆——2000~4000m4)高大山脈是氣候的分界線(xiàn)(1)山脈兩側(cè)氣溫的顯著差異(2)山脈兩側(cè)降水的顯著差異秦嶺山脈：北亞熱帶與南溫帶南嶺山脈：亞熱帶與北亞熱帶天山山脈：南疆干旱氣候與北疆半干旱氣候第三節(jié)?高大山系（脈）往往是氣候分界線(xiàn)

例A：西安

T（1月）—0.5℃

R年—518mm暖溫帶氣候帶

（半濕潤(rùn)型）

N

秦嶺

S

T（1月）—3℃

南鄭R年—791mm北亞熱帶氣候帶（濕潤(rùn))

例B：烏魯木齊R年—345mm

T日>0℃〈220天半干旱

N

天山

S

各地R年<100mm

（若羌地區(qū)R=45mm）干旱

塔里木盆地T日>0℃260天

地形高大地形中小地形高原高大山地自身氣候特點(diǎn)對(duì)周?chē)灾寥驓夂蛐纬捎绊懞０胃叨鹊匦涡螒B(tài)凹下地形（盆地、谷地）突出地形（山坡、山頂）地形對(duì)氣候形成的影響程度與地形海拔高度、范圍、形態(tài)、所處的地理位置等具有密切的關(guān)系.熱力過(guò)程動(dòng)力過(guò)程第三節(jié)陸面過(guò)程與氣候陸面過(guò)程（陸-氣相互作用）的定義：發(fā)生在陸地表面的熱力、動(dòng)力、水文以及生物物理、生物化學(xué)等一系列復(fù)雜過(guò)程，以及陸地表面與大氣的相互作用過(guò)程稱(chēng)之為陸面過(guò)程。陸面基本特征一、陸面過(guò)程的基本概念I(lǐng)GBP全球陸地表面的分類(lèi)圖地面輻射差額地面與大氣的潛熱通量地面與大氣的湍流熱通量地表與下層的熱量交換地表與上層生物體的化學(xué)、生物過(guò)程有關(guān)的能通量第四節(jié)1）熱力過(guò)程（能量平衡過(guò)程）3陸面過(guò)程2）動(dòng)量交換過(guò)程地面對(duì)風(fēng)的摩擦，植被對(duì)風(fēng)的阻擋3）水文過(guò)程降水、蒸發(fā)、植物的蒸騰、凝結(jié)、地表徑流、冰雪融化等。4）物質(zhì)交換過(guò)程水汽、CO2及其他化學(xué)氣體和氣溶膠的交換，大氣懸浮物的沉落。二、陸面過(guò)程對(duì)氣候的影響1.地表反射率1）土壤類(lèi)型、土壤水分、植被覆蓋等陸面狀況的變化均會(huì)引起地表反射率的變化。2）反射率的變化可影響地面輻射差額，進(jìn)而影響地表溫度以及地表與大氣的熱量交換。反照率異常變化可能引起的氣候效應(yīng)分支繞流作用:西風(fēng)氣流形成南槽北脊.2地形對(duì)氣候形成的影響在北緯30度不同高度上海陸氣溫及其差值海陸與大氣熱量交換的差異為什么說(shuō)地形對(duì)氣候形成的影響具有多樣性和復(fù)雜性特點(diǎn)？１顯熱輸送在５oＮ左右分別向北，南輸送，最大值在２０和５０－６０o間；機(jī)械阻擋作用:迎風(fēng)坡形成高壓脊,背風(fēng)坡形成低壓槽.5℃

R年—518mm暖溫帶氣候帶

（半濕潤(rùn)型）

N

秦嶺

S

T（1月）—3℃

南鄭R年—791mm北亞熱帶氣候帶（濕潤(rùn))

例B：烏魯木齊R年—345mm

T日>0℃〈220天半干旱

N

天山

S

各地R年<100mm

（若羌地區(qū)R=45mm）干旱

塔里木盆地T日>0℃260天凹下地形（盆地、谷地）thermalcontrast三、氣候形成的下墊面因子陸地與海洋氣候特點(diǎn)對(duì)比、海洋（洋流）在局地及全球氣候形成中的作用長(zhǎng)江中下游夏季降水指數(shù)和同期的850hPa西南氣流(a)以及OLR(b)的相關(guān)分布圖（淺色陰影區(qū)為通過(guò)95%顯著性檢驗(yàn)，深色陰影區(qū)為通過(guò)99%顯著性檢驗(yàn)，矩形區(qū)為本文定義的東亞副熱帶季風(fēng)區(qū)）資料分析：衛(wèi)星觀測(cè)、地表通量觀測(cè)等三、氣候形成的下墊面因子全球陸地不同土壤濕度情況下模擬的降水率分布：（陰影區(qū)為降水率大于2mm/d的區(qū)域）土壤濕度變化可能引起的氣候效應(yīng)全球陸地不同土壤濕度情況下模擬的降水率分布：（陰影區(qū)為降水率大于2mm/d的區(qū)域）濕土壤干土壤3.植被—改變反射率、土壤濕度、粗糙度，影響地表輻射差額以及與大氣間的水分和熱量交換來(lái)影響局地和遠(yuǎn)處的氣候。模式模擬的亞馬遜地區(qū)的熱帶雨林砍伐引起的氣候變化，Shukla等，1990）地表溫度（單位：℃）；（深層土壤溫度（單位：℃）降水量（mm/a）蒸發(fā)量（mm/a）植被植被反射率

地表凈輻射感熱潛熱云量降水