气候变化复习摘要

气候变化复习摘要1、气候系统：是由大气、海洋、陆地表面、冰雪圈和生物圈等组成的相互作用的整体。2、地球大气的组成成分：干洁大气（即干空气） 、水汽、悬浮在大气中的固液态杂质水汽：除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体质粒以外的整个混合气体。变化情况：（1）090 公里。主要成分和含量比例基本保持不变（2）90 公里以上，氮稍有减少,氧稍有增多,氩和二氧化碳明显减少,其中氧分子和氮分子开始离解水汽：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。变化：夏季多于冬季，一般低纬多于高纬，下层多于高层。在天气气候变化中扮演了重要角色能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放出长波辐射，对大气起着“温室效应大气中的杂质：大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和大气污染物质两大部分） 。 3、大气的垂直结构：对流层（下、中、上，对流层顶） ，平流层，中间层，热成层（热层、暖曾、热成层） ，散逸层4、作用于大气的力：气压梯度力、摩擦力、地心引力、惯性离心力、科里奥氏力5、控制大气环流的基本因子为：太阳辐射，地球自转，地球表面的不均匀性、人类活动大气环流：大范围（全球范围）的大尺度大气运动的基本（平均）状况及其随时间和空间的变化过程。 （高地纬温差）三圈环流：热带环流、中纬度环流和极地环流三风四带：三风低纬信风带（东北、东南） ，中纬西风带，高纬极地东风带大气圈下层形成四个气压带：赤道低压带、副热带高压带、副极地低压带和极地高压带Walker 环流：它是指在正常情况下较干燥的空气在东太平洋较冷的洋面上下沉，然后沿赤道向西运动，成为赤道信风的一部分，当信风到达西太平洋时，受到较暖洋面的影响而上升再向东运行，如此形成的一个封闭的环流。是热带太平洋上空大气循环的主要动力之一。（walke 异常）（一）厄尔尼诺现象（圣婴）：太平洋东、西侧气压差值减小（东太平洋增温）涌升流减弱，鱼死亡，渔业减产平洋中东侧： 干燥少雨洪涝灾害 下沉气流减弱或消失上升气流平洋中东侧： 干燥少雨洪涝灾害 下沉气流减弱或消失上升气流（二）拉尼娜现象（圣女）：太平洋东、西侧气压差值增大（东太平洋降温）涌升流增强，鱼产量大增拉尼娜发生时，沃克环流中的偏东信风把东太平洋温暖的海水带向西太平洋，赤道西太平洋就会出现温暖潮湿的低压区，造成热带气旋及雷暴等天气现象，东太平洋沿岸地区更加干旱少雨。西太平洋的水位也因东风而比东太平洋高 60 厘米。5、水圈：地球表层水体的总称；在水圈中对气候影响最大的是海洋。海洋占地球面积的70%左右，它一方面可以储存与输送大量的能量，同时还可以溶解与储存大量的 CO2，是全球碳循环中非常重要的部分。根据最近的估计海洋每年可以吸收 17 亿吨碳，占化石燃料燃烧和工业生产排放总量的 27%。海洋的环流比大气环流要慢得多，它是由盐分与温度梯度产生的密度差（即温盐环流）驱动的。北大西洋温盐环流是对气候影响最显著的一种温盐环流。气候的突变与这种环流的突然减弱或关闭有关。6、温盐海流：海水在空间上的温度/盐度的差异使密度发生变化进而导致深层海水的缓慢运动。在北大西洋，环流的表面暖水向北流而深海冷水向南流，造成净热量向北输送。表面海水在位于高纬度地区下沉。7、冰雪圈的 5 个组成部分：海冰、大陆冰原、季节性雪盖、永冻土和高山冰川。前两者是最重要部分。 雪线（snow line）指某一高度以上，周围视线以内有一半以上为积雪覆盖且终年不化时的高度。其高度因纬度而异。冰雪的特性：高反照率，大溶解潜热，低热传导率，融冰化雪吸热，影响海水盐度8、岩石圈对气候影响：陆地表面有不同的海拔高度和起伏形势，构成崎岖复杂的陆地下垫面对气候的影响既有动力作用（粗糙度，地形的阻挡作用） ，也有热力作用（地形的遮蔽、反照率，土壤颜色、土壤湿度） ，水文过程（径流、下渗等过程） 。（1）陆面与大气间存在多时间尺度多空间尺度的相互作用和动量、 能量、物质以及辐射的交换过程。（2）陆面为大气运动提供下边界条件（粗糙度、反照率、土壤湿 度等参数以及地形的拖曳作用）（3）气候系统对陆面特性的变化十分敏感。（4）陆面为大气提供尘埃、杂质等9、生物圈：地球上所有动物、植物和微生物等生物有机体及其活动空间的总称。包括大气圈对流层下部、几乎整个水圈以及岩石圈表层的薄层范围。其核心部分，即地表面以上100 米至水面 200 以下米之间，集中了绝大部分生物。重要部分：生物圈的两个重要部分：植被和海洋浮游生物10、植被分布对那些参数有影响：对地面反射率和粗糙度产生极大影响，进而影响地气系统的辐射平衡和动量传递。对气候变化的重要性：通过植物生长过程，土壤、植被和大气紧密结合在一起，进行物质和能量的交换。植物在生长过程中把太阳能转化为化学能，并吸收大气中 CO2，固定在植物体内，会影响大气的成分。生物圈对大气成分有重要影响，例如生物过程通过海洋大量吸收 CO2以此控制着长期的大气 CO2浓度。通过植物浮游生物的光合作用减少海洋表层的 CO2含量，以此使大气中更多的 CO2溶解于海洋中。大约在海洋上层植物浮游生物吸收的 25%碳又沉入海洋内部，在那里它不再与大气接触，储存于深海达几百或几千年，这种所谓生物泵与上述 CO2的溶解过程控制着海气的 CO2交换分布型。因而生物圈在碳循环中起着中心作用。11、人类圈的组成：地球上的人类; 人造自然物, 包括人造工具、各种建筑物、加工食品和其它人工产品等; 同人的关系密切相关的文化等。人来圈的范围：它从地表起( 即从人类直接进入的地表以下的深处起 ) , 上限随时间而变动。就目前而论, 可把载人航天飞机飞行的高度作为它的上界。与生物圈、水圈、大气圈和岩石圈的范围重叠或部分重叠。12、气候系统中各圈层的相互作用最重要的是海气相互作用和陆气相互作用。 13、海气相互作用过程：海洋 大气（热力作用）海洋对大气的加热作用将吸收的太阳辐射通过长波辐射、感热、潜热的形式来加热大气。 （海表温度 SST）海洋是地气系统能量的“调节”器 （海流的热量输送作用）太阳辐射随纬度的不均匀分布，通过海流对热量的输送保持各纬度带热量的平衡。 海洋是大气主要的水汽源地海洋蒸发 （84%)海洋蒸发的水汽在大气中凝结潜热在海气能量交换中有重要的作用。大气 海洋（动力作用） 动力作用：大气风应力是驱动海洋（表层）环流的重要驱动力； 大气的风、温度、湿度 海气界面的能量平衡、海温 大气降水产生的淡水通量 海水的盐度。14、冰气相互作用过程海冰 大气海冰的高反照率 减少海面吸收的太阳辐射有海冰 海水吸收太阳辐射的 3050无海冰 海水吸收太阳辐射的 8595海冰是强的绝缘体 限制了海气界面的热 量、质量、动力和化学成分的交换。海冰的生成、融化海水的盐度海洋的 垂直密度层结海冰的生成脱盐海水盐度 海冰的融化淡水通量海水盐度 大气 海冰 动力作用：大气风应力是海冰运动和海冰边缘的第一驱动力； 大气的风、温度、湿度 冰气界面的能量平衡 海冰的维持、生长和融化有重要作用；15、陆面过程（也称为陆气相互作用）：是指发生在陆地表面的热力、动力、水文以及生物物理、生物化学等一系列复杂过程，以及这些过程与大气的相互作用。（一）涉及的的几大过程：1.陆面物理过程：主要是指发生在陆面和陆其界面的能量平衡、水分平衡和动量交换过程。（1）热力过程（能量平衡过程）：辐射过程、感热潜热交换过程（2）水文过程（水分平衡过程）：降水、蒸发，径流、冰雪融化（3）动量过程：地面和植被对风的摩擦、阻挡作用（4）物质交换过程：水汽、其他化学气体和气溶胶的向上输送，大气悬浮物 的沉落。2.陆面生物化学过程：是指与陆地植被或陆地生态系统中的碳同化，气孔传导、蒸腾、光合作用以及碳、氮等化学元素循环转化有关的时间尺度较长的过程3.陆面生态过程：是指月至年到年际时间尺度上陆地生态系统的演变及其与气候之间的相互作用过程。包含了植被的生长、演替以及各种扰动（如火灾、虫灾、土地利用等）对陆地生态系统的影响，同时还考虑植被与土壤之间碳氮等营养物质的交换过程。16、陆面过程主要方面的总结 陆面热力过程：发生在大气、植被和土壤表面的辐射过程（直接辐射、反射辐射和长波辐射） 、土壤、植被、大气间的感热和潜热交换；地面以下土壤的热传导与气隙中的热输送。 陆面水文过程：大气降水、蒸发和植物蒸腾、凝结、地表径流以及冰雪融化和冻结；大气降水、地面水的渗漏和深层水的上吸、植物根系的吸收、地下水流及土壤冻结和融化。 陆面动量交换：地面对风的摩擦和植被的阻挡； 陆面与大气的物质交换：气体、气溶胶、烟尘向上输送和大气悬垂物的沉落；17、陆面过程在气候系统中的作用决定了大气动力学控制方程发展的下边界条件-预报源/汇项大气控制方程中:动量方程（决定风速变化）中的摩擦力项能量方程（决定大气温度变化）中的感热项水汽方程（决定大气湿度变化）中的潜热项等气候系统对不同的陆地下垫面的敏感性地表反照率土壤湿度表面粗糙度土地利用/土地覆盖变化在气候模式及气象预报中的地位地表反照率土壤湿度表面粗糙度土地利用/土地覆盖变化18、大气对陆面过程的影响 降水陆面的干、湿状态、地表水循环； 大气的风、温度、湿度 地气界面的能量平衡 引起地表状况的变化； 大气的温度、降水 植被的分布19、气候系统各圈层相互作用的意义主要进行水、碳以及热量的交换与循环过程。20、水循环：自然界的水在地理环境中通过各个环节循环运动的过程。水循环的基本过程：1、 蒸发、蒸腾（蒸散）2、降水（凝结） 、地表径流、3、水汽输送：海洋洋流的循环送、 径流输送、大气中的水汽输送 地下水水循环的类型：海陆间循环（大循环） ，海上内循环，陆上内循环水循环意义：（1）促进地球上各种水体的更新，维护全球水的动态平衡；（2）促进地球表层各圈层的物质迁移和能量交换；（3）塑造地表形态。21、碳循环的过程：碳储存在大气、海洋、生物圈与地壳中。它们之间发生着明显而复杂的交换（通量） ，最后调剂和决定着大气中碳的浓度。即两种温室气体的浓度：CO 2 和CH4。22、气候属性：热力属性动力属性水分属性静力属性23、气候形成的因子归纳为：太阳辐射（天文因子）环流因子（包括大气环流和洋流）下垫面因子（包括海陆分布、地形与地面特性、冰雪覆盖）人类活动的影响 24、太阳辐射的作用：太阳辐射是大气、陆地、海洋增温的主要能源，又是大气中一切物理过程和物理现象形成的基本动力。所以，太阳辐射也是气候形成的基本因素。在地球表面，之所以存在不同的气候类型，首先是由于太阳辐射在地表分布不均造成的，同样，对于同一气候区，气候有季节的交替，也是太阳辐射随时间有变化的缘故。气候形成的辐射因子一、除太阳本身的变化外，天文辐射能量主要决定于日地距离、太阳高度、白昼长度。二、大气透明度、云层、云量等影响太阳辐射25、天文辐射时空分布特点（1）天文辐射能量的分布是完全因纬度而异的 （2）夏半年获得天文辐射量的最大值在 2025的纬度带上，由此向两极逐渐减少，最小值在极地。 （3）冬半年北半球获得天文辐射最多的是赤道。 （4）天文辐射的南北差异不仅随冬、夏半年而有不同，而且在同一时间内随纬度亦有不同。（5）夏半年与冬半年天文辐射的差值是随着纬度的增高而加大的。 （6）在极圈以内，有极昼、极夜现象。在极夜期间，天文辐射为零。26、大气环流在气候中形成的作用：环流可促进高低纬度之间、海陆之间的热量和水分交换，促进不同性质气团发生移动，并通过气团的活动影响气候的形成。从而在不同纬度的不同环流系统影响下形成不同的气候类型。27、 ENSO 对气候的影响： 28、气候形成的下垫面因子：海陆分布、地形、地表特征（植被、土壤类型等） 、冰雪覆盖等.29、海陆分布对气候的影响： 使温度的纬向带状分布发生变形，在同一气候带中可出现不同的气候型。 使海洋和陆地在获得相同太阳辐射的前提下，表面温度变化产生差异。 大气中水汽的供应者，距海远近不同，使空气湿度和降水量发生变化 冷热源上 使在同一纬度带中可出现海洋性气候和大陆性气候。 在近海地区形成海陆风。30、海陆热力差异形成的季风环流（风的季节变化, 海陆热力差异的季节变化引起）海陆风：在海岸附近，由于海陆间热力差异的日变化引起的。 （白海夜陆）中低纬度，气温日较差较大，多在夏季晴朗天气31、高原季风：高耸挺拔的大高原，由于它与周围自由大气的热力差异所形成的冬夏相反的盛行风系山谷风：在山区，白天从谷地吹向山坡、夜间从山坡吹向谷地，以一日为周期的周期性风系焚风：沿着山坡向下吹的炎热而干燥的风。中小地形影响布拉风（Bora）:32、33、气候形成的人类活动因子 改变下垫面性质 改变大气成分 人为释放热量34、气候带的分类和特点赤道气候带 10N10S 全年高温少变，温度年较差很小、降水丰沛，全年分配均匀热带气候带 10N、S 2327N、S 温度高，温度年较差较大、降水量大，降水集中于夏半年 一年可分为热、雨、凉三季副热带气候带 位置： 2327N、S 33N、S 温度年较差、日较差大大陆西岸：盛行西北风，气候干燥大陆东岸：盛行东南风，气候湿润暖温带气候带 33N、S 45N、S 大陆西岸：地中海气候 大陆东岸：季风气候冷温带气候带 45N、S 6633N、S 大陆西岸 海洋性气候 夏季凉爽冬季温和，温度年较差较小，气候湿润，降水全年分配均匀大陆东岸 大陆性气候夏季凉爽冬季严寒，温度年较差很大气候干燥，降水少且集中于夏季极地气候带 极圈内 最热月月平均温度10苔原气候带：最热月月平均温度 010 夏季 极地大陆气团 冬季 北极气团冻原气候带：最热月月平均温度0 全年北极气团 35、气候类型的分布和特点：海洋性气候：气温年、日较差小，夏季凉爽冬季温和降水丰富，全年分配均匀，湿度大，多雾大陆性气候：气温年、日较差大，夏季炎热冬季寒冷降水稀少，集中于夏季，冬季干燥季风气候：夏季高温湿润多雨，富有海洋性，冬季寒冷干燥少雨，富有大陆性地中海气候：夏季高温干燥少雨，富有大陆性，冬季温暖湿润多雨，富有海洋性草原气候：典型的大陆性气候，气温年、日较差大，降水集中于夏季热带草原气候 夏季炎热多雨，冬季温暖少雨温带草原气候 夏季温暖，冬季严寒，降水少沙漠气候：极端化的大陆性气候，气温年、日较差很大气候干燥，降水稀少山地气候：在地面起伏很大、山峰与谷底相间的山地形成的局地气候。气温年、日较差较小。迎风坡（湿坡） 、背风坡（干坡） ，山谷风，山地垂直气候。高原气候: 在中纬度地区的高原地区，如青藏高原，安第斯山脉等地区，由于海拔较高，终年低温，形成了高原气候。气温年、日较差较大。36、气候分异规律（一）地带性由于太阳辐射造成的热力分异的存在，地球上形成了沿纬圈分布的多个热量带，每个热量带内的温度、气压、风、降水等都具有一定的相似性。因此，热力地带性导致了各种气候类型普遍具有按纬度更替的趋势，即气候的地带性。（二）非地带性海陆的分异、大气环流、地形起伏等因素直接或间接地破坏了气候的纬度地带性规律，使气候呈现了一定的干湿度分带性和垂直带性的特征。其中，海陆的分异是气候非地带性产生的最重要的因素。总体说来，沿海地区常形成海洋性气候，由沿海向内陆去，气候的海洋性逐渐减弱、大陆性逐渐增强。 纬度地带性：气候形成的主导因素是太阳辐射在地表的加热不均，以及由此产生的全球气压带、风带的分布及季节移动，导致气候类型普遍具有沿纬度更替的趋向。湿度分带性：由于海陆分布的不同，引起了海陆间气温、气压、风向、降水等气候要素随季节的变化，使得同一纬度带内产生了海洋性气候和大陆性气候的分异：垂直带性：高大山体本身在不同高度上，气温和降水组合不同，形成不同的水热特征，导致山地气候呈垂直方向的变化。37、 气候变化 ：指气候平均状态和离差（距平）两者中的一个或两个一起出现了统计意义上的显著变化。气候变率(climate variability):反映气候要素变化大小的量，可用该要素的均方差或平均绝对偏差等作为指标。气候异常：气候变化超出了一定的标准，就称为气候异常气候变化：从一种气候状态跳跃式的转变到另一种气候状态38、39、 米兰科维奇周期或冰期轨道理论：冰期通常由北半球夏季高纬度日射的最小值引发的，这使冬季降雪持续整年并因此堆积成北半球冰川的冰盖。同样，轨道变化决定了具有强烈的北半球高纬度夏季日射的时间段，这被认为引起了冰川的快速消失、有关的气候变化和海平面升高。 岁差：是指当地球在某年最靠近太阳时的时间变化，准周期约为 1.9 和 2.3 万年。因此，轨道位置的变化和季节的持续时间对日射的纬度和季节分布具有强有力的调节作用。日射的季节变化比年平均变化大得多，并可达到 60Wm2。 地球轴的倾斜度( 斜面) ： 在大约 22-24.5之间变化，两个相邻的准周期约为 4.1 万年年。倾斜度的变化对季节反差和年平均日射变化进行调节，并在低纬度和高纬度产生相反的影响(因此对全球平均日射没有影响 ) 。 轨道离心率：在 40 万年和 10 万年年时有更长的准周期。由于太阳和地球之间距离非常微小的变化，所以离心率本身的变化对日射产生的影响有限。40、 40 万年气候特点 第四纪冰期-间冰期旋回, 间冰期有时可能比现代高 2-4K，而冰期则最低可能比现在低 8K,旋回的温度振幅约 10-12K. 40 万来 10 万年左右的旋回十分突出，可以延续到 70 万年前。 80-160 万年前，以 4.1 万年左右的旋回为主 160-250 万年前，仍然以 4.1 万年周期为主，同时有 40 万年周期。41、两万年主要事件：末次冰期冰盛期 新仙女木事件 全新世大暖期 中世纪暖期 小冰期42、中国近百年气候变化特征：1、我国气候变暖幅度比全球大，近 60 年中国陆地表面温度上升了 1.38，每 10 年升高0.23。2、极端天气气候事件频繁发生3、西南、华北、东北区域性干旱加剧4、降水雨型发生变化：小雨日数减少，暴雨日数增加5、登陆我国台风的个数和 12 级以上台风增加6、高温日数显著增加43、中国与全球气候变化的比较 中国平均气温的变化与全球类似。近百年表现出增温趋势，增温率略高于全球平均值，并且 20-40 年代有明显增温峰值。 中国降水的变化近 50 年主要是南多北少，与全球分布不同。 就极端气候事件总体上表现为频率增加和强度加强趋势。44、气候预报分类（1 ）天气预报（1 天- 两周） （初值）（2 ）短期气候预测（月- 季-年） （初值、外强迫）（3 ）气候变化预估（十年以上） （初值、外强迫）45、天气和气候模式研究的区别：研究对象：单一大气 耦合系统关注目标：瞬时结果 平均状态及其变化关键变量： 降水 温度（能量）关注内容：演变过程 能量收支精度 稳定性和守恒性关键过程：凝结过程 辐射和云决定因素： 初值 强迫和反馈46、气候预测的难点： 预报时间相对于天气预报要长（不确定因素多、复杂，预测难度大，准确性低） 气候预测的理论和方法还不成熟（初值、外强迫辐射、海洋、陆面、火山爆发、人类活动等影响） 气候预测需要大量的观测资料（涉及到地球系统各圈层、温室气体、气溶胶，太阳活动、火山爆发等资料）47、气候模式的发展简史48、 气候模式中须考虑的物理过程及其相互作用 地球能量平衡或收支的变化,即辐射强迫。 能量和水分循环过程 云-云-辐射过程 海洋环流影响 海气相互作用 陆面过程和陆气交换 冰气交换过程49、 气候模式的谱系 地球系统气候模式（最复杂）考虑气候系统各圈层及其相互作用最完整的气候模式 中等复杂程度模式（EMICs） （1）可以描述复杂模式中包含的大部分过程（以更简化的形式） ，可以模拟气候系统一些圈层间的相互作用，可具有生物地球化学循环 （2）空间分辨率低，可做长时间积分能用于研究大陆尺度的气候变化与地球系统各部分耦合的长期大尺度影响，也用于研究古气候和未来气候变化。EMICs 是填补复杂气候模式与简化气候模式之间空白的一种有效工具。不能研究区域气候变化和评估。 简单气候模式：以高度参数化计算（1 ）给定未来排放情景下温室气体的浓度（2 ）由温室气体引起的辐射强迫（3 ）全球平均地表温度对计算的辐射强迫的响应（4 ）由海水热膨胀和冰川和冰盖响应造成的全球海平面上升 只代表最关键过程，运算费时少，可做多种诊断分析，主要用于研究全球性问题。比气候系统模式更加有效，常用于研究未来气候变化对不同的温室气体排放的响应（概率分布表达） 。可研究在参数变化范围很大条件下气候对某一特定过程的敏感性。50、气候系统的基本方程组：大气运动基本方程组（运动、连续、热力学、状态、水汽） ，海洋运动（把水汽环卫盐度方程，其他和大气运动一样） ，海冰运动，路面过程气候模式设计应达到一下四个方面：（1 ）模拟出气象要素（温度、降水、风和风暴强度等）的平均值、 还要模拟它们的变幅与极端值和其他自然变率等（2 ）包含气候系统中许多重要的物理过程以及它们之间的相互作用（3 ）能够将各圈层模式或物理过程有机集合在一起（4 ）能够对未来几十甚至上百年的气候变化作出预测51、气候敏感性：是指当辐射强迫发生一个单位的变化时表面气温的平衡变