第六章 气候的形成

第六章气候的形成气候系统各要素间是相互作用,相互影响,相互制约,相互调节的.气候系统内部存在大量正负反馈过程,并进行着复杂的物质和能量交换.气候的形成和变化受内外因子作用,其中太阳辐射是气候系统的能源和最主要的外因.气候的形成和变化受诸因子影响,其中大气环流是最直接的因子.气候的形成和变化是多种因子综合作用的结果，包括内因和外因：内因－气候系统内各子系统间的相互作用。外因－如太阳辐射、地球轨道参数的变化、大陆飘移、火山活动等。外部因子必须通过系统内因才能对气候产生影响。物

质

输

移

1.水汽的输移：垂直传输；水平传输（高低纬间输送；海陆间输送）。2.二氧化碳的输移：CO2从源区向四周及上层大气扩散输移。3.气溶胶的输移：源地附近浓度大，逐渐向四周及上空扩散输移。能

量

传

输

1.高低纬间的传输：主要依靠全球性的大气环流（显热和潜热）及洋流来实现的。2.海陆间的传输：冬季，海洋是热源，大陆是冷源，热量从海洋输向大陆。越近海洋，输热越多，气温越高。3.高低空之间的传输：在对流层中，由于空气的对流，高低空之间也在进行着能量的传输。气候系统的属性（四个方面）①热力属性，包括空气、水、冰和陆地表面的温度；另外太阳辐射是气候形成和变化的最主要的外部因子，也是气候系统的能源。水汽-辐射反馈冰雪-反射率反馈云量-地面气温反馈二氧化碳-海洋-大气反馈它们之间的相互作用体现在：辐射、反射、散射、传导、吸收、透射、放射等热力属性。②动力属性包括风、洋流及与之相联系的垂直运动和冰体运动；它与气候系统内部的能量转换密切相关。③水分属性包括空气湿度、云量及云中含水量、降水量、土壤湿度、河湖水位、冰雪等；水份循环是气候系统内部复杂物质交换的突出例子之一。大气中的最大热源就是这种潜热输送。④静力属性包括大气和海水的密度和压强、大气的组成成分、大洋盐度及气候系统的几何边界和物理常数等。

以上这四种属性在一定的外因条件下，通过气候系统内部的物理过程、化学过程和生物过程而相互作用，并在不同时间尺度内变化，形成不同时期的气候特征。气候的形成和变化

1、气候的概念：一个地区内多年的大气平均状况或统计状态。2、形成因子：A、太阳辐射——大气运动最根本的能源。

B、地面状况——大气直接的热源和水源。

C、大气环流——双重性质。

D、人类活动——释放能量、改变地表特性。第一节气候形成的辐射因子一、太阳辐射与天文气候二、辐射收支与能量系统天文辐射的时空分布规律：①全年赤道获得的太阳辐射最多，从赤道向极地随纬度增高而减小，极小值出现在极点。②夏半年在20°～25°N的纬度带，获得太阳辐射最多，由此向赤道和极地递减，最小值在极点。夏半年太阳位于天顶的时间以回归线附近最长。又因纬度愈高，太阳高度角虽趋于减小，但一天之中的白昼时间却愈增长，所以太阳辐射随纬度增高而递减，但递减程度趋于和缓，高低纬度之间的差值较小。③冬半年赤道获得太阳辐射最多，随纬度增高迅速递减。高低纬度之间的差值大。因冬半年随纬度增高，太阳高度角和白昼时间均迅速递减的缘故。④同一纬度，冬、夏太阳辐射的差值，随纬度增高而增大，即太阳辐射的年振幅随纬度增高而增大。第二节气候形成的环流因子环流因子大气环流因子（海气相互作用）洋流因子一、海气相互作用与环流1、海洋对大气的作用全球10m深的海洋水的总质量就相当于整个大气圈的质量。到达地表的太阳辐射能约有80％为海洋所吸收，且将其中85％左右的热能储存在大洋表层，这部分能量再以长波辐射、蒸发潜热和湍流显热等方式输送给大气。海洋还通过蒸发作用，向大气提供大约86％的水汽来源。这种热量的输送，既影响了大气的温度分布，又是驱使大气运动的能源，在大气环流的形成和变化中极为重要。海洋是大气环流运转的能量和水汽供应的最主要源地和储存库。同时也是CO2的巨大贮存库，它也通过调节大气中的CO2含量来影响气温和环流。2、大气对洋流的影响海洋是从大气圈的下层向大气输送热量和水汽，大气运动所产生的风应力向海洋上层输送动量，使海水发生流动，形成“风生洋流”，亦称“风海流”。世界洋流分布与地面风向分布密切相关。在热带、副热带海洋，北半球洋流基本上是围绕副热带高压作顺时针向流动，在南半球则作反时针向流动。因信风的推动，在赤道具有由东向西的洋流，在北半球称北赤道洋流，在南半球称南赤道洋流。为维持海水的连续，于是在南北赤道洋流间自然就发展一种补偿洋流，方向与赤道洋流相反，由西向东流，称赤道逆流。洋流的流向除受风力作用外还受地转偏向力和海水摩擦力的作用，因此洋流的流向并不和风向一致，在北半球要向右偏，南半球要向左偏。洋流的流速远比风速小。从铅直方向而言，洋流的速度以海洋表面为最大，因摩擦力的影响，愈向下层流速愈小，至一定深度减弱为零。3、海水的辐合与辐散海洋不是无界的，风场也是不均匀的，风生洋流会产生海水质量的辐合和辐散，特别是在海岸附近，由于侧边界的作用这种辐合和辐散作用尤为明显。例如在热带、副热带大陆西岸，因离岸风的作用，把表层海水吹流而去造成海水质量的辐散，必然引起深层海水上翻，由于深层海水水温比表层水温低，因此在上翻区海水水温要比同纬度海洋表面的平均水温为低。相反，如果风向改变，海水质量在此辐合，必然引起海水下翻，海面水温将显著增高，厄尔尼诺事件就与此有密切关系。4、洋流对大气层结的影响在暖海水表面一般是水温高于它上面的气温，海面向空气提供的显热和潜热都比较多，不仅使空气增温，且使气层处于不稳定状态，利于云和降水的形成。热带气旋大都源出于低纬度暖洋流表面即系此故。在冷洋流表面，空气层结稳定，有利于雾的形成而不易产生降水，因此在低纬度大陆西岸往往形成多雾沙漠。二、环流与热量输送它一方面将低纬度的热量传输到高纬度，调节了赤道与两极间的温度差异，另一方面又因大气环流的方向有由海向陆与由陆向海的差异和洋流冷暖的不同，使同一纬度带上大陆东西岸气温产生明显的差别，破坏了天文气候的地带性分布。

1、赤道与极地间的热量输送大气环流输送形式有平均经圈环流输送和大型涡旋输送两种。在30°—70°N地带潜热的经向输送以大型涡旋输送为主，平均经圈环流次之，但在低纬度则基本上由信风与反信风的常定输送来完成，即平均经圈环流。在环流的经向热量输送中，洋流的作用占33％，大气环流的作用占67％。在低纬度地带洋流的输送超过大气环流的输送。在30°N以北，大气环流的输送超过了洋流的输送。这样海洋-大气“接力式”的经向热量输送是维持高低纬度能量平衡的主要机制。由于环流的作用调节了高低纬度间的温度。2、海陆间的热量传输大气环流和洋流对海陆间的热量传输有明显作用。冬季海洋是热源，大陆是冷源，在中高纬度盛行西风，大陆西岸是迎风海岸，又有暖洋流经过，故环流由海洋向大陆输送的热量甚多，提高了大陆西岸的气温。在夏季，大陆是热源，海洋是冷源，这时大陆上热气团在大陆气流作用下向海洋输送热量。这时大陆通过大气环流向海洋输送热量，但输送值远比冬季海洋向大陆的输送量小。夏季在迎风海岸气温比较凉，在冷洋流海岸因系离岸风，仅贴近海边处，受海洋上翻水温的影响，气温比大陆内部要低得多。这种海陆间的热量交换是造成同一纬度带上，大陆东西两岸和大陆内部气温有显著差异的重要原因。三、环流与水分循环水分循环的过程是通过：蒸发大气中的水分输送降水径流（含地表径流和地下径流）四者来实现的。据长期观测，地球上的总水量是不变的，甚至在地球整个地质历史时期的总水量也是不变的，因而水分的收入与支出是平衡的，这就叫做地球上的水量平衡。

a）年降水量：明显地表示出世界降水的纬度带分布有两个高峰，一在赤道低压带，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，在冷暖气团交绥的锋带上，气旋活动频繁，降水量因之亦较多，是次于赤道的第二个多雨带。在这两个高峰之间，是副热带高压带，盛行下沉气流，因此即使在海洋表面，降水却甚稀少。

b）年蒸发量：在赤道带和中、高纬度蒸发量小于降水量，水汽有亏损，因此要达到水分平衡，则需大气径流将水汽从盈余的地区输送到水汽亏损的地区。

c）水汽径向输送：以副热带高压为中心，通过信风和盛行西南风（北半球）将水汽分别向南和向北作经向的输送。洋流与降水1、暖流经过的地区，由于气温高，有热量和水汽向大气输送，大气变得潮湿不稳定，容易发生对流，形成降水。2、寒流经过的地区，气温低，大气中含水气少，且处于稳定状态，对流不易形成，有时还会产生逆温，逆温层空气湿度较大时，易形成海雾，但降水稀少。四、环流对大陆东西两岸气候的影响在大气环流和洋流的共同作用下，在高、低纬度的大陆东西两岸就出现了极不相同的气候。一般说，凡是迎风的海岸，特别是暖流经过的地方，因受到海洋气团的影响，气候温和而湿润，背风海岸，若再加上冷洋流的共同作用，气候就会干燥而寒冷。热带与副热带大陆东西两岸气候的差异在40ºN—40ºS，大陆的东岸有暖流，大陆西岸有寒流，所以，大陆东岸气温要高于西岸，尤其是大陆东岸最热月气温比西岸高，若在信风带内，两岸虽然同样吹着东北信风，在东岸风从海上吹来，水气丰富，雨量较多，而在西岸，东北风来自内地，气候异常干燥，全年降水稀少，大都形成沙漠，如非洲的西北海岸，南非西海岸，南美秘鲁寒流沿岸，都是沙漠景观。40ºN以北，大陆东岸有寒流经过，大陆西岸有暖流经过，所以同纬度的大陆东岸比西岸的普遍气温偏低，最冷月大陆东岸比大陆西岸偏低显著，致使年平均气温大陆东岸也明显低于西岸。中纬度终年盛行西风，在海洋气团影响下，气候潮湿，又由于温带盛行气旋，因此降水丰沛，一年中降水季节分配均匀，十大陆西岸具有典型的海洋性气候。大陆东岸有寒流经过，且在离岸风的作用下，空气由大陆内部吹来所以降水很少30—40ºN大陆东岸属季风气候，大陆西岸属地中海式气候五、环流变异与气候厄尔尼诺现象及全球效应通常，赤道南北两侧的低纬度地区是属于信风带的范围，在太平洋东部的厄瓜多尔和秘鲁沿岸地区，正是盛行东南信风，表层水在风和地转偏向力的作用下，产生离岸流，大量水流涌向太平洋西岸，从而使海面倾斜，为了保持水体平衡，深层较冷的海水便涌上来补充，因此这一带海面温度低，大气稳定，降水稀少，气候干燥，是有名的赤道干旱带。而在海洋里，由于深层海水富含营养物质，它的上涌为上层鱼类生长提供了极为有利的条件，因而，鱼类资源十分丰富，形成世界著名的秘鲁渔场。异常年份，在圣诞节前后，会有一支较弱的表层暖流沿厄瓜多尔和秘鲁北部沿岸向南伸展到6ºS，使海水温度升高，沿岸的上升水流势头减弱，甚至消失，从而影响到那里的海洋动物和鱼类，使秘鲁渔场大幅度减产，而沿岸干旱少雨的陆地却连续大雨，形成洪涝灾害，科学界将之称为“厄尔尼诺现象”厄尔尼诺一词源出于西班牙文“ElNino”，原意是“圣婴”。最初用来表示在有的年份圣诞节前后，沿南美秘鲁和厄瓜多尔附近太平洋海岸出现的一支暖洋流，后来科学上用此词表示在南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至日界线（180°）附近的海面温度异常增暖现象。

该现象虽然是由太平洋东部的一股暖流南侵引发的自然灾害，然而造成这股暖水南侵的原因却不能简单地归结为海洋的洋流运动，而是一种大规模的海洋和大气相互作用的结果，究其作用机理，目前科学界还没有统一的认识，综合各种观点，可以认为是大气变化引起海洋异常，海洋异常反作用于大气，于是出现了天气异常。具体地说就是由于东南信风减弱，因而太平洋西部暖水堆积缓慢，东西洋面倾斜度减小，导致大洋东部海洋深处的冷水上升势力减弱。而另一方面，由于西风偏强，使赤道逆流势力明显增强，并在太平洋东部乘机南侵，使沿途洋面水温迅速上升，且不断向南扩展，由于水温上升，原来稳定的大气结构也随之变得极不稳定，冷暖气流交锋，降水猛增，太平洋东岸原来干旱的局面一下被大雨滂沱和洪涝灾害的局面所取代.与此同时，南太平洋西部由于西行的南赤道暖流受西风阻挡，势力消弱，所以西部洋面水温相对下降，大气运动也减弱。本来应该多雨的印度尼西亚、新几内亚、澳大利亚等都出现了异常干旱，土地龟裂，农作物减产。厄尔尼诺现象影响的大小取决于信风与西风力量的对比，信风越弱，西风越强，则太平洋东岸这股南侵的暖水势力越强，影响范围越大，造成的灾害越重1997年厄尔尼诺现象导致我国东北夏季出现冷害，南方夏季低温多雨，长江流域出现了历史罕见的大洪水，北方的春季则雨量丰沛，天气暖和，所以厄尔尼诺现象已不是一种局地现象，而是具有全球效应。与厄尔尼诺事件密切相关的环流还有南方涛动（SouthernOscillation，简作SO）、沃克（Walker）环流和哈德莱（Hadley）环流。南方涛动是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（降低）时，印度洋赤道低压就比常年降低（增高），两者气压变化有“跷跷板”现象，称之为涛动。所谓ENSO现象，并不是哪一个半球的行为，而是两半球大气环流作用下，低纬度大气-海洋相互作用的现象，其形成原因尚有待于进一步的研究拉尼娜现象与厄尔尼诺相反。拉尼娜原意为西班牙语小女孩的意思。用以指赤道太平洋东部和中部海表温度大范国持续异常变冷（连续6个月低于常年0.5℃以上）的现象。可见，拉尼娜的定义正好与厄尔尼诺相反，故也被称为“反厄尔尼诺”。拉尼娜常与厄尔尼诺交替出现，但其发生频率要低于厄尔尼诺。例如，80年代以来发生了3次拉尼娜，是厄尔尼诺发生频率的一半。与厄尔尼诺的发生机制正好相反，当赤道太平洋信风持续加强时，赤道东太平洋表面水被吹走，深层的冷水上翻作为补充，海表温度进一步变冷，从而形成拉尼娜。拉尼娜对天气、气候的影响大致与厄尔尼诺相反，但其影响程度和威力较厄尔尼诺要小。拉尼娜出现时印度尼西亚、澳大利亚东部、巴西东北部、印度及非洲南部等地降雨偏多，在太平洋东部和中部地区、阿根廷、赤道非洲、美国东南部等地易出现干旱。拉尼娜年，我国容易出现冷冬热夏，即冬季气温较常年偏低，夏季偏高。另外，在西太平洋和南海地区生成及登陆我国的热带气旋个数，拉尼娜年比常年多。

正常年份（瓦克环流）

E风暖池水温29℃~30℃表水面水温23℃~25℃在平均风速下，沿赤道太平洋洋面呈西高东低形势。厄尔尼诺现象东风异常加强下，表层暖水向西输送西太平洋海面抬升，东太平洋表层海水辐散，冷水强烈上涌。E风加强暖池表水面拉尼娜现象E风减弱暖池东移表层暖水向东流，东太平洋海平面升高，冷水上涌减弱，海水温度出现正距平，原来干旱气候变成多雨，出现洪水泛滥。西太平洋出现干旱。

中、东气流上升

第三节海陆分布对气候的影响海陆热力性质:冬-海热源,陆冷源;夏-海冷源,陆热源.海陆气温差异-冬高纬大,夏副热带大海洋-水汽源,大陆-水汽汇:对蒸发,湿度,雾及降水有大的影响海陆风与季风东亚和南亚季风区别一、海洋的气候学特性1、海洋的热力状况1）海洋温度随纬度增高而降低；2）低纬西部海温高于东部，中、高纬东部海温高于西部（受寒、暖流的影响）；3）北半球各纬度平均海温高于南半球相应纬度；4）全球平均海温（17.4℃）高于气温(14.3℃)，海洋是大气的热源；5）海水温度变化小于同纬度的大气和大陆。2、海洋的动力状况1）在离岸风的作用下，海洋表层水随风离岸，深层海水上涌，海面降温，大气层结稳定，少雨。2）在向岸风的作用下，海洋表层水向岸辐合，表面海水下沉，大气层结不稳定，沿岸地区多雨。

3、海洋在气候形成中的作用1）海洋是大气运动的直接能源：海洋吸收了进入地表的太阳辐射的80%，且其中的85%贮存在海洋表层，这部分能量以长波有效辐射、潜热、和显热交换形式输送给大气。2）既是大气巨大的热量贮存库。又是大气温度的调节器；3）是地球上CO2的贮存库：以缓解人类活动排放CO2产生的温室效应有重要作用；4）洋流在高低纬度间的热量传输上起重要作用。二、海陆分布与周期性风系1、海陆风概念——滨海区域由于海陆热力差异形成的地方性风。

特点——白天风从海洋吹向大陆，晚上风从大陆吹向海洋；上午陆风转为海风，日落后海

风转为陆风。

与东亚季风相同点：海陆相接区域

与东亚季风不同点：东亚季风环流周期——一年海陆风环流周期——一天。海陆风形成的原因因为白天，陆地增温快，单位气压高度差大，海洋增温慢，单位气压高度差小，所以，在同一高度上陆地上空气气压比海洋上高，等压面由陆地向海洋倾斜，陆地上空气流流向海洋，于是海洋上空质量增加，海平面低空气压升高，陆地低空空气质量减少，地面气压下降，造成低空等压面由海洋向陆倾斜，产生了自海洋指向陆地的水平气压梯度力，使低层的空气由海洋流向陆地，这种流向陆地的风就是海风。晚上情况正好相反。海洋性气候与大陆性气候的比较

第四节地形和地面特性与气候影响气候的地形因素有：海拔、山脉走向、长度、坡向、坡度、地表形态、组成物质等，它们对太阳辐射、空气温度、湿度和降水等都有影响。一、地形与气温青藏高原机械阻挡:南-暖湿(弱),北-冷干(强);西风气流分支冬强夏弱(各部位热力和动力各异).青藏高原热力作用:夏-热源,冬-冷源.坡向,凹凸地形的气温及变化不同,山地冬夏气温递减率不同青藏高原对气候的影响（1）青藏高原的冷热源作用：高原地面与同高度的自由大气相比：

A）冬季青藏高原是冷源，四周大气向高原地气系统输送热量，以12月及1月最大。B）春、夏季青藏高原是热源，向四周大气输送热量。（2）青藏高原的动力作用：A）对下部流场的机械屏障作用

B）对下部流场的分支作用二、地形与地方性风山谷风概念——由山地（山坡、山谷不同地形之间）热力因素形成的地方性风。白天吹谷风；夜晚吹山风。特点白天地面风从谷地吹向山坡，晚间地面风从山坡吹向谷地。日出后2—3小时转为谷风，日落前1～1.5小时转为山风。夏季谷风比山风强，冬季相反。谷风时能加大山上湿度，甚至形成云雾或降水，山谷则相反。焚风概念——未饱和湿空气，受山地阻挡被迫作动力抬升后，沿背风坡下滑形成的干热风。焚风效应——因焚风作用而出现非本地的气候生态环境（山地迎风坡麓与背风坡麓出现截然不同的自然植被）。

著名分布区域——我国太行山、武夷山、西南峡谷等坡麓地区，世界的阿尔卑斯山、北美的洛基山麓等。

作用——初春积雪提前融化，夏末粮食、水果早熟等。

灾害——引起森林火灾、雪崩等灾害。地形对降水的影响（1）促进降水的形成：①山脉对气流的机械阻障，强烈抬升，加强对流，促进凝云致雨；②山地阻挡气团，使之缓行或停滞，延长降水时间增加降水强度；③当气流进入山谷时，由于喇叭口效应引起气流辐合上升，成云致雨；④山区地形复杂，各部分受热不均匀，容易产生局部热力对流，促进雷阵雨或热雷雨；⑤山地崎岖不平，因磨擦作用产生湍流上升也会促进降水。（2）影响降水的分布（A）高大地形影响：四周大范围降水分布（B）地形本身各部分：降水分布差异悬殊1）高原内部降水量随着海拔增高而递减；2）山地降水量随着海拔增高而增多，但有一个最大限度，超过此高度，山地降水量不再随着高度递增；3）迎风坡多雨，为“雨坡”，背风坡雨少，为“雨影”。4）山地多夜雨，主要在凹洼的河谷或盆地。因为夜间地面辐射冷却，密度在原冷空气沿山坡下沉谷底，汇聚后被近抬升，如果盆地中原来的空气比较潮湿，则被抬升后即能成云致雨。第五节冰雪覆盖与气候冰雪圈是气候系统组成之一，它包括季节性雪被、高山冰川、大陆冰盖、永冻土和海冰等。由于它们的物理性质与无冰雪覆盖的陆地和海洋不同，形成一种特殊性质的下垫面。它们不仅影响其所在地的气候，而且还能对另一洲，另一半球的大气环流、气温和降水产生显著的影响，并能影响全球海平面的高低。在气候形成和变化中冰雪覆盖是一个不可忽视的因子。世界冰雪覆盖概况雪线：指某一高度以上，周围视线以内有一半以上为积雪覆盖且终年不化时的高度。其高度因纬度而异。冰雪覆盖与气温1、冰雪表面的辐射性质

冰雪表面对太阳辐射的反射率甚大。冰面的反射率比雪面的反射率要小得多。由于地面有大范围的冰雪覆盖，导致地球上损失大量的太阳辐射能。这是冰雪致冷的一个重要因素。2、冰雪—大气间的能量交换和水分交换特性

冰雪表面与大气间的能量交换能力很微弱。冰雪对太阳辐射的透射率和导热率都很小。大气得不到地表的热量输送。特别是海冰的隔离效应，有效地削弱海洋向大气的显热和潜热输送，这又是一个致冷因素。冰雪覆盖不仅有使空气致冷的作用，还有致干的作用冰雪和气温之间有明显的正反馈关系！冰川的作用冰川像一个固体水库，储存着大量的淡水（可以用来开发干旱地区，改造沙漠，发展农业生产）因此人们常把冰川融水比喻成绿洲的命脉（然而冰川如果全部融化，那么海平面将上升80-90米，地球上所有的沿海平原都将变成汪洋大海）没有祁连山冰川就没有河西走廊（这里降雨量远低于蒸发量，唯一水源就是祁连山冰川。祁连山冰川一年融化72．6亿立方米水，汇成河西走廊的生命线。祁连山的冰川、融雪，是维系河西440万人民、750万头牲畜、70万顷耕地、120万顷可耕荒地、几百个工矿企业的命脉所在。甘肃农业大学专家测算，祁连山冰川创造的生态效益和社会效益每年约为15亿元人民币。）冰川是大河之源，冰川融水涓涓细流，汇百川成滔滔江河，奔泻千里构成我国主要的水系，哺育伟大的民族（万里长江的源头就发源在唐古拉山格拉丹冬雪山）冰川退缩的恶果冰川萎缩的速度相当惊人。在秘鲁利马地区，近年来冰川正以每年30米的速度消融，而在1990年以前，消融速度每年只有3米。科学家预计，到2050年，全球大约1／4以上冰川将消失。到2100年可能达到50％，那时，可能只有在阿拉斯加、巴塔哥尼亚高原、喜马拉雅山和中亚山地还会有一些较大的冰川分布区。正在加速消融的冰川严峻态势，必将带来以下严重的后果：1、海平面上升：过去的一个世纪，冰盖和山地冰川的融化，是导致全球海平面上升10-25厘米的原因之一。如今，冰川融化导致海平面上升的数值正在不断增加。（如果南极冰盖发生崩解，会引起全球海平面上升近6米。