《海气相互作用》PPT课件.ppt

Hydrologic Science 水水 文文 学学 基基 础础 111 1、海气相互作用的概念 2、海洋大气间的相互影响 3、环流异常与气候变化 1. 海气相互作用的概念 海洋与大气之间通过一定的物理过程相互影响、 相互作用，组成一个复杂的耦合系统。 海洋对大气的主要作用是给予大气热量与水汽， 为大气运动提供能源； 大气主要通过向下的动量输送（风应力），产生 风生洋流和海水的上下翻涌运动； 海洋与大气在大气环流的形成、分布和变化上共 同影响着全球的气候。 海洋与大气之间热量、动量、物质的交换，以 及这种交换对大气、对海洋各种物理特性的影响 及改变，称为海气相互作用。 1、海洋对大气的影响 全球10m深海水的总质量就相当于整个大气圈的 质量。到达地表的太阳辐射能有70之多被海洋 所吸收，且将其中85左右的热能储存在大洋表 层，这部分能量又以长波辐射、蒸发潜热和湍流 显热等方式输送给大气。海洋还通过蒸发作用， 向大气提供大约86的水汽来源。 这种热量、水汽的输送，既影响了大气的温度 分布，又是驱使大气运动的能源，在大气环流的 形成和变化中具有极为重要的作用。 2.海洋大气之间的相互影响 2、大气对洋流的影响 海洋是从大气圈的下层向大气输送热量和水汽 ，而大气运动所产生的风应力又可以向海洋上层 输送动量，使海水发生流动，形成风生洋流，即 风海流。世界洋流分布与地面风向分布密切相关 。 海洋是大气环流运转的能量和水汽供应的最主 要源地和储存库，同时也是CO2的巨大贮存库，海 洋通过调节大气中的CO2含量也在影响着气温和大 气环流过程。 2.海洋大气之间的相互影响 3、海水的辐合与辐散 由于大气风场的不均匀分布，风海流会产生海 水质量的辐合辐散，尤其在海岸附近，在侧边界 的作用下，这种辐合辐散作用尤为明显。 例如在热带、副热带大陆西岸（东风带），因 离岸风的作用，把表层海水吹离海岸造成海水质 量的辐散，引起深层海水上翻，而深层海水水温 比表层水温低，因此在上翻区海水水温要比同纬 度其它海表的平均水温低。相反，如果风向改变 ，海水质量在此辐合，引起海水下沉，海面水温 将显著增高。 2.海洋大气之间的相互影响 4、洋流对大气层结的影响 在暖海水表面一般是水温高于它上面的气温， 海面向空气提供的显热和潜热都比较多，不仅使 空气增温，且使气层处于不稳定状态，有利于云 和降水的形成。热带气旋大多源自低纬度暖洋流 表面即系此故。 在冷洋流表面，空气层结稳定，有利于雾的形 成而不易产生降水。 2.海洋大气之间的相互影响 5、赤道与极地间的热量输送 大气环流对热量的输送有平均经圈环流输送和 大型涡旋输送两种。 在3070oN地带潜热的向极输送以大型涡旋输送 为主，平均经圈环流次之； 在低纬度则主要由信风的定常输送来完成，即 平均经圈环流输送。 在总的经向环流热量输送中，洋流的作用占了 33%，大气环流的作用占67%； 低纬度洋流的输送超过大气环流的输送；30oN以 北，大气环流的输送超过了洋流的输送。 2.海洋大气之间的相互影响 这种海洋-大气“接力式”的经向热量输送是 维持高低纬地区能量平衡的主要机制，调节了高 低纬度间的热量平衡。 2.海洋大气之间的相互影响 6、海陆间的热量传输 大气环流和洋流对海陆间的热量传输有显著作 用。 冬季海洋是热源，大陆是冷源，中高纬地区盛 行西风，大陆西岸是迎风海岸，又有暖洋流经过 ，故环流由海洋向大陆输送的热量甚多，提高了 大陆西岸的气温。 夏季，大陆是热源，海洋是冷源，这时大陆上 的暖气团在大陆气流作用下向海洋输送热量。这 时大陆通过大气环流向海洋输送热量，但输送值 远比冬季海洋向大陆的输送量要小。 2.海洋大气之间的相互影响 1、沃克环流（Walker Circulation） 赤道地区大洋的东侧是下层冷海水上升作用最 为强烈的地区。在赤道东太平洋地区强烈的冷海 水上翻，使得其海洋表层温度与赤道西太平洋地 区的“暖池”之间形成强烈的对比。 在赤道东太平洋冷水域的上空大气强烈下沉， 赤道西太平洋印度尼西亚上空大气对流强烈，空 气以上升运动为主；海面上气流由东太平洋流向 西太平洋，高空相反，这样就形成一个垂直方向 闭合的东西向（纬向）环流圈，称为沃克环流。 3.环流异常与气候变化 热带太平洋海面年平均温度分布 3.环流异常与气候变化 沃克环流是赤道地区海气相互作用的产物，并通 过大气的动力作用影响到世界其它地区。实际上， 整个赤道区域都存在着“沃克环流”。 2、厄尔尼诺(El Nino)与拉尼娜(La Nina) El Nino是西班牙语“圣婴”的音译，原指在有 些年份的圣诞节前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸会 出现一股弱的暖洋流，取代了沿岸原有冷海水的 现象。 现在，厄尔尼诺是指大范围的海洋异常现 象，即赤道太平洋中部和东部海洋表层水温持续 异常增温（连续6个月高于多年平均温度0.5以 上）的现象。 La Nina是西班牙语“圣女”的音译，又称“反 厄尔尼诺”，是指赤道太平洋中部和东部海洋表 层水温持续异常降温（连续6个月低于多年平均温 度0.5）的现象。 3.环流异常与气候变化 厄尔尼诺与拉尼娜的形成 在正常情况下，赤道太平洋海面盛行赤道东风， 而东南太平洋则吹东南信风，大洋东侧表层的暖海 水被吹送到西太平洋，其下层的冷海水则不断上翻 补充表层流失的暖海水。 3.环流异常与气候变化 结果使西太平洋海平面上 升，热量聚积，西太平洋海平面通常比东部高出约 40cm，表层海水年平均温度为29；而东部沿岸受 下层上涌冷海 水的影响，仅 24左右，东 西两侧相差 36。 当洋流运动异常或大气环流变化而导致赤道东风 和东南信风减弱时，赤道太平洋海面西高东低的温 度分布将会被破坏，赤道逆流增强，西太平洋温暖 的海水向东延伸，从而使东太平洋补充表层的上翻 冷海水减少，表层海水温度上升，形成厄尔尼诺。 3.环流异常与气候变化 而当赤道东风和 东南信风增强时， 东太平洋更多表层 的暖海水被吹送到 西太平洋，导致更 多的下层冷海水补 充到上表层，表层 海水温度因而下降 更多，结果使太平 洋东西两侧表层海 水温差加大，形成 拉尼娜。 3.环流异常与气候变化 正常状态 2929 2424 WW E E 西海面高出西海面高出4040cmcm左右左右 平均温度高出平均温度高出3 36 6 发生厄尔尼诺的状态 WW E E 厄尔尼诺发生时的沃克环流 3.环流异常与气候变化 3.环流异常与气候变化 3.环流异常与气候变化 3.环流异常与气候变化 3.环流异常与气候变化 3.环流异常与气候变化 3、南方涛动（Southern Oscillation：SO） 正常情况下，南半球热带东太平洋海平面的气 压比较高，西太平洋气压比较低；发生异常时， 会变为东低西高。这种气压一边高一边低、如同 跷跷板一样变化的现象，称为南方涛动。 厄尔尼诺现象发生时，东太平洋的气压下降， 西太平洋的气压则升高，东西两侧气压差减小； 拉尼娜现象发生时则相反，东太平洋的气压更高 ，西太平洋的气压更低，东西两侧气压差增大。 El Nino与SO合称ENSO事件。 3.环流异常与气候变化 3.环流异常与气候变化 塔希提岛 Tahiti与达 尔文Darwin 的海平面气 压呈负相关 The Southern Oscillation Index (Tahiti - Darwin) 3.环流异常与气候变化 4、ENSO与气候异常 当发生厄尔尼诺时，热带中、东太平洋海温迅 速升高，主要降水区由印度尼西亚地区东移至日 期变更线附近，直接导致该海域和南美太平洋沿 岸哥伦比亚、厄瓜多尔和秘鲁等地异常多雨。厄 尔尼诺还会抑制西太平洋和北大西洋热带风暴的 生成，而东北太平洋飓风会增多。 厄尔尼诺事件又使热带西太平洋降雨减少，造 成南亚、印度尼西亚、马来西亚、东南亚和澳大 利亚等地大范围的严重干旱。厄尔尼诺还会导致 加拿大西部、美国北部出现暖冬，使美国南部冬 季潮湿多雨。 3.环流异常与气候变化 ENSO与全球大范围气候异常 3.环流异常与气候变化 Temperature 3.环流异常与气候变化 厄尔尼诺对我国气候的影响 El Nino当年，纬向异常环流使来自东南部海洋 上的夏季风强度减弱，造成夏季降雨带的位置偏南 ，出现南方暴雨成灾、北方干旱少雨的异常现象。 La Nina年正好相反； El Nino次年长江及其以南地区多雨，北方少雨 ，该特征比El Nino当年更显著。La Nina次年与此 相反； 长江中下游地区进入梅雨期偏晚； 容易出现暖冬； 西北太平洋和南海生成的热带气旋或台风数量偏 少。 3.环流异常与气候变化 El Nino年对中国降水的影响 3.环流异常与气候变化 El Nino次年对中国降水的影响 3.环流异常与气候变化 La Nina 年对中国降水的影响 3.环流异常与气候变化 5、厄尔尼诺和拉尼娜的发生频率 厄尔尼诺是一种全球区域内周期性发生的海洋 异常现象。20世纪80年代以来，厄尔尼诺更是频 繁发生，一般37年一次，每次持续一年左右的 时间。 拉尼娜常与厄尔尼诺交替出现，但其发生频率 要低于厄尔尼诺。例如，80年代以来发生了4次拉 尼娜，是厄尔尼诺发生频率的一半。 拉尼娜对天气、气候的影响大致