气象学课件 第九章

第九章

气候和中国气候资源本章主要内容 §1影响气候的因子

太阳辐射、大气环流、地面状况、人类活动 §2季节

天文季节、候温季节、自然天气季节和气候季节 §3气候带和气候型

气候带、气候型 §4中国气候区划 §5中国季风气候

季风形成的原因、我国季风气候的特点、季风交替 §6中国气候资源

光能资源、热量资源、水分资源

本章重点 气候的概念： 一类认为一地的气候就是该地长时期内天气状态的综合反映； 另一类认为一地的气候就是该地在多年时期内的大气平均状态； 按最新的说法，气候是多年时期内的大气的统计状态，一般用气候要素的统计量表示，气候变化是指这些统计量随着阶段的转换而发生明显的变化 气候系统：一个由大气、海洋、大陆、冰雪和生物圈所组成的宠大系统。 影响气候形成和变化的因子可概括为五类：太阳辐射、宇宙—地球物理因子、大气环流、下垫面状况、人类活动。一、太阳辐射 太阳辐射是气候系统的能源，又是大气中一切物理过程和物理现象形成的基本动力，是气候形成的基本因素。不同地区的气候差异及各地气候季节交替，主要是由于太阳辐射在地球表面分布不均及其随时间变化的结果。1、天文辐射及天文气候 太阳辐射在大气上界的分布是由地球的天文位置决定的，又称天文辐射；由天文辐射所决定的气候称为天文气候；它反映了世界气候分布的基本轮廓，即地球上的天文气候具有因纬度而异的地带性分布，在同一纬带上，还有以一年为周期的季节性变化和因季节而异的日变化。 天文辐射的时空分布特点：A、太阳辐射年总量的分布是因纬度而异的，全年获得太阳辐射最多的是赤道，随着纬度的增高，辐射能逐渐减少，最小值出现在极点，仅及赤道的40%，这种辐射能的不均衡分布，必然导致地表各纬度带的气温产生差别；地球上之所以有热带、温带、寒带等气候带的差异，首先主要是由于天文辐射不均衡的分布所造成的。B、夏半年获得太阳辐射量最多的在20°~25°的纬度带，由此向两极逐渐减少，最小值在极地，高低纬度间的差别小。表现在高低纬度间气温和气压的水平梯度夏季较小。C、冬半年获得太阳辐射最多的是赤道，随着纬度的增高，正午太阳高度和每天白昼时间都迅速递减，所以太阳辐射量也迅速地递减下去，到极点为零；表现在高低纬度间气温和气压的水平梯度冬季较大，见图9-3。D、太阳辐射量的南北差异不仅随冬、夏半年而有不同，而且在同一时间内随纬度亦有不同，在两极和赤道附近太阳辐射量的水平梯度都较小，而以中纬度45~55°间水平梯度最大，所以在中纬度环绕整个地球可有温度水平梯度很大的锋带和急流现象。E、夏半年与冬半年的太阳辐射量的差值是随着纬度的增高而增大，表现在气温的年较差上是高纬度大，低纬度小。F、在极圈以内有极昼、极夜现象，在极夜时太阳辐射为零。2、地球表面的实际气候 地球表面的实际气候远比天文气候复杂，这是由于地面温度在很大程度上是由净辐射和热量平衡方程所决定的。 影响净辐射的因子很多，除主要受纬度影响外，还因云量、空气湿度和地面性质而异。 地面的热量平衡决定着活动层空气的增温和冷却，影响着蒸发和凝结的水相变化，是气候形成的重要因素。 如果高低纬度间没有热量交换，那么高低纬度的温度差会越来越大，而实际上并非如此，而是高低纬度之间由于空气的流动而产生热量交换，其结果是高低纬度间的温差趋于减弱；也就是说太阳辐射并不是形成一地气候的唯一因子，大气的流动性亦十分重要。二、大气环流 大气环流促进高低纬度间和海陆间发生热量交换和水分交换，使各地的气候不仅受本地的太阳辐射和地理条件的作用，而且还受其它地方的影响，并因此引起天气的非周期性变化。在不同纬度的不同环流形势下，形成了不同的气候类型，显然大气环流也是影响气候的基本因子。 大气环流是由于地表冷热源的矛盾而产生的，但环流又是热量的转移者，它能调节高低纬度间和海陆间的温度，使地表的实际气候与天文气候产生更大的差距，并维持地表温度的常定分布。如我国受季风环流的影响，冬季为寒冷而干燥的极地大陆气团控制，夏季为温暖而潮湿的热带太平洋气团和赤道海洋气团控制；冬、夏两种不同性质的气团带来了两种截然不同的天气和气候；两种不同性质的气团交绥的地区形成锋带，带来丰沛降水，气旋活动频繁的地方，多阴雨，气候湿润，而反气旋活动多的地方，降水少，气候干燥。 大气环流也与大气活动中心密切相关，气压带受地表作用，被割裂成几个高低压活动中心，受它们的影响，造成气团、锋、气旋和反气旋等天气系统生、消、移动、变化，使大气运动不息，从而带来各地不同的气候特点。三、地面状况 地面状况包括地面性质和地形，地面性质有海洋、陆地、冰面、雪面、各种覆盖物等，它影响辐射过程和气团的物理性质。地形有高山、高原、丘陵、平原、盆地、谷地或峡谷等，它们对气候的影响各不相同，高山常使气候趋于温和，盆地使气候趋于严酷，因此地面状况也是影响气候的重要因素。1、海陆分布对气候的影响 海陆之间性质的差异，主要表现在它们具有不同的辐射性质、热特性和热量交换方式。

净辐射的差异： 海洋的反射率平均为5~14%，而陆地的反射率平均为10~30%，因此，海洋吸收太阳辐射比陆地多10~20%； 海洋可使太阳辐射透射到水下几十米，而陆地的透射深度不到1mm； 海洋放射长波辐射一般比陆地少，故海洋的净辐射大于陆地。

热容量不同：

陆地的热容量为1.68~2.52×106J·m-3·℃-1，海水的热容量约为3.9×106J·m-3·℃-1，当吸收(或放出)同样的热量时，陆地升温(或降温)是海洋的两倍，致使陆地温度比海洋温度变化剧烈。

热量交换方式不同： 海水不停地运动，海水的热量交换方式不仅有热力对流和动力对流交换，而且还有平流交换，而陆地热量交换主要靠分子热传导进入土壤下层，所达深度远不及海洋； 土壤向大气传热又比海水多得多； 海洋蒸发远比陆地蒸发多； 故海洋和大陆上空气温度和空气湿度的日变化和年变化有很大差异。

海洋性气候特征：冬温夏凉，温度日、年变化小，湿度大而年变化小，云量多而日照百分率小，降水多而一般以秋冬季较多，风速大而风的日变化不显著。

大陆性气候特征：冬冷夏热，春温秋凉温度日、年变化较大，湿度小而年变化大，云量小而日照百分率大，降水少而一般以春夏季较多，风速小而风的日变化显著。2、洋流对气候的调节

洋流对气候的影响是十分显著的： 洋流在低纬与高纬间的热量传输中起着重要作用，调节了纬度间的差异； 由于大洋东西岸冷暖洋流水温的差异，在盛行气流的作用下，使同纬度大陆东西岸气温发生显著差别，破坏了气温纬度地带性分布； 洋流对降水和雾的影响亦十分显著，暖流沿岸多降水，冷流沿岸多雾，高低纬均有此现象。

影响我国的洋流： 黑潮暖流：由南向北流动的暖洋流，夏半年其主流从菲律宾群岛北上，朝台湾岛和琉球群岛推进，沿着我国东南沿海的海岸线北上，在长江以东折向东北，经日本海岸向北流去；当东南季风盛行时，它能给我国带来湿润的空气和丰沛的降水，也是造成我国夏季多雨的原因之一。 东中国寒流：是自北向南流动的冷洋流，冬半年，它起源于渤海和黄海北部，直达中印半岛东南部的海面上，夏季，它影响我国北方沿海地区，使那里的气候比较凉爽。3、地形对气候的影响 高大的山脉和高原的热力作用和动力作用十分巨大，能对气候发生重大的影响，可与海陆分布和洋流的作用同样重要；局部地形由于海拔高度、坡向、坡度和地形形态的差异，可在短距离内产生显著不同的局地气候。由于地形的作用，进一步破坏了气候的纬度地带性，导致地面气候更加复杂多样。A、地形对辐射的影响

地形对辐射的影响随海拔高度、坡向、坡度、地形而异： 直接辐射和总辐射随海拔高度的增加而增强；直接辐射还因坡向、坡度、纬度、季节和一天中的时刻不同而不同，在夏至日，南北坡所受到的直接辐射差别小，冬至日则差别大。 净辐射亦因坡向、坡度而异，在高纬度地区，当坡度在20°以下变化时，南坡上的净辐射一般都随坡度的增加而增大，在愈接近冬季的月份表现愈明显，北坡上的净辐射在各月都随坡度增加而减小，且愈接近冬季减小愈甚。B、地形对气温的影响 大地形的宏观影响能对大范围的气温分布和变化产生明显作用，局部地形的影响也能使短距离内的气温有很大差异。 大地形的影响如青藏高原：地球的第三极地，由于海拔高，气温特别低，它虽位于副热带、暖温带纬度上，但在高原主体北部祈连山１月平均地面温度出现－16~－18℃的闭合等温线；气温日、年较差大；温度季节变化急，春温高于秋温。

中小地形的影响：首先由于坡地方位不同，日照和辐射条件各异，导致土温和气温都有明显的差异，在我国多数山地是南坡的温度高于北坡，并且这种差异往往是高纬度比低纬度显著，冬季比夏季显著；其次，凸起地形(山顶)，因与大气接触面积大，受到地面日间增热，夜间冷却影响较小，又因风速较大，湍流交换较强，再加上夜间地面附近的冷空气下沉，而换来自由大气中较暖的空气，因而气温日、年较差较小，凹陷地形则相反；再次，在同样的地形条件下，由于海拔高度不同，山地气温亦有很大的差异，一般随海拔高度增加，气温下降，但其变化速率因山地的性质和气候条件而不同。C、地形对风的影响 由于地形条件不同可产生一些地方性风，如山谷风、焚风、峡谷风，地形可使气流形成绕流和越流，改变风的方向，迎风坡风大，背风坡风小。D、地形对降水的影响 地形对气流有机械抬升作用，在山的迎风坡对降水有增大作用，而背风坡降水减少。对于高大的山系，降水量随海拔高度的增加而增加，到一定高度，降水量达最大值，高度再增加，降水量则减少(图9－5)。如我国台湾山脉北、东、南三面都迎着海风，降水丰富，年雨量都在2000mm以上，台北的火烧寮降水量最多达8408mm/年，但一到西侧背风坡，降水量突然 减少，其影响波及福建沿岸，例如温州、广州年雨量皆在1700mm以上，而厦门却只有1185.6mm，这是受台湾山脉影响所致，再如黄山、天目山最大降水高度大致在1000米左右。E、地形对湿度的影响 山地的绝对湿度随海拔高度的增加而减少，但相对湿度则随高度变化很小，在云层所在的高度上相对湿度很大。 总之，高大山脉不仅本身具有特别的气候特征，而且还影响邻近地区的气候，如我国泰岭山脉横亘东西，其一般高度约为2000~3000米，使冬季风南下与夏季风北上受到阻挡，使华北、华中气候显然不同。泰岭以北，1月均温在0℃ 以下，泰岭以南皆在0℃以上，西安与南郑相距不远，气温和降水显著不同，西安1月均温为-0.5℃，年雨量只有518mm，南郑1月均温则为3℃，年雨量为791mm，所以泰岭是我国北亚热带和南温带气候的重要分界线，另外，天山山脉是南疆沙漠和北疆半沙漠气候的分界线。四、人类活动 人类活动主要是通过对下垫面性质的改变来影响气候； 其次是改变了一部份大气的组成成份，增加了空气中的微尘、杂质和CO2等的含量，影响了太阳辐射能的收支，改变了净辐射和热量平衡，导致气候发生变化； 再次，由于人类的生活和生产活动，大量消耗能源，产生愈来愈多的“人为热”进入大气，导致气候变化。一、天文季节 地球轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上，每年1月2日日地距离1.471×108

km为近日点，7月4日日地距离1.521×108km为远日点，每15天为一个节气，全年有24个节气，天文季节就是以立春(2月4日)、立夏(5月5日)、立秋(8月8日)、立冬(11月8日)为四季的起点，春分、夏至、秋分、冬至为四季的中点，各季等长(图9－6)。二、候温季节 以候平均气温作为划分季节的依据，在农林生产上经常应用，其界限是：候平均气温低于10℃为冬季，高于22℃为夏季，10~22℃之间为春、秋季。 春季，候平均气温稳定在10以上，桃花开放，春的景象开始；夏季开始和结束日期同高空副高脊线伸入和撤退的日期基本一致；秋季一到，候平均气温降至22以下，这时燕子南归，符合秋的景象。三、自然天气季节和气候季节 季节的更替与高空大气环流型的变化相联系。在我国东部季风气候区内，一年中环流型变化最突出的时期是3月初、4月中旬、6月中旬、7月中旬、9月初和10月中旬。年与年之间，这种环流型变化的时间比较稳定。环流每经过一次变化，伴之而来的天气现象和天气过程，或者说温度、降水、风等气象要素都有明显不同，甚至呈跳跃式的变化，当环流相对稳定时，气象要素变化比较渐进。根据环流型的变化和与之相应的天气气候特征划分的季节称为自然天气季节。见表。 在气候学研究中比较通用的季节划分是：12~2月为冬季，3~5月为春季，6~8月为夏季，9~11月为秋季。季节名称起止日期(月/日)持续时间(月)冬季初冬10/中~12/初1.5隆冬12/初~3/初3.0春季初春3/初~4/中1.5暮春4/中~6/中2.0夏季初夏6/中~7/中1.0盛夏7/中~9/初1.5秋季9/初~10/中1.5我国东部地区自然天气季节一、气候带 定义：根据气候要素或气候因子带状性的分布特征划分的纬向带。 天文气候带：公元前三世纪古希腊的埃拉托色尼，首先按当时的气候情况，将气候按纬度线区分为五个地带，即两个寒带、两个温带和一个热带。 柯本气候带：1884年柯本提出以月平均温度20℃与10℃的持续月数把世界气候划分成五个带：热带，各月炎(20℃以上)；副热带，4~11个月炎热，1~8个月温和(10~20℃)；温带，4~12个月温和；寒带，1~4个月温和，其余各月寒冷(低于10℃)；极地带，全年寒冷。二、气候型 定义：根据气候特征所划分的类型。 同一地区内不同地点，因自然条件等不同可以分属几个不同气候型。反之，不同地区由于自然条件相似可同属相同的气候型，如大陆性气候型、海洋性气候型、山地气候型、森林气候型、水域气候型等，因各有其一定特征，所以均可分别列为一种气候型。中国气候区划 三种类型： 1、参照国外方法，结合中国实际，增设一些指标，作出中国气候区划； 2、根据一个气候要素的统计分析，作出区划； 3、运用某些综合性要素的分布特征，作出区划。中央气象局的气候区划 中央气象局根据全国600多个测点的气候资料，参照《中国气候区划》初稿，作了若干修改，绘制了我国三级气候区划图。 一级区划(气候带)指标(热量状况)：日平均气温≥10℃的积温、最冷月平均气温和年极端最低气温作为划分气候带的指标，把我国从南到北划分为9个气候带，青藏高原海拔特高，面积又大，另划为高原气候区域。见表9-6。

二级区划(气候大区)指标(水分状况)：取年干燥度(=最大可能蒸发量/降水量)。根据干燥度值分为湿润(<1.00)、亚湿润(1.00~1.49)、亚干旱(1.5~3.49)、干旱(≥3.5)四种类型。 三级区划(气候区)：采用季干燥度指数作为指标，在每个气候大区中再划分，东北地区冬季长，改用积温2000℃为指标，青藏高原全年温度都很低，改用最热月温度。 全国的气候划分为9个气候带，一个高原气候区域，22个气候大区，45个气候区。一、季风形成的原因 1、定义：季风是一种气候现象，它在形式上的表现是冬夏的盛行风向接近相反或有显著差异，这两种盛行风的变换是由于两种下垫面的热力性质的季节变化所造成，同时这两种盛行风也代表着两种性质不同的气团，能够给有关地区天气或气候的年变程造成明显的影响。 2、东亚季风的成因：海陆本身的热力状况及其差异影响的基础上，加上青藏高原大地形的动力和热力作用，以及南北半球大气相互作用的影响和加强下形成的。二、我国季风气候的特点 1、东北季风时期： 地面受极地大陆气团(寒冷干燥)的支配，但是南方高空存在热带海洋气团，所以在一地各高度上气流方向不同，性质各异。 东北季风并非常定的风系，随着东亚大陆冷高压的不断加强、爆发、减弱、回暖，东北季风的强度也有增强和减弱的过程；每当一次寒潮爆发，在我国东南沿海和印度支那便形成一次东北季风加过程，即所谓的“季风潮” 当冷锋移入南海后，东亚沿海高空大槽东移减弱，大陆冷高压的强度也开始减弱，并东移出海，东北季风的强度逐渐减小，并在许多地方甚至转为偏南风，这时东北季风处于平静时期，称为“季风中断”。 东北季风末期，南海北部近海和沿岸地区经常出现一种低云、有雾和毛毛雨天气，称为濛雨天气(克拉香天气)。这种天气在整个东北季风时期均可出现，由冬至夏增多，每年可有10~15天。2、西南季风时期： 同东北季风一样，它也有季风潮、季风中断等明显的变化过程，它的降水分布，在时间和空间上也是非常不均匀的。 西南季风潮是一种大范围风速辐合现象，经常沿着基本气流的方向上有强度不等的振动，象浪潮一样向下游传播。季风潮发生时期，风速可以增大到平时情况的两倍，并伴有强大的积云活动，或有雷阵雨天气。3、我国的季风气候特征： 雨量集中：我国多数地区的雨季都在夏季风盛行的6~8月，夏季降水占全年的一半或超过一半，愈往北，雨量集中愈明显。 降水量的变率大：夏季风进退日期具有年际变化，对某一地区来说，有些年份夏季风强，有些年份则比较弱，夏季风强弱不同的年份，降水量的差别很大。 云量和相对湿度全年以夏季为大：夏季时，温度高饱和水汽压大，可是这时我国正逢雨季，夏季风把海洋上空的水汽输送到大陆上空。正是由于水汽多，所以全国各地的相对湿度仍然以夏季为最大。 冬季气温比同纬度其它地区低得多：我国冬季风强盛(冷空气活动频繁)，与同纬度的欧洲相比，我国冬季气温低得多。三、季风交替 冬、夏季风交替的时间是季风的另一个重要问题。 广州在3~8月是偏南风盛行季节，长沙则是4~8月，汉口在6~7月，北京虽然有较长的偏南风盛行季节，但频率并不突出，频率高值出现在春秋季，这说明过渡季节气旋与反气旋频繁，特别是春季西南倒槽较多，而非夏季风所致。 总之，在冬到夏的转变中，夏季风是由南向北逐渐发展的，6月到达长江一带，形成该地区的梅雨天气，当继续北进到华北、东北一带时，长江梅雨消失，而形成北方的雨季，但是在夏 向冬的转变过程中，夏季风的后退是相当迅速的，基本在8月中旬到9月上旬之间由北而南结束。 因此，季风是一种由盛行风频率、气流性质和天气气候现象综合确定的现象，一般说，新疆、柴达木盆地的中部和西部，藏北高原西部，贺兰山、阴山之北的内蒙古地区属大陆性气候区(无季风)，全国其它地区都是季风区。一、光能资源 自然光来源于太阳辐射，因此鉴定一地光能资源可以从太阳总辐射年总量、净辐射、光合有效辐射和光照时间等方面来考虑。 总辐射年总量：最低的地区是四川西部和贵州，生长季时，北部地区白昼长，降水少，所以这里的年总辐射量超过长江流域和江南，与低纬度的海南岛相当，我国西部地区降水少，海拔又高，年总辐射都超过5.86×109J·m-2·a-1。青藏地区为全国高值区。 计算总辐射的半理论半经验公式很多，如左大康等用我国26个辐射观测站三年(1957年7月~1960年12月)的资料，建立了计算我国各地实际总辐射公式为：

St=St0(0.248+0.752S) St0是碧空情况下的可能总辐射，S是日照百分率。 在没有日照观测资料，可用云量与总辐射之间的经验关系式，如金波尔提出的公式：