第一章氣候系統

第三講氣候系統各圈層的基本特點1前兩次課程學習的回顧2氣候系統中大氣圈子系統的一些基本特征(1)大氣的組成、各成分的性質和作用等(2)大氣垂直分層、各層的特點大氣運動（作用于大氣的力）大氣環(huán)流形成的因子（太陽輻射，地球自轉，地表非均勻性）(1)三圈環(huán)流(經圈環(huán)流）(2)三風四帶(3)Walker環(huán)流（緯圈環(huán)流)本次課程學習圍繞的問題氣候系統的基本概念氣候系統各圈層的概念及基本特性氣候系統各圈層對氣候變化的重要性3氣候系統

大氣圈

水圈

冰雪圈

巖石圈

生物圈氣候系統：氣候系統是一個包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈在內的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的統一的物理系統。在太陽輻射的作用下，氣候系統內部產生的一系列復雜的相互作用過程，各組成部分之間通過物質和能量交換而緊密聯結而成的開發(fā)系統。4人類圈（人類活動）(2).水圈水體：天然或人工聚集的水成為水體。水圈：地球表層水體的總稱。 水圈中的水以三相存在，分布于地表、地下和大氣中。 水圈中的水的總體積是13.86億立方公里。 水圈中的淡水占2.53%。陸地水3.461%大氣水0.001%5

在水圈中對氣候影響最大的是海洋。海洋占地球面積的70%左右，它一方面可以儲存與輸送大量的能量，同時還可以溶解與儲存大量的CO2，是全球碳循環(huán)中非常重要的部分。根據最近的估計海洋每年可以吸收17億噸碳，占化石燃料燃燒和工業(yè)生產排放總量的27%。海洋的環(huán)流比大氣環(huán)流要慢得多，它是由鹽分與溫度梯度產生的密度差（即溫鹽環(huán)流）驅動的。北大西洋溫鹽環(huán)流是對氣候影響最顯著的一種溫鹽環(huán)流。氣候的突變與這種環(huán)流的突然減弱或關閉有關。6海洋

海水的成分

海

溫

海水的鹽度

海洋環(huán)流

海洋71％；

海水大的熱容量；

海洋環(huán)流對熱力、物質、動量的輸送有重要作用。

海洋是大氣運動的重要下邊界條件。7海水熱容量是指使1立方厘米海水的溫度升高1℃所需的熱量。其值為海水比熱與海水密度的乘積，其單位是卡/厘米3·度。由于海水的比熱和密度比空氣大，所以對于熱容量來說，如取海水密度ρ=1.026，海水比熱Cp=0.932；而空氣的密度ρ'=0.00129，空氣的比熱Cρ'=0.237，則海水的熱容量Cpρ=0.956卡/厘米3·度，而空氣的熱容量Cp'ρ'=0.000306卡/厘米3·度，兩者相差3100倍。也就是說，一立方公里的海水溫度降低一度時，能使3100立方公里的空氣溫度升高一度，可見，海洋對于調節(jié)地球氣溫起著極大的作用，也正是海水的這一熱性質，使得地球上氣候溫和。（1）海水的成分液太水（純水）96.5％可溶物質（鹽度）～3％8（2）海

溫（SeaSurfaceTemperature)9Temperature-salinity-densitydiagram.（3）海水的鹽度

（Salinity)1011海水溫度、鹽度和密度的垂直分布特征12(4)表層大洋環(huán)流全球風場(應力）是產生表層大洋環(huán)流的主要驅動力，表層形成風海流。（簡化表層洋流模式）觀測事實北半球的海水運動向風應力的右方偏離，南半球則向風應力的左方偏離。大洋渦旋(Oceangyres)的存在：在北半球呈順時針方向旋轉，在南半球呈逆時針方向旋轉。2023/4/1513海洋表層環(huán)流14實際表層洋流與簡化模式的異同相似之處北半球副熱帶地區(qū)有一個順時針方向的渦旋，南半球副熱帶地區(qū)有一個逆時針方向的渦旋。不同之處赤道逆流（補償流）；環(huán)繞南極大陸的西風漂流（地形作用）；高緯氣旋型渦旋在北大西洋更為明顯；可見，在風應力之外，還有其他的力作用于海水，形成表層洋流的運動特征。（1）中低緯度海區(qū)：以副熱帶海區(qū)為中心的大洋環(huán)流北順南逆東寒西暖（2）北半球中高緯度海區(qū)：以副極地海區(qū)為中心的大洋環(huán)流逆時針東暖西寒（3）南緯30°～60°：西風漂流洋流分布規(guī)律暖流增溫增濕，寒流降溫減濕對氣候的影響：15海洋的深層環(huán)流

（熱鹽環(huán)流）在大西洋來自赤道的溫暖灣流海水向北移動，途中海水逐漸變冷變咸在北大西洋沉入深海往南移動最后回到赤道溫鹽海流：海水在空間上的溫度/鹽度的差異使密度發(fā)生變化進而導致深層海水的緩慢運動。溫鹽環(huán)流，又稱“輸送洋流”、“深海環(huán)流”等，是一個依靠海水的溫度和鹽度驅動的全球洋流循環(huán)系統。一次溫鹽循環(huán)耗時大約1600年，在這個過程中洋流運輸的不單是能量（溫度/熱能），當中還包括地球固態(tài)及氣體資源等，不過溫鹽環(huán)流最受人類關注的是其全球恒溫的功能。16全球溫鹽環(huán)流輸送水分和能量在北大西洋，環(huán)流的表面暖水向北流而深海冷水向南流，造成凈熱量向北輸送。表面海水在位于高緯度地區(qū)下沉。17

海洋有很大的熱慣性，這主要是由于海水的熱容量很大，它一方面可以阻尼或減緩巨大的強溫度變化，起到了地球氣候調節(jié)器的作用，另一方面，由于它有較長的記憶力（尤其是在熱帶海洋），可以長時期內通過海氣相互作用影響大氣的變化，成為自然氣候變率的源。這就是為什么在目前設計的各種復雜氣候模式與碳循環(huán)模式中必須把海洋包括在內。在赤道東太平洋中發(fā)生的厄爾尼諾和拉尼娜現象（即該區(qū)域海表溫度迅速升高或減少的現象）是由海洋產生的最顯著的自然變率，它已成為目前各國進行年際預報和季節(jié)預報的最重要氣候強信號。

18海洋在氣候形成中起什么作用：（1）洋是大氣運動的直接能源：海洋吸收了進入地表的太陽輻射的80%，且其中的85%貯存在海洋表層，這部分能量以長波有效輻射