气象学教学课件ch8气候学基础pp

1、第七章 气候学基础1 气候形成因素2 气候带与气候型3 中国气候特点4气候变化事实与人类活动关系1.气候形成因素1.1 太阳辐射1.2 大气环流1.3 下垫面1.4 人为因素1.1 太阳辐射光照温度湿度温差风云、雨气候带热带温带寒带气候的季节变化表现为纬度对气候的影响大气环流上升性气流带来降水下沉气流带来干旱海洋性气流大陆性气流偏北气流偏南气流晴热干旱气候多雨气候多雨气候干旱气候冷、凉暧、热植被植被1.3 下垫面大气的主要热源和水源，空气运动的边界面海、陆分布地形洋流植被、沙漠等气候形成因素海陆分布海洋性气候与大陆性气候季风气候海陆风与沿海地区气候夏季，海洋季风冬季，大陆季风两种最基本的气候类

2、型主要是受海洋的影响而形成的气候.主要受大陆的影响而形成的气候特点：日、年温差小，冬暖夏凉降水较多而分布较均匀云雾多日照较少海洋性气候分布：沿海、岛屿、受海风影响地区大陆性气候特点：日、年温差大，冬冷夏热降水少而集中夏季云雾少日照强等分布：大陆内部海、陆间 巨大的热力差异是季风气候形成的重要原因之一，冬季风来自大陆，形成大陆性气候，夏季风来自海洋，形成海洋性气候。地形因素地形是复杂多样的，对气候的影响也是很复杂的本身形成独特的地形气候影响邻近地区的气候高山气候高原气候盆地气候等高大的山脉常常是气候的分界线太阳辐射原因：地形影响温度风等气候要素降水、湿度地形与辐射高山和高原太阳辐射强、富于短波和

3、紫外线东、南、西、北坡得到的辐射不同地形与温度“高处不胜寒”“南岭二支梅，南支向暖北支寒，一样春风有两般”气温随海拔高度下降不同坡向受光不同，温度不同地形影响大气运动，迎风与背风坡温度不同山顶和山谷温度变化不同海拔越低的盆地，温度越高气候形成因素气候形成因素气候形成因素地形与降水山高水长促进降水的形成影响降水的分布山脉对气流的机械阻障，强迫抬升，加强对流，促进成云致雨。山地阻挡气团和天气系统的移动，使之缓行或停滞，延长降水时间，增大降水强度。山区地形复杂，各部分受热不均匀，容易产生局部热力对流，促进对流雨或热雷雨的生成。“白云山”白云山破云山齐云山水球洋流与气候海与洋洋流：海洋中的河流暖洋流冷

4、洋流高纬低纬高纬低纬提供水气和热量 1升海水温度降低1 可使 3600升空气温度升高1 洋流图暖洋流给沿岸大气低层带来暖湿气流，大气层结不稳定，易产生对流降水，受暖洋流影响的地区，气候温暖湿润冷洋流给大气低层带来冷凉气流，大气层结稳定，不易产生对流运动，因而不易产生降水，受冷洋流影响，气候冷凉、干旱、多雾洋流与盛行风向洋流与盛行风向配合起来，不仅对海岸附近气候有影响，而且可以影响到内陆，反之，如果盛行离岸风，则洋流的影响，仅限于沿海附近。厄尔尼诺现象(“圣婴现象”) 赤道附近 东太平洋海域 水温异常上升 从而引起大范围气候异常的现象。 正常年份 东太平洋海面： 温度较低，空气下沉，不易形成云、

5、雨，常出现晴朗少云天气，该地区气候较为干燥少雨。 西太平洋海面： 温度较高，空气上升，常出现阴雨天气，气候就较为湿润。拉尼娜现象 西班牙语，意为神的女儿，引用到气象学上表示赤道附近东太平洋水温异常下降的现象 危害较小，“比正常情况更正常” 厄尔尼诺，反常现象增加湿度、降水 “森林是绿色的海洋”夏天阔叶林的蒸腾量，等于同纬度同面积的淡水量；是海水量的1.5倍；是土地量的20倍。 水平降水：从云雾中吸收水分，露水等 “森林是绿色的海绵”。水土保持，水灾。森林与气候 缓和温度变化 增加反射率 蒸腾作用降温：林区夏季气温比非林区低3-4 冬季森林阻止地面散热，林区气温比非林区高1-2。 增加湿度、云雾

6、，降低地面有效辐射消减温室效应： 地球上绿色值物一年大约吸3000亿T的C02，地球温室效应的产生与森林减少有关。1.4 人为因素改变下垫面影响大气成分森林植被的破坏，海洋石油污染，建造大型水库，人工灌溉，过渡放牧，草原沙漠化等温室气体、污染气体排放等2气候带与气候型世界气候概述热带气候带亚热带气候带温带气候带寒带气候带高山高原气候热带雨林气候热带季风、干湿季气候热带沙漠气候地中海气候（西侧）亚热带沙漠气候亚热带季风气候（东侧）温带海洋性气候（西侧）温带大陆性气候温带季风气候（东侧）海洋性气候热带海洋性气候温带海洋性气候大陆性气候一般性大陆性气候草原气候沙漠气候季风性气候热带季风亚热带季风温带

7、季风地中海气候高山高原气候世界气候类型3.中国气候中国气候特点形成原因中国气候与农业中国气候特点季风性强气候多样性大陆性强气候季节性强季风性强冬夏季风、气候特点雨热同季，干冷同季比同纬度地区热、冷灾害多：水、旱、冷、寒、冻气候多样性气候带齐全：热带、亚热带、温带、寒带气候类型多：季风气候大陆性气候海洋性气候沙漠气候、草原气候高山气候高原气候盆地气候大陆性强大部分国土远离海洋、深处内陆气候季节性强二十四节气，世上少有中国气候形成原因位于大陆与海洋之间南北跨度大面积大，大部分远离海洋世界上最复杂的地表中国的气候与农业五千年的农业文明古国、人口最多的国家雨热同季的绝佳组合，干冷冬季组合，阴阳调和，冷

8、暧调和气候的多样性与农业多样的农业类型风土人情农业的季节性强中国农业的灾害频繁、类型齐全4.气候变化事实与人类活动关系4.1 近代气候变化的事实： 全球年平均气温在上升 冰川在融化 海平面上升 极端天气气候增多增强4.2 气候变化与人类活动的关系： 米兰科维奇理论 人类活动因素的提出 气候变化的原因 人类活动与气候变化的关系 温室气体排放 改变地球表面状况 城市气候4.1 近代气候变化的事实全球年平均气温在上升图为最近140年、1000年的温度变化曲线，可以看出，从1900年左右起，温度总体上呈上升趋势，1906年到2005年的百年间温度上升了约0.74。从过去1000年的时间尺度看，这种升温

9、的趋势表现得更加明显。WMO发布的最新监测结果显示： 2009年是非洲和中亚最暧的一年； 2009年是有记录以来全球最暧的5个年份之一； 20002009年是有记录以来全球最暧的10年； 20世纪后50年，是过去1300年中最暧的50年。这50年温度的突然升高与长时间序列的统计结果显得十分不协调，却与工业革命后温室气体浓度的升高很一致。冰川在融化 冰川或称冰河，是指大量冰块堆积形成如同河川般的地理景观。在终年冰封的或两极地区，多年的积雪经重力或冰河之间的压力，沿斜坡向下滑形成冰川。冰川是地球上最大的淡水资源，也是地球上继海洋以后最大的天然水库。地球上各大州都有冰川分布。 冰川是气候变化的最好指

10、示器。冰川融化的最核心原因就是气温升高，冰川的形成速度赶不上融化的速度，冰川不断后退减少。局部地区、短时期的冰川融化是常见的自然现象，并不能说明什么问题，但长期的、全球性的冰川融化则是气候变暧的有力证据。 青藏高原海拔高，气候寒冷，冰川广布，是许多大江大河的发源地，这些河流也成为周边国家和地区近20亿人口的生命线。不过，随着全球气候逐渐变暖，青藏高原封顶积雪及冰川正逐渐融化。中国科学家已对青藏高原680座冰山进行了长期跟踪调查，他们发现其中近95%的冰川积雪融化速度已超过形成速度，而高原南部及东部的冰川融化速度之快更为严重。这里曾经是冰川的末端，现在只剩下了冰川消融后的沉积物连绵的乱石格陵兰岛

11、冰川格陵兰岛是世界第一大岛，大部分处于北极圈内，气候寒冷。如果格陵兰岛冰盖完全融化，全球海平面将上升78米。2012年7月8日（左）格陵兰岛融化地区约40%7月12日（右）剧增到约97%。红色部分表示已融化。 非洲乞力马扎罗山（1970）非洲乞力马扎罗山（2000）瑞士阿尔卑斯山冰川南北极的冰雪面积也在不断减少。北极熊的命运倍受关注，这是广为人知的事实。由美国宇航局提供的卫星图片显示（2008年），由于海冰融化的原因，北极在人类历史上首次成为一个岛屿。两条联接大西洋和太平洋的近道即西北和东北通道首次同时没有冰块的存在，这一情况在125000年内还是首次出现。这是一个性的历史事件。 冰川融化将加

12、速变暧北极冰川北极冰川海平面在上升由于全球气候变暖，冰川融化成水汇入海洋，使海平面上升。另外，上层海水变热膨胀也会引起的海平面上升。相对来说，海水变热膨胀对海平面上升的贡献稍在一些。实测资料显示，18801980年的百年间，海平面已经上升了1012。19932003年的十年间，海平面平均每年上升3，升高速度在明显加快。极端天气气候事件增多、增强2003年欧洲热浪 可能是自公元1500年以来该地区最热的时候，至少造成35000人死亡。进入6月以来，意大利气温比常年同期偏高6至10，瑞士气温创200年来最高，法国高温为150年来所未见。从全球角度看，2003年是150年来继1998年和2002年之

13、后第三个最热的年份。在西班牙巴塞罗那海滩避暑的人密密麻麻。2004年巴西南大西洋飓风南大西洋飓风是历史上非常罕见的2005年美国的卡特里娜飓风 2005年8月29日，卡特里娜飓风几乎将新奥尔良夷为平地。是美国历史上最具破坏性的自然灾害。一位资深记者在波士顿环球报撰文称，国家气象局把这场飓风叫“卡特里娜”，但它的真正名字应该叫全球变暧。 最大风速：280km/h（一般台风110 km/h） 最低气压：902hpa 死亡人数：1800人以上 失踪人数：2096以上 财产损失：$1000亿以上2008年缅甸纳尔吉斯热带风暴2008年5月2日最大风速：240km/h死亡、失踪人数：14万以上财产损失不

14、计其数。2008年中国低温雨雪冰冻灾害 我国南方地区连续遭受四次低温雨雪冰冻天气袭击，影响范围之广、强度之大、持续时间之长，经济损失之大、受灾人口之多，为历史罕见。各种沙漠洪涝、旱灾、冰雪灾害、热浪，以及由此引发的地质灾害、森林火灾等各种灾害变得越来越频繁。4.2 气候变化与人类活动的关系 地球气候在漫长的历史长河中，曾多次变冷和变暧，但近百年多本该变冷的气候反而变得更暧了，科学家通过大量研究发现，用自然的原因无法解释这种现象，于是人类活动的因素变被提出来了，这在气候研究的历史上是首次。 米兰科维奇理论 气候变化有其自身的规律，其中最著名的理论就是“米兰科维奇气候变化周期理论”。 米兰科维奇循

15、环（Milankovich cycles），是20世纪40年代前南斯拉夫的一位科学家。他发现一个地球气候变动的集合影响，以十万年为主要周期，伴随着四万年以及二万年左右的周期。地球气候的周期性变化与三种地球绕日运行轨道的变化有关。这三个影响因素造成了地球气候的冰期与间冰期。 第一个周期是10万年左右。地球绕太阳运行的轨道在在圆形与椭圆形之间变化。这两个轨道之间变换的周期约10万年。接近圆形轨道时，太阳对地球的辐射相对均匀，四季变化相对较不明显，不易有冰期的发生。接近椭圆形轨道时。太阳对地球的辐射在不同位置就会有较大的差异，这时地球四季明显，易产生冰期。 第二个周期是4.3万年左右。地球自转轴的倾

16、斜角不是一成不变的，它会在21.524.5度之间变化，以4.3万年左右为一个周期。目前地球自转轴倾斜角度为23.5。倾斜角越大，高纬度地区因接受太阳辐射的时间差异越大，易形成冰期。 第三个周期是2.1万年左右。地球在远日点时，若北半球倾向太阳，冬天温度相对较高；若南半球倾向太阳，则北半球的冬天更冷。因为北半球陆地多，比热小，温度容易下降，而较容易形称冰期。目前，地球在冬至时离太阳最近，再过约1万年就变成夏至时离太阳最近了。地球接收太阳辐射，受这三个因素的综合影响，使地球气候出现周期性变化，这就是米兰科维奇理论。这一理论不断被地质学家和古气候学家的发现证实。地球气候的变化确实存在2.1万年、4.

17、3万年和10万年的周期。特别是10万年的周期，由于时间尺度长，所以体现得尤其明显。 冰期的启动机制。北纬65地区，即北极冰盖南缘在夏天出现连续降温，冬天的积雪不能在夏天完全融化，到每二年冬天积雪更多，年复一年，积雪面积和厚度就会不断增加，北极冰盖南缘因此不断向南延伸。冰川面积增大，反射的阳光越多，温度更低，又有利于冰川的扩大。当大部分地区被冰覆盖时就进入了冰期。冰期，即地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期，又称为冰川时期或冰河世纪，地球气候寒冷，天寒地冻，北半球冰川可南延到亚热带地区。两次冰期之间为一相对温暖时期，称为间冰期，地球气候温暧。冰期和间冰期的温度相差约47。历史上曾发生过多次冰期，最

18、近一次是第四纪冰川。因此，地球气候的变冷与变暧并不是一件新鲜事。人类活动因素的提出 根据米兰科维奇气候变化周期理论，地球气候处于间冰期即将结束的时候，即地球的温度应该是呈下降趋势，这样就会进入下一个冰期的开始。20世纪70年代，许多专家和媒体都在说下一个冰期已经到来了，BBC还拍摄了一部相关的电影。当时为什么会作出这样的判断呢？ 20世纪以前，地球刚刚经历了一个小冰期。在19001920年，地球的温度也是比较低的，也就是说从小冰期进入了一个冷期。但在19201940年，地球又突然升温了，所以之前已经开始被提及的“进入下一个冰期的”的说法就被搁置了。但从1940年以后，气温又迅速下降了，50年代

19、和60年代，气温达到了最低点。进入70年代后，气温还在继续下降。因此那时的主流思潮就是“冰期就要来了” 。 但是，当时也有不同的声音。美国普林斯顿大学地球物理试验室的科学家预测，虽然现在气候变冷，但在二战之后，工业化国家会重整经济，这将耗费大量的化石燃料，地球的气温可能会因此不断上升。美国宇航局的科学家也提出了同样的看法。其中最有名的就是詹姆斯汉森，他是研究气候变化的重要人物。他当年就将二氧化碳计入了气候模式中进行研究，预测20世纪70年代、80年代、90年代到2000年，温度一直会上升。在当时气候变冷的状态下能得出这样的结论，真是不同凡响。 气候变化的原因 曾经的岁月里，从恐龙称霸到猛犸消失

20、，从玛雅文化到吴哥遗迹，历史的长河无数次湮灭了星河灿烂的文明，是什么悄悄地改变了地球的容颜？是气候！那么，气候变化的原因是什么？不同时间尺度上气候变化的原因是不同的： 从千年或万年以上时间尺度来看，地球轨道参数是主要的影响因子。 从百年至千年时间尺度来看，则主要受太阳活动强度变化的影响。 从年代际及年际变化上，气候系统的内部振荡是主要因子，如厄尔尼诺现象。 工业革命以前，地球气候变化主要受自然因素影响。 近代全球气候变暧已经是不争的事实。科学家们通过研究发现，太阳辐射的变化、地球轨道的变化都不是引起近代全球变暧的主要原因，同时也排除了影响气候变化的另一个自然因素-火山爆发。自然因素成为引起近百

21、年全球变暧主要原因的可能性基本上被排除了。人类活动与气候变化的关系 人类活动对气候的影响主要表现在排放大量的温室气体到大气中，以及改变地表状况等。 温室气体与气候变化是一个历久弥新的话题。提到人类活动对气候变化的影响，就不得不提温室效应。1896年，瑞典科学家斯万特阿尔赫尼斯首创“温室效应”一词，并预言燃料燃烧释放的二氧化碳将会导致气候变暧，他预测二氧化碳浓度加倍时，全球平均气温将升高56。之后有许多科学家对此问题进行了研究。20世纪50年代，美国夏威夷观象台开始进行二氧化碳浓度观测，从而正式揭开人类研究气候变化的序幕。最近20年是人类对气候变化研究最活跃时期，越来越多的研究表明，人类生产、生

22、活中温室气体的大量排放是导致全球气候变暧的最主要原因。 温室在农业上有广泛应用，主要是因为它有保温作用。温室保温的原理主要是因为太阳光是短波辐射，几乎可以全部透过玻璃，进入到室内后被其中的植物、土壤等吸收变成了热能，植物、土壤等以红外线的形式（长波辐射）散热，但红外线不容易透过玻璃，即热量不容易散失，因而的保温的作用。 大气中的CO2，CH4，N2O等气体，有类似玻璃的作用。太阳光基本上可以不受大气层的影响，到达地面，被地面吸收变成热能，地面再以红外线的方式向太空散热，红外线易被吸收，再反射回地面，被地面吸收，因此地面和低层大气可以保持较高的温度，这就是大气的温室效应。这些气体也被称为温室气体

23、。 如果没有大气的温室效应，地球表面的平均温度将会为-18，这在理论上是很容易算出来的。实际上地球多年来的平均温度为15，这就是温室效应的结果，可见，适当的温室效应是必须的，否则，地球就会成为冰冻星球。 现在的问题是，由于人类的生产、生活，大气中温室气体快速增加，势必造成全球温度的升高。温室气体中，最主要的是CO2。自工业革命以来，由于大时燃烧煤碳、石油等燃料，向大气中排放了大时的CO2，使大气中CO2的浓度不断上升，而且增加的速度不断加快。研究表明，大气的CO2浓度在工业革命以前的几十万年内都没有超过280PPM，工业革命后不到200年，CO2的浓度增加到了近400PPM，而且增速在加快，按

24、目前的增速，很快将达到危险的水平。图中显示CO2浓度有显著的年变化，这是因为地表植物绝大部分分布在北半球，光全作用强的季节CO2浓度就会较低，反之较高。 上图显示的是65万年来，CO2的浓度变化和温度变化的关系，其中红色曲线是CO2的浓度。从图中可明显看出，CO2的浓度与温度变化趋势非常一致，近代温度的变化趋势按常理说应该是下降的，这也是为什么上世纪70年代有科学家预测地球气候将变冷的原因。实际情况却是温度不降反升，温度连创新高，升温的趋势成为不争的事实。 甲烷是另一种重要的温室气体，它与人类生活息息相关。稻田、沼泽地、动物反刍、生物体燃烧等都会产生甲烷。甲烷在大气中的含量极少，一直以来变化不

25、大，但是近年来增速很快，1990年时已经达到之前的2倍多。甲烷虽然少，但同等质量的甲烷的增温作用远高于CO2，如果温度升高，冰川融化，最终使永冻层融化，会释放更多的甲烷到大气中，可能造成不可预见的后果。 改变地球表面状况 地球人口不断增加，每个人都有衣食住行的基本要求。大量的森林被砍伐，土地被用作种粮食作物或经济作物，曾经森林覆盖的地表变成了农田。人类的过度放牧使草原沙漠化。海洋石油污染也是重要的一个方面。据估计，每年大约有100万吨以上的石油流入海洋，形成油膜浮在海面上，抑制海水蒸发，使海洋空气变干燥，产生“海洋沙漠化效应”。大规模的城市建设、水利工程等，都会改变地球的表面状况，从而影响气候

26、。 “森林是绿色的海洋” 。夏天阔叶林的水气蒸腾量，等于同纬度同面积的自由水面的水气蒸发量；是相同面积海面蒸发水量的1.5倍；是相同面积土地水气蒸发量的20倍。大量的水分蒸发到空气中，使空气变得湿润，森林上方常常云雾缭绕，这些水分在合适的条件下又会降落回地面，形成良性循环，特别是热带雨林的降水量，相当大比例是这种内部循环。热带雨林的大量砍伐是目前人所共知的重要问题，很容易想像，热带雨林被砍伐后，这类降水就会消失。 缓和温度变化。大量的水分蒸发还会带走大量的蒸发潜热，地表温度就不会升得太高。日常生活中，人们有时通过向地面洒水的方式降温，道理是一样的。森林地区的气候接近海洋性气候，温度变化比较缓和

27、，白天和夜间的温度差较小，夏天和冬天的温差也较小。与之相反的是，干燥的沙漠地区的重要气候特点之一就是，白天很热，到夜间又很冷，夏天很热，冬天又很冷，温度变化很极端。极端的气候很容易就成了气象灾害。 减灾。森林在水土保持方面有重要作用。河流上游的森林可减缓降水汇入河流的速度，减小水土流失，降低发生水灾的风险。如果森林被砍伐，很容易产生水土流失，也容易形成水灾。 CO2汇。森林的光合作用可以吸收大量的CO2，释放出大量的O2，净化空气。这个功能是相当重要的，如果普通民众明白这个道理，认识到它的重要性，对于自觉保护森林会很有帮助。森林常常被比作地球的肺，这是很合适的比喻。人类活动排放出大量CO2，大规模的森林砍伐又减