《环流与热量输送》PPT课件.ppt

洋流对降水和雾的影响：,在沿岸有冷流的地区，降水稀少； 而有暖流的地区，降水充沛。 空气与暖流接触时，因有热量与水汽向上输送，下层增暖变湿，变为暖湿的海洋性气团。 这种变性气团，层结不稳定，当它流入大陆时，最易产生降水。,热带与副热带纬度的大陆东岸有暖流通过，在暖流的迎风海岸，能产生丰沛的降水。 热带气旋大都出现在中低纬大陆东岸的暖洋流区，热带气旋给经过的地区带来大量降水。 在高纬度的大陆西岸有暖流，并常年盛行西风，终年多雨。,空气与冷流接触时，因下层变冷，温度具有逆温现象，气团成为稳定性层结， 所以近下垫面空气层虽然因冷却达露点温度而成雾，但因水汽未能向上输送，上层干燥，很难下雨。 这种空气侵入大陆，下部受热，相对湿度降低，雾散雨消。,例如，低纬度大陆西岸受冷流与涌流的影响，大气稳定，空气湿润，雾日很多，但降水极少，甚至数年不见滴雨，形成沙漠。 如南美秘鲁沿岸、非洲西南部本格拉冷流沿岸、北美加利福尼亚沿岸都是多雾地带， 秘鲁的利马一年中有150天左右的雾日。,在冷暖洋流交汇的海域，最易于大范围地生成海雾。 因为在这些地区，空气可从一个海域输送到温度显著不同的另一个海域，既可形成浓厚的冷却雾，也可在有利条件下形成蒸发雾。,如，在黑潮（暖流）与亲潮（冷流）汇合的日本北海道以东的洋面，不论是东风还是南风，都会在冷流面上形成宽广而浓厚的雾区，是世界上著名的多雾海域。 在大西洋北部的纽芬兰附近的海面，处于墨西哥湾暖流和拉布拉多冷流的交汇处，雾日也特别多，尤其是夏季7、8月间，每月平均雾日高达2223天，是世界上著名的多雾区。,南北向（经向）、东西向（纬向） 大气环流和洋流对气候系统中热量的重新分配起着重要作用。 一方面将低纬度的热量传输到高纬度，调节了赤道与极地间的温度差异， 另一方面，又因大气环流的方向有由海向陆与由陆向海的差异和洋流冷暖的不同，使同一纬度带上大陆东西岸气温产生明显的差别，破坏了天文气候的地带性分布。,（一）赤道与极地间的热量输送,在南北纬35间，地气系统的辐射热量有盈余，在高纬则相反。 但据多年观测，却未见热带逐年增热，也未见极地逐年变冷，这必然存在着热量由低纬向高纬的传输，这种传输是由大气环流和洋流来进行的。 P167图614： 全球由低纬到高纬通过大气环流输送的显热、潜热及洋流输热的年平均值。,显热：虚线， 与横轴交于5N（热赤道），由此分别向南、北输送 两个高点：20附近、5060间,潜热：点点线， 与横轴交于5N、23附近，由此分别向南、北输送 40 附近、10 附近,洋流热通量：点划线 与横轴交于2N，由此分别向南、北输送 高点： 20 附近，74%,综合：实线，年平均：40附近最大；季节：冬季大、夏季小,大气环流的 输送形式,平均经圈环流 （三圈环流） 大型涡旋,显热 同 一 量 级,潜热 3070N 次 主,大型涡旋,气旋 反气旋 槽 脊,D,G,据估计,洋流：33% 大气环流：67%,030 多,30N以北 多,调节了 高、低 纬度之 间的温 度,低纬：降了213 高纬：升了623,大气环流和洋流在缓和赤道与极地间南北温差上， 确实起了巨大作用。,海洋上更显著：,（二）海陆间的热量传输,冬季：海洋是热源，陆地是冷源，海（热量）陆地 中高纬度：盛行西风， 大陆西岸：迎风海岸、暖流，气温高,太平洋：27， 阿拉斯加暖流 大西洋：2 北大西洋暖流,北大西洋暖流：势力极强，使西北欧的气温特别暖和。（P54图）,西岸暖， 东岸冷,夏季：陆地是热源，海洋是冷源，陆地 （热量）海洋（P55图：红海）,这种海陆间的热量交换是造成同一纬度带上，大陆东西两岸和大陆内部气温有显著差异的重要原因。 一般来说，凡迎风海岸，特别是暖流的迎风海岸，因受到海洋气团的影响，气候温和湿润； 背海风地带，因受到大陆气团和冷洋流影响的沿岸，气候干燥而寒冷。,三、环流与水分循环,水分循环的过程是通过蒸发、大气中的水分输送、降水、入渗和径流（含地表径流和地下径流）来实现的。,水分外循环（大循环）：海陆之间的水分交换 水分内循环（小循环）：海、陆,无论是在大循环或是小循环中，大气环流都起着重要作用。,就全球而论，水分循环各分量的估计值如下： 全球平均年降水量 1040mm = 100个单位,海 陆,86,80,6,14,20,6,地球上的水量平衡,水分循环,大气环流,据水分循环中三个分量（蒸发、输送、降水）的平均经向分布说明大气环流与它们的关系：,蒸发：图b，三条曲线 蒸发的快慢和蒸发量的多寡要受环流方向和速度的影响，如海洋： 蒸发量最高峰：1020，信风带，风向和风速都很稳定 赤道低压带：风速小,降水：图a,云和降水的形成以及降水量的大小与大气环流的形势更是息息相关。 降水量高峰： 赤道低压带：辐合上升气流，产生大量的对流 雨 中纬西风带：在冷暖气团交绥的锋带上，气旋 活动频繁 高峰之间： 副热带高压带：盛行下沉气流,输送：,将a、b重叠,1317N，740S：蒸降，有盈余 赤道带和中、高纬度： 降蒸，有亏损,要达到水分平衡，则需大气环流将水汽从盈余的地区输 送到水汽亏损的地区。,图c：以副高为中心，通过信风和盛行西风将水汽作经 向输送。（箭头方向）,60N 30N 0 30S 60S,盛行西风,东南信风,东北信风,盛行西风,低纬度： 哈德莱环流 中、高纬度： 大型涡旋,四、低、中、高纬度环流与气候（补充）,全球大气环流的基本形势是纬向环流，各盛行风系和高低气压带大致沿纬圈分布。 因此，大气环流对同一纬度内气候形成的作用是相类似的，即同一纬度内各地气候应具有一般共同特点。 不同的纬度带有不同的主要环流系统，受不同环流系统制约的地区应有不同的气候特点。 半球气候带分为三个带较合适。,（一）低纬度环流与气候,低纬环流包括赤道辐合带、信风带、赤道西风带和副热带高压带。 大体在30N30S之间。 赤道辐合带：由于气流辐合上升，空气对流运动非常旺盛，带内气候单调，其特点是全年皆夏，炎热潮湿，多积云，降水丰沛。,信风带：,此带的大陆东岸是迎风岸，降水充沛，若再有地形的抬升作用，则降水量更大； 此带的大陆西岸是背风岸，降水稀少，常形成荒漠和半荒漠气候。,信风带的洋面上，由于西岸有暖流，东岸有寒流，导致东、西岸的气流、大气稳定度和天气状况截然不同。 大洋东岸受寒流影响，在数百米的洋面上的信风带内形成冷空气层，气层稳定，天气晴朗，云和降水均少。 大洋西岸受暖流影响，气层内大气稳定度增大，云和降水稍多与东岸。,赤道西风带：,北半球的赤道西风区，在夏季盛行西南季风，降水非常丰沛；冬季为东北风，降水减少。 南半球的赤道西风区，在夏季盛行西北风，冬季盛行东南风。 这就是热带季风盛行的地带。,副热带高压带：,其平均位置在30纬度带上，一年中有显著的季节移动。冬季可移到20甚至更低纬度，夏季可移到35以上。 在其中心控制下，无论在海洋上或陆地上，气候都是干燥少雨；其东部干旱少雨；西部气流来自低纬暖湿洋面，在有地形抬升或热带气旋经过时，降水就较多。 副高的强弱及其南北移动是形成大陆东西岸不同气候的重要原因。,由于环流系统随季节而移动，在赤道辐合带和信风带之间的地区： 夏季受赤道辐合带或赤道西风的影响，形成多雨的湿季。 冬季受信风控制，特别是大陆西岸，形成少雨的干季。 这就是热带干湿季气候。,低纬环流系统与降水的关系,（二）中纬度环流与气候,中纬度环流包括副高和温带西风，以温带西风为主。 西风带高空有两支急流（北、南支）。 西风带中高空盛行各种大中型波动，地面盛行移动性的气旋和反气旋。,约在南北纬2535范围内，因受副高影响，全年经常干燥，冬季有时受西风带影响，有短暂降水，属副热带干燥气候。 实际上这一地带是副热带干燥气候向高纬度的延伸，因为它们都是由副高控制造成的。,大约在南北纬3560间，均受温带西风控制。 温带西风与信风相比，其风向和风速多变。 在温带西风带，大陆东西岸及中部气候有显著不同。 大陆中部，夏季受大陆热低压影响，冬季受大陆冷高压控制，全年经常干燥，只有夏季有不多的降水，形成温带干燥气候。,如：欧亚大陆,冬季： 大陆西部盛行西南风，暖湿的空气从大西洋吹来，气候温和潮湿，降水较多。 在大陆中心偏北的陆上，有强大的西伯利亚高压，使大陆东部盛行西北风，寒冷的空气随冷高压移动，由高纬经过内陆吹向海洋，气候寒冷干燥，降水稀少。,夏季： 大陆西部盛行从副高北部吹来的偏西风，东部盛行东南季风。 两岸都受到海洋气流的影响，但西岸气流来自中纬度的海上，东岸则来自低纬度的热带海洋，所以西岸气温比东岸略低，降水量也是西岸少于东岸。 西岸是迎风海岸，具有海洋性气候，东岸具有季风气候，大陆中心则是干旱的大陆性气候。,在副高与温带西风之间的地区，由于环流系统作季节性移动，形成冬夏气候不同的特点。 如：在大陆东岸形成夏雨冬干的季风气候，大陆西岸则形成冬雨夏干的地中海式气候。,南半球：,其西风带比北半球稳定，风力也较强。 因为南半球海洋面积宽广，陆地面积狭窄，海陆热力差异引起的季节性高低压活动中心的干扰不明显。 南半球西风带的气候是普遍的温和、湿润，气温的日较差、年较差皆小。,中纬环流系统与降水的关系,（三）高纬度环流与气候,极地冷高压是高纬地面主要环流系统，极涡是高纬高空主要环流系统。 在它们控制下，形成寒冷少降水天气。 只有在副极地地区，夏季因环流系统季节性向高纬移动，可受中纬西风带影响，在向风海岸降水较多。,高纬环流系统与降水的关系,总之，大气环流在气候形成中起着重要作用。 当环流形势趋于其长期的平均正常状态时，各地气候也就正常； 当环流形势在个别年份或个别季节里出现异常时，也就导致相应的气候异常，使某些地区出现旱或涝、严寒或高温等不正常的天气和气候现象：,五、环流变异与气候,如上所述，环流因子在气候形成中起着重要作用。当环流形势在某些年份出现异常变化时，就会直接影响某些时期内的天气和气候，出现异常。 如厄尔尼诺/南方涛动(ENSO),西班牙文：El Nino圣婴、圣子；原指有的年份圣诞节前后，沿南美秘鲁和厄瓜多尔附近太平洋海岸出现的一支暖流。 现指在南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至日界线（180）附近的海面温度异常增暖现象。,0,厄 秘,80W,180,太 平 洋,厄尔尼诺,常年： 此区域盛行信风（东风） 沿赤道太平洋海平面高度呈西高东低的形势，海温分布为西暖东冷,强信风： 西太平洋：海平面抬升 东太平洋：海平面降低，海水质量辐散，次层冷海水上翻， 导致这里成为更冷的冷水带。,在冷水带上，水温低于气温，空气层结稳定，对 流不易发展，雨量偏少，气候干旱。,此冷水带有丰富的营养盐分，使浮游生物大量繁 殖，为鱼类提供充足的饵料（秘鲁渔场），鱼类 又为鸟类提供丰盛 的食物，所以这里鸟类甚多， 鸟粪堆积甚厚，成为当地一项重要资源。,每隔数年，发生信风张驰（减弱）：,东太平洋： 冷水上翻现象消失，海平面升高，海面水温增暖，冷洋流转变为暖洋流 浮游生物和鱼类、鸟类大量死亡 干旱气候突然转变为多雨气候，甚至造成洪水泛滥 这就称为厄尔尼诺事件 与厄尔尼诺事件密切相关的环流还有南方涛动（SO）、沃克环流、哈德莱环流。,南方涛动：Southern Oscillation ( SO),南太平洋：副高 印度洋：赤道低压,比常年增高 比常年降低,比常年降低 比常年增高,负相关 涛动,用塔希堤岛的海平面气压代表南太平洋副高 (A) 用达尔文港的海平面气压代表印度洋赤道低压(B),南方涛动：Southern Oscillation ( SO),南太平洋：副高 印度洋：赤道低压,比常年增高 比常年降低,比常年降低 比常年增高,负相关 涛动,用塔希堤岛的海平面气压代表南太平洋副高 (A) 用达尔文港的海平面气压代表印度洋赤道低压(B),用南方涛动指数(SOI)定量地表示涛动振幅的大小 SOI=A-B,赤道东太平洋(0-10S，180-90W)海面水温：SST,ENSO事件的主要特征： 当SST出现异常高位相（增暖）时，SOI却出现异常低位相（气压差值减小）。 P172图618,厄尔尼诺事件： 连续三个月SST正距平在0.5以上 或季距平在0.5以上,厄尔尼诺/南方涛动现象是低纬度海气相互作用的强信号。 近年观测研究表明，在北太平洋亦有“北方涛动” 南方涛动 北方涛动,低纬度涛动,由两种基本状态和其间的过渡状态所组成（P173图：立体）,A、低指数时期：,赤道低压：减弱、东伸,0,180,西太平洋 中、东太平洋,印度洋,+,南、北太平洋副高：减弱，并向较高纬度移动,一,一,导致：信风减弱,暖水向东扩展和输送 冷水上翻现象减弱乃至停止,海面水温升高，厄尔尼诺,沃克环流变化，对流发展 多雨带（P173图：阴影，云）,雨量减少,C、高指数时期：,赤道低压：加强、西撤,0,180,西太平洋 中、东太平洋,印度洋,南、北太平洋副高：加强，并向赤道靠拢,+,+,导致：信风加强,冷水上翻现象强烈， 向西平流,海面水温降低,层结稳定 少雨,状态之间的转换主要通过副高强度和位置变化这个重要环节 b、d为过渡状态 哈德莱环流,副热带高压带,副热带高压带,低纬度涛动的平均周期约40个月 ENSO现象是两半球大气环流作用下，低纬度大气海洋相互作用的现象，其形成原因有待进一步研究。,厄尔尼诺可引起全球性的气候异常,厄尔尼诺对气候的影响以环赤道太平洋地区最为显著。 在厄尔尼诺年，印度尼西亚、澳大利亚、印度次大陆和巴西东北部均出现干旱，而从赤道中太平洋到南美西岸则多雨。,厄尔尼诺事件通过海气的遥相关，还对很远的地区，甚至对北半球中高纬度的环流变化也有影