高中地理 4.2 厄尔尼诺和拉尼娜现象课件1 新人教版选修2.ppt

厄尔尼诺和拉尼娜现象 厄尔尼诺和拉尼娜现象 一 沃克环流二 厄尔尼诺三 拉尼娜 厄尔尼诺和拉尼娜现象 一 沃克环流二 厄尔尼诺三 拉尼娜 g t 沃克 j 皮耶克尼斯 信风 堆积下沉 形成深厚的暖水层 上升流 秘鲁寒流 水温高 气压低 气流上升 水温低 气压高 气流下沉 赤道暖流 思考 1 若东 西部温差变为0 沃克环流是否还能存在呢 2 若东部的海水温度大于西部的 沃克环流将是怎样的呢 3 若东 西部温差变小时 又将怎样变化呢 厄尔尼诺和拉尼娜现象 一 沃克环流二 厄尔尼诺三 拉尼娜 厄尔尼诺 elni o 厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物 它原是指赤道海面的一种异常增温 现在其定义在于全球范围内 海气相互作用下造成的气候异常 厄尔尼诺现象 elninos 厄尔尼诺是一种发生在海洋中的现象 其显着特征是赤道太平洋东部和中部海域海水出现异常的增温现象 它是海洋和大气相互作用不稳定状态下的结果 由于这种现象经常发生在年末圣诞节前后 所以当地人称为 圣婴 厄尔尼诺 厄尔尼诺现象发生时 由于水温高 浮游生物减少 鱼得不到食物而大量死亡 所以以鱼为生的海鸟也将死亡或迁徙 由于厄尔尼诺现象给全球带来巨大的灾难 因此 这种现象已成为当今气象和海洋界研究的重要课题 厄尔尼诺 elni o 的成因 东太平洋暖流的不正常移动从美洲吹向太平洋西岸的信风减弱暖水在太平洋中部和东岸积聚 温度距平值大 为正值 温度升高 a b 温度距平值小甚至为负值 温度降低 结论 赤道附近太平洋东部和西部的温度差异减小 沃克环流减弱 温度距平值 思考 1 赤道附近太平洋东部和西部的温度差异为何减小 2 中东部海区温度异常升高的这种现象我们称为什么现象 3 这种现象的出现会产生什么样的影响呢 二 厄尔尼诺现象 1 含义 2 成因 1 多数科学家认可的原因 主要原因 2 其它成因解释 3 影响 1 对赤道附近太平洋东西岸的影响 2 对全球气候的影响 导致全球大气环流异常 但具有不确定性 赤道附近太平洋中东部的海面温度异常升高的现象 赤道附近太平洋中东部的海面温度异常升高的现象 1 含义 2 成因 1 多数科学家认可的原因 主要原因 2 其它成因解释 3 影响 1 对赤道附近太平洋东西岸的影响 2 对全球气候的影响 二 厄尔尼诺现象 东南信风突然减弱 甚至转为西风 赤道逆流增强 温暖海水覆盖赤道附近太平洋东岸海面 上升流消失 南美洲西岸寒流被暖流取代 赤道附近太平洋表层水温东岸升高 西岸降低 东西温差缩小 沃克环流减弱 厄尔尼诺 厄尔尼诺 elni o 的影响 事实上 厄尔尼诺现象所引起的短期气候改变其实不单会影响到太平洋沿岸国家 全球很多地方也会间接受到影响 这是因为在厄尔尼诺影响下的大气循环会扰乱全球正常的大气循环 使地球很多地方出现异常气候 例如正常多雨的地方会发生干旱 本来寒冷的地方会变得异常寒冷 等等 并继而影响经济及粮食生产 甚至威胁人们的生命 秘鲁及哥伦比亚一带 位于南美洲西岸一带的国家是受厄尔尼诺影响最显著的地区 每逢厄尔尼诺现象出现时 当地多会发生水灾及山洪暴发 同时 水灾亦会引致霍乱 疟疾或登革热等疾病的病例增加 另外 暖水会使南美的渔获量大减 影响以渔业为生的人的生计 这是因为原有的食物链 生物习性遭到破坏之故 欧洲一些地区被淹 造成水灾 图为捷克一名男子将一女孩驮过受灾的北部城镇 图为索马里士兵在灾区救助洪水中的灾民 1997年11月 厄尔尼诺现象给全境终年高温少雨的索马里带来了持续不断的暴雨 图为印度尼西亚首都雅加达南郊一片干涸 龟裂的湖底 暖流赶走了鹈鹕的主要食物 秘鲁渔民不得不给鹈鹕喂食 11月21日 北京一家商场内冷清的羽绒服卖场 当日北京最高气温为13摄氏度 暖冬使采暖设备等家用电器 羽绒服 保暖内衣等产品的市场预期减弱 对这些行业形成一定冲击 11月21日 北京儿童医院内科输液室 一名儿童在观看自己的输液瓶 近日北京患上呼吸道感染疾病的儿童增多 11月21日 北京交道口小区锅炉房的工人师傅在调整供暖锅炉水温 由于近日气温偏高 冬季供暖时有利于节约能源 但由于冷暖变化不定 气温有所起伏 所以供暖部门应和气象部门合作 根据天气情况供暖 11月19日 北京街头身穿短裙的女孩 当日 北京最高气温15摄氏度 hi 印度尼西亚及澳洲 厄尔尼诺会引致此两地发生干旱 令农作物失收 同时 干旱亦会引致山林大火一发不可收拾 其中1997年的印度尼西亚山林大火 更令东南亚一带的空气受到严重污染 这次山林大火共使15000人因呼吸系统或眼部不适而要前往求诊 长远而言 雨林面积的减少更会对全球气候构成不利的影响 非洲 同样 厄尔尼诺亦会引致东非发生干旱 而在1982 83的厄尔尼诺年 因干旱所引起的农作物失收更引致埃塞俄比亚及中非的萨赫勒地带 sahel 发生大饥荒 但另一方面 它却又会使非洲中部发生水灾 而在1997 98年 厄尔尼诺便为苏丹及肯亚带来大雨 令农作物失收 图17 11997年强厄尔尼诺事件发生过程中全球天气与气候异常事件分布图 取自climatepredictioncenter usa 厄尔尼诺形成的前兆 印度洋 印度尼西亚与澳洲气压上升 大溪地和太平洋中央 东面的海面气压下降 南太平洋的贸易风减弱或往东面吹 秘鲁附近的暖空气上升 令当地沙漠下雨 暖空气由太平洋西岸扩散至印度洋与太平洋东面 同时它令东面较干燥和有干旱的地方降雨 思考 1 中东部海区温度异常升高的现象我们称为厄尔尼诺 那么如果中东部海区温度异常降低 则这种现象我们称之为什么呢 2 这种现象的出现又将会产生什么样的影响呢 这些影响造成的后果较厄尔尼诺的是重还是轻呢 厄尔尼诺和拉尼娜现象 一 沃克环流二 厄尔尼诺三 拉尼娜 三 拉尼娜现象 1 含义 指赤道附近太平洋中东部的海面温度异常降低的现象 拉尼娜现象一般出现在厄尼诺现象之后 2 影响 对赤道附近太平洋东西部 西部 洪灾东部 旱灾 拉尼娜 lani a 拉尼娜现象就是太平洋中东部海水异常变冷的情况 拉尼娜 lani a 的形成 赤道偏东信风比正常增强中 东太平洋水温偏低东信风将表面被太阳晒热的海水吹向太平洋西部西部比东部海平面增高将近60厘米 西部海水温度增高 气压下降东部底层海水上翻 致使东太平洋海水变冷 拉尼娜 lani a 的影响 拉尼娜现象会造成全球气候的异常美国西南部和南美洲西岸变得异常干燥澳洲 印度尼西亚 马来西亚和菲等东南亚地区有异常多的降雨量非洲西岸及东南岸 日本和朝鲜半岛异常寒冷在西北太平洋区 热带气旋影响的区域会比正常偏南和偏西 2008年中国雪灾 中国国家气象部门的专家指出 这次大范围的雨雪过程应归因于與拉尼娜现象有关的大气环流异常 环流自1月起长期经向分布使冷空气活动频繁 同時副热带高壓偏强 南支槽活跃 源自南方的暖湿空气与北方的冷空气在长江中下游地区交汇 形成强烈降水 大气环流的稳定使雨雪天气持续 最终酿成这次雪灾 2008年中国雪灾 气象专家表示 华南地区持续低温 与拉尼娜现象及异常大气环流有密切相关 专家指 处于中高纬度的欧亚地区 高空近几个月来形成了一個阻塞高气壓 大气环流停留不动 导致北方冷空气连续不断入侵中国 在冷空气来袭的同时 来自南亚 东南亚的暖湿空气又源源不断向华南地区输送 冷暖气流在华南 江南一带交汇 导致罕见的长时间 兼大范围低温雨雪 38 厄尔尼诺和拉尼娜现象对气候的影响 拉莲娜与厄尔尼诺现象的预测 南方涛动指数量度厄尔尼诺或拉尼娜现象的强度 通常用南太平洋的塔希堤岛和澳大利亚的达尔文岛的海平面气压差来表示南方涛动的振动和位相指数 soi 负数代表厄尔尼诺 正数则代表拉尼娜 数值越大 现象越强 南方涛动指数的资料 http www bom gov au climate current soihtm1 shtml 40 1 南方涛动现象 southernoscillation 存在于全球热带东西方向的气压反相振荡 与厄尔尼诺合称enso 2 一次enso事件 在厄尔尼诺现象发生时 南方涛动指数 soi 达到最低值 即印度尼西亚和西太平洋地区气压升高 东太平洋气压降低 赤道对流区向东移动 由此带来了全球热带的气候异常和对中高纬度大气环流和气候的显着影响 这种强烈的海气相互作用现象 称为一次enso事件 南方涛动 南方涛动是指太平洋一些台站的气压和印度与爪哇的降水有同时增加的趋势 而此时印度地区的气压减小 也就是说 相对于平均值 当太平洋气压是高的情况下 从非洲到澳大利亚的印度洋地区气压是低的 因而在大尺度范围内 气压在太平洋和印度洋之间似乎是来回摆动的 降水的变化方向与气压相反 当太平洋一些台站气压升高时 在该处降水减小 而印尼一带气压降低 降水增加 图17 2给出月平均地面气压与雅加达地面气压相关系数等值线分布 可以明显地看到上两个地区的负相关关系 谱分析研究也表明 交叉谱的相角差几乎是 这表明澳大利亚的达尔文港和南美的圣地亚哥在南方涛动时气压变化是相反的 此外这种现象的带宽范围相当大 有几年的时间尺度 2 7或2 10年 这说明南方涛动不是一般意义上的周期性脉动或振荡 但这种现象肯定是一种振荡 由此而造成的气压的来回升高或降低影响了全球很大范围的地区和大气活动中心 尤其是印度和东太平洋地区 南方涛动实际上是一种行星尺度的现象 最大的振幅出现在波数1中 图17 2月平均地面气压与雅加达地面气压的相关 在南太平洋高压区相关系数是负的大值 而在澳大利亚 印尼低压区是大的正值 由于so不是一种定常振荡 故相关系数在无时间后延处没有最大值 南方涛动与赤道太平洋的降水有密切的关系 在so的不同的位相阶段 赤道降水有不同的条件 在so的正位相阶段 南美气压升高 澳大利亚气压降低 赤道太平洋的台站降水一般偏少 是干期 而在负位相阶段情况大致相反 另一方面南方涛动与中东赤道太平洋的海表温度有密切的关系 目前已经指出 人们曾研究了so与puertochicama海温的直接关系 例如对每隔一个月的so指数 取圣地亚哥与达尔文港的地面气压差 与规一化的puertochicama海温进行了交叉谱分析 据1925 1935年资料 得到so指数和秘鲁沿岸海温是反相关的 即秘鲁沿岸出现高温时 so指数减小 这或者由南太平洋反气旋的气压降低造成 或由澳大利亚气压升高引起 对这个事实成为联系elni o现象与so及其有关现象的依据 这两种现象的组合就变成enso一词 它反映了海气相互作用的结果 17 2厄尔尼诺现象和enso事件 厄尔尼诺现象是一种海洋现象 一般它是指南美沿岸海洋水温的异常增暖 通常在秘鲁和智利沿岸地区同时有暴雨出现 实际上厄尔尼诺现象也可以看作是南美沿岸水温的异常季节增幅 图17 3和17 4清楚地给出了厄尔尼诺现象的时空演变 在北半球春季 2月和3月 在厄瓜多尔和秘鲁沿岸开始有中等程度的温度正距平 以后向西扩展 6个月之后影响到整个热带太平洋 1963年弱的厄尔尼诺和1982年与1986年强的厄尔尼诺演变情况不同 这三次的异常暖水首先出现在中太平洋地区 以后向东扩展再影响南美沿岸 因而非典型厄尔尼诺现象的位相非常不同于较典型厄尔尼诺事件的位相 图17 3 a 海表温度的季节变化 虚线 和典型enso事件 1951 1953 1957 1963 1965 1969和1972年事件 的海表温度变化 在3os 12os沿南美海岸100公里处航线上测到的海温平均值 在中 东热带太平洋 海表温度 海平面高度和温跃层厚度大 垂直密度层 分开暖表层水与深厚冷海水的层次 之间相关提高 b enso事件期间对规则季节变化的海表温度偏差 1976年 未给出 强增温与1972年相似 c enso事件期间特鲁克岛 152oe 7on 的海平面高度变化 这些变化代表了热带西太平洋的变化 d c 中enso事件的平均海平面高度变化 实线 虚线是不包括enso事件的特鲁克岛的海平面高度年变化 图17 41950到1973年间7次neso事件平均的海表温度分布 a 爆发后的3月和4月 b 以后的8 9 10月 c 以后的12 1 2月 d 爆发后1年5 6 7月 图17 5是赤道东太平洋ni o3区海表温度距平 ssta 与南方涛动指数 soi 和对流活动振幅指数 coi 负值代表对流活动强 的时间序列 有的厄尔尼诺事件延续时间较长 可达2年左右的时间 有的延续时间较短 约1年左右 有的厄尔尼诺爆发过程是逐渐的 有的则很迅速 厄尔尼诺事件的长度和强度有明显的差别 短的只有6个月 长的可达16个月 其增温幅度弱的为0 9 强的可达2 8 1997 98年事件 ssta达到最大值的月份一般在冬季 但也有在春秋季的 厄尔尼诺最早发生的地区一般在赤道东太平洋 有时可在赤道中太平洋首先发生 表17 1 图17 5nino3区 90ow 150ow 5on 7os 海表温度距平 南方涛动指数 soi 与对流活动的指数 coi 的时间序列 国家气候中心诊断室 表17 1elnino事件分类一览表 注 vs 很强 对暖 冷 事件强度指数 18 0 16 vw 很弱 对暖 冷 事件 强度指数 4 5 3 5 s 强 对暖 冷 事件强度指数为17 9 14 0 15 9 12 0 m 中等 对暖 冷 事件强度指数为13 9 7 0 11 9 6 0 w 弱 对暖 冷 事件强度指数为6 9 4 6 5 9 3 6 e 动太平洋爆发型 c 中太平洋爆发型 表17 2lanina事件分类一览表 根据1950年以后7次enso事件的分析 可以把一次典型的enso发展过程划分为三个阶段 先兆阶段 这指春初南美沿岸出现增暖前的时段 第二阶段是异常条件发展的时期 最后阶段是异常条件衰亡 正常条件恢复的阶段 1 先兆阶段 盛行于热带太平洋的偏东信风在北澳大利亚 印尼低压区辐合 上升并造成显著的云量和降水 在高空空气向东回流并在干冷的东南太平洋高压区下沉 这个纬向环流就是瓦克环流 图17 6上图 厄尔尼诺发生的前兆之一是瓦克环流的高空支东移 即移到新几内亚与日界线之间的地区 这在地面气压 风场和降水资料中都有明显表现 在厄尔尼诺爆发前的10月和11月 澳大利亚达尔文港的地面气压上升 日界线以西的信风减弱 日界线附近的表层水略有增暖 印度尼西亚的降水开始减少 但日界线附近降水增加 图17 6南方涛动两个阶段的概括图 上图是厄尔尼诺前或正常条件的情况 下图是厄尔尼诺发生的情况 实线代表海平面等压线 实箭头代表地面风 粗虚线代表itcz和spcz 南半球辐合区 位置 双箭头还给出了walker环流的上升支 取自美国科学委员会 1988 2 异常条件的发展 enso事件第二阶段最明显的特征是初期出现在秘鲁和厄瓜多尔的异常条件向西扩展 图17 4 因为以50 100厘米 秒的速度向西传播 故根据秘鲁沿岸的资料可以提前几个月在圣诞岛 christmas岛 2 n 15 w 预报有极高的降水量和海表温度 到10月整个热带太平洋都出现这种异常的条件 当异常条件向西传播时 日界线以西的先兆的振幅或强度继续增加 但其发展落后于东面异常条件的发展 图17 4 在11月和1月之间 爆发后 enso事件达到成熟阶段 这时在热带太平洋大部分地区出现异常暖的表层海水和特别弱的信风 itcz的位置比正常偏南 哈得莱环流加强 在日界线以西 西风在瓦克环流的上升支辐合 这时它已移向中太平洋地区 参见图17 6 3 回复到正常条件 在南美沿岸 异常条件的振幅在enso爆发后几个月 开始减少 图17 3 a 和 b 但是在galapagos岛 0 90 w 以西 几乎1年以后才开始回复到正常条件 异常enso条件衰减的方式与其增长的方式相似 即正常条件 特别低的海表温度和强信风 首先出现在热带东南太平洋 以后向西传播 直到enso爆发后18个月 在整个热带太平洋建立 由上面的讨论可见 厄尔尼诺发生发展的过程一般有三个特点 第一 在厄尔尼诺发生前期 西 中热带太平洋的东风减弱或转变为西风 同时在中太平洋有弱的增温 第二 在秘鲁沿岸首先出现明显增温 随后在东太平洋东风减弱 第三 秘鲁沿岸的增温向西传播 可到达中太平洋 但是在有些年份enso事件的发展并不与上述过程和基本特征相一致 一般的厄尔尼诺事件增温区是从南美沿岸向西传播的 但对1982 83和1986 87年增温区是从中太平洋向东 南美沿岸 传播的 从沿赤道地区 5 n 5 s 海温28 线 高层东风和低层西风距平中心 射出长波辐射负距平中心位置的时间经度剖面图 图略 可看到 这两年的28 等sst线的东界位置随季节变化有规律地向东移动 这与图17 7中自西向东三个海域的增温峰值的变化是一致的 有趣的是 低层的西风距平及高层的东风距平中心位置也是比较有规律的东移 例如1982 83年厄 尼诺期间 高低层东西风距平中心位置从1982年7月到1983年2月从160 170 e东移到150 w附近 以后基本上稳定下来 移速大约1个月为10个经度 在1986 87年 高低层东西风距平中心位置自1986年7月到1987年1月从140 e附近东移到180 附近 然后也基本上稳定下来 移速大约1个月为7个经度左右 这种高低层东西风距平中心位置的东移 实质上反映了这段时期瓦克环流的向东明显移动过程 这与前面讨论的先兆阶段的特征是一致的 由于瓦克环流上升支由印尼一带移到了赤道中太平洋地区 从而使赤道中太平洋的对流活动加强和降水增加 这种情况可由图17 8更清楚地看出 注意负的olr中心从西太平洋一直向东传播 最后到达中太平洋 olr的负中心在东传中不断加强 图17 7赤道东太平洋海温距平变化曲线 从1981 1987年 虚线为过去6次厄尔尼诺平均 图17 8沿赤道地区olr 射出长波辐射 的距平时间 经度图 a 1986 1987年 b 1982 1983年 单位 wm 2 图17 9赤道太平洋热力结构对变化的信风的响应 上图 正常风场条件下 西部海平面上升 温跃层加深 中图 强信风情况 上述海洋的响应明显加强 这造成强赤道上翻和南赤道流 西太平洋有暖水积累 温跃层加深 同时赤道东太平洋 尤其是秘鲁沿岸 海温降低 下图 当信风减弱时 水向东流 这导致沿南美沿岸的温跃层加深 海平面高度上升 而在西太平洋海平面高度下降 温跃层上升 在全球变暖条件下 厄尔尼诺事件的频率和强度有增加的趋势 图17 10 correlationswiththesoindex soi basedonnormalisedtahitiminusdarwinsealevelpressures forannual maytoapril meansforsealevelpressure topleft andsurfacetemperature topright for1958 2004 andgpcpprecipitationfor1979 2003 bottomleft updatedfromtrenberthandcaron 2000 thedarwin basedsoifrom1866 2004 k nnenetal1998 lowerright featuresseas