8.3海洋——大氣相互作用

一、氣候系統(tǒng)(ClimateSystem)1．氣候系統(tǒng)的組成(Makeupofclimatesystem)：

由五個(gè)主要分量構(gòu)成的綜合系統(tǒng)，這五個(gè)相互聯(lián)系和相互作用的分量是：大氣圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)、冰雪圈、巖石圈(lithosphere)和生物圈(biosphere)。

概念：既包括大氣和海洋等子系統(tǒng)內(nèi)部的各種過(guò)程，又反映了各個(gè)子系統(tǒng)間的相互作用。

＊天文因素（主要是太陽(yáng)活動(dòng)）是影響氣候系統(tǒng)的主要外部因素。

＊大氣運(yùn)動(dòng)及氣候的狀態(tài)和變化同太陽(yáng)輻射(solarradiation)有重要的關(guān)系。

＊太陽(yáng)輻射(solarradiation)為大氣和海洋的運(yùn)動(dòng)以至生物活動(dòng)提供了最基本的能源。

＊太陽(yáng)活動(dòng)引起的太陽(yáng)輻射的改變也必然對(duì)地球氣候及其變化發(fā)生重要影響。

．氣候系統(tǒng)的性質(zhì)(Characterofclimatesystem)：

1）各子系統(tǒng)是開(kāi)放的非孤立系統(tǒng)。從能量角度看是非孤立系統(tǒng)，其內(nèi)部是串級(jí)系統(tǒng)；從物質(zhì)交換角度看則是準(zhǔn)孤立系統(tǒng)，內(nèi)部是一個(gè)準(zhǔn)封閉的串級(jí)系統(tǒng)。物理過(guò)程包括穿越邊界的能量、動(dòng)量和物質(zhì)輸送，且生成了大量反饋機(jī)制。

2）各分量是非均勻的熱力學(xué)——?jiǎng)恿W(xué)系統(tǒng)(energetic&dynamicsystem)。他們可以用化學(xué)組成，熱力學(xué)及力學(xué)狀態(tài)加以描述。

3）各不同分量的估計(jì)時(shí)間尺度在不同子系統(tǒng)之間變化很大，甚至在同一個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)變化也很大。研究時(shí)可依序考慮內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)。

4）氣候系統(tǒng)主要由兩個(gè)外強(qiáng)迫來(lái)制約全球行為。即太陽(yáng)輻射和重力。太陽(yáng)輻射是主要因子，提供了驅(qū)動(dòng)氣候系統(tǒng)的幾乎所有能量。二、海洋在氣候系統(tǒng)中的地位

(Ocean'sImportanceInClimaticSystem)

海洋是地球氣候系統(tǒng)的最重要組成部分。具有如下性質(zhì)：

1）全球海洋吸收的Qs占進(jìn)入大氣頂?shù)目俀s的70%左右。因此海洋，尤其是熱帶海洋，是大氣運(yùn)動(dòng)的重要能源。

2）海洋有著極大的熱容量(capacity)。相對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)，海洋比較穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)和變化比較緩慢。

3）海洋是地球大氣系統(tǒng)總CO2最大的匯(pool)。

以上性質(zhì)，決定了海洋對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)和氣候變化具有不可忽視的影響。1、海洋對(duì)大氣系統(tǒng)熱力平衡的影響(Ocean'seffcttoatmosphericenergeticbalance）

（1）吸收Qs的70%的絕大部分（85%）儲(chǔ)存于海洋表層（混合層）中。這些能量將以潛熱(latentheat)、長(zhǎng)波輻射(long-waveradiation)和感熱交換的形式輸送給大氣，驅(qū)動(dòng)大氣的運(yùn)動(dòng)。（2）海洋環(huán)流在大氣系統(tǒng)能量輸送和平衡中的重要作用。30%的經(jīng)向能量輸送由海洋承擔(dān)。2、海洋對(duì)水汽循環(huán)的影響(Effectofoceantovaporcirculation)

大氣中水汽量的86%由海洋提供。尤其低緯度海洋，是大氣水汽的主要源地。

3、海洋對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的調(diào)諧作用（Effectofoceantoatmospheremovement）

海洋的運(yùn)動(dòng)和變化具有明顯的緩慢性和持續(xù)性。一是將大氣環(huán)流變化信息存于海洋中，再對(duì)大氣產(chǎn)生作用。二是海洋的熱慣性使海洋狀況的變化有滯后效應(yīng)。4、海洋對(duì)溫室效應(yīng)的緩解作用(Catabaticeffectofoceantogreenhouseeffect)

海洋環(huán)流減小了低緯大氣的增熱，使高緯大氣加熱，降水量亦相應(yīng)改變。而且大氣對(duì)某些因素變化的敏感性降低。減少大氣中二氧化碳含量。

三、海洋與大氣相互作用的基本特征

(CharactersofInteractionofOceanandAtmosphere)在相互制約的大氣——海洋系統(tǒng)中，海洋對(duì)大氣的作用主要是熱力的(energetic)，大氣對(duì)海洋的作用主要是動(dòng)力的(dynamic)。

1．海洋對(duì)大氣的熱力作用（Energeticeffectfromoceantoatmosphere）：

海洋，特別是熱帶海洋，是驅(qū)動(dòng)大氣系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的重要能量來(lái)源。提供熱量方式有潛熱(latentheat)和感熱兩種，主要是潛熱(latentheat)，要求水汽輻合上升，即相應(yīng)的大氣環(huán)流條件。

大洋環(huán)流(circulation)影響海洋熱含量的分布及向大氣的熱量輸送過(guò)程。是全球尺度特征。2．大氣對(duì)海洋的風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫(Windforcefromatmospheretoocean)：

大洋環(huán)流與風(fēng)應(yīng)力強(qiáng)迫有密切關(guān)系。

3．海洋上混合層(UML,簡(jiǎn)稱海洋混合層)(Mixinglayerofupperocean)：

對(duì)氣候和大氣環(huán)流變化，海洋混合層十分重要。混合層的輻合(Convergence)、輻散(Disvergence)過(guò)程通過(guò)Ekman抽吸效應(yīng)影響深層海洋環(huán)流；深層海洋環(huán)流通過(guò)改變混合層的狀況對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)影響。

太陽(yáng)輻射能(solarradiation)通過(guò)影響混合層而成為驅(qū)動(dòng)整個(gè)海洋運(yùn)動(dòng)的重要原動(dòng)力。四、ENSO及其對(duì)大氣環(huán)流的影響

(ENSOAndItsEffectToAtmosphericCirculation)

1．ENSO，El~Nino、南方濤動(dòng)和La~Nina定義(DefinitionofENSO)：

ENSO是厄爾尼諾(El~Nino)和南方濤動(dòng)（SouthernOscillation）的合稱，二者有非常好的相關(guān)關(guān)系。當(dāng)赤道東太平洋表層水溫（SST）正距平，南方濤動(dòng)指數(shù)往往是負(fù)。

ENSO成為大尺度海氣相互作用以及氣候變化研究的中心課題。厄爾尼諾El~Nino：

圣誕前后，沿厄瓜多爾和秘魯沿岸，出現(xiàn)一弱的洋流，代替了通常對(duì)應(yīng)的冷水。近年指一種更大尺度的海洋異?，F(xiàn)象，整個(gè)赤道東太平洋表現(xiàn)振幅達(dá)幾攝氏度的增暖。與此相聯(lián)系，海洋和大氣環(huán)流發(fā)生很大的異常。

Ontheshelteredorleesideofthetropicallandmasses,underthetradewindofthePacific,theupwellingofdeepoceanicwaterisanearlyconstantprocess.Fromtimetotime,thisprocessfalters;thetradewindsstrengthen,andwarmtropicalsurfacewateraccumulatesonthewestsideofthePacific.Thiseventisfollowedbythewindlosingtheirdrivingforce;theupwellinglessens,andthemassofwarmwesternPacificwatermoveseastwardacrosstheoceantoaccumulatealongthecoastofAmericas.ThissequenceofeventsisknownasEl~Nino.

南方濤動(dòng)（SouthernOscillation）：

熱帶東太平洋與熱帶印度洋氣壓場(chǎng)反相變化的蹺蹺板現(xiàn)象。

AtmospherepressureincreasesononesideofthePacific,decreasesontheother,andthenreverses.ThisphenomenaiscalledSouthernOceanOscillation.南方濤動(dòng)指數(shù)（SOI）：塔希提（Tahiti）島與達(dá)爾文島之間的氣壓差。拉尼娜La~Nina

：冷水事件，是El~Nino恢復(fù)到正常狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程

2．El~Nino和La~Nina事件對(duì)大氣環(huán)流及全球氣候變異的影響(EffectofEnso):

由于赤道東太平洋SST異常(El~Nino現(xiàn)象)，大氣中的Hadley環(huán)流將會(huì)增強(qiáng)。ITCZ(赤道輻合帶)的位置有明顯的東移趨勢(shì)，這必將影響西太平洋臺(tái)風(fēng)運(yùn)動(dòng)。對(duì)西太平洋副熱帶高壓活動(dòng)有明顯的影響，包括副高位置和強(qiáng)度。與El~Nino年ITCZ位置偏南相匹配，西太副高也偏南。而在La~Nina年副高脊線較常年偏北。

全球范圍的氣候異常。南美東岸的環(huán)流上升