《海洋学》第十一章 海洋-大气相互作用

第十一章海洋—大气相互作用海洋和大气相互作用指海洋和大气之间发生的能量和物质交换过程包含大尺度相互作用过程和小尺度过程小尺度相互作用：海浪、风海流、风暴潮——大气向海洋动量传递大气热收支、大气中水循环——海洋向大气热量和物质输送大尺度相互作用：如ENSO事件大尺度过程基于小尺度过程的研究结果小尺度问题极大影响大尺度的研究结果第十一章海洋—大气相互作用第一节：气候系统一、气候系统二、海洋在气候系统中的地位第二节：海洋—大气相互作用一、海洋与大气相互作用的基本特征二、ENSO气候系统由大气、海洋、陆地表面、冰雪覆盖层和生物圈等相互联系和相互作用的五个部分组成。各个组成部分之间通过物质交换和能量交换，紧密地联结成一个开放系统。气候系统的组成:

大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈。太阳辐射是这个系统的主要能源。在太阳辐射的作用下，气候系统内部产生一系列的复杂过程影响气候系统的外部因素天文因素（太阳辐射）是影响气候系统的主要外部因素：大气运动及气候的状态和变化同太阳辐射有重要的关系；太阳辐射为大气和海洋的运动以至生物活动提供了最基本的能源；太阳活动引起的太阳辐射的改变也必然对地球气候及其变化发生重要影响。另外就是重力作用气候系统的性质：各子系统是开放的非孤立系统。各子系统构成了由复杂物理过程联系起来的串级系统。这些物理过程包括穿越边界的能量、动量和物质输送，且生成了大量反馈机制。气候系统是一个复杂的系统：描述气候系统的物理量的空间分布和时间变化尺度大各不同分量的估计时间尺度在不同子系统之间变化很大，甚至在同一个子系统内变化也很大。气候系统中发生的过程类型都是非常复杂的。气候系统是一个高度非线性的系统气候系统重要过程：物理过程、化学过程和生物过程气候系统中发生的重要过程是各组分之间相互作用和相互影响的具体表现，表现出高度非线性.子系统间的相互作用：海-气相互作用陆-气相互作用大气-冰雪相互作用气候(大气)-生物相互作用冰-海相互作用

子系统内部的各种过程：大气和海洋环流大气中水的相变海洋中盐度的变化

气候系统海洋——大气子系统最活跃、信号最强，在气候系统中最重要。2005年台风达维影响广东热带气旋生成于温暖的洋面热带气旋影响海洋——产生巨浪，风暴潮海洋在气候系统中的地位

海洋是地球气候系统的最重要组成部分。海洋具有如下性质：全球海洋吸收的Qs占进入大气顶的总Qs的70%左右。因此，海洋，尤其是热带海洋，是大气运动的重要能源。海洋有着极大的热容量。相对大气运动，海洋比较稳定,海水的运动和变化比较缓慢。海洋是地球大气系统总CO2最大的汇。以上性质，决定了海洋对大气运动和气候变化具有不可忽视的影响。海洋对大气系统热力平衡的影响——向大气输送热量吸收Qs的70%的绝大部分（85%）储存于海洋表层（混合层）中。这些能量将以潜热、长波辐射和感热交换的形式输送给大气，驱动大气的运动。海洋环流在大气系统能量输送和平衡中的重要作用。30%的经向能量输送由海洋承担。海洋对水汽循环的影响大气中水汽量的86%由海洋提供。尤其低纬度海洋，是大气水汽的主要源地。海洋对大气运动的调谐作用海洋的运动和变化具有明显的缓慢性和持续性。一是将大气环流变化信息存于海洋中，再对大气产生作用。二是海洋的热惯性使海洋状况的变化有滞后效应。海洋对温室效应的缓解作用海洋环流减小了低纬大气的增热，使高纬大气加热，降水量亦相应改变。而且大气对某些因素变化的敏感性降低。减少大气中CO2含量。海洋在气候系统中的地位海洋—大气相互作用基本特征在相互制约的大气——海洋系统中，海洋对大气的作用主要是热力的，大气对海洋的作用主要是动力的。海洋对大气的热力作用：海洋，特别是热带海洋，是驱动大气系统运动的重要能量来源。提供热量方式有潜热和感热两种，主要是潜热。导致水汽辐合上升，即相应的大气环流条件。大洋环流影响海洋热含量的分布及向大气的热量输送过程。是全球尺度特征。大气对海洋的风应力强迫大洋环流与风应力强迫有密切关系。对气候和大气环流变化，海洋混合层十分重要。太阳辐射能通过影响混合层而成为驱动整个海洋运动的重要原动力。混合层的辐合、辐散过程通过Ekman抽吸效应影响深层海洋环流。深层海洋环流通过改变混合层的状况对大气运动影响。海洋上混合层(UML,简称海洋混合层)ENSO定义是厄尔尼诺(ElNiño)和南方涛动（SouthernOscillation）的合称。二者有非常好的相关关系。当赤道东太平洋表层水温（SST）正距平，南方涛动指数往往是负。ENSO——海气相互作用典型事件南方涛动指数（实线）和赤道东太平洋海表水温异常（虚线）随时间演变赤道东太平洋位置：（0°-10°S，180°-90°W）厄尔尼诺(ElNiño)和南方涛动二者有非常好的相关关系。当赤道东太平洋表层水温（SST）正距平，南方涛动指数往往是负。ENSO成为大尺度海气相互作用以及气候变化研究的中心课题。包含厄尔尼诺、南方涛动及拉尼娜LaNiña等现象研究ENSO是指热带东太平洋地区与热带印度洋地区气压场反相变化的跷跷板现象。南方涛动指数（SOI）：塔希提（Tahiti）岛与达尔文岛之间的气压差。（塔希提气压减去达尔文气压）南方涛动（SouthernOscillation）厄尔尼诺ElNiño和拉尼娜LaNiña厄尔尼诺是指圣诞前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸，出现一弱的洋流，代替了通常对应的冷水。近年指一种更大尺度的海洋异常现象，整个赤道东太平洋表现振幅达几摄氏度的增暖。拉尼娜：冷水事件。ElNiño

isthestrongestsignalofclimatevariabilityoninterannualtimescales.Itisacoupledmechanismbetweenthetropicaloceanandatmosphere.与此相联系，海洋和大气环流发生很大的异常。尼诺指数1988与1998海表水温异常情况对比1983、1987、1994、1998异常情况历史上厄尔尼诺事件ENSO年份：1790-93、1828、1876-78、1891、1925-26、1982-83、1986-1987、1991-1994、1997-98、

2002-2006、2009-2010。

82年4月至1983年7月的ENSO现象，是几个世纪来最严重的一次，太平洋东部至中部水面温度比正常高出约4至5℃，造成全世界1300～1500人丧生，经济损失近百亿美元。

1986年至1987年的ENSO现象，使赤道中、东太平洋海水表面水温比常年平均温度偏高2℃左右；同时，热带地区的大气环流也相应地出现异常，热带及其他地区的天气出现异常变化；南美洲的秘鲁北部、中部地区暴雨成灾；哥伦比亚境内的亚马孙河河水猛涨，造成河堤多次决口；巴西东北部少雨干旱，西部地区炎热；澳大利亚东部及沿海地区雨水明显减少；中国华南地区、南亚至非洲北部大范围地区均少雨干旱。1990年初又发生ENSO前兆现象。这年1月，太平洋中部海域水面温度高于往年，除赤道海域水面温度比往年高出0.5℃外，国际换日线以西的海域水面温度也比往年高出将近1℃；接近海面的28℃的暖水层比往年浅10米左右；南美洲太平洋沿岸水域的水位比平时上涨15～30厘米。1997年至1998年的ENSO现象，太平洋东部至中部水面温度比正常高出约3至4℃，美洲地区有持续暴雨，东南亚地区则持续干旱并发生大规模的森林大火。上层海洋与低层大气

——国际SOLAS计划ENSO与全球气候变化大气中的Hadley环流将会增强。Walker环流出现明显异常,上升支东移;与ElNiño年ITCZ位置偏南相匹配，西太副高也偏南。而在LaNiña年副高脊线较常年偏北。影响西太平洋台风运动。使中高纬度西风加强，阿留申低压往往比正常时强，因而常给北美西岸造成频繁的强风暴活动，暴风雨和风暴浪潮严重厄尔尼诺年太平洋的台风数会减少（从正常年的29个减少到26.4个）对中国气候也有明显影响。众多的气候灾害说明厄尔尼诺和拉尼娜现象影响大气环流从而导致全球气候异常。由于赤道东太平洋SST异常(ElNiño现象)ElNiño事件对Walker环流影响:Walker环流：是赤道大气中存在一个东西向的环流。是赤道海洋表面因水温东西差异而产生的一种纬圈热力环流是叠加在纬向平均哈得莱环流上的重要东西向环流沿赤道的正常沃克（Walker）环流示意图（非ENSO期间）沃克环流（Walkercell）最早由英国气象学家沃克（GilbertWalker）于20世纪初期发现并提出GilbertThomasWalker(1868-1958）英国数学家和气象学家，曾任印度气象局长沃克环流正常情况：太平洋中东侧：干旱、海温低、海洋温跃层浅、下沉气流太平洋西侧：多雨、海温高、海洋温跃层深、上升气流厄尔尼诺：太平洋中东侧：多雨、海温高、温跃层深、洪涝灾害、下沉气流减弱或上升气流太平洋西侧：干旱、海温低、温跃层浅、上升气流减弱或下沉气流厄尔尼诺对沃克环流（Walkercell）影响厄尔尼诺ElNiño

对ITCZ(赤道辐合带)影响:ITCZ的位置有明显的东移趋势，且与ITCZ位置偏南相匹配，西太副高也偏南。而在LaNiña年副高脊线较常年偏北。影响西太平洋台风运动。厄尔尼诺年太平洋的台风数会减少（从正常年的29个减少到26.4个）厄尔尼诺对中国的影响登陆我国的热带风暴和台风减少我国北方夏季易出现高温、干旱我国南方夏季易发生低温、洪涝，如1998年的涝灾梅雨季节会推迟厄尔尼诺年发生后的冬季，北方出现暖冬。厄尔尼诺的监测在1982-83年的厄尔尼诺后，美国、日本和法国在横跨赤道太平洋的洋面上串起了70个浮标。这些被称为‘热带大气海洋（TAO）排列’的浮标，监测着500米深的水温以及风、气温和相对湿度。是一个厄尔