Chap2shengtai全球气候系统详解

Chapter2Thesystemofglobalclimate第2章全球气候系统Climateisthestatefactorthatmoststronglygovernstheglobalpatternofecosystemstructureandfunction气候是状态因素，最强有力地把握着全球的生态系统构造和功能的模式地形气候母质潜在的生物时间微气候/小气候干扰机制资源功能类型生态系统过程干扰演替生态系统的进展ClimateisakeymechanismbywhichecosystemsinteractwiththetotalEarthSystem气候是一个关键机制,通过生态系统与整个地球系统交互地球系统科学生态系统生态学生理生态学群落生态学种群生态学环境机制气候学水文土壤学地球化学MajorgoalsinthislectureUnderstandhowtheclimatesystemworksEnableyoutopredicttheclimateanyplaceonEarth这节课的主要目标理解气候系统是如何工作的使你能猜测地球上任何地方的气候Energyin=energyoutHalfofsolarradiationreachesEarthTheatmosphereistransparenttoshortwavebutabsorbslongwaveradiation(greenhouseeffect)Theatmosphereisheatedfromthebottombylongwaveradiationandconvection能量输入=能量输出一半的太阳辐射到达地球大气对短波是透亮的，但是会吸取长波辐射〔温室效应〕大气从底部被加热，通过长波辐射和对流/传递

空间入射太阳辐射短波射出辐射长波对流由H2O、CO2、O3所造成的辐射云层辐射/放射云层、CO2、O3的净吸取对流混合净长波二次辐射由大气造成的后向散射由云层造成的后向散射地表反射天空漫反射的吸取与云辐射直接太阳辐射的吸取云的吸取地表大气H2O、尘埃、O3的吸取感热通量/显热通量潜热通量ThetemperatureofabodydetermineswavelengthsofenergyemittedSolarradiationhashighenergy(shortwave)thatreadilypenetratestheatmosphereEarthemitslow-energy(longwave)radiationthatisabsorbedbytheatmosphere身体的温度准备能量释放的波长太阳辐射具有较高的能量(短波)，简洁穿透大气层地表放射出较低的能量(长波)辐射，可以被大气吸取太阳入射辐射地面输出辐射可见区域吸取率波长TheatmosphereisheatedfromthebottomThereforeitiswarmestneartheandgetscolderwithincreasingelevation从底部加热大气因此，在底部四周是最温和的，随着海拔增加会渐渐更冷高度电离层/热层中间层顶中间层/逸散层平流层顶/同温层上线平流层/同温层对流层顶对流层温度珠穆朗玛峰UnevenheatingofEarth’ssurfacecausesatmosphericcirculationGreaterheatingatequatorthanpoles1.sun’srayshitmoredirectly2.lessatmospheretopenetrate地球外表的不均匀加热会导致大气环流赤道比两极加热程度大1.太阳光线直射程度大2.大气渗透少Therefore1.Netgainofenergyatequator2.Netlossofenergyatpoles因此1.在赤道地区能量是净增加的2.在两极地区能量是净损耗的大气地轴地表太阳光Airrisesatequatorandsubsidesatpoles(verticalcirculation)CirculationcellsexplainglobaldistributionofrainfallEarth’srotationdetermineswinddirection(horizontalcirculation)(Coriolisforce)tropicaleasterliestemperatewesterlies空气在赤道上升，在极地下降(垂直循环)环流圈解释全球降水的分布地球自转准备了风向(水平循环)(科里奥利力)热带东风带(温带)西风带严寒空气下沉温和气流上升严寒空气下沉温和气流上升温和气流上升严寒空气下沉严寒空气下沉极锋副热带高压副热带高压极锋极地环流圈极地环流圈哈德莱环流/低纬环流哈德莱环流/低纬环流费雷尔环境圈/中纬度环流圈费雷尔环境圈/中纬度环流圈西风带西风带东北信风东南信风热带辐合带At30ºN&S,airdescendsmorestronglyovercoldoceanthanoverlandAt60ºN&S,airdescendsovercoldland(highpressure)andrisesoverwarmocean(lowpressure)Pressuregradientscreategeographicvariationinprevailingwinds在30ºN和30ºS，空气在严寒的海洋比陆地下降更猛烈在60ºN和60ºS，空气在严寒的陆地(高压)上下降，在温和的海洋(低压)上上升压力梯度在盛行风带造成地理变异纬度经度西伯利亚高压太平洋高压百慕大高压冰岛低压阿留申低压热带辐合带Insummerat60ºN&S,airdescendsovercoldocean(highpressure)andrisesoverwarmland(lowpressure)1.Coolequator-wardflowofaironWcoastofcontinents2.WarmpolewardflowofaironEcoastsofcontinentsCreatesplanetarywaves在夏季时，在60ºN和60ºS，空气在严寒的海洋(高压)上下降，在温和的陆地(低压)上上升1.向赤道方向流淌的凉快的空气流在大陆西海岸2.向极地方向运动的温和的空气流在大陆东海岸产生行星波动纬度经度热带辐合带西伯利亚低压太平洋高压冰岛低压百慕大高压热低压Oceancurrentsaresimilartowindpatterns:1.DrivenbyCoriolisforces2.Drivenbywinds洋流与风的模式相像：1.由科里奥利力驱动2.由风驱动纬度经度西风漂流北大西洋漂流墨西哥湾流本格拉海流洪堡海流，即秘鲁寒流

黑潮暖流北太平洋漂流

Climateofanyregionispredictablefromtopography,windandoceancurrents

Alaska’sJulytemperature任何地区的气候都可以从地形、风力和洋流中猜测阿拉斯加七月气温Warmingleadstothawingofpermafrost(thermokarst)inAlaska气候变暖会导致永久冻土溶化(热岩溶)在阿拉斯加UnevenheatingofEarth’ssurfacecausesatmosphericcirculation60%ofheattransportiscarriedbyatmospherethroughstormsthatMovealongpressuregradients40%iscarriedbyoceancurrents(conveyorbelt)surface(warm)currentsmovepolewarddeep(cold)currentsmoveequatorward地球外表的不均匀加热会导致大气环流60%的热传输是通过大气中的暴风，沿压力梯度移动40%是由洋流〔输送带〕携带的外表(温和)洋流流向两极深海(冷)洋流朝赤道方向移动大气太阳光地轴Oceancurrentsmove40%of“excessheat”fromequatortopolesDrivenbycirculationofdeepoceanwatersDeepwaterformationoccursnearGreenlandandinAntarctic洋流从赤道向两极移动40%的“多余热量”由深海水体流淌所驱动深海构造发生在格陵兰岛和南极四周温和的浅层海流严寒的含盐深层海流LandformeffectsonclimateLand-waterinteractionsMonsoonsLand-seabreezesMountaineffectsRainshadowEffectsofaspectAirdrainage(inversion)地形对气候的影响陆-水相互作用季风海陆风山脉影响雨影坡向的影响空气流泄〔反向〕Vegetationeffectsonclimate植被对气候的影响森林森林森林草地草地草地蒸散/土壤水分蒸发蒸腾损失总量外表温度/地表温度降水

Changesinsolarorbitcauseslong-termvariationsinsolarinputtoEarth太阳轨道的变化会导致输入地球太阳能的长期变化偏心率/离心率岁差倾斜角时间〔数千年前〕度六月时的日地距离百分比Climateeffectsonvegetation气候对植被的影响

花粉丰度Earth’sclimateisnowwarmerthanatanytimeinthelast1000years1.increasedsolarinput(smallwarmingeffect)2.Increasedsulfateaerosolsreflectsradiation(smallcoolingeffect)3.Increasedgreenhousegasconcentrations(largewarmingeffect)4.Land-coverchangecreatesadarkersurface(largewarmingeffect)现在地球的气候比过去1000年的任何时候都温和输入太阳能增加(小幅度变暖影响)2.硫酸盐气溶胶反射辐射增加(小f幅度降温影响)3.

温室气体浓度增加(大幅度增温影响)土地掩盖变化造成了更暗的外表(大幅度增暖影响)温度特殊Mostmajorgreenhousegasesareincreasinginatmosphericconcentrations最主要的温室气体在大气中的浓度增加浓度Climateiswarmingmostrapidlyathighlatitudes

ThiswarmingismostpronouncedinSiberiaandwesternNorthAmerica在高纬度地区，气候变暖最快这种气候变暖在西伯利亚和美国北部最为明显Howcantheatmospherewarm?1.Moresolarradiation variationinEarth’sorbit2.Lessreflectedshortwave lesssulfateaerosols darkersurfaceofEarth (land-coverchange)3.Moreabsorbedlongwavemore“greenhousegases”大气如何变暖？1.更多的太阳辐射地球轨道变化2.短波反射较少硫酸盐气溶胶较少地球外表较暗〔土地覆被变化〕3.吸取的长波更多更多的“温室气体”空间入射太阳辐射短波射出辐射长波对流由H2O、CO2、O3所造成的辐射云层辐射/发射云层、CO2、O3的净吸收对流混合净长波二次辐射由大气造成的后向散射由云层造成的后向散射地表反射天空漫反射的吸收与云辐射直接太阳辐射的吸收云的吸收地表大气H2O、尘埃、O3的吸收感热通量/显热通量潜热通量InterannualclimatevariationENSOeventsTeleconnectionscarrytheseclimateeffectsthroughouttheglobe(e.g.,ElNiñocreateswarmwintersinAKandCalif)气候年际变化厄尔尼诺大事(大气)遥相关携带这些气候影响普及全球(例如，厄尔尼诺导致阿拉斯加和加利福尼亚的暖冬)正常状况厄尔尼诺大事高空西风东来信风中高压/温存的高压斜温层/温跃层

斜温层/温跃层

上涌冷海水上涌暖海水ThePacificOceanstronglyinfluencestheclimatesystembecauseItisthelargestoceanbasinNormaloceancurrentandwinddirectio