《大气海洋学概论》课件

大气海洋学概论大气海洋学是研究地球大气层和海洋的学科，涉及气象学、海洋学、地球物理学、化学等多个领域。它探讨大气和海洋的物理过程、化学组成、生物活动以及它们之间的相互作用，并对地球气候变化和环境变化进行研究。一、大气海洋学的研究范围大气海洋学是一门研究地球大气层和海洋之间的相互作用及其对地球气候系统的影响的学科。它涵盖了大气和海洋的物理、化学、生物过程，以及它们之间的能量交换、物质输送和动量传递。1.大气层的结构与特征对流层最靠近地面的大气层，天气现象主要发生在这里。平流层臭氧层位于平流层，吸收太阳辐射中的紫外线，保护地球生命。中间层流星在此燃烧，温度随高度增加而降低。热层温度极高，但密度极低，空间站位于热层中。2.海洋的物理、化学特性深度和压力海洋深度影响水温、盐度、光照等因素。盐度海水含盐量，影响密度、冰点、蒸发等。洋流海水的流动，影响热量输送、物质循环等。生物多样性海洋是地球上最大的生物栖息地，拥有丰富生物资源。3.大气和海洋相互作用机制热量交换海洋吸收太阳辐射，成为热量储存库，并将热量传递给大气。大气则通过风将热量带到海洋，影响洋流的形成。水分交换海洋蒸发的水汽进入大气，形成云层，最终降雨回到海洋。大气中的降水也补充了海洋的水量，影响海洋盐度。动量交换风力作用于海面，驱动洋流运动。洋流反过来影响大气环流，形成相互作用的反馈机制。气体交换大气中的二氧化碳等气体溶解于海洋，影响海洋酸碱度。海洋释放的二氧化碳也会影响大气温室效应。二、地球辐射平衡地球辐射平衡是维持地球气候稳定的关键因素。太阳辐射是地球能量的主要来源。地球表面吸收太阳辐射，并向外辐射能量。辐射平衡是指地球吸收的太阳辐射能量与地球向外辐射的能量保持一致。太阳辐射的大气穿透1大气层对太阳辐射的吸收太阳辐射穿过大气层，部分被大气中的气体吸收，例如臭氧吸收紫外线，水蒸气和二氧化碳吸收红外线。2大气层对太阳辐射的散射太阳辐射在穿过大气层时，会被大气中的气体分子、气溶胶等散射，造成天空的蓝色和日出日落的红色。3太阳辐射到达地表经过大气层的吸收和散射，到达地表的太阳辐射能量减少，但仍能为地球提供热量，驱动气候系统。2.地表辐射和温室效应地表辐射地球表面吸收太阳辐射后，以长波辐射的形式向外释放能量。地表辐射主要以红外线形式辐射，是地球热量的主要来源。温室效应大气中某些气体，如二氧化碳、甲烷等，能吸收地球表面释放的长波辐射，并将其重新辐射回地表，使地球温度升高。这种现象称为温室效应。温室气体温室气体在维持地球适宜温度方面至关重要，但过量的温室气体会导致全球变暖。3.热力环流的形成1太阳辐射赤道地区接收太阳辐射更多，温度较高。2气温差异赤道地区气温高，极地地区气温低。3气压梯度赤道地区气压低，极地地区气压高。4空气流动高气压区空气向低气压区流动，形成热力环流。热力环流是由于地球表面不同纬度地区接收太阳辐射能量不同，导致气温差异，从而形成气压梯度，进而驱动空气流动形成的。三、大气环流系统大气环流是全球范围内大规模空气运动的规律性模式。它受到太阳辐射、地球自转、地表差异等因素影响。大气环流将热量和水分从赤道地区输送至两极，维持全球能量平衡。热带环流赤道低压带太阳辐射强，空气受热上升，形成赤道低压带。信风赤道低压带的空气上升后，向南北两侧流动，形成信风。副热带高压带信风到达南北纬30°附近，空气冷却下沉，形成副热带高压带。哈得莱环流赤道低压带和副热带高压带之间的空气运动形成哈得莱环流。2.中纬度环流1西风带中纬度地区以西风带为主导，从副热带高压向极地低压流动，形成稳定的气流模式。2锋面系统中纬度环流是地球上主要的锋面系统形成区域，冷暖气团交汇，形成冷锋、暖锋、静止锋等。3温带气旋温带气旋在中纬度地区频繁出现，是由冷暖气团交汇、气压梯度力、地转偏向力共同作用形成的。4天气变化中纬度环流系统对天气变化有着重要影响，气温、降水、风力等要素都会随着环流变化而改变。3.极地环流极地东风环流极地地区气温低，气压高，形成极地高压，并向低纬度地区吹出冷空气，形成极地东风。极地东风在科里奥利力的作用下，偏转为西风，形成极地环流。南极环流南极大陆周围环绕着南极环流，是全球最强大的洋流系统之一。南极环流将南极洲与其他大陆隔绝，形成了独特的南极气候。四、海洋环流系统海洋环流系统是海洋中水体运动的总称，它受地球自转、风力、密度差异等多种因素影响，形成复杂的环流模式。海洋环流系统对全球气候调节、海洋生物分布、物质能量传输等方面发挥着至关重要的作用。表层洋流暖流暖流是指从低纬度流向高纬度的洋流，通常比周围海水温度高，对沿岸气候起到增温增湿的作用。寒流寒流是指从高纬度流向低纬度的洋流，通常比周围海水温度低，对沿岸气候起到降温减湿的作用。西边界流西边界流是指在大洋西侧，由赤道向极地方向流动，通常是暖流，流动速度快，规模大。赤道逆流赤道逆流是指在赤道附近，由东向西流动的洋流，是由信风和地球自转偏向力共同作用形成的。2.深层环流温盐环流由海水温度和盐度差异驱动。洋流深层海水缓慢流动，对全球海洋热量和物质运输至关重要。3.沿岸流定义沿岸流是指沿着海岸线流动的水流，受风力和地球自转的影响，沿着海岸线移动。类型沿岸流可以是向北或向南，取决于风向和海岸线的方向。影响沿岸流会影响海岸线附近的沉积物分布，并对沿海地区的气候产生影响。重要性沿岸流是海洋生态系统的重要组成部分，它为海洋生物提供营养物质和氧气。五、气候系统气候系统是一个复杂的系统，包括大气、海洋、冰雪、陆地表面和生物圈。它是一个相互作用的系统，任何一个部分的变化都会影响其他部分，从而导致气候变化。气候要素与气候分类11.气候要素气候要素包括气温、降水、湿度、风速、日照等，反映了某地区长期气候状况。22.气候分类根据气候要素的统计数据和气候特征，可将地球上的气候划分为不同的类型。33.气候类型常见气候类型包括热带雨林气候、热带草原气候、热带沙漠气候、温带海洋性气候、温带大陆性气候、地中海气候、温带季风气候、亚热带季风气候等。44.科普伦气候分类美国气候学家科普伦根据年降水量和月均温的差异，提出了世界气候分类系统，将世界气候划分为5种主要类型。气候变化的原因温室气体排放人类活动，例如燃烧化石燃料和森林砍伐，释放大量的温室气体，导致地球大气层温度上升。太阳辐射变化太阳辐射的变化会导致地球接受到的能量发生波动，进而影响地球气候。火山活动火山爆发释放大量的火山灰和气体，可以改变大气成分和辐射平衡，影响气候变化。自然气候波动地球气候本身存在自然周期性变化，例如厄尔尼诺-拉尼娜现象，也会对气候产生影响。3.气候变化的影响海平面上升全球气温升高导致冰川融化，海水膨胀，海平面上升，威胁沿海城市和岛屿。极端天气气候变化导致极端天气事件频繁发生，包括干旱、洪水、热浪和风暴，造成重大经济损失和人员伤亡。生物多样性丧失气候变化导致生态系统发生改变，威胁物种生存，导致生物多样性丧失，影响生态平衡。农业歉收气候变化导致降雨模式改变，干旱和洪水频发，影响农作物生长，导致农业歉收，粮食安全受到威胁。天气系统天气系统是地球大气中各种天气现象的集合体，包括气压系统、锋面、气团等。天气系统受大气环流、地表特征等因素的影响，其演变和移动影响着全球的气候变化。气压系统高压系统空气下沉，气流发散，天气晴朗，气温较高。低压系统空气上升，气流辐合，天气阴雨，气温较低。气压梯度力气压差异导致空气从高压区向低压区流动，形成风。2.锋面天气1冷锋冷空气入侵暖空气，形成冷锋。冷锋过境会带来强降水、大风和降温。2暖锋暖空气侵入冷空气，形成暖锋。暖锋过境会带来连续性降水，气温缓慢上升。3静止锋冷暖空气势均力敌，形成静止锋。静止锋常伴有持续性降水和低云。4锋面雨锋面过境时，冷暖空气相遇形成云雨，称为锋面雨。锋面雨通常持续时间较长，降水量较大。3.极端天气事件龙卷风龙卷风是一种剧烈的旋转气柱，可以造成巨大的破坏。洪水暴雨会导致洪水泛滥，对生命财产造成重大损失。干旱干旱会导致作物歉收，加剧水资源短缺。冰雹冰雹可以破坏农作物，并对房屋和车辆造成损害。七、海洋学的应用海洋学是一门应用性很强的学科，与人类社会生活息息相关。海洋学的研究成果广泛应用于海洋资源开发、海洋环境保护、海洋灾害预报等领域，为人类社会可持续发展提供重要支撑。海洋资源利用海洋渔业资源丰富，可持续捕捞管理是关键。海洋能源潜力巨大，可开发风能、潮汐能、波浪能等。海洋石油天然气资源开发，需兼顾环境保护。海洋生物多样性丰富，需加强保护和管理。海洋环境保护污染控制海洋污染严重威胁海洋生物多样性。减少工业废水、农业径流和塑料垃圾排放，加强海洋环境监测，是保护海洋环境的关键。资源管理过度捕捞和海洋资源开发破坏海洋生态平衡。合理利用海洋资源，建立