1、第七章 陸面過程第一節(jié)第一節(jié) 陸面過程的基本概念陸面過程的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 陸面過程對氣候的影響陸面過程對氣候的影響第三節(jié)第三節(jié) 陸面過程模擬陸面過程模擬1. 陸面基本特征：植被、土壤質地、地形地貌2. 陸面過程（陸-氣相互作用）的定義：發(fā)生在陸地表面的熱力、動力、水文以及生物物理、生物化學等一系列復雜過程，以及陸地表面與大氣的相互作用過程稱之為陸面過程。 陸面物理過程、陸面生物化學過程、陸面生態(tài)過程7.1 陸面過程的基本概念陸面過程的基本概念 IGBP全球陸地表面的分類圖 tsSQHLER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、生

2、物過程有關的能通量1）熱力過程（能量平衡過程）2） 動量交換過程地面對風的摩擦，植被對風的阻擋3） 水文過程降水、蒸發(fā)、植物的蒸騰、凝結、地表徑流、冰雪融化等。4） 物質交換過程水汽、CO2及其他化學氣體和氣溶膠的交換，大氣懸浮物的沉落。1.地表反射率1）土壤類型、土壤水分、植被覆蓋等陸面狀況的變化均會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，進而影響地表溫度以及地表與大氣的熱量交換。7.2 陸面過程對氣候的影響陸面過程對氣候的影響地表反照率異常變化可能引起的氣候效應 2.土壤濕度土壤濕度變化可能引起的氣候效應 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2

3、mm/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影響局地和遠處的氣候。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 日照凈輻射土壤濕度反射率正反饋負反饋植被變化對氣候影響的反饋過程1）通過影響反射率，影響地面輻射差額；2）影響水分存儲、滲透和熱容量的大?。河绊懙孛鏈囟群屯寥罎穸?3）影響地面與上層大氣的湍流感熱交換：對氣溫高低產生直接影響;4）影響地面與上層大氣的湍流潛熱交換

4、：對空氣濕度產生直接影響;5）影響地面粗糙度：對地面風速產生直接影響.4.下墊面性質的變化對局地氣候影響的基本過程5. 局地氣候效應1）城市熱島效應：由于城市地表性質與郊區(qū)的差異以及城市人為熱的影響，城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)的現象。2）森林破壞效應3）水庫效應 陸面過程的研究1.數值模擬：通過數值方法求解控制陸面的能量、質量、動量平衡方程，計算土壤溫度、土壤濕度等陸面狀態(tài)參量，同時確定地-氣之間的能量通量（輻射通量、感熱通量、潛熱通量）、動量通量和質量通量等，在描述陸面狀態(tài)變化的同時，為大氣模式提供陸地部分的下邊界條件。2. 資料分析：衛(wèi)星觀測、地表通量觀測等陸面過程局地氣候大氣遙響應與周

5、圍氣候差異第八章 冰雪圈與氣候第一節(jié)第一節(jié) 地球上冰雪圈得分布和變化地球上冰雪圈得分布和變化第二節(jié)第二節(jié) 冰雪覆蓋對氣候的影響冰雪覆蓋對氣候的影響第三節(jié)第三節(jié) 冰雪作用的模擬冰雪作用的模擬冰雪占全球水分的冰雪占全球水分的2%2%，占全球淡水的，占全球淡水的8080% %1.1.冰雪反射率和融解潛熱很高，冰雪圈起著大氣和海洋的有效冰雪反射率和融解潛熱很高，冰雪圈起著大氣和海洋的有效熱匯的作用熱匯的作用2.2.冰雪熱傳導率低，能減少大氣、海洋和陸地之間的熱量交換冰雪熱傳導率低，能減少大氣、海洋和陸地之間的熱量交換3.3.融化冰雪吸收大量熱量融化冰雪吸收大量熱量4.4.海水結冰是鹽分析出，增加海洋上

6、層鹽度，海冰融化是表層海水結冰是鹽分析出，增加海洋上層鹽度，海冰融化是表層海水鹽度減小，影響海洋的層結穩(wěn)定海水鹽度減小，影響海洋的層結穩(wěn)定More solar energy is being deposited in the Arctic Ocean Perovich et al., GRL, 2007Ann. Review of Marine Science, 2009Snow-Ice Albedo Feedback8.1 8.1 地球上冰雪圈得分布和地球上冰雪圈得分布和變化變化8.1.1 8.1.1 地球上冰雪圈的地球上冰雪圈的分布分布 冰和雪是水的固態(tài)形式。冰和雪是水的固態(tài)形式。與液態(tài)和

7、氣態(tài)的水相比，冰和雪是相對穩(wěn)定的。與液態(tài)和氣態(tài)的水相比，冰和雪是相對穩(wěn)定的。冰雪圈組成部分：冰雪圈組成部分：海冰、大陸冰川、大陸雪蓋海冰、大陸冰川、大陸雪蓋永久積雪永久積雪大陸穩(wěn)定積雪大陸穩(wěn)定積雪季節(jié)積雪季節(jié)積雪永久海冰永久海冰冰-氣相互作用的能量平衡方程Ri 冰面的凈輻射通量LE，H 分別為冰面與大氣間的潛熱和感熱通量Q為通過冰層分子傳輸的熱通量。tQ為冰融化熱通量QQHLERti冰主要分布在南極冰蓋，北極海冰和大陸冰川（格陵冰主要分布在南極冰蓋，北極海冰和大陸冰川（格陵蘭島、青藏高原等）。蘭島、青藏高原等）。冰雪圈的覆蓋范圍是可以改變的，海冰平均覆蓋世界冰雪圈的覆蓋范圍是可以改變的，海冰平

8、均覆蓋世界海洋的海洋的7%，大陸冰蓋占陸地表面的，大陸冰蓋占陸地表面的11%。水的冰點恰好位于地球上通常的最低溫度和最高溫度水的冰點恰好位于地球上通常的最低溫度和最高溫度之間大約一半的地方之間大約一半的地方，因此，冰雪圈的分布范圍對地，因此，冰雪圈的分布范圍對地球表面溫度的變化極為敏感。球表面溫度的變化極為敏感。南極冰蓋南極冰蓋南極洲，位于南極點四周，為南極洲，位于南極點四周，為冰雪覆蓋的大陸，周圍島嶼冰雪覆蓋的大陸，周圍島嶼星羅棋布。南極洲的面積，星羅棋布。南極洲的面積，包括南極大陸及其島嶼面積包括南極大陸及其島嶼面積共約共約1 400萬平方千米，占世萬平方千米，占世界陸地面積的界陸地面積的

9、10%，與美國和與美國和墨西哥面積之和相當，是中墨西哥面積之和相當，是中國陸地面積的國陸地面積的1.45倍倍，是澳大，是澳大利亞陸地面積的利亞陸地面積的2倍，為世界倍，為世界第五大陸。第五大陸。 南極大陸的南極大陸的98%98%被冰雪覆蓋著。經過科學家多年的測量被冰雪覆蓋著。經過科學家多年的測量計算，計算，平均厚度為平均厚度為17001700米米，最大厚度為最大厚度為48004800米。最厚的米。最厚的冰蓋位于東南極洲的澳大利亞凱西站以東冰蓋位于東南極洲的澳大利亞凱西站以東510510千米處。千米處。南極大陸常年被冰雪覆蓋著，使得南極大陸，特別是東南極大陸常年被冰雪覆蓋著，使得南極大陸，特別是

10、東南極洲形成一個穹狀的高原，南極洲形成一個穹狀的高原，平均高度為平均高度為23502350米米，成為，成為地球上最高的大陸，比包括青藏高原在內的亞洲大陸的地球上最高的大陸，比包括青藏高原在內的亞洲大陸的平均高度要高平均高度要高2.52.5倍。但是如果不計這巨大的冰蓋，倍。但是如果不計這巨大的冰蓋，南南極大陸的平均高度僅有極大陸的平均高度僅有410410米米，比整個地球上陸地的平，比整個地球上陸地的平均高度要低得多。均高度要低得多。南極海冰（冰山）南極海冰（冰山）在南極周圍的海洋在南極周圍的海洋南大洋中，漂浮著數以萬計的冰山，其體積之南大洋中，漂浮著數以萬計的冰山，其體積之大，數量之多，遠遠超乎

11、人們的想象。大，數量之多，遠遠超乎人們的想象。 冰山和浮冰不同，浮冰是海水凍成的海冰，冰山卻是從南極冰蓋分離出來的。每年都有數以萬計的冰山從陸緣冰的邊緣分裂出來，成為南每年都有數以萬計的冰山從陸緣冰的邊緣分裂出來，成為南極海域獨具特色的象征。據統計，南大洋的冰山大約有極海域獨具特色的象征。據統計，南大洋的冰山大約有218 300218 300座，座，平均每個冰山重平均每個冰山重1010萬噸。萬噸。由于南大洋的冰山體積大，海面溫度低，一般壽命可以維持由于南大洋的冰山體積大，海面溫度低，一般壽命可以維持1010年左右年左右才會慢慢消融才會慢慢消融 南極地區(qū)的冰雪南極地區(qū)的冰雪如果全部融化，全球洋面

12、將升高如果全部融化，全球洋面將升高6565米米，地球上的陸地面積將因此而縮小，地球上的陸地面積將因此而縮小20002000萬平方千米。這將會給世界上人口相對稠密的低海拔地區(qū)造成巨大萬平方千米。這將會給世界上人口相對稠密的低海拔地區(qū)造成巨大災難。災難。南極地區(qū)冰雪覆蓋在多冰的南極地區(qū)冰雪覆蓋在多冰的9 9月約占該半球總面積的月約占該半球總面積的13%13%，而最小值為，而最小值為6.3%6.3%，從而可以推斷南極的冰雪覆蓋具有顯著的氣候效應，從而可以推斷南極的冰雪覆蓋具有顯著的氣候效應南極洲的冰和雪是世界上最大的淡水庫，南極洲的冰和雪是世界上最大的淡水庫，冰蓋的總體積約冰蓋的總體積約245024

13、50萬立方千萬立方千米，占世界陸地冰量的米，占世界陸地冰量的9090，淡水總量的，淡水總量的7070中山站中山站長城站長城站1985 年2月20日1989年1月26日2009年1月27日昆侖站昆侖站伊麗莎白公主伊麗莎白公主(比利時比利時)康科迪亞站康科迪亞站(法國、意大利法國、意大利)諾伊邁爾諾伊邁爾科考站科考站(德國德國)阿蒙森阿蒙森-斯科特站斯科特站(美國美國)哈利哈利VI(英國英國)薩納伊薩納伊(南非南非)北極地區(qū)北極地區(qū)邊緣海分布邊緣海分布北極地區(qū)海洋深度北極地區(qū)海洋深度（單位：米）（單位：米）北極海冰冰蓋面積表北極海冰冰蓋面積表格陵蘭島格陵蘭島大陸冰蓋占全島面積大陸冰蓋占全島面積 4

14、/54/5格陵蘭島的大陸冰蓋平均厚度為格陵蘭島的大陸冰蓋平均厚度為1500m1500m，最高為，最高為1900m1900m全部融化，全球海面將升高全部融化，全球海面將升高7m7m地球上現存的大陸冰蓋：南極冰蓋和格陵蘭冰蓋。地球上現存的大陸冰蓋：南極冰蓋和格陵蘭冰蓋。這兩大冰蓋約占全球冰川總面積的這兩大冰蓋約占全球冰川總面積的97%，總冰量的，總冰量的99%中國北極黃河站中國北極黃河站 2004年年7月中國在北極地區(qū)月中國在北極地區(qū)斯匹次卑爾根群島的新奧爾松建立的科學考察站，斯匹次卑爾根群島的新奧爾松建立的科學考察站，位于北緯位于北緯7855、東經、東經1156NASA1980Annual Se

15、a Ice Minimum2007Annual Sea Ice MinimumNASA200720051980September Ice Extent Annual Review of Marine Science, 2009北極海冰 19572001冬季夏季8.1.2 8.1.2 地球上冰雪覆蓋的季節(jié)變化地球上冰雪覆蓋的季節(jié)變化世界海洋(l)、北半球(2)及南半球（3）海冰面積的季節(jié)變化 世界海洋北半球南半球8.1.3 8.1.3 地球上冰雪的多年變化地球上冰雪的多年變化1979-2005年海冰面積的變化曲線、十年平滑線和趨勢線（IPCC AR4,2007） 雪線雪線 長年積雪的下線。雪線處的長年積雪的下線。雪線處的 年降雪量等于消融量，年降雪量等于消融量，二者平衡。是為氣候雪線二者平衡。是為氣候雪線