《海气相互作用》PPT课件.ppt

1、水 文 学 基 础,1、海气相互作用的概念,2、海洋大气间的相互影响,3、环流异常与气候变化,1. 海气相互作用的概念,海洋与大气之间通过一定的物理过程相互影响、相互作用，组成一个复杂的耦合系统。 海洋对大气的主要作用是给予大气热量与水汽，为大气运动提供能源； 大气主要通过向下的动量输送（风应力），产生风生洋流和海水的上下翻涌运动； 海洋与大气在大气环流的形成、分布和变化上共同影响着全球的气候。,海洋与大气之间热量、动量、物质的交换，以及这种交换对大气、对海洋各种物理特性的影响及改变，称为海气相互作用。,1、海洋对大气的影响 全球10m深海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

2、能有70之多被海洋所吸收，且将其中85左右的热能储存在大洋表层，这部分能量又以长波辐射、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、水汽的输送，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具有极为重要的作用。,2.海洋大气之间的相互影响,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，而大气运动所产生的风应力又可以向海洋上层输送动量，使海水发生流动，形成风生洋流，即风海流。世界洋流分布与地面风向分布密切相关。,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，海洋

3、通过调节大气中的CO2含量也在影响着气温和大气环流过程。,2.海洋大气之间的相互影响,3、海水的辐合与辐散 由于大气风场的不均匀分布，风海流会产生海水质量的辐合辐散，尤其在海岸附近，在侧边界的作用下，这种辐合辐散作用尤为明显。 例如在热带、副热带大陆西岸（东风带），因离岸风的作用，把表层海水吹离海岸造成海水质量的辐散，引起深层海水上翻，而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其它海表的平均水温低。相反，如果风向改变，海水质量在此辐合，引起海水下沉，海面水温将显著增高。,2.海洋大气之间的相互影响,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

4、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，有利于云和降水的形成。热带气旋大多源自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。,2.海洋大气之间的相互影响,5、赤道与极地间的热量输送 大气环流对热量的输送有平均经圈环流输送和大型涡旋输送两种。 在3070oN地带潜热的向极输送以大型涡旋输送为主，平均经圈环流次之； 在低纬度则主要由信风的定常输送来完成，即平均经圈环流输送。 在总的经向环流热量输送中，洋流的作用占了33%，大气环流的作用占67%； 低纬度洋流的输送超过大气环流的输送；30oN以北，大气环流的输送超过了洋流的输送。,2.海

5、洋大气之间的相互影响,这种海洋-大气“接力式”的经向热量输送是维持高低纬地区能量平衡的主要机制，调节了高低纬度间的热量平衡。,2.海洋大气之间的相互影响,6、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显著作用。 冬季海洋是热源，大陆是冷源，中高纬地区盛行西风，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。,夏季，大陆是热源，海洋是冷源，这时大陆上的暖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要小。,2.海洋大气之间的相互影响,1、沃克环流（Walker Circulation

6、）,赤道地区大洋的东侧是下层冷海水上升作用最为强烈的地区。在赤道东太平洋地区强烈的冷海水上翻，使得其海洋表层温度与赤道西太平洋地区的“暖池”之间形成强烈的对比。 在赤道东太平洋冷水域的上空大气强烈下沉，赤道西太平洋印度尼西亚上空大气对流强烈，空气以上升运动为主；海面上气流由东太平洋流向西太平洋，高空相反，这样就形成一个垂直方向闭合的东西向（纬向）环流圈，称为沃克环流。,3.环流异常与气候变化,热带太平洋海面年平均温度分布,3.环流异常与气候变化,沃克环流是赤道地区海气相互作用的产物，并通过大气的动力作用影响到世界其它地区。实际上，整个赤道区域都存在着“沃克环流”。,2、厄尔尼诺(El Nino

7、)与拉尼娜(La Nina),El Nino是西班牙语“圣婴”的音译，原指在有些年份的圣诞节前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸会出现一股弱的暖洋流，取代了沿岸原有冷海水的现象。,现在，厄尔尼诺是指大范围的海洋异常现象，即赤道太平洋中部和东部海洋表层水温持续异常增温（连续6个月高于多年平均温度0.5以上）的现象。 La Nina是西班牙语“圣女”的音译，又称“反厄尔尼诺”，是指赤道太平洋中部和东部海洋表层水温持续异常降温（连续6个月低于多年平均温度0.5）的现象。,3.环流异常与气候变化,厄尔尼诺与拉尼娜的形成,在正常情况下，赤道太平洋海面盛行赤道东风，而东南太平洋则吹东南信风，大洋东侧表层的暖海水被吹

8、送到西太平洋，其下层的冷海水则不断上翻补充表层流失的暖海水。,3.环流异常与气候变化,结果使西太平洋海平面上升，热量聚积，西太平洋海平面通常比东部高出约40cm，表层海水年平均温度为29；而东部沿岸受下层上涌冷海 水的影响，仅 24左右，东 西两侧相差 36。,当洋流运动异常或大气环流变化而导致赤道东风和东南信风减弱时，赤道太平洋海面西高东低的温度分布将会被破坏，赤道逆流增强，西太平洋温暖的海水向东延伸，从而使东太平洋补充表层的上翻冷海水减少，表层海水温度上升，形成厄尔尼诺。,3.环流异常与气候变化,而当赤道东风和东南信风增强时，东太平洋更多表层的暖海水被吹送到西太平洋，导致更多的下层冷海水补

9、充到上表层，表层海水温度因而下降更多，结果使太平洋东西两侧表层海水温差加大，形成拉尼娜。,3.环流异常与气候变化,正常状态,29,24,W,E,西海面高出40cm左右 平均温度高出36,发生厄尔尼诺的状态,W,E,厄尔尼诺发生时的沃克环流,3.环流异常与气候变化,3.环流异常与气候变化,3.环流异常与气候变化,3.环流异常与气候变化,3.环流异常与气候变化,3.环流异常与气候变化,3、南方涛动（Southern Oscillation：SO）,正常情况下，南半球热带东太平洋海平面的气压比较高，西太平洋气压比较低；发生异常时，会变为东低西高。这种气压一边高一边低、如同跷跷板一样变化的现象，称为南

10、方涛动。 厄尔尼诺现象发生时，东太平洋的气压下降，西太平洋的气压则升高，东西两侧气压差减小；拉尼娜现象发生时则相反，东太平洋的气压更高，西太平洋的气压更低，东西两侧气压差增大。 El Nino与SO合称ENSO事件。,3.环流异常与气候变化,3.环流异常与气候变化,塔希提岛Tahiti与达尔文Darwin的海平面气压呈负相关,3.环流异常与气候变化,4、ENSO与气候异常,当发生厄尔尼诺时，热带中、东太平洋海温迅速升高，主要降水区由印度尼西亚地区东移至日期变更线附近，直接导致该海域和南美太平洋沿岸哥伦比亚、厄瓜多尔和秘鲁等地异常多雨。厄尔尼诺还会抑制西太平洋和北大西洋热带风暴的生成，而东北太平

11、洋飓风会增多。 厄尔尼诺事件又使热带西太平洋降雨减少，造成南亚、印度尼西亚、马来西亚、东南亚和澳大利亚等地大范围的严重干旱。厄尔尼诺还会导致加拿大西部、美国北部出现暖冬，使美国南部冬季潮湿多雨。,3.环流异常与气候变化,ENSO与全球大范围气候异常,3.环流异常与气候变化,Temperature,3.环流异常与气候变化,厄尔尼诺对我国气候的影响,El Nino当年，纬向异常环流使来自东南部海洋上的夏季风强度减弱，造成夏季降雨带的位置偏南，出现南方暴雨成灾、北方干旱少雨的异常现象。La Nina年正好相反； El Nino次年长江及其以南地区多雨，北方少雨，该特征比El Nino当年更显著。La

12、 Nina次年与此相反； 长江中下游地区进入梅雨期偏晚； 容易出现暖冬； 西北太平洋和南海生成的热带气旋或台风数量偏少。,3.环流异常与气候变化,El Nino年对中国降水的影响,3.环流异常与气候变化,El Nino次年对中国降水的影响,3.环流异常与气候变化,La Nina 年对中国降水的影响,3.环流异常与气候变化,5、厄尔尼诺和拉尼娜的发生频率,厄尔尼诺是一种全球区域内周期性发生的海洋异常现象。20世纪80年代以来，厄尔尼诺更是频繁发生，一般37年一次，每次持续一年左右的时间。 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4次拉尼娜，是厄尔尼诺发生频率的一半。,拉尼娜对天气、气候的影响大致与厄尔尼诺相