现代气候学知识点

现代气候学Van♂darkass气候的定义:在太阳辐射和气候系统各子系统相互作用下，地球上某一区域在某一特定时段内天气〔气候要素〕的多年平均状况及其极端情形。气候学的概念:基于先进、综合的观测资料，利用统计和数值方法定量争论气候形成与变化、气候系统各成员间的相互作用，进展气候推测、气候理论及应用等方面争论的学科。气候系统：包括大气圈、水圈、陆圈、冰雪圈和生物圈在内的，受地球外因子影响、能够打算气候形成和变化的相互作用的整体。传统气候学与现代气候学的差异:对气候的生疏气候系统概念的引入争论内容和争论方法.气候系统的组成:①大气圈构造：依据垂直方向上大气温度变化、运动状态、密度及成分的变化等,将大气分为:对流层,平流层,中间层,热层和外逸层.组成及特性:干洁空气、水汽、固态和液态微粒〔气溶胶粒子〕动力、热力性质:热惯性和动力惯性小,1个月左右.②水圈组成：海洋、河流、湖泊、地下水和地表上的一切液态水。构造：海陆水平分布、海温垂直构造动力、热力性质：反射率小、热容量大、流速小，动力、热力惯性大。对气候的影响：〔1〕对温度的调整作用、水汽源地；〔2〕海-气相互作用③陆圈组成及构造：地球表层的固体外表，由岩石、土壤和沉积物组成。包括高原、平原、山地、丘陵、盆地等。热力性质:热容量小,热惯性小.对气候的影响：动力作用、热力作用、物质交换.④冰雪圈组成及构造：大陆冰原、高山冰川和永冻层、海冰和地面雪盖。热力性质：反射率大⑤生物圈.热力、动力、水文等特性：反射率、粗糙度、蒸发、蒸腾、渗透、水份循环、CO2平衡.南极臭氧洞：南极地区上空大气臭氧总含量大幅度特别下降的一种现象。大气的保温效应〔温室效应〕：大气中的温室气体对太阳辐射的吸取很少，但却能猛烈地吸取地面辐射，同时又向地面放射长波辐射，补偿地面因放射辐射而损失的能量，使地面气温上升的效应．阳伞效应气溶胶对太阳辐射的散射和吸取，使到达地面的太阳辐射减弱，引起地面气温的下降，其效应类似于阳伞效果，故称为阳伞效应．系统：很多物体〔成分〕和属性〔变量、要素〕组成的构造群，这些物体和属性之间通过肯定的物理过程而相互联系，并按某种观测的型作为一个简单的整体而起作用。系统的分类：开放系统：有能量和物质与系统外交换。封闭系统：没有能量和物质与系统外交换。孤立系统：有能量但无物质与系统外交换.反响的定义：气候系统不同属性〔变量〕之间的相互作用，引起气候属性的变化，称为反响。包括正反响过程和负反响过程。正反响：反响过程造成的气候变化与原变化同号，使气候变化加剧，产生气候不稳定称为正反响。负反响：反响过程造成的气候变化与原变化反号，抑制气候的变化和特别，使气候趋于稳定，称为负反响。天文辐射：大气上界与地球外表同心球面上接收到的太阳辐射，或者说不考虑大气圈影响,地外表接收到的太阳辐射称为天文辐射。太阳常数:大气上界、日地平均距离处、单位时间、垂直于太阳光线的单位面积上通过全部波长的太阳辐射能。天文辐射日总量:地球外表单位面积一天内接收到的全部波长的太阳辐射能15太阳高度角:太阳光线与地球水平面的夹角日照时间:日出到日没的时间间隔天文辐射的时空分布特征年变化〔季节变化〕：具有以一年为周期的季节性变化特点，但不同纬度具有不同的变化幅度，中高纬度的年变化显著，低纬度的年变化小。空间变化：具有随纬度增高而减小的趋势。不同季节或不同区域这种趋势有强弱差异。冬季随纬度增高的减小趋势强，夏季弱。大气质量:太阳光投射到地面所经路程中,单位截面积空气柱的质量.(m):.大气透亮度描述大气对太阳辐射衰减的程度,常用透亮系数表示大气对太阳辐射的散射定义：大气质点将入射辐射重向各个方向辐射出去的一种现象．特点：猛烈地依靠于粒子尺度与入射波长的相对大小，分为瑞利散射和米散射．瑞利(分子)散射:空气分子直径比波长小,散射力量与波长的四次方成反比:空气分子直径比波长大,各种波长的散射力量相等.到达地面的太阳辐射：到达地面的太阳直接辐射：太阳以平行光的形式直接投射到地面的辐射到达地面的太阳散射辐射：太阳辐射经过大气散射后自天空投射到地面的辐射.Q:实际大气条件下,到达地面的直接辐射和散射辐射之和.A：到达地表的总辐射有一局部由于反射作用而返回天空，这局部辐射能量称为地表反射辐射。地面放射辐射U：地面对上放射的长波辐射26.F：地面放射辐射与地面吸取的大气逆辐射之差. F UGG：大气向下放射的长波辐射。地表反射辐射占入射总辐射量的比称为地表反射率。R：单位地外表面积所吸取的总辐射和有效辐射之差,称为地面的辐射差额. RQ(1)FRα单位面积大气柱的辐射收入与辐射支出的差额．RaRα单位面积大气柱的辐射差额，Uα该大气柱吸取的太阳辐射，F地面有效辐射，-气系统的辐射差额

U FFa 单位面积的地面和大气柱整体的辐射收入与支出的差

Q(1)Q F或 R S (1 )F，S0为天文辐射，

s a S为行星反射率s 0 S 地表热量平衡：地面在获得辐射差额时，一方面要上升地表温度，另一方面将盈余的热量以湍流显热和潜热向大气输送以及向地表活动层的分子输送，长期平均，其获得的辐射差额与支出到达平衡称为地面的热量平衡。地表热量平衡方程 RLEHQSs tR地面辐射差额，大于零表示辐射有盈余；LE地面与大气的潜热通量，大于零表示地面蒸发,潜热从地面输向大气；H地面与大气的湍流热通量，大于零表示热量从地面输送给大气，使气温上升；Qs地面与下层土壤的分子热交换，大于零表示热量从地面对下层土壤输送。St地表与上层生物体的化学、生物过程有关的能通量大气的热量平衡自地面伸展到大气顶的单位截面积垂直空气柱内全部热通量的代数和等于其热含量变化，长期平均到达平衡。大气热量平衡方程DaDα大气柱热含量变化Rα大气柱辐射差额Cα热平流引起的热交换Lr降水的潜热释放H地气感热交换大气窗：

R Ca

LrH位于地面辐射波段最强处,大气的吸取率最小,透射率最大,这一波段能量透过大气射向宇宙空间,将这一波段称为大气窗.水分循环概念：地球上各种形态的水，在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、分散降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程，称为水分循环。38.水分循环尺度：全球水分循环：海陆间的水分循环—大循环，循环的过程慢，水汽运行的路程长．区域水分循环：海洋或陆地内的水分循环—小循环，循环的过程快，水汽运行的路程短。水-土-植水分循环：土壤、植物和水分构成的相互作用的系统。水分循环的意义：水分循环使地球上水体组成一个连续的、统一的水圈，把气候系统五大圈层联立成既相互联系、又相互制约的有机整体。水分循环使地球上的物质和能量得到输送。水分循环使海洋与陆地之间的联系格外严密。水分循环使地球上的水周而复始地补充、更，是可再生的资源。影响水分循环的因素：气象因素：风、温度、湿度等；下垫面因素：地形、地质、地貌、土壤、植被；人类活动：水利工程、农林措施等。蒸发和蒸散的概念：水分从物体外表既蒸发面对大气逸散的现象称为蒸发。植被地段的地面蒸发和植物蒸腾统称为蒸散。蒸发率的概念：单位时间从蒸发面单位面积上逸散到大气中的水分子数与从大气中返回到蒸发面的水分子数的差值〔当为正值时〕称为蒸发率〔或地面净水汽输送通量)，用于表示蒸发面蒸发快慢的特征量。量纲：mmh-1大气中水含量：从地面到大气顶单位面积大气柱中的水分含量W

za(z)dz或

W

1pq(p)dp大气中的水汽输送：

a 0 a g p01 P〔E〕单位时间单位纬向距离在南北方向上的水平输送:

E

0VqdP其数值差分模式为 E1g降水和降水量：

n

V

q P g 0i1/2 i降水：云中的液态或固态水在重力作用下，抑制空气阻力，从空中降落到地面的现象，称为降水.降水量：降落至地面的液态或固态水，未经蒸发、渗透、流失而在水平面上集聚的深度，单位：mm降水和降水量：水汽，降水形成的物质根底；水汽分散的动力条件.水汽分散的热力条件.径流的形成降水过程；流域的蓄渗过程：植物截留、下渗、凹地蓄水等过程；坡面漫流过程；河网汇流阶段;地下径流过程。径流总量：肯定时间内通过河川横断面的水量，称为径流总量.径流系数：任意时段内流域平均的径流深度与流域平均降水量之比.径流变率〔模比系数〕：任何时段的平均径流量与同期多年平均径流量之比49.径流的时间变化：季节〔年〕变化，一年内径流〔河槽水位〕的变化：汛期、平水期、枯水期；径流的年际及年月际变化，同一时期不同年份或年月之间的径流之差异。50.水量平衡概念:水分循环的数量表示，即任一区域在某一时段内,水分收入与支出的差等于该区域在该时段内的水量变化,长期意义下,任一区域水量保持收支平衡.地面水量平衡方程2通用形式的地面水量平衡方程 IDW2

WW1I：某肯定时间段内输入该区域的各种水量之和D：在该时段内从该区域输出的各种水量之和W1：该区域在这一时段的开头时的总储水量W2：该区域在这一时段的完毕时的总储水量ΔW:该时段输入该区域的各种水量之和陆地水量平衡方程Wc

rE fc crΔWc：陆地在争论的时段内储水量的变化量rc:陆地上的总降水量Ec：陆地上的蒸发量f：大陆的地表径流海洋水量平衡方程Ws

rE fs srΔWs：海洋在争论的时段内储水量的变化量rs：海洋上的总降水量Es：海洋上的蒸发量ΔWs，ΔWc0，可得：E=r可见全球的总蒸发量E等于总降水量r大气的水分平衡某一地区在给定的一段时间内，大气柱中总收入的水汽量与总支出的水汽量之差，等于该地区这一时段内大气柱中水汽含量的变化量。长期平均，到达平衡。大气的水分平衡方程： q Q Q

ErΔqα大气柱水气量的变化

a ai agQai大气柱水汽流入量E蒸发进入大气柱水汽量R降水削减大气柱水汽量54.地-气系统的水分平衡陆地 Wc

rE fc c大气 q Q Q Er约去e，ra得 ai ag地-气系统水分平衡方程 Q Q Q fa ai ag气候系统的水分循环蒸发、水汽输送、降水、径流海洋在气候形成和变化中的重要性一、海洋是大气的主要能量供给源〔85%〕被海洋表层吸取，通过潜热和显热输送给大气.海洋环流热量的经向输送。二、海洋是大气水分的主要供给地大气中的水汽主要来自海表蒸发三、海洋对气候的调整作用海洋的热惯性和动力惯性大，使全球气候季节变化幅度减小，海洋气候季节滞后于陆地；平滑大气高频变化.四、海洋对温室效应的缓解作用CO2有一半左右被海洋吸取，减缓了全球增暖的速率。海、陆物理特性的差异①海、陆面积的差异1,70.8%；2,南北半球以及各纬度海陆分布不同.②海、陆外表辐射特性的差异1,对太阳辐射的反射率，海水外表平均为5-6%，陆面平均为10-30%，海面辐射差额大于陆面；2,海水对辐射的透射作用，使海水吸取、储存更多的太阳辐射.③海、陆向大气热量输送的差异1,全球平均感热输送陆地大于海洋；2,3倍以上.④海、陆向下及水平热量输送的差异1,海水的热容〔3100倍〕2-3倍；2,海水有铅直混合作用：涡动、对流和分子垂直运动；3,海水大规模的水平运动。⑤海、陆外表摩擦阻力的差异海面平滑、粗糙度小、平均风速大于陆面海、陆分布对环流的影响①海、陆分布对近地层环流〔季风环流〕的影响—季风环流：夏季大陆为低压，海洋为高压，气流由海洋吹向陆地〔夏季风〕；冬季大陆为高压，海洋为低压，气流由陆地吹向海洋〔冬季风〕。②海、陆分布对高空气流的影响使平直气流产生了槽脊波动季风的定义:大范围地区的盛行风随季节具有显著转变的大气运动现象。季风的形成海陆间的热力差异以及这种差异的季节变化行星风系季节位移作用青藏高原作用海、陆分布对气温的影响:夏季海面气温低于陆地，冬季相反；海面气温的日较差和年较差都小于陆面.海、陆分布对大气水份和降水的影响①对空气湿度的影响：海面上的空气湿度大于陆地.②对雾的影响：海洋多平流雾、陆地多辐射雾③对降水的影响对流雨：陆地上主要消灭在夏季午后，海洋上消灭在冬季夜间。地形雨：陆地上锋面雨与气旋雨：海洋多于陆地海-气界面能量平衡方程R0Ro海面的净辐射通量

LEHQLE，H分别为海面与大气间的潜热和感热通量Q下划线：海面与下层海水通过水分子传输的热通量海气之间的热量交换特点海洋是大气的主要能源供给地，同时潜热大于感热；冬季海洋向大气的能量输送大于夏季.海流定义：海水沿着肯定方向有规律的较大规模的水平运动现象称为洋流，即海流.海流分类按成因分为：受海面风的应力作用：风海〔生〕流海面受热不均、蒸发降水不均所产生的温度和盐度变化：热〔温〕盐环流按本身与四周海水温度的差异分为暖流和寒流。暖流：指海流水温比流经海区水温高的海流．寒流则相反。热盐环流表层海水向极地流淌时，由于蒸发和冷却在高纬度盐度〔密度〕增大而下沉，从大洋底部流向低纬地区形成的深层海水流淌现象称为温盐环流.从系统科学的观点看热盐环流重要性：他和大气的经向环流系统一起，共同构成了整个地球气候系统的经向环流体系69、海洋环流对气候的影响①海洋环流影响热量输送。②海洋环流影响水份输送。③海洋环流影响气温。调整了低纬和高纬的温差。影响东、西岸的气温差异。④海洋环流对影响降水。厄尔尼诺〔ElNino)大事赤道中东太平洋或秘鲁沿岸海表温度(SST)每隔几年就发生一次特别上升现象。LaNino大事：SST低于正常状态的大事。〔SO〕：东南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压之间气压变化的负相关关系，即两者气压变化的跷跷板现象。〔SOI〕：定量描述南方涛动振幅大小的参数，一般用南太平洋塔希堤岛的海平面气压与同时期澳大利亚北部的达尔文港的海平面气压的差值，经过肯定的数学处理来计算。74.ENSO：将历年赤道中东太平洋SST与同时期南方涛动指数SOI进展比照，觉察当发生厄尔尼SOIENSO。沃克环流赤道东太平洋下沉，西太平洋上升，地面为偏东风，高层为西风的纬向垂直环流称为沃克环流。ENSO循环：ElNino大事对应的暖位相和LaNino大事对应的冷水位相以及东南太平洋与印度洋海平面气压的反位相变化非周期性重复消灭，称为ENSO循环。影响气候形成和变化的因子外部因子：影响气候而本身不受气候影响的因子称为外部因子，如太阳辐射、火山活动等；内部因子：影响气候而本身又受气候影响的因子称为内部因子。如气候系统内部因素。天文气候由天文辐射打算的气候称为天文气候.天文气候特征天文气候的年变化：具有以一年为周期的季节性变化特点，但不同纬度具有不同的变化特点，中高纬度的年变化显著，低纬度的年变化小。天文气候的空间变化：具有随纬度增高而减小的趋势。不同季节或不同区域这种趋势有强弱差异。平均大气环流冬季:西伯利亚高压、阿留申低压、北美高压和冰岛低压。夏季:西北太平洋副高、印度低压、北美低压和亚速尔高压。大气活动中心：平均海平面气压分布图上的大型高压和低压系统。分为永久性和半永久性〔季节性〕活动中心。影响气候形成和变化的因子外部因子：影响气候而本身不受气候影响的因子称为外部因子，如太阳辐射、火山活动等；内部因子：影响气候而本身又受气候影响的因子称为内部因子。如气候系统内部因素。天文气候特征天文气候的年变化：具有以一年为周期的季节性变化特点，但不同纬度具有不同的变化特点，中高纬度的年变化显著，低纬度的年变化小。天文气候的空间变化：具有随纬度增高而减小的趋势。不同季节或不同区域这种趋势有强弱差异。大气环流：多年平均的大尺度大气运动现象85、大气环流的形成太阳辐射_单圈环流地球自转_三圈环流、三风四带下垫面非均匀性：海陆分布、高大地形_大气活动中心、高空槽脊最大降水高度：在迎风山地，由山足向上，降水量起初是随着高度的增加而递增的，到达肯定高度降水量达最大，过此高度后，降水量又随着高度的增加而递减，此肯定高度称为最大降水高度。地形对气候形成的影响1.对气温的影响高大地形动力作用机械阻挡作用,对北风的阻挡使地形南侧的气温高于同纬度其它地区绕流分支作用高大地形热力作用高原气温的年、日变化特点；地面〔气温〕随海拔高度上升而减小,形成垂直气候带；高原气温日较差大于平原，高原气温年较差小于平原。高原与同高度自由大气气温的比照：夏季高原上的气温高于同高度的自由大气，冬季相反。中小地形对气温的影响坡地方位：平均南坡高于北坡地形形态：凹下地形的日较差、年较差大于凸出地形；谷地气温的垂直分布特点：冷湖、暖带.地形对环流的影响动力作用:迎风坡形成高压脊,背风坡形成低压槽.分支绕流作用:西风气流形成南槽北脊.热力作用—青藏高原季风定义:由青藏高原与四周自由大气的热力差异所引起的冬夏相反的盛行风系,称为青藏高原季风.影响:我