水圈与大气圈的相互作用

水圈与大气圈的相互作用第1页，共40页，2023年，2月20日，星期一第一节水汽与天气没有水汽就没有天气大气中水汽丰富的地方天气多变大气中水汽含量的空间分布规律：海洋上高于陆地上，低纬高于高纬，低空高于高空，上升气流区高于下沉气流区，湿润地区高于干燥地区。为什么赤道地区天气常常是日有几变，而内陆沙漠地区却几乎是常年万里无云？为什么在地面大雨滂沱之时，而高空却是晴空万里？？因为？...第2页，共40页，2023年，2月20日，星期一一、水汽分布与天气在温度越高、水源越充足的地区，大气中水汽的含量越多；反之越少。海洋以及潮湿的陆地表面，大气中水汽含量多，而干燥的陆地表面上空，水汽含量很少。低纬（除热带沙漠地区）水汽含量多，而高纬较少。大气中的水汽含量越多，湿度越大，越容易形成降水。水汽越多，也越有利于天气现象产生。在垂直方向上，近地表面水汽含量最多，越往高空去，水汽越少，到对流层顶附近（10km高度），大气中水汽含量几乎为零。平流层以上大气基本不含水汽。因此，大气中的天气现象几乎全部集中在对流层。大气中的水汽主要来源于水圈（地表）中的液态水蒸发，受制于温度、水源与大气环流，不均匀地分布在大气中。第3页，共40页，2023年，2月20日，星期一大气中水汽凝结条件：1.空气中的水汽要达到饱和或过饱和途径有：1）增加大气中的水汽含量，增加绝对湿度。（2）使空气冷却来减小饱和水汽压，途径有：（A）辐射冷却（B）接触冷却：（C）绝热冷却（D）空气的水平混合

2.凝结核二、水汽相变与天气第4页，共40页，2023年，2月20日，星期一空气冷却的途径——接触与混合第5页，共40页，2023年，2月20日，星期一水汽凝结物1.地面主要水汽凝结物——露和霜形成条件

（1）贴地空气湿度要大；

（2）地面或地物不利于传导热量，而易于发生凝结。如疏松的土壤表面、植物的叶面。（3）有利于辐射冷却的天气条件，如晴朗无风或微风的夜晚。第6页，共40页，2023年，2月20日，星期一露珠第7页，共40页，2023年，2月20日，星期一霜第8页，共40页，2023年，2月20日，星期一2.空气中主要凝结现象——雾和云概念：由大量小水滴、小冰晶或两者混合构成的可见集合体，高悬于空中的称为云；飘浮于近地面，使水平能见度小于1km的称为雾。雾的形成条件：（1）近地面空气中水汽充足；（2）有使水汽发生冷却的过程；（3）有凝结核（如果有凝结核，则雾可在相对湿度小于100%时形成）。

第9页，共40页，2023年，2月20日，星期一二郎山云雾第10页，共40页，2023年，2月20日，星期一云的形成条件及分类形成条件：云是气块上升过程绝热冷却降温，使水汽达到饱和或过饱和，并发生凝结而形成的。大气上升运动主要有如下四种方式：1）热力对流；（3）动力抬升2）大气波动；（4）地形抬升。第11页，共40页，2023年，2月20日，星期一分类云族云属符号高度/m特征高云卷云Ci7000~10000由微小冰晶组成，一般不产生降水卷层云Cs6000~9000卷积云Cc6000~8000中云高积云Ac3000~5000由冰滴与冰晶组成，As加厚可发生降水，已转变为雨层云Ns高层云As2000~5000低云

层积云Sc500~2000由水滴组成，Ns常产生大量降水，由水滴、冰晶组成；云底平坦、垂直向上发展，产生阵性降水层云St50~500雨层云Ns500~1200积云Cu云底500~1200积雨云Cb云底300~1500第12页，共40页，2023年，2月20日，星期一淡积云第13页，共40页，2023年，2月20日，星期一浓积云

第14页，共40页，2023年，2月20日，星期一云雾的形成，改变了地表的温度，使气温的日较差减小，白天的气温不致升得过高，夜间不致降得过低。第15页，共40页，2023年，2月20日，星期一大气降水从云中降到地面上的液态或固态水，称为降水。常见的有雨、雪、冰雹、霰等。单位：用降水量表示。降水量的大小直接与大气中水汽的含量有关，在世界降水量分布图上，降水分布的总趋势是海洋高于陆地，低纬高于高纬；降水的形式与气温有关，低纬以液态的降雨为主，而高纬以固态的降雪为主。第16页，共40页，2023年，2月20日，星期一

第二节水与气候水体和大气的运动共同影响着地球上的气候。水体的分布、运动等的变化会影响大气的运动和区域气候的形成。反过来，大气环流和气候也影响着水的时空分布。水对气候的形成与变化具有重要的影响，同时，气候的变化改变了水分循环的时间、空间尺度与模式，改变了水的时间与空间分布，水又反过来影响到气候。两者是相互作用、相互影响的。第17页，共40页，2023年，2月20日，星期一离海洋的远近导致了海洋性气候与大陆性气候的差别；海陆热力差异导致了季风气候的形成；洋流对气候的影响：暖洋流的增温增湿作用和冷洋流的降温减湿作用。一、海洋水与气候第18页，共40页，2023年，2月20日，星期一年平均逐日从海洋输入大气的总热量

（单位：0.484

W/m2)

在图示的总热量中，平均而言，输送的潜热约为显热的8倍强。这种热量的输送，不仅影响大气的温度分布，更重要的它是驱使大气运动的能源，在大气环流的形成和变化中有着极为重要的作用。因此可以说，海洋是大气环流运转的能量和水汽供应的最主要的源地和储存库，对地球气候的形成起着不可忽视的作用。第19页，共40页，2023年，2月20日，星期一湖泊、水库、沼泽对温度与降水的调节作用二、陆地水与气候冰雪覆盖范围的变化将会对气候产生不可忽视的影响。第20页，共40页，2023年，2月20日，星期一三、环流、气候与水的分布由于大气环流的运动，调整了地球上水分的时空分布，在地球气候的形成中起着重要的作用。若终年在单一环流的控制下，则形成单一的气候类型；若处于大气环流的交替地区，则形成过渡型的气候类型。由于大气环流的季节变化，使得水在地表的分布还随季节而变化。第21页，共40页，2023年，2月20日，星期一气候与水汽的正反馈作用三、水汽含量与气候第22页，共40页，2023年，2月20日，星期一气候与云量的负反馈作用第23页，共40页，2023年，2月20日，星期一第三节大气运动与水体运动

在大气运动所产生的风应力的作用下，大气不断地向水体（尤其水体表层）输送动量，使水体尤其是表层水体产生运动。表层水体的运动，受大气运动、大气环流的影响极大，常常产生与大气环流方向一致的定向运动。主要的定向运动有：一、洋流

二、波浪

三、湖流

第24页，共40页，2023年，2月20日，星期一世界洋流分布图

洋流是指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个海区水平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动。洋流按成因分为：风海流、密度流、补偿流,如秘鲁寒流属于上升补偿流。此外，洋流按本身与周围海水温度的差异分为暖流和寒流。暖流指洋流水温比流经海区水温高的洋流；寒流则相反。洋流按其流经的地理位置又可分为赤道流、大洋流、极地流、沿岸流等。第25页，共40页，2023年，2月20日，星期一表层洋流与大气环流的关系

海洋水体大规模的定向流动，即洋流。它是海洋水体运动的主要形式。洋流的形成直接与大气环流有关。表层洋流具有以副热带高压为中心旋转的性质，与近地面大气环流（风系）分布模式非常相似.洋流对大气环流又具有反作用，洋流的异常可导致大气环流的反常，从而发生气候异常现象。大西洋表层洋流与大气环流的关系（Strahler，有修改）

（a）大气环流;(b)表层洋流第26页，共40页，2023年，2月20日，星期一第四节大气环流与水循环大气环流与水循环中的三个环节（蒸发、降水及水分输送）的关系密切。在水源充足的条件下（如海洋），蒸发的快慢、蒸发量的大小受环流方向和环流速度的影响，海洋上年平均蒸发量最大值出现在风向、风速都很稳定的信风带（15°N~20°N和10°S

~20°S）。

降水的形成及降水量的大小与环流的形势息息相关：世界降水的纬度分布有两峰，一个在赤道低压带，这里有辐合上升气流，产生大量的对流雨；一个在中纬度西风带，这里冷暖气团交汇，气旋活动频繁，降水量因此也较多，是仅次于赤道带的第二个多雨带。在这两个多雨带之间是副热带高气压带，盛行下沉气流，降水稀少，形成副热带少雨带。第27页，共40页，2023年，2月20日，星期一如果将全球同纬度的蒸发量与降水量相比较，则会发现：在赤道带和中高纬度，降水量大于蒸发量，水汽有亏损，而在中低纬度地区，蒸发量大于降水量，水汽有盈余。于是，经过大气环流将水汽从盈余地区输送到亏损地区，才实现了地球上高低纬间水分的传输，使水分循环和全球的水量平衡成为可能。第28页，共40页，2023年，2月20日，星期一全球水循环示意图第29页，共40页，2023年，2月20日，星期一第五节海气相互作用一、厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）厄尔尼诺一词源自西班牙文ElNino，原意是“圣婴”，用来表示在南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至日界线附近的海面温度异常增暖的现象。南方涛动（SouthernOscillation，简称SO），指南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压这两大活动中心之间气压变化的负相关关系，即南太平洋副热带高压比常年增高时，印度洋赤道低压就比常年降低，两者气压的变化有“跷跷板”现象。第30页，共40页，2023年，2月20日，星期一厄尔尼诺

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。第31页，共40页，2023年，2月20日，星期一反厄尔尼诺（拉尼娜）第32页，共40页，2023年，2月20日，星期一厄尔尼诺

第33页，共40页，2023年，2月20日，星期一水圈与大气圈相互作用的一个途径

第34页，共40页，2023年，2月20日，星期一二、风暴潮风暴潮是指由于强烈的大气扰动引起的海平面异常升高，使海水漫溢上陆的现象。风暴潮是风暴与潮水结合的产物，是大气圈与水圈相互作用的结果。当风暴与潮水叠加导致异常高潮位时，便形成了风暴潮。风暴主要有热带风暴和温带气旋两种。热带风暴在太平洋地区叫做台风，在大西洋地区称为飓风。如果风暴经过沿海地区时，正值大潮高潮时，很可能形成特大的风暴潮。

第35页，共40页，2023年，2月20日，星期一第36页，共40页，2023年，2月20日，星期一风暴潮造成的危害第37页，共40页，2023年，2月20日，星期一三、二氧化碳—海洋—大气反馈由于大量使用化石燃料，使得大气中的二氧化碳含量增加，导致低层大气和表层海水的温度升高。海水温度的升高，使得海洋吸收二氧化碳的能力降低，甚至还会释放出一定量的二氧化碳，从而导致大气二氧化碳浓度升高，温室效应加强，气候变暖。第38页，共40页，2023年，2月20日，星期一海平面变化是水圈变动的表现，气候变化则是大气圈变化的显示。气候的变化，引起了海平面的升降；海平面的升降，反过来又导致气候的变化。