第四章气候形成的下垫面因素.ppt

第四章气候形成的下垫面因素,教学目标1.掌握影响气候形成的主要的下垫面因素及其特性；2.掌握种类下垫面因素对气候的主要影响及后果。教学要点1.影响气候的下垫面因素及其特性；2.各类下垫面因素对气候的主要影响及后果是重点也是难点。,第四章,第四章气候形成的下垫面因素,第一节海陆分布与气候第二节海气相互作用与气候第三节地形与气候第四节冰雪覆盖与气候第五节局地地面特性与气候,第四章,第一节海陆分布与气候,第四章,1、海洋的气候学特性：(1)、海洋的热力状况(2)、海洋的动力状况(3)、海洋在气候形成的作用2、海陆分布与气候（1）、海陆分布与气温（2）、海陆分布与大气水分（3）、海洋性气候与大陆性气候,下垫面是大气的主要热源和水源，也是空气运动的边界面，对气候形成的影响非常显著。在下垫面的差异中，最显著的就是海陆差异，这种差异通过热力和动力作用影响大气，改变大气中的水、热状况，影响环流的性质、强弱，最后形成了海陆间的气候差异。,第四章,第一节海陆分布与气候,第一节海陆分布与气候,一、海洋的气候学特性1海洋的热力状况,第四章,海水温度变化-垂直温度,海水垂直溫度,1000m,2000m,3000m,4000m,深度,海水温度变化-垂直温度,海水垂直温度,1000m,2000m,3000m,4000m,深度,海水温度变化-垂直温度,海水垂直温度,1000m,2000m,3000m,4000m,深度,海水温度变化-垂直温度,海水垂直温度,中纬度,高纬度,深度(m),溫度(C),2海洋的动力状况,第一节海陆分布与气候,3海洋在气候形成中的作用（1）海洋是大气运动的主要能量和水分的供应地。（2）海洋在维持地球大气高、低纬度间的能量平衡方面有着重要作用。（3）海洋是大气巨大的热量储存库，又是大气温度的调节器。（4）海洋对缓解CO2产生的温室效应有重要作用。（5）洋流在高、低纬度间的热量传输上有重要作用，对东西两岸的气温差异也有明显的影响。,第四章,第一节海陆分布与气候,二、海陆分布与气候1海陆分布与气温（1）冬季海洋上水温比气温高，海洋是大气的热源，大陆是冷源。夏季，海洋上水温比气温低，海洋是大气的冷源，大陆是热源。（2）全球而言，北半球海洋面积比南半球小，冬季平均气温北半球（8.1）比南半球（9.7）低，夏季平均气温北半球（22.4）比南半球（17.1）高。（3）高纬度大陆平均气温较低（因为冬季降温显著），低纬度大陆平均气温较高（因为夏季增温显著）。（4）海陆温差因纬度和季节而异。结果：由于海陆温度时空分布不均匀，产生了气压梯度力，形成周期性季风和海陆风，影响天气和气候。,第四章,全球1月和7月气温（）距平图,第一节海陆分布与气候,2海陆分布与大气水分（1）对蒸发和空气湿度的影响（2）对云、雾的影响（3）对降水的影响,第四章,第一节海陆分布与气候,3海洋性气候和大陆性气候（1）海洋性气候：指海洋上、岛屿、沿岸地区形成的，具有明显的海洋影响特征的气候。其总的特点是：温和、多云、湿润。（2）大陆性气候：指离海较远的内陆、盆地、高原，深受大陆影响，具有明显的大陆影响特征的气候。,第四章,海洋性气候与大陆性气候的比较,海洋性气候与大陆性气候的比较,第一节海陆分布与气候,（3）气候大陆度：是用于表达各地气候的大陆性（海洋性）程度的指标。大陆度的计算公式很多，但至今还没有一个公认的完善的大陆度公式。郑克尔大陆度公式：K=A/sin式中K为大陆度；A为气温年较差；为当地纬度。K50，则为大陆性气候；K50，则为海洋性气候，K值越大，大陆性越强；K值越小，海洋性越强。,第四章,第一节海陆分布与气候,伊凡诺夫综合法大陆度公式：K=100%*（Ay+Ad+0.25Do）/（0.36+14）式中Ay为气温年较差，Ad为气温日较差，Do为最干月湿度饱和差，为当地纬度，K为大陆度。K100%，为大陆性气候，K100%。为海洋性气候，K越大大陆性越强。,第四章,我国气候的大陆度,例地点纬度（N）大陆度（K）恒春2218.2广州230845.4海洋性气候上海311038.2北京395761.1吐鲁番425688.0大陆性气候海拉尔491389.8表明：我国气候的大陆度从南向北，从东南沿海向西北内陆呈逐渐增大态势。我国海洋性气候地区面积少（仅为沿海区域或大水域沿岸），大部分地区受大陆性气候影响和控制（面积大）。,第二节海气相互作用与气候,一、概述概念：海气相互作用海洋与大气边界面上的热量、动量、物质等的交换以及这些交换对大气、海洋各种物理特性的影响。1海气相互作用的物理过程：动量交换：由摩擦应力引起；热量交换：通过湍流、蒸发和长波辐射作用；物质交换：主要是水、二氧化碳、盐粒、气溶胶的交换。,第四章,第二节海气相互作用与气候,第四章,2.海洋对大气的作用：1）给大气提供热量和水汽：热量影响气温分布，驱动大气运动，水汽产生相变，生成云雨；2）调节大气中CO2的含量，影响地球气候的变化。3.大气对海洋的作用：风吹动海水流动，形成风海流。1）北半球：低纬度洋面，海水围绕副热带高压作顺时针方向流动；2）北半球：高纬度洋面，海水绕副极地低压作逆时针方向流动。,第二节海气相互作用与气候,第四章,第二节海气相互作用与气候,二、海气相互作用的现象现象：厄尔尼诺、南方涛动和瓦克环流1、厄尔尼诺西班牙语“EINino”，原意为“圣婴”。表示在有年份圣诞节前后，沿南美厄瓜多尔、秘鲁沿岸有一支微弱且向南移动的暖海流，使这一带海温异常偏高，造成山洪暴发的现象。定义：赤道东太平洋几千公里范围内出现的海面温度异常偏高的现象，称为厄尔尼诺现象。周期：平均每2-7年出现一次，每次持续半年。活动范围：5N10S，18090W之间的赤道太平洋,第四章,太平洋热结构对海面风场变化的相应,正常年份,东南信风,在正常情况下，太平洋赤道两侧盛行稳定强劲的偏东信风，它将温暖的表层海水，吹离南美沿岸，并向西流动，在赤道太平洋西部堆积，其海面可比东侧高3040厘米，西太平洋赤道地区成为太平洋最热的海区。,正常年份的大气和洋流,上升暖气流,下降暖气流,冷水流上升,水面洋流和信风,西暖东冷、对比明显的水温分布型,厄尔尼诺年份,当厄尔尼诺出现的时候，就会出现一系列的海气反常现象，东太平洋信风减弱甚至消失，东太平洋赤道以南的冷水区消失，西太平洋赤道地区的热水向东扩散。,厄尔尼诺年份的大气环流和洋流,上升暖气流,下降暖气流,冷水流,反方向的洋流和信风,暖水流,厄尔尼诺洋流,气旋,在东风加强的时期，赤道东太平洋地区海水上翻加强，表面海水温度降低。由于水温低于气温，空气层结稳定，对流不宜发展，赤道东太平洋地区降雨偏少，气候偏干；而赤道西太平洋海水温度异常偏高，降水异常多，这就是拉尼娜事件。可是每隔数年，东向信风减弱，西太平洋冷水上翻现象消失，表层暖水向东回流，导致赤道东太平洋海平面上升，海面水温升高，秘鲁、厄瓜多尔沿岸由冷洋流转变为暖洋流。下层海水中的无机盐类营养成分不再涌向海面，导致当地的浮游生物和鱼类大量死亡，大批鸟类亦因饥饿而死，形成一种严重的灾害。与此同时，原来的干旱气候转变为多雨气候，甚至造成洪水泛滥，这就是厄尔尼诺。,拉尼娜与厄尔尼诺,科学家们定义：赤道中东太平洋区的表层海水温度与多年平均值偏高连续6个月超过0.5度，就称为一次厄尔尼诺现象。与此相反，我国科学家把这个海域的表层海水温度与多年平均值偏低连续6个月低于0.5度时，称为一次拉尼娜现象，或反厄尔尼诺现象。由于这两种异常的自然现象在发生的时间上常常一先一后，所以科学家们也称其为“一对孪生兄妹”。,为什么增温0.5就算异常了呢？,海水的比热大、吸收太阳辐射能力强，因此广阔的大洋通常被视为大气的重要热库。100米深的海水温度变化0.1所用的热量，足以使上面5000米厚度的大气层温度提高6。赤道太平洋水域占全球海域1/4，因此那里的海温异常变暖，立即会影响大气环流的强度与方向。,厄尔尼诺对气候的影响,1、直接导致中、东太平洋及南美太平洋沿岸国家异常多雨，甚至引起洪涝灾害；也使得热带西太平洋降水减少，造成印度尼西亚、澳大利亚严重干旱。2、厄尔尼诺引起非洲东南部和巴西东北部的干旱，加拿大西部、美国北部暖冬及美国南部冬季潮湿多雨。3、与日本及我国东北的夏季低温、日本和我国的降水等也具有一定的相关性。4、厄尔尼诺常常抑制西太平洋热带风暴生成，但使得东北太平洋飓风增加。,拉尼娜对气候影响,1、拉尼娜的气候影响与厄尔尼诺大致相反，但影响程度及威力较厄尔尼诺小。2、拉尼娜出现时印度尼西亚、澳大利亚东部、巴西东北部、印度及非洲南部等地降雨偏多，但在赤道太平洋东部和中部地区、阿根廷、赤道非洲、美国东南部等地易出现干旱。3、拉尼娜年，我国容易出现冷冬热夏，即冬季气温较常年偏低，夏季偏高。另外，在西太平洋和南海地区生成及登陆我国的热带气旋个数，拉尼娜年比常年多。,“瓦克环流”,赤道太平洋地区存在西暖东冷、对比明显的水温分布。西部海温高，被加热的大气上升，到达高空后转向东；而东部海温低，空气被冷却下沉，到达海面后转向西（即东南信风），由此在赤道上空形成一个完整的纬向垂直环流圈，被气象学家称为“瓦克环流”。,正常年份的大气和海洋,暖水,冷水,瓦克环流,瓦克环流,厄尔尼诺年份的大气环流,暖水,冷水,瓦克环流破坏,瓦克环流破坏,发生拉尼娜现象时沃克环流与低纬度信风的关系,拉尼娜是指赤道东太平洋地区海水水温比正常年份偏低、冷水区比正常年份偏大的现象，又被称为反厄尔尼诺现象。,南方涛动,（1）概念：指热带太平洋、印度洋之间大气质量的一种大尺度起伏振荡，主要是赤道东太平洋的气压异常现象。气压偏低是海面气温偏高的结果，即厄尔尼诺现象，反之亦然。可见它们密切相关，合称“厄尔尼诺/南方涛动”（ENSO）。在低纬北太平洋也有类似的现象，称北方涛动。总称低纬度涛动，周期37年。,南方涛动,涛动指数SOI南方涛动最显著的是印度尼西亚和东太平洋地区。涛动指数SOI=Pr-PD，这里Pr代表赤道东太平洋海平面气压；PD代表印度尼西业海平面气压。,南方涛动,影响当赤道东太平洋气压高，印度尼西亚气压低时，称为高指数，南方涛动强。此时，赤道东太平洋海温低，副高偏强，降水少，印度尼西亚海温高，东南季风强，降水多且集中。相反，则称为底指数，南方涛动弱。此时东南季风弱，赤道东太平洋及沿海冷水上涌减弱，海面表层增温，副高偏弱，出现厄尔尼诺现象。,第三节地形与气候,本节主要知识点框架：1.地形对辐射状况的影响；2.地形对气温的影响；3.地形对降水的影响；,第四章,第三节地形与气候,一、地形对辐射状况的影响1高山和高原使到达地面的总辐射量增加，太阳辐射富于短波和紫外线。2坡地一般阳坡获得的辐射大于阴坡。3高山积雪地区对太阳辐射的反射率大，吸收率小。4山地地面有效辐射随高度升高而增大，增大速率比直接辐射大，所以高山、高原地区辐射能收入比低地大，净辐射比低地小，而且也因坡向、坡度和季节而不同。,第四章,第三节地形与气候,二、地形对气温的影响机械阻挡和热力作用1高大绵亘的山系、高原，如青藏高原、天山、秦岭等，阻碍大气运动，对寒流和热浪有阻碍作用，引起气流速度和方向的改变，从而影响大范围的气温分布。,第四章,第三节地形与气候,2山地本身由于辐射收支和热量平衡具有独特的复杂性和多样性，对气温也有非常明显的影响。山地气温随海拔高度增加而下降。递减率因季节、坡向、高度等不同而异。我国多数山地，夏季气温递减率大于冬季，南坡温度高于北坡。,第四章,第三节地形与气候,3地形的凹凸和形态不同也会影响气温。凸起的地形（如山峰）气温日较差、年较差比凹陷地形（如盆地、谷地）小。,第四章,第三节地形与气候,三、地形对降水的影响1促进降水的形成山脉阻碍气流，强迫上升，加强对流，促进凝云致雨。山脉阻挡气团和低值系统的移动，使之缓行或停滞，延长降水时间，增大降水强度。当气流进入山谷时，由于喇叭口效应，引起气流辐合上升，促进对流发展，形成云雨。山区由于地形复杂，各部分受热不均匀，产生局部热力对流，促进对流雨或热雷雨的生成。山地崎岖不平，摩擦作用强产生湍流上升，也促进降水。所以，山地降水量比平原增多，但分布极不均匀。,第四章,第三节地形与气候,2影响降水的分布地形对降水分布的影响主要是两个方面：高大地形影响四周大范围的降水分布。如青藏高原。地形本身各部分降水分布差异悬殊。分布规律：高原内部降水量随海拔增高而递减。山地降水量随海拔增高而增多，但超过最大降水量高度则不再随高度递增。迎风坡多雨，为“雨坡”，背风坡少雨，为“雨影”。山地多夜雨：主要是凹洼的河谷或盆地，以夜雨为主。,第四章,第三节地形与气候,四、青藏高原对气候的影响青藏高原海拔高，面积大，纬度大26N39N之间，南北跨13个纬距，东西跨约31个经度。海拔大部分在5000m以上，有一系列山峰超过了7000m，位居对流层的中下部。,第四章,第三节地形与气候,四、青藏高原对气候的影响冷热源作用和动力作用。1青藏高原的冷热源作用2青藏高原的动力作用,第四章,第三节地形与气候,1青藏高原的冷热源作用（1）青藏高原地面气温与同纬度的自由大气相比，冬季高原气温偏低，夏季偏高。（2）青藏高原本身具有大陆性气候特征，被称为地球的第三极地，气温特别低；气温日、年较差大；气温季节变化急，春季升温快，秋季降温也快，春温高于秋温。,第四章,第六章气候的形成,青藏高原对气温的热力作用,冷源,冷源,热源,总体看全年为大气的热源,海拔高，大气对太阳辐射损失小温度低，地气长波辐射损失小南部降水多，潜热释放大,第三节地形与气候,第三节地形与气候,(1)青藏高原的冷热源作用的后果：加强了东亚季风环流；形成高原季风环流；冬夏气温比同纬度东部平原地区低、日较差大、年较差小；气温变化剧烈，大陆性作用强，加强了高原大气垂直运动和季风环流，加速西风南支的奔溃和延缓建立；热低压弱，导致季风迟。,第四章,第五节地形、地面特征与气候,一、地形与气温,2青藏高原的动力作用,D,E,F,A,C,B,寒潮,暖舌,第四章,第三节地形与气候,第六章气候的形成,青藏高原对气温的动力作用影响（2）高原对西风气流产生分支作用。,西风气流受青藏高原阻障而发生分支绕流,西北侧暖平流气温较暖,东北侧冷平流气温较冷,西南侧冷平流气温较冷,东南侧暖平流气温较暖,青藏高原,第三节地形与气候,（3）高原对气流还有动力抬升作用，使对流发展，凝结释放潜热，导致高原气温比同高度的周围大气更高，有利于高压发展。,第四章,第四节冰雪覆盖与气候,第四章,第四节冰雪覆盖与气候,一、冰盖类型和分布（1）类型：冰雪覆盖是气候系统的组成部分之一，海冰、大陆冰原、高山冰川和季节性积雪等。（2）成因：冰盖的形成主要是由于低温和固体降水。（3）分布：海冰：指海洋上漂浮的冰块，主要分布在北冰洋和环南极大陆海洋。大陆冰原包括大陆冰盖、永冻土和山岳冰川。（4）变化：全球冰雪覆盖面积有明显的季节变化和年际变化。,第四章,第四节冰雪覆盖与气候,二、冰雪覆盖对气候的影响雪被冰盖是大气的冷源，它不仅使冰雪覆盖地区的气温降低，而且通过大气环流的作用，可使远方的气温下降。由于冰雪覆盖面积的季节变化，使全球的平均气温也发生相应的季节变化。1冰雪覆盖的辐射特性2冰雪覆盖的热力和水分特性3冰雪覆盖与环流,第四章,第五节局地地面特性与气候,一、局地地面处于大气层之下的地面，包括土壤表面、水面、冰雪面、植被面等各种自然的暴露表面以及人工修造的